Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Анализ состояния проблемы обращения с твердыми бытовыми отходами (ТБО). 9
I.1. Анализ существующего положения в области управления отходами в РФ 10
I.2. Анализ зарубежного опыта по утилизации ТБО 15
I.3. Законодательное обеспечение в области обращения с ТБО: отечественный и зарубежный опыт 20
I.4. Характеристика геоэкологического состояния полигонов ТБО Московской области 26
Выводы по первой главе 35
Глава II. Методика оценки экономического ущерба наносимого атмосферному воздуху от полигонов ТБО 36
II.1. Анализ экономического ущерба от загрязнения окружающей среды свалочным газом. 37
II.2. Геоэкологическая оценка путей воздействия свалочного биогаза. 47
II.3. Основные методики оценки стоимости восстановления техногенно-загрязненных территорий 53
II.4. Оптимизация методологического подхода к оценке экономического ущерба от выбросов биогаза ТБО. 60
Выводы по второй главе 64
Глава III. Методика комплексной оценки геоэкологического воздействия биогаза полигонов ТБО 65
III.1. Разработка алгоритма для математической модели эмиссий свалочного газа 66
III.2. Разработка математической модели для оценки потенциальных выбросов биогаза 73
III.3. Оценка экономического ущерба в зависимости от объема выбросов свалочного газа с помощью программного продукта «ЭкоЛогика» 86
III.4. Анализ программных продуктов по расчету загрязнения атмосферы 92
Выводы по третьей главе 94
Глава IV. Практические рекомендации по снижению выбросов биогаза 95
Выводы четвертой главы 117
Общие выводы 118
Библиографический список 119
- Законодательное обеспечение в области обращения с ТБО: отечественный и зарубежный опыт
- Основные методики оценки стоимости восстановления техногенно-загрязненных территорий
- Разработка математической модели для оценки потенциальных выбросов биогаза
- Оценка экономического ущерба в зависимости от объема выбросов свалочного газа с помощью программного продукта «ЭкоЛогика»
Введение к работе
Актуальность работы. Одной из актуальных проблем современности является охрана окружающей среды от антропогенного воздействия мест захоронений отходов. Современные крупные города производят ежегодно миллионы тонн твердых бытовых отходов (ТБО). В последние десятилетия в нашей стране в связи с ускоренным ростом количества ТБО проблема их утилизации стоит очень остро. В московском регионе ежегодно образуется около 20 млн. м3 твердых бытовых отходов в год. За последние 20 лет объем ТБО, образующихся в Москве среднестатистическим жителем возрос со 190 кг до 272 кг в год. Основная часть отходов захоранивается на свалки. Свалки представляют серьезную эпидемическую опасность, нарушают ландшафт и являются источниками распространения загрязняющих веществ. В пределах захоронений и на прилегающих к ним территориях нарушается естественное равновесие биоценозов, развиваются гетеротрофные сукцессии, что приводит к постепенной деградации и разрушению экосистем. В зоне влияния свалок существует несколько видов загрязнений: химическое, механическое, тепловое, бактериальное, радиоактивное.
Важными аспектами негативного воздействия свалок и полигонов захоронения твердых бытовых отходов на окружающую среду является образование биогаза и фильтрата. За последние годы был накоплен обширный опыт в проектировании и эксплуатации полигонов, но далеко не все действующие места захоронения отходов отвечают существующим нормам и требованиям. Существует потребность в универсальных научных разработках проблемы совершенствования организации работы мест захоронений отходов, с обобщением новых научных исследований в данной области, внедрением разрабатываемых и совершенствуемых стандартов и норм, правовых и инструктивно-методических документов по обращению с отходами, включая вопросы снижения антропогенного воздействия мест захоронений, за счет утилизации образующегося свалочного газа. В данной диссертационной работе проводится геоэкологическая оценка воздействий биогаза полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду для прогноза и минимизации его воздействия на окружающую среду.
