Звалищний газ

Матеріал з Вікіпедії – вільної енциклопедії
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Сміття вноситься в котлован порціями до спеціальних осередків, що відповідають добовій нормі його надходження на звалище.

Газ з органічних відходів, що виділяється зі сміття - біогаз , що утворюється в результаті анаеробного розкладання органічних відходів ( харчові відходи , папір, картон тощо).

склад

Зразковий склад сухого біогазу (без урахування парів води) [1]
Речовина %
Метан , CH 4 50–75
Вуглекислий газ , CO 2 25–50
Азот , N 2 0-10
Сірководень , H 2 S 0-3
Кисень , O 2 0-2
Водень , H 2 0-1

Гниння сміття відбувається під впливом бактерій , що належать до двох великих сімейств: ацидогенів та метаногенів . Ацидогени виробляють первинне розкладання сміття на леткі карбонові кислоти, метаногени переробляють леткі карбонові кислоти метан CH 4 і діоксид вуглецю CO 2 . Крім того, водень поглинається вуглекислим газом з утворенням того ж метану:

В результаті звалищний газ складається з приблизно 50–75 % метану CH 4 , 25–50 % CO 2 та домішок азоту, сірководню та органічних речовин. При дослідженні 7 звалищ у Великій Британії в 1997 році було виявлено близько 140 речовин, у тому числі алкани, ароматичні вуглеводні, циклоалкани, терпени, спирти та кетони, сполуки хлору [2] [3] . Під час обстеження полігону ТПВ «Кучино» у 2017 році було ідентифіковано, крім ізомери, близько 160 органічних сполук. [4]

Еволюція полігону

Однією з характерних рис сміттєзвалищ є їх неоднорідність. У середньому близько 75% муніципальних відходів - це органічні матеріали, що біорозкладаються. Речовини, які у відходах, значно різняться за швидкістю розкладання. Відходи їжі розкладаються швидко. Садові відходи відносяться до групи із середнім періодом піврозпаду – 5 років. Паперові, картонні, деревні, текстильні відходи повільно розкладаються (період розкладання – 15 років). Однак пластмаса та гума не розкладаються.

Мертва органічна речовина піддається процесам гниття. Під впливом мікроорганізмів відбувається аеробна деградація, яка продовжується доти, поки в навколишньому середовищі присутній кисень . Кінцевим продуктом розкладання є суміш газів, що складається в основному з вуглекислого газу та метану у різних пропорціях. Після процесу ферментації органічна маса, що залишилася, трансформується дуже повільно. Система досягає стану стабілізації; це початок процесу карбонізації .

Стабілізація полігону є кінцем газової еволюції. Утворення метану починається в анаеробному середовищі. Сукупність мікроорганізмів, що викликають цей процес, характеризується динамічним співіснуванням різних видів, пов'язаних із харчовим ланцюгом:

  • перша група бактерій ферментації відповідає за гідроліз складної харчової сировини екзоферментами . В результаті цих процесів утворюються прості цукру , амінокислоти та жирні кислоти . Ці мономери потім обробляються одними і тими ж або різними бактеріями різні проміжні сполуки, наприклад ацетати і водень або пропіонати , бутани, валерати, лактати і етанол .
  • друга група бактерій виробляє ацетат і водень з раніше утворених проміжних продуктів, азотовмісні органічні речовини виробляють іони амонію і сірковмісні іони гідросульфіду - .
  • третя група мікроорганізмів - метаногенні бактерії виробляють метан з використанням ацетатів.

Було виявлено, що метан може утворюватися не тільки з водню та вуглекислого газу, але також з форміат , метанолу та метиламінів .

Застосування

Звалищний газ збирають, запобігаючи забруднення атмосфери (до того ж, метан має сильний парниковий ефект), і використовують як паливо для виробництва електроенергії, тепла або пари, або як автомобільне паливо .

З 6 тис. звалищ, які у США ( 2004 рік ), близько 360 збирають і утилізують звалищний газ. Комерційне вилучення метану можливе ще на 600 звалищах. Отриманого із цього газу електрики буде достатньо для постачання 1 мільйона домогосподарств. До 2025 року США планують отримувати 29 млрд кВт·г електроенергії щорічно зі побутового сміття та звалищного газу.

