Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И ТЕХНОЛОГИИ СНИЖЕНИЯ ГАЗОВОЙ ЭМИССИИ ОБЪЕКТОВ ЗАХОРОНЕНИЯ ТБО В ПОСТЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ ПЕРИОД Л1
1.1. Физико-химические и биохимические аспекты биодеградации органических веществ на полигонах захоронения ТБО 11
1.2. Закономерности образования биогаза 16
1.2.1. Процессы и масштабы газообразования 17
1.2.2. Состав и свойства свалочного газа 20
1.2.3. Эмиссии биогаза от полигонов захоронения ТБО. Качественная и количественная характеристика 20
1.2.4. Виды негативного влияния биогаза на окружающую среду 22
1.2.5. Технологическая схема экстракции и утилизации СГ 23
1.2.6. Масштабы мировой экстракции СГ 28
1.2.7. Перспективы добычи и утилизации СГ в России 29
1.3. Характеристика современных и перспективных технологий снижения эмиссии загрязняющих веществ от полигонов ТБО 31
1.3.1. Сортировка ТБО 31
1.3.2. Методы термической переработки ТБО 34
1.3.3. Компостирование ТБО 35.
1.3.4. Утилизация и дезодорация биогаза на полигонах ТБО 36
1.4. Характеристика методов управления полигоном ТБО для снижения эмиссии загрязняющих веществ 37
1.4.1. Концепция вечного захоронения и концепция полигона ТБО,
как биологического реактора 37
1.4.2. Комплексная механико-биологическая обработка отходов 38
1.4.3. Аэробная стабилизация полигона, увлажнение и орошение полигонов 39
1.5. Системы дегазации полигонов захоронения ТБО 41
1.5.1. Пассивные системы сбора биогаза 41
1.5.2. Активные системы сбора биогаза 42
1.5.3. Применение биофильтров для дегазации полигонов 44
ГЛАВА 2. ОБЪЕМЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 48
2.1. Химико-аналитические исследования, определение концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе 49
2.1.1. Определение содержания аммиака 49
2.1.2. Определение содержания сероводорода 49
2.1.3.Определение содержания фенола 49
2.1.4,Определение содержания меркаптана 50
2.1.5. Определение содержания метана 50
2.2. Расчет рабочих параметров сорбционных материалов (длина рабочего слоя, время работы слоя, количество поглощенного вещества, эффективность очистки) 52
2.3. Расчет эмиссий биогаза 53
2.4. Характеристика объектов исследования 54
2.4.1. Обоснование выбора объектов исследования 54
2.4.2. Оценка воздействия полигона ТБО г. Перми на окружающую природную среду 56
2.4.3. Образование биогаза на полигоне 60
2.4.4. Оценка воздействия полигона ТБО г. Перми по запаху 61
2.5. Оценка воздействия полигона ТБО «Сабурово» Щелковский район Московской области на окружающую среду 64
2.5.1. Общая характеристика полигона 64
2.5.2. Геологические и гидрогеологические особенности размещения площадки ТБО 64
2.5.3. Характеристика ландшафтов 66
2.5.4. Загрязнение поверхностных и подземных вод 67
2.5.5. Оценка газовой эмиссии 69
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ БИОСОРБЦИОННОГО СПОСОБА ОЧИСТКИ ГАЗОВЫХ ПРИМЕСЕЙ ОБЪЕКТОВ ЗАХОРОНЕНИЯ ТБО 71
3.1. Экспериментальные исследования по идентификации компонентов биогаза и изучению сорбционных свойств загрузочных материалов биофильтра 71
3.2. Расчет рабочих параметров сорбционных материалов (длина рабочего слоя, время работы слоя, количество поглощенного вещества, эффективность очистки) 73
3.3. Исследования по изучению зависимости степени очистки газов от влажности сорбционных материалов 77
3.4. Динамика и механизм сорбции 79
3.5. Изучение микробиоценозов биопленки сорбционных материалов биофильтра 85
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ КОМБИНИРОВАНОГО БИОСОРБЦИОННОГО ФИЛЬТРА 91
4.1. Последовательность и объемные соотношения фильтрующих материалов в биофильтре 91
4.2. Расчет комбинированного биосорбционного фильтра 92
4
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СНИЖЕНИЯ ГАЗОВОЙ ЭМИССИИ ПОЛИГОНОВ ТБО 100
5.1. Разработка съемного биосорбционного фильтра 100
5.2. Разработка перекрытия полигона ТБО 101
5.3. Эколого-экономическая оценка технологии снижения эмиссии биогаза на полигонах ТБО 102
5.3.1. Расчет предотвращенного экологического ущерба 102
5.3.2. Съемный биосорбционный фильтр для скважины 103
5.3.3. Перекрытие тела полигона ТБО 107
Выводы ПО
Список литературы 113
- Состав и свойства свалочного газа
- Определение содержания метана