Известно, что поступление биогаза в окружающую среду вызывает отрицательные эффекты локального и глобального характера. Биогаз оказывает угнетающее воздействие на биоценоз, в первую очередь на растительность за счет вытеснения кислорода из порового пространства почвы. При накоплении свалочного газа в определенных концентрациях создается взрыво- и пожароопасные ситуации непосредственно на местах захоронения, а также в зданиях и сооружениях расположенных в непосредственной близости. Горение компонентов отходов на территории свалки, сопровождается эмиссией токсичных соединений полихлорированных дибензодиоксинов (ПХДД) и полихлорированных дибензофуранов (ПХДФ), которые за счет атмосферного массопереноса и миграции с поверхностным стоком попадают в поверхностные и подземные воды, аккумулируются в почве и донных отложениях и грунтах. Накапливаясь в приземном слое атмосферы биогаз вызывает отравления у эксплуатационного персонала. Кислые газы, входящие в состав биогаза активизируют коррозию технического оборудования. В состав свалочного газа входят парниковые газы метан и углекислый газ, вызывающие глобальные изменения температуры на Земле.
«Конвенция о предотвращении глобального изменения климата», ратифицированная Российской Федерацией в 1992 году обязывает минимизировать выбросы в атмосферу парниковых газов. Для России рекомендуемое сокращение выбросов СО2 к 2012 г. - 100 млн. тонн в год относительно объемов выброса 1990 г, которое составляло 2301 млн. т. Распоряжением Правительства РФ на период до 2020 года утверждены направления государственной политики, в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики нашей страны на основе возобновляемых источников энергии, к которым относится и биогаз, образующийся на свалках. Поэтому научно-методическое обоснование, изучение и разработка моделей прогноза процессов образования биогаза в теле отходов, оптимизация технических решений для утилизации с дальнейшим использованием свалочного газа является актуальной и своевременной задачей.
Цель работы: геоэкологическая оценка эмиссий биогаза полигонов ТБО на основе математической модели с целью выявления размера экономического ущерба и минимизации антропогенного воздействия на окружающую среду.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:
-
Комплексно изучить негативное воздействие эмиссий биогаза свалок ТБО на окружающую среду.
-
Выделить формирующие ущерб компоненты биогаза, определить их динамику и условия формирования.
-
Изучить и оптимизировать методику расчета экономического ущерба от поступления биогаза в атмосферный воздух.
-
Разработать алгоритм, построить модель и создать программное обеспечение для определения объема выброса приоритетных компонентов биогаза на окружающую среду во времени и выявления экономического ущерба.
-
Исследовать экономические и экологические выгоды от внедрения биогазовых установок на полигонах ТБО с целью получения энергии.
Объектом исследования является биогаз свалок и полигонов твердых бытовых отходов.
Предметом исследования является сочетание факторов способствующих поступлению биогаза со свалок и полигонов ТБО как источника загрязнения атмосферного воздуха, формирующего ущерб окружающей среде.
Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и теоретических результатов, обработку статистических данных для построения математической модели для оценки негативного воздействия свалочного газа на окружающую среду.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту.
-
Математическая модель для оценки геоэкологического воздействия биогаза свалок и полигонов на окружающую среду.
-
Результаты оценки геоэкологического ущерба от воздействий биогаза свалок и полигонов ТБО, полученные с помощью разработанного алгоритма.
-
Утилизация биогаза при существующих в РФ ценах на природный газ и существующих методах и технических средствах получение биогаза может быть организована только на основе государственной программы и привлечения инвесторов.
Научная новизна диссертационного исследования:
-
Выбраны критерии оценки негативного воздействия свалочного газа на окружающую среду.
-
Установлена зависимость выхода биогаза от поступления бытовых отходов для захоронения и времени их разложения.
-
Разработана методология определения путей воздействия свалочного газа на окружающую среду.
-
Разработана математическая модель и программное обеспечение «ЭкоЛогика» для расчета генерации биогаза с учетом поступления отходов на захоронение, физико-химических процессов в теле полигона ТБО, экологических характеристик компонентов свалочного газа, а также для расчета экономического ущерба наносимого окружающей среде с учетом денежной инфляции.
-
Оптимизирована методика расчета экономического ущерба от воздействий биогаза в окружающую среду.
-
Предложены перспективные направления использования свалочного газа с целью сокращения его антропогенного воздействия и обеспечения геоэкологической безопасности, повышения эффективности отечественной электроэнергетики за счет внедрения в качестве альтернативы традиционным источникам.