У 2002 році в Європі діяло 750 об'єктів з отримання звалищного газу, всього у світі - 1152, загальна потужність виробництва енергії - 3929 МВт, обсяг оброблених відходів - 4548 млн т.

Екологія

Потенційний вплив метану на глобальну зміну клімату в 23–25 разів [5] перевищує вплив CO 2 , тому уловлювання метану є одним із важливих способів запобігання глобальному потеплінню.

Звалища Канади викидають в атмосферу 20% парникового газу метану від національного рівня [6] Канадські організовані звалища скорочують викиди парникових газів на 3,7 млн. тонн на рік. [ джерело не вказано 3413 днів ]

Типовий проект утилізації звалищного газу потужністю 4 МВт скорочує викиди парникових газів еквівалентні викидам 45 тис. автомобілів . Для поглинання такої кількості газів необхідно висадити ліс на площі 60 тис. акрів . Енергія, що виробляється проектом, дозволяє заощадити 500 тис. барелів нафти на рік. [ джерело не вказано 3413 днів ]

За даними EPA (Агентство із захисту довкілля США) у 2006 році вловлювання звалищного газу в США запобігло викидам в атмосферу 20 млн метричних тонн парникових газів у СО 2 еквіваленті . Це приблизно відповідає вихлопам 14 мільйонів автомобілів. Для захоплення такої кількості СО 2 потрібно висадити 20 млн акрів лісів. Утилізація лендфілл-газу в 2006 році дозволила США заощадити 169 млн. барелів нафти. [ джерело не вказано 3413 днів ]

Історія

Перше сучасне сміттєзвалище із застосуванням спеціальних інженерних споруд відкрилося в Каліфорнії ( США ) в 1937 році . Дослідження та застосування звалищного газу в США активізувалося після ухвалення в 1965 році закону про утилізації твердих відходів (Solid Waste Disposal Act).

Англомовний термін «landfill» ( рус. звалище ) устоявся лише у 50-х роках. До цього застосовувалися терміни Sanitary fill , sanitary-fill , і sanitary land-fill . Роботи з утилізації звалищного газу пришвидшилися під час нафтової кризи 70-х років. З 1980 року уряд США почав надавати податкові пільги виробникам звалищного газу. До кінця 1984 року в США діяла 41 тепло- електростанція , що працює на звалищному газі. [ джерело не вказано 3490 днів ]

Метод виробництва

Biogasholder and flare.JPG

На першому етапі будівництва створюється приймаюча ємність (котлован), розрахований на 10-20 років користування. На дні котловану укладається шар глини товщиною 1 метр (або поліетиленова плівка ) для запобігання проникненню забруднених вод у ґрунт. У процесі будівництва сміття вноситься в котлован порціями до спеціальних осередків, що відповідають добовій нормі його надходження на звалище. Кожен такий осередок висотою від 2 до 4 метрів ізолюється глиною від попередніх та наступних.

Після заповнення котловану сміттям його закривають «крівлею» — глиною, плівкою, засипають землею, зверху висаджують траву. Котлован оснащується інженерними спорудами для відведення рідких та газоподібних продуктів розкладання сміття. У тілі котловану закладаються свердловини, труби, встановлюється насосне встаткування. Отриманий газ передається трубопроводами на електростанції, котельні, печі випалу, мікротурбіни тощо.

Протягом перших 2-3 місяців із закритого котловану зі сміттям виходить переважно CO 2 . Потім починається виділення повноцінного звалищного газу, яке триває до 30-70 років. Після 25 років вироблення метану починає повільно скорочуватися. Після припинення вироблення газу територія, зайнята котлованом, може бути використана для повторного використання і переробки муніципального сміття.

У США ведуться наукові дослідження та розробки нових технологій, застосування яких дозволить зменшити час виходу звалища на інертну завершальну стадію розвитку до всього лише 10 або навіть 5 років.

Передбачається використовувати цю технологію при переробці сміття на найбільшому сміттєзвалищі в Латинській Америці - Бордо Поньенті . Влада міста Мехіко планує виділити територію для будівництва котловану на південному сході міста.

Див. також

Примітки

Посилання