- Экспериментальные исследования по идентификации компонентов биогаза и изучению сорбционных свойств загрузочных материалов биофильтра
Введение к работе
В настоящее время в городах и поселках городского типа России ежегодно образуется около 130 млн. м3 (26 млн. т) твердых бытовых отходов (ТБО). По прогнозам в ближайшем будущем ежегодное накопление ТБО в России возрастет до 200 млн. м3. Основная масса ТБО (97 %) вывозится на полигоны (свалки), которые являются источниками загрязнения почвы, грунтовых вод и атмосферы. В настоящее время масса потока ТБО, поступающего ежегодно в биосферу достигла почти геологического масштаба и составляет около 400 млн. тонн в год /1/.
Влияние потока ТБО остро сказывается на глобальных геохимических циклах ряда биофильных элементов, в частности органического углерода. Так, масса этого элемента, поступающего в окружающую среду с отходами, составляет примерно 85 млн. тон в год, в то время как общий естественный приток углерода в почвенный покров планеты составляет ф) лишь 41,4 млн. тонн в год. Одним из основных способов удаления ТБО во всем мире остается захоронение в приповерхностной геологической среде. В этих условиях отходы подвергаются интенсивному биохимическому разложению, которое вызывает, в частности, генерацию свалочного газа (СГ). Эмиссии СГ, поступающие в природную среду формируют негативные эффекты как локального, так и глобального характера. По этой причине во многих развитых странах мира осуществляются специальные мероприятия по минимизации эмиссии СГ. При складировании ТБО на полигонах процесс разложения их органической части протекает по разному в зависимости от условий аэрации - доступа кислорода воздуха 0 121. В верхнем слое, на той его глубине, куда проникает атмосферный воздух, идут аэробные процессы, а в более глубоких слоях, где отсутствует кислород- анаэробные процессы. Аэробные процессы обычно протекают быстрее, сопровождаются большим количеством выделяемого тепла, идут до образования конечных продуктов разложения органических веществ — С02 , Н20, NH3, H2S. При этом обычно NH3 в результате процесса нитрификации окисляется до солей азотистой и азотной кислот, a H2S — до солей сернистой и серной кислот. В анаэробных условиях протекает биоконверсия органического вещества (ОВ) с участием метаногенного сообщества микроорганизмов. Анаэробные процессы протекают значительно медленее, сопровождаются существенно меньшим выделением тепла, наряду с конечными продуктами распада (С02, Н20, NH3, H2S, СН4) обычно образуются сложные органические продукты (фенол), в том числе дурнопахнущие (меркаптан RSH). В среднем газогенерация заканчивается в свалочном теле в течение 10-50 лет, при этом удельный выход газа составляет 120-200 куб. м на тонну ТБО. К числу параметров определяющих биоконверсию отходов относятся влажность, температура, рН, состав органических фракций. Состав биогаза обуславливает ряд его специфических свойств. Прежде всего СГ горюч, его средняя калорийность составляет примерно 5500 Ккал на мЗ. В определенных концентрациях он токсичен. Конкретные показатели токсичности определяются наличием ряда микропримесей, таких, например как сероводород (H2S). Свалки России ежегодно выбрасывают в атмосферу 1,1 млн. т, что составляет примерно 2,5 % от планетарного потока. Свободное распространение СГ в окружающей среде вызывает ряд негативных эффектов как локального, так и глобального масштабов, а также приводит к загрязнению атмосферы прилежащих территорий токсичными дурно пахнущими соединениями. СГ оказывает гибельное воздействие на растительный покров. Так, причиной подавления растительного покрова, которое регулярно наблюдается вокруг свалочных тел, является накопление СГ в поровом пространстве почвенного покрова, вызывающее асфиксию корневой системы. СГ является парниковым газом, который усиливает эффект изменения климата Земли в целом. Приведенный перечень негативных явлений, обусловленных СГ, свидетельствует о необходимости борьбы с его эмиссиями. Методом, который обеспечит решение этой задачи, является разработка конструкции
опытно-промышленной установки и конструкции перекрытия тела полигона захоронения твердых бытовых отходов на этапе его рекультивации, что позволит уменьшить экологическую нагрузку на окружающую среду.