Практическая значимость работы заключается в том, что результаты диссертационной работы могут быть использованы для прогноза объемов образования биогаза свалок и полигонов и размера ущерба причиняемого загрязнением окружающей среды. Результаты диссертационного исследования используются при преподавании студентам МГСУ и ПСТГУ дисциплин: «Экология», «Экология городской среды».
Апробация работы. Основные положения работы были доложены на научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи – путь к обществу, основанному на знаниях » (г.Москва 4-7 июля 2002 г.; 29 июня-3 июля 2005г.); Всероссийской научно-практической конференции (г.Самара, 02-04 декабря 2003 г.); Тематической научно-практической конференции «Городской строительный комплекс и безопасность жизнеобеспечения граждан» (г.Москва, 9-10 ноября 2005 г.); Международной научной конференции: «Эколого-экономические проблемы освоения минерально-сырьевых ресурсов» (г.Пермь, 14-16 декабря 2005 г.); Международной научно-технической конференции «Экология урбанизированных территорий» (г.Москва, 15-16 июня 2006 г.); Научно-практическом семинаре ф-та ГСХ МГСУ «Анализ воздействий биогаза полигонов ТБО на окружающую среду» (г.Москва, 12 декабря 2008 г.); Международной научно-технической конференции «Актуальные вопросы строительной физики» (г.Москва, май 2009 г.).
Основные положения диссертации опубликованы в 12 печатных работах, в том числе рекомендованных ВАК.
Объем и структура работы. Диссертация объемом 129 страниц печатного текста состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 110 источников, в том числе 86 отечественных и 18 зарубежных авторов, иллюстрирована рисунками, таблицами, схемами, фотографиями.
Благодарности. Автор благодарит проф., д.т.н. Е.В. Щербину и коллектив НПиУЦ «Экогеос», на базе которого сформировалось направление исследования. Автор также с благодарностью вспоминает своего первого научного руководителя зав. кафедрой «Экология ГСХ», проф., д.т.н. Ю.В. Кононовича, поддержавшего направление научного исследования. Выражает глубокую признательность проф., д. г.-м. наук С.Н. Чернышеву за конструктивные замечания и советы, позволившие более глубоко и полно раскрыть тему диссертации. Особую благодарность автор выражает коллективу кафедры «ИГ и ГЭ» и зав. кафедрой проф., д.т.н. А.Д. Потапову за доброжелательное обсуждение работы и ряд ценных рекомендаций. Отдельную благодарность выражает родным и друзьям за помощь и поддержку.
Законодательное обеспечение в области обращения с ТБО: отечественный и зарубежный опыт
Правовое обеспечение обращения с отходами в России основывается на законодательных актах федерального, отраслевого и регионального уровня. На федеральном уровне оно представлено, в первую очередь, Федеральным законом РФ «Об охране окружающей среды» (2002 г.) и Федеральным законом «Об отходах производства и потребления» (1998 г.), которые определяют правовые основы государственной политики в области охраны окружающей среды. Дополняют и развивают федеральное законодательство подзаконные акты правительства России. Отраслевой уровень правового обеспечения обращения с отходами представлен приказами, инструкциями, рекомендациями государственных органов, уполномоченных в сфере охраны окружающей среды. На региональном уровне в большинстве субъектов Российской Федерации законодательными либо исполнительными органами власти приняты документы, регламентирующие процесс обращения с отходами с учетом требований федерального законодательства. Так, например, в Санкт-Петербурге с 2006 года действует Закон «Об обращении с отходами производства и потребления в Санкт-Петербурге», а в Курской области с 2002 года действует областной закон «О порядке обращения с отходами производства и потребления на территории Курской области». В Московской области приняты Закон Московской области «Об отходах производства и потребления в Московской области» и в развитие его – Постановление Правительства Московской области «О порядке формирования и утверждения тарифов на оказание услуг по размещению твердых бытовых отходов на объектах размещения отходов, расположенных на территории Московской области». Отечественная законодательная база предусматривает ограничение объема отходов путем использования малоотходных и безотходных технологий. Однако это не выполняется, поэтому предусматриваются следующие принципы обращения с отходами: 1. Охрана здоровья человека; 2. Поддержание или восстановление благоприятного состояния окружающей среды и сохранение ее биологического разнообразия; 3. Сочетание экономических и экологических интересов общества для обеспечения устойчивого развития общества; 4. Переработка отходов как материально-сырьевого ресурса для уменьшения антропогенной нагрузки на окружающую среду и создания полезных продуктов; 5. Использование методов экономического регулирования обращения отходов для уменьшения количества отходов и вовлечения их в хозяйственный оборот; 6. Международное сотрудничество РФ в области обращения с отходами. Законом Московской области «Об отходах производства и потребления в Московской области» заинтересованным физическим или юридическим лицам предписана разработка нормативов образования отходов и лимита на их размещение. Статья 5 данного Закона указывает на целесообразность использования отходов в качестве вторичного сырья или по иному назначению с учетом технической возможности, экономической целесообразности, интересов территории в сырье или получаемой из отходов продукции. Среди требований настоящего Закона к обращению с отходами на территориях городских и населенных пунктов для обеспечения ресурсосбережения и экологической безопасности для органов местного самоуправления предусмотрено создание систем сортировки, сбора и ликвидации отходов. Так для обеспечения экологической безопасности и охраны окружающей среды от вредного воздействия отходов на местах непосредственного размещения, утилизации и обезвреживания отходов должен производиться мониторинг с целью прогнозирования и своевременного предотвращения неблагоприятных ситуаций. Экологический мониторинг полигонов ТБО предусматривает: наблюдения за подземными и поверхностными водами, наблюдения за загрязнением почвы, атмосферным воздухом и радиометрический контроль. Размер санитарно-защитной зоны от жилой застройки до границ усовершенствованных свалок установлен СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03, и составляет 1000 метров. Границы санитарной зоны устанавливаются по изолинии 1 ПДК, если она выходит из пределов нормативной зоны. Положением Министерства природных ресурсов РФ и Постановлением Правительства Российской Федерации от 25.09.2000 N 726, МПР России утверждены нормативы предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду, определены лимиты размещения отходов и допустимых уровней воздействия на окружающую среду. Также МПР организует и осуществляет выдачу, приостановление действия и аннулирование лицензий на выбросы, сбросы загрязняющих веществ в окружающую среду и другие вредные воздействия. Ведется государственный кадастр отходов, который включает федеральный классификационный каталог отходов (ФККО), государственный реестр объектов размещения отходов, банк данных об отходах и технологиях утилизации и обезвреживания. Основные акты экологического законодательства в области обращения с отходами производства и потребления приведены в таблице 7. [45]
Основные методики оценки стоимости восстановления техногенно-загрязненных территорий
Существует ряд методов оценки биологических ресурсов, основанных на социологических методах исследования: анкетировании, опросах населения о возможной стоимости природных объектов, затратах времени и финансовых средств для достижения места отдыха на природе в место расположения объекта негативного воздействия. В частности, метод транспортных затрат широко используется в исследованиях западных ученых. Он позволяет получить объективные оценки наиболее ценных в рекреационном отношении природных территорий на основании учета фактической посещаемости привлекательных природных объектов. Расчетное число единовременных посетителей территории парков, лесопарков, лесов, зеленых зон следует принимать, чел/га, в соответствии со СНиП 2.07.01-89 (2000) «Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений». В соответствии с данным нормативным документом на территориях, прилегающих к городам, следует предусматривать в составе пригородных зон - зеленые зоны, предназначенные для организации отдыха населения, улучшения микроклимата, состояния атмосферного воздуха и санитарно-гигиенических условий: - для городских парков – 100 чел/га; - парков зон отдыха – 70 чел/га; - парков курортов – 50 чел/га; - лесопарков (лугопарков, гидропарков) – 10 чел/га; - лесов – 1-3 чел/га. Для получения стоимостной оценки биологических ресурсов необходимо определить их экологическую и экономическую значимость в показателях, позволяющих соотнести ценность компонентов живой природы с другими природными ресурсами и элементами хозяйственной деятельности общества. Применение единой методологии для исчисления стоимости общественных и природных объектов дает возможность получить стоимостные оценки биологических ресурсов, которые можно использовать в качестве экономических методов регулирования природопользования на территориях захоронения отходов. В мировой практике оценочных работ в настоящее время используют три основных метода: 1. Метод сравнения продаж (аналоговый метод); 2. Затратный метод; 3. Метод капитализации дохода (доходный метод).