Целью работы явилась разработка технологии снижения эмиссии биогаза (метана, комплекса дурнопахнущих веществ - аммиака, сероводорода, меркаптана, фенола) на полигонах ТБО после завершения их эксплуатации.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1. Проведено аналитическое исследование существующих методов и технологий снижения газовой эмиссии объектов захоронения ТБО на этапе рекультивации и постэксплуатации, направленных на минимизацию негативного влияния биогаза на объекты окружающей среды;
2. Дана оценка газовой эмиссии на действующем полигоне ТБО в постэксплуатационный период (на примере полигона ТБО «Софроны» г. Пермь) и определен экологический ущерб воздействия полигонов ТБО на атмосферный воздух в районах их размещения по приоритетным компонентам газовой эмиссии (метан, сероводород, аммиак, фенол, меркаптан).
3. Обоснован биосорбционный метод снижения газовой эмиссии объектов захоронения ТБО и проведены экспериментальные исследования по выбору и изучению сорбционных свойств различных загрузочных материалов и их микробиологических характеристик.
4. Разработана конструкция биосорбционного фильтра: определены последовательность размещения фильтрующих материалов по ходу потока биогаза и оптимальные объемные соотношения слоев фильтрующих материалов биофильтра; проведен расчет габаритов промышленного биофильтра.
5. Разработаны технологии снижения газовых эмиссий объектов захоронения ТБО в постэксплуатационный период в зависимости от особенностей устройства полигона (наличие или отсутствие систем сбора и отведения биогаза).
Научная новизна.
1. Обоснован выбор и экспериментально определены физико-химические и сорбционные свойства загрузочных материалов биосорбционного фильтра: щепа, опил, скоп, кора, представляющие собой отходы целлюлозно-бумажного производства.
2. Установлены объемные соотношения загрузочных материалов биофильтра: щепа, опил, скоп и кора - 1:1:2:1 соответственно, обеспечивающих высокую эффективность сорбционной очистки компонентов биогаза: метан -96,6 %, сероводород- 98 %, аммиак - 96 %, фенол - 85 %, меркаптан - 71 %.
3. Установлена зависимость сорбционной емкости загрузочных материалов биофильтра от их влажности по каждому компоненту биогаза: оптимальная влажность составляла 75-80 %, что позволило достичь эффективности сорбции 70-98,5 %.
4. Исследована динамика сорбции компонентов биогаза (метан, сероводород, аммиак, меркаптан, фенол) на изучаемых загрузочных материалах биофильтра (выходные кривые).
5. Определены параметры биосорбционного фильтра с учетом биохимической деструкции сорбированных газообразных примесей: время работы слоя, длина рабочего слоя, эффективность поглощения компонентов, фильтроцикл и характеристики микробиоценоза.
6. Разработан биосорбционный способ снижения эмиссии биогаза полигонов ТБО (метана, комплекса дурнопахнущих веществ: аммиака, сероводорода, меркаптана, фенола.) после завершения их эксплуатации.
Практическая значимость.
Установлена возможность использования отходов целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности в качестве загрузочных материалов биосорбционного фильтра, что позволяет уменьшить количество твердых отходов на предприятиях данной отрасли и снизить экологическую нагрузку на объекты окружающей среды в местах их размещения.
Разработана и рассчитана конструкция биосорбционного фильтра для полигонов ТБО на этапе завершения их эксплуатации (Патент на полезную модель № 41264 «Устройство для сбора биогаза» по заявке №2004114728, приоритет 17 мая 2004 г.). Разработана технология снижения газовой эмиссии объектов захоронения ТБО с учетом степени обустройства полигона (наличие или отсутствие систем сбора и отведения биогаза). 1 Установлена возможность использования отработанных загрузочных материалов биофильтра в качестве органического удобрения для выращивания технических культур на этапе биологической рекультивации. Результаты исследований использованы в проектах рекультивации полигонов ТБО в Пермской области (полигон ТБО "Софроны", полигон ТБО г.Кунгур, полигон ТБО г.Чусовой, полигон ТБО «Сабурово»
Щелковский район Московской области).
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса биосорбционной очистки компонентов биогаза с использованием
0- отходов целлюлозно-бумажной промышленности;
2. Основные характеристики сорбционных материалов;
3. Способ очистки отходящих газов от метана и комплекса дурнопахнущих веществ (аммиак, сероводород, фенол, меркаптан) на биофильтрах с различными загрузочными материалами (щепа, опил, кора, скоп);
4. Конструкция биосорбционного фильтра, технические j характеристики и технологии снижения эмиссии биогаза.
5. Эколого-экономическая оценка разработанной технологии снижения эмиссии биогаза на полигонах ТБО после завершения их эксплуатации.
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены и обсуждены на Международной конференции «Проблемы сбора, переработки и утилизации отходов» г. Одесса, апрель 2004 г; Международной V конференции «Экология и научно-технический прогресс», Пермь, ноябрь 2004 г; Международной конференции «Вопросы охраны окружающей среды», г.Вена - г.Пермь, апрель, 2004 г.; Всероссийской конференции «Экологические проблемы промышленных регионов», г.Екатеринбург, март 2004 г. Публикация результатов. Материалы диссертации изложены в 8 публикациях, в том числе 6 статей, 1 тезисы доклада, 1 патент.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 16 рисунков, 19 таблиц и приложение. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка Ч литературы включающего 97 наименований.
Состав и свойства свалочного газа
Макрокомпонентами биогаза являются метан (СКЦ) и диоксид углерода (С02) их соотношение может меняться . от 40-70%) до 30-60%) соответственно. В существенно меньших концентрациях, на уровне первых процентов присутствуют как правило -азот (N2), кислород (02), водород (Н2). В качестве микропримесей в состав биогаз могут входят десятки различных органических соединений. Состав биогаза обуславливает ряд его специфических свойств: биогаз горюч, его средняя калорийность составляет примерно 5500 Ккал на м3; в определенных концентрациях биогаз токсичен. Конкретные показатели токсичности определяются наличием ряда микропримесей, таких как сероводород (H2S), аммиак, меркаптаны и т.д.; биогаз обладает резким неприятным запахом; биогаз, относится к числу парниковых газов.
К твердым бытовым отходам (ТБО) относятся муниципальные отходы: отходы, произведенные населением, торговыми предприятиями, ресторанами, учреждениями и муниципальными службами /8, 9/ .
ТБО представляют собой гетерогенную смесь сложного морфологического состава (черные и цветные металлы, макулатура, текстиль, стеклобой, пластмасса, пищевые отходы, камни, кости, резина, кожа, дерево и т.д.).
Состав твердых отходов варьирует в зависимости от страны, типа хозяйства, времени года /6, II. Несмотря на то, что в развитых странах состав твердых отходов становится все более однотипным, существенные различия встречаются даже на относительно небольших расстояниях. Ежегодно, каждый городской житель производит 200-500 кг ТБО, требующих удаления и ликвидации /8/. В настоящее время почти во всех странах мира большая часть ТБО захоранивается на свалках и полигонах: в СНГ - более 95 %, в Великобритании - 90 %, в США и Германии около 70 %. Исключение . составляют страны, имеющие небольшую территорию, и высокую плотность населения - Япония, Швейцария, где на полигоны вывозят всего 25 -30 % образующихся ТБО /8/.
Стратегия размещения твердых отходов на свалках значительно различается в разных странах. Но в любом случае захоронение ТБО на свалках и полигонах приводит к изъятию больших земельных участков; безвозвратной потере ценных компонентов, содержащихся в ТБО; большим транспортным расходам, связанным со значительным удалением свалок и полигонов от городов; возрастанию экологической опасности в районах размещения свалок и полигонов (загрязнение почв, подземных и поверхностных вод, атмосферного воздуха); ухудшению санитарно 0 эпидемиологической обстановки в зоне влияния полигонов и свалок. В результате процессов биодеградации твердых отходов образуются биогаз.