Метод сравнения продаж (аналоговый метод) основан на сравнении объекта с его аналогом, который имеет известную рыночную цену. Данный метод используется как для определения стоимости природных ресурсов, непосредственно используемых человеком, например, таких как продукция леса, рыба, морепродукты. Существует обширная информация о продажах и рыночных ценах на виды биологических объектов. Затратный метод основан на принципе замещения. Суть метода, в определении затрат на полное восстановление или замещение объекта за минусом износа. К затратам на восстановление относятся расходы в текущих ценах на строительство точно такой же копии с таким же качеством работ и качеством объекта оценки, включая рыночную стоимость участка земли, как если бы он не использовался. Метод капитализации дохода (доходный метод) связан с расчетом прибыли, которая может быть получена при инвестировании в оцениваемый объект. Этот метод наиболее распространен для оценки природных объектов и природных территорий, приносящих доход в процессе своей эксплуатации, проводимой для таких целей, как приватизация, разграничение прав собственности, залог, компенсация ущерба. Перечисленные методы применяются как в определении стоимости отдельных видов биологических ресурсов, так и при оценке определенных территорий. Сфера применения и выбор конкретного способа оценки зависят от назначения, наличия исходных данных, степени детализации расчетов. Метод восстановительной стоимости (затратный метод) применяется для достижения объективных оценок биологических объектов для денежного измерения. К таким объектам относятся виды животных, городская растительность, природные комплексы и экосистемы в целом.
Оценка биологических ресурсов методом восстановительной стоимости означает, что цена биологических ресурсов определяется условными затратами на создание их искусственных аналогов в том же объеме и с тем же набором свойств, что и оцениваемый природный объект. Таким образом, оценка биологических ресурсов данным методом проводиться через изменение затрат, которые пришлось бы израсходовать обществу, чтобы полностью возместить исчезновение данных ресурсов из использования в годовом хозяйственном обороте. В данном подходе применяется принцип условного замещения одних ресурсов (естественных) другими (искусственными).
Таким образом, восстановительная стоимость – это сумма денежных средств или их эквивалентов, которая должна быть уплачена в случае приобретения таких же или аналогичных активов в настоящий момент. Оценка лесных и растительных ресурсов, не имеющих товарного потребления и выполняющих рекреационные экологические функции, может проводиться по затратам на их искусственное воспроизведение. Возможно применение нескольких способов расчета [53]: 1. По стоимости закладки и выращивания лесных и лесопарковых насаждений определенного породного состава и возраста;
По стоимости выращивания каждого отдельного вида. Оценка лесных и других растительных ресурсов, не имеющих товарного потребления и выполняющих преимущественно рекреационные экологические функции, может проводить по затратам на их искусственное воспроизведение. Для оценки лесных территорий предлагается метод прямого счета всех видов затрат, включая текущие затраты по выращиванию и уходу за парками и лесопарками, по искусственному созданию зеленых насаждений данного породного и возрастного состава заново, т.е. затратный метод в классическом виде, основанный на принципе условного замещения оцениваемого объекта равноценным ему.