Биогаз, образующийся на полигонах захоронения ТБО, с одной стороны, является нежелательным продуктом, а с другой - может служить источником энергии. Выбросы биогаза приводят к появлению неприятного запаха, способствуют закисленню грунтовых вод, снижению урожая сельскохозяйственных культур, самовозгоранию.
На стадии аэробного разложения твердых бытовых отходов (в ацидогенной фазе) в составе биогаза преобладает углекислый газ, а на стадии метанообразования основная часть биогаза (50-75 %) представлена метаном. Другие компоненты биогаза сильно варьируют, хотя на обеих фазах биодеградации веществ в составе биогаза присутствуют вещества-одоранты: меркаптаны, жирные кислоты/12, 13, 14/.
В табл.1 Л. представлены сведения о компонентном составе биогаза по данным М.Гандолла/15/.
Состав и количество биогаза варьирует (рис. 1.2.), в зависимости от этапа жизненного цикла полигона ТБО /12/. По расчетам /16/ максимальный теоретический выход метана должен составлять 0,266 м3/кг отходов (в 0 пересчете на сухое вещество). Однако, более реальной является цифра 0,047 м /кг /16/. Провести сопоставление реальных и теоретических значений выхода метана затруднительно, так как информации о реальных системах очень мало /17/. В период наиболее активного метаногенеза достоверное значение расхода колеблется от 3,1 до 371 л/кг год /18/ . 1.2.4. Виды негативного влияния биогаза на окружающую среду Свободное распространение биогаза в окружающей среде вызывает ряд негативных эффектов как локального, так и глобального масштабов, обусловленных его специфическими свойствами. При накоплении биогаза могут формироваться взрыво - пожароопасные условия в зданиях и ф сооружениях, расположенных вблизи захоронений ТБО. Накопление биогаза в замкнутых пространствах также опасно с токсикологической точки зрения. Известно довольно много случаев отравлений при техническом обслуживании заглубленных инженерных коммуникаций, которые сопровождались смертельными исходами.
Определение содержания метана
В методических указаниях по контролю /83/. Методика предназначена для определения концентрации метилмеркаптана в атмосферном воздухе-в диапазоне 2,7 10"5 -1,4- Ю"3-мг/м3 при объеме пробы 36 000 дм . Принцип метода: Метод основан на улавливании метилмеркаптана из воздуха пленочным хемосорбентом и фотометрическом определении соединения, образующегося в результате взаимодействия метилмеркаптана с диметил-п-фенилендиамином и хлорным железом в кислой среде. Определение содержания метилмеркаптана в атмосферном воздухе выполнялось на спектрофотометре в соответствии с методическими указаниями. Определение метана основано на использовании газожидкостной хроматографии с пламенно-ионизационным детектором. Отбор проб производится без концентрирования. Методика предназначена для определения концентрации метана в воздухе рабочей зоны в диапазоне 0,1 -1000 мг/м3 , предел изхмерения в анализируемом объеме пробы (мкг) составляет 1-10 . Пробу воздуха отбирают в газовые пипетки, вместимосью 250-500 см3, пропуская 10-кратный объем воздуха с помощью аспирационного устройства со скоростью 0,5 л/мин. пипетки закрывают заглушками. Затем проводят газохроматографическое определение метана в пробе. Рекомендуемый срок хранения проб в газовых пипетках 5 часов. Методы, объекты и объем выполненных исследований представлены в # таблице 2.1. Построение калибровочных графиков проводилось с использованием 5 стандартных растворов различной концентрации для каждого компонента. Каждый стандартный раствор анализировался три раза. Отбор проб осуществлялся 2 раза в день, анализ одной пробы проводился 3 раза, время работы каждого сорбционного слоя - 10 суток (из расчета, что каждый слой проработал 200 часов). Расчет рабочих параметров сорбционных материалов и построение выходах кривых зависимости времени сорбции от длины слоя поглотителя проводили на основании методов расчета, описанных Серпионовой Е.Н. /86/. Выходные кривые строили для каждого изучаемого компонента. Длину работающего слоя каждого сорбционного материала рассчитывали по уравнению Майкелса и с применением рисунка (на примере выходной кривой сероводорода): L L Tpae" г) где Lo - длина работающего слоя, см ; L - длина слоя поглотителя, см ; Травн - время работы поглотителя до проскока, час; f - отношение площади над выходной кривой к площади прямоугольника, в который она вписана; т - время защитного действия поглотителя, час. Коэффициент молекулярной диффузии рассчитывали по формуле: Обработка результатов химико-аналитических исследований была выполнена на основе методов параметрической статистики с оценкой нормальности распределения и его параметров (математического ожидания, дисперсии) для каждого показателя. 2.3. Расчет эмиссий биогаза На примере полигона ТБО «Софроны» выполнены расчеты газовой эмиссии по методике АКХ им. К.Д. Памфилова на рекультивированных участках /92/.