Основным отличием предлагаемого способа является необходимость учета в структуре затрат постоянных вложений в зеленые насаждения, осуществляемые при ежегодном уходе за ними. Это достигается приемом капитализации всех видов ежегодных затрат, связанных с уходом за зелеными насаждениями на протяжении их жизненного цикла. Для приведения разновременных затрат к единому моменту времени используется метод приведения экономических показателей разных лет к сопоставимому по времени виду путем умножения этих показателей на коэффициент дисконтирования. [54]
Разработка математической модели для оценки потенциальных выбросов биогаза
В расчетах программа учитывает нагретые и холодные выбросы, группы точечных, линейных и неорганизованных источников с выбросом, направленным вертикально или горизонтально. Каждый источник выбросов может иметь несколько вариантов исходных параметров. Учитываются фоновые концентрации веществ, дифференцированные по скоростям и направлениям ветра и по расположению постов наблюдений за фоном. В программе УПРЗА "Эколог" имеется возможность определения нормативных санитарно-защитных зон, а также задания охранных и производственных зон. Встроенный редактор позволяет занести и редактировать карту-схему предприятия и местности, на которую могут наноситься результаты расчета рассеивания. В результате расчетов определяются значения приземных концентраций в расчетных точках в мг/м3 или в долях ПДК. Результаты расчетов имеют как графический, так и табличный вид. Также выдаются карты изолиний приземных концентраций вредных веществ на местности. Печать карт рассеивания может производиться как на принтер, так и сохраняться в файл в любом задаваемом масштабе. На наш взгляд, недостаток данной программы заключается в том, что для осуществления расчетов требуется множество данных и при отсутствии хотя бы одного значения расчет некорректен. Кроме того, программа унифицирована для всех источников потенциального воздействия: как линейных, так и точечных. Требования к техническим средствам для работы программы - минимальный объем свободной оперативной памяти (ниже 640 кбайт) - полный объем памяти 8 Мбайт, минимальный объем свободной дисковой памяти - 16 Мбайт, операционная система (среда) - Windows 95, тип процессора - от 486, минимальные требования к видеокарте - VGA и выше. Операционные системы MS-DOS и Windows 9x/NT/2000/Ме в сеансах MS-DOS, MS Word, MS Excel. Алгоритм программы базируется на ОНД-86 "Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий". Данный программный продукт является разработкой компании Интеграл.
Распоряжением Правительства РФ от 8 января 2009 г. №1-р утверждены основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе возобновляемых источников энергии на период до 2020 года. Повышение энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии является мероприятием, связанным с выполнением международных обязательств Российской Федерации по ограничению выбросов парниковых газов. Целевой показатель объема производства и потребления электрической энергии с использованием возобновляемых источников энергии определяется как доля производства электрической энергии на генерирующих объектах, функционирующих на основе использования возобновляемых источников энергии, и ее потребления в совокупном объеме производства и потребления электрической энергии в Российской Федерации.
На период до 2020 года устанавливаются следующие значения целевых показателей объема производства и потребления электрической энергии с использованием возобновляемых источников энергии: в 2010 году - 1,5 %; в 2015 году - 2,5 %; в 2020 году - 4,5 %.
Потребление энергии в связи с прогнозами к 2020 году возрастет на 60%, что потребует увеличения производства различных видов энергоносителей. Утилизация свалочного биогаза с последующим использованием - перспективное направление в сфере повышения энергетической эффективности.
Возобновляемые источники энергии остаются наиболее перспективными с точки зрения сохранения окружающей среды и экономии первичных природных ресурсов. К возобновляемым, перспективным источникам относится свалочный газ, образующийся на полигонах ТБО. Полигоны твердых бытовых отходов, отвечающие современным экологическим требованиям, представляют собой инженерные природоохранные сооружения, оборудованные системами утилизации биогаза. Для обеспечения экологической безопасности при эксплуатации полигонов ТБО в западных странах осуществляется целенаправленный сбор и утилизация биогаза, образующегося в недрах свалки. Существует два принципа дегазации на полигонах ТБО: пассивная дегазация, при которой удаление осуществляется под собственным давлением биогаза из толщи полигона и активная дегазация, при которой биогаз отводится из полигона принудительно с помощью устройства системы вертикальных или горизонтальных трубопроводов, соединенными с компрессором, создающим разряжение. Пассивные методы дегазации основываются на природных процессах конвекции и диффузии и устанавливаются в местах низкого газообразования и отсутствия перемещения газа. Пассивные методы дегазации не применяются для полигонов с внутренними изолирующими слоями. Пассивная схема дегазации применяется для полигонов емкостью не более 40 000 тонн, для старых хранилищ ТБО с невысоким уровнем выделения биогаза или для полигонов с высоким уровнем фильтрата. Скважины для пассивной дегазации монтируются после закрытия полигона, путем устройства буровых колодцев диаметром 60 см до отметки - 4 м, в которые помещается перфорированная труба, изготовленная из поливинилхлорида, полипропилена высокой плотности, полиэтилена, стеклопластика. Пассивные скважины располагают приблизительно в 10 - 15 м от края тела полигона отходов и не более двух на гектар. Траншейные системы сбора биогаза используются при отсутствии технической возможности устройства вертикальных скважин, при высоком уровне грунтовых вод, для неглубоких полигонов. Для обеспечения выхода биогаза на поверхность на траншее монтируются газовыпуски. После монтажа траншейной системы, монтируется верхний изоляционный слой.