Расчет выбросов биогаза после стабилизации процесса разложения при максимальном выходе биогаза в 4-й фазе анаэробного разложения с постоянным выделением метана (10-30 лет) рассчитывали по формуле: Qt = G о (1-Ю _kt) 1,85 / ( 1- ( W-60 ) / 13 ), где Q t — объем образуемого биогаза, м / т ТБО; W — естественная влажность отходов, % ; t - продолжительность периода стабилизированного выхода биогаза ( 4-я фаза ); к - постоянная разложения; Go- содержание органического углерода, кг/ т ТБО;
Общее количество биогаза, выделившееся в период с начала эксплуатации до момента расчета, определяется по формуле:
Q. = Pt(t-2)V,
где Р t - количество отходов, завезенных на полигон с начала эксплуатации до расчетного момента, за вычетом отходов, завезенных за последние 2 года, т ; t - период с начала эксплуатации до момента расчета; V - количественный -выход биогаза на 1 тонну-ТБО в период 4-й фазы, кг/ т ТБО год.
Количественный выход биогаза за год, отнесенный к одной тонне ТБО, определяли по формуле:
V=0,8-Qfp/(t-2), где Qt- объем биогаза, образующегося от одной тонны ТБО, 47,99 м3/т; р - плотность биогаза, 1,248 кг/м3 Эмиссию биогаза в кг с одного метра активной части полигона рассчитывали по формуле:
F= Pt VIS Где Pt- количество отходов, завезенных на полигон, за период с начала эксплуатации полигона до момента расчета минус количество отходов, завезенных за последние два года, 1600 тыс. т; S - площадь активной части полигона 500000 м2
. Обоснование выбора объектов исследования Объектом исследования являлись полигоны захоронения ТБО, которые были дифференцированы с учетом жизненного цикла полигона, мощности полигона и сложившейся системы обращения с твердыми бытовыми отходами. Оценка воздействия полигонов ТБО на объекты окружающей среды проводилась на основании аналитического исследования имеющихся данных и результатов экспериментальных натурных и лабораторных исследований, выполненных при обследовании автором различных типов полигонов России, Германии и Австрии.
На полигонах ТБО Германии и Австрии воздействие полигона ТБО на окружающую среду минимизируется за счет управления материальными потоками веществ, в частности органического углерода, на входе и выходе из биореактора. Учеными Австрии с помощью метода материальных балансов установлено оптимальное содержание органического углерода в ТБО, поступающих на полигон, - не более 5 % (П.Бруннер, 1988). Проектирование новых полигонов в России осуществляется с учетом опыта зарубежных стран и современных экологических требований, предъявляемых к сооружениям подобного типа. Наряду с этим проблемы существующих полигонов на стадиях длительной эксплуатации, рекультивации и постэксплуатационного периода, а также вопросы, связанные с управлением потоками веществ, не решены. Практически отсутствуют сведения о функционировании полигонов ТБО на этапах рекультивации и пострекультивации.
В связи с этим для получения достоверных сведений существующей экологической нагрузки объектов захоронения ТБО на окружающую природную среду были выбраны следующие полигоны:
- полигон ТБО г. Перми, находящийся на стадии длительной эксплуатации (около 20 лет) и принимающий отходы крупного промышленного города с численностью населения 1 млн. жителей;
- полигон ТБО «Сабурово» Щелковский район, Московская область Критериями оценки воздействия на природные объекты служили: эмиссии биогаза в атмосферный воздух и мероприятия по регуляции количества биогаза.
Экспериментальные исследования по идентификации компонентов биогаза и изучению сорбционных свойств загрузочных материалов биофильтра
Важной проблемой, связанной с захоронением отходов является образование так называемого свалочного газа (биогаза). При захоронении твердых бытовых отходов, содержащих от 50 до 70 % органических веществ, происходит их биоконверсия с участием микроорганизмов. В результате этого процесса образуется биогаз, макрокомпонентами которого является метан (СНД диоксид {и углерода (СОг) и комплекс дурнопахнущих веществ (сероводород, аммиак, меркаптан и т.д.). Процесс газообразования растянут во времени и протекает в течение сотен лет даже после закрытия полигона ТБО для приема отходов, вследствие чего полигон ТБО можно рассматривать как объект постоянного негативного воздействия на компоненты окружающей среды.
В связи с этим возникла необходимость разработки технологии снижения газовой эмиссии биогаза (метана, комплекса дурнопахнущих веществ-аммиака, сероводорода, меркаптана, фенола) после закрытия полигона ТБО (полигон на этапе рекультивации и пострекультивации). Для разработки биосорбционной технологии удаления газовых компонентов проведены выбор, обоснование и #, изучение физико-химических и сорбционных характеристик загрузочных материалов, а также изучена возможность формирования на их поверхности микробиоценоза, способного трансформировать компоненты биогаза.
Экспериментальные исследования по идентификации компонентов биогаза и изучению сорбционных свойств загрузочных материалов биофильтра
С целью идентификации компонентов биогаза, образующегося на стадии завершения жизненного цикла полигона ТБО, на модельных установках анаэробного разложения твердых бытовых отходов проведены экспериментальные исследования. Емкость, выполненную из стекла, объемом 2 дм заполнили 1 кг субстрата, представляющего собой смесь целлюлозосодержащих и пищевых отходов в соотношении 3:1, так как именно эта органическая фракция ТБО является основным источником биогаза. Соотношение отходов выбрано с учетом усредненного морфологического состава ТБО, характерного для большинства населенных пунктов России. В процессе эксперимента контролировали появление запахов, после чего отбирали пробы воздуха из установки и анализировали их на содержание предполагаехЧых компонентов по стандартным методикам.
Экспериментально определено, что при окислении 1 кг биологической фракции ТБО в газообразную фазу выделяются следующие приоритетные компоненты биогаза: метан - 7,74 мг/м3; аммиак - 9,3 - 10,7 мг/м3; метилмеркаптан - 0,053 - 0,061 мг/м3; сероводород - 0,031 -0,0345 мг/м3; фенол -0,022 - 0,025 мг/м3. Полученные результаты использовали в дальнейших исследованиях при обосновании биосорбционного способа очистки компонентов биогаза
В качестве загрузочных материалов были использованы отходы Ф целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности: опил, кора, скоп (осадки, полученные в результате механической очистки сточных вод и содержащие волокно, мелкую кору, каолин) и щепа.
Опил, кора, щепа и скоп являются продуктами растительного происхождения и образуются в больших количествах при переработке древесины на лесозаводах и целлюлозо-бумажных предприятиях. По литературным данным известна их хорошая сорбционная способность. Выбор материалов был обусловлен также физико-химическими свойствами, доступностью и дешевизной. Основные свойства загрузочных материалов приведены в табл. 3.1.
. Расчет рабочих параметров сорбционных материалов (длина рабочего слоя, время работы слоя, количество поглощенного вещества, эффективность очистки)
В экспериментальных исследованиях в сорбционных колонках диаметром 0,2 м, высотой слоя загрузки 0,5 м и линейной скорости подачи газа 2 м/час изучены поглотительные свойства сорбционных материалов и основные параметры процесса - время работы каждого слоя загрузочного материала, длина рабочего слоя, количество поглощаемых веществ, фильтроцикл, эффективность /87, 90/. Контроль осуществляли по концентрациям компонентов газа на выходе из биофильтра: метана, фенола, аммиака, метилмеркаптана, сероводорода. Длительность эксперимента - до момента появления определяемых компонентов в воздухе, т.е. до проскока. Эксперимент проводили при температуре окружающего воздуха 18 - 20 С.