Оценка экономического ущерба в зависимости от объема выбросов свалочного газа с помощью программного продукта «ЭкоЛогика»
Теплота сгорания биогаза составляет 5-7 кВтч для 1 м3 газа. Однако газ свалок при откачке взаимодействует с воздухом. С возрастанием количества подсасываемого воздуха уменьшается содержание метана в газе и тем самым снижается теплота сгорания газовой смеси. Для экономически выгодного использования газа свалок в качестве нижнего предела установлен следующий порядок значений: при использовании в тепловых установках - 25% метана. По требованиям безопасности (взрывозащите), необходимо отключать систему сбора газа при концентрации метана ниже 25 % и при повышении концентрации кислорода до 5%. Биогаз в отличие от природных газов содержит повышенное количество балластных примесей, примеси токсичных веществ таких как: сероводород, аммиак, оксид азота, бенз(а)пирена, и N-нитрозаминов. Для обеспечения функциональной и эксплуатационной безопасности, а также безопасной работы персонала газ должен быть предварительно очищен от вредных компонентов. Перечислим этапы подготовки биогаза к использованию: 1. Отделение влаги и взвешенных частиц; 2. Удаление сероводорода; 3. Удаление галогенсодержащих соединений; 4. Удаление углекислого газа (СО2); 5. Сжатие или сжижение (в случае использования в качестве горючего для транспортного использования). Помимо вредных примесей в биогазе присутствует водяной пар, поэтому необходима осушка газа, т.е. отделение водяных паров для избегания коррозии. Магистральный газопровод заканчивается установкой по очистке и осушке биогаза. Таким образом, показатели влагосодержания и состав биогаза свидетельствуют о необходимости его осушки и очистки от вредных примесей, наиболее активным из которых является сероводород.
Осушка осуществляется методом охлаждения - примерно до 100С достаточна для распространенных способов использования газа – для получения тепла и для выработки электроэнергии. Хлор и фторсодержащие углеводороды представляют опасность из-за появления диоксинов и фуранов при недостаточно высоких температурах и вместе с сероводородом приводят к коррозионной опасности из-за образования соляной и плавиковой кислоты при конденсации продуктов сгорания в агрегате.
Отделение взвешенных частиц необходимо во всех случаях с целью предотвращения засорения арматуры и трубопроводов. Чаще всего для отделения взвешенных частиц применяют фильтрацию. Для очистки сероводорода (H2S) используют метод адсорбции активированным углем. Отделение СО2 и обогащение СН4 за счет химической и физической промывки или мембранным способом разделения. Для отделения СО2 применяется моноэтаноламиновая отмывка, дальнейшие обогащение достигается посредством подмешивания к очищенному газу пропана. В этом же процессе достигается очистка от сероводорода. Несмотря на то, что строительство биогазовых станций и последующее использование свалочного газа требуют экономических затрат, потребность в использовании свалочного газа в нашей стране очевидна. Следует также для сравнения отметить, что только для освоения природного газа Ковыктинского месторождения в Иркутской области (37-38 млрд. м3 природного газа в год) затрачено 624 млрд. рублей. Построенная нами карта перспективной добычи свалочного газа в Федеральных округах РФ интенсивностью цвета показывает количество образовавшихся отходов в Федеральных округах РФ к 2010 году, синим цветом, нанесена система существующих газопроводов. Таким образом, мы видим, что в стране в ряде регионов отсутствует подача природного газа, но есть отходы, которые являются альтернативным энергоносителем для обеспечения достойного качества жизни людей, проживающих в удаленных от месторождений природного газа регионах. Процесс внедрения биогазовых установок и использование свалочного газа в нашей стране должен развиваться с помощью усовершенствования законодательной базы и грамотного привлечения инвестиций в данную область. 1. Перспектива утилизации свалочного газа возможна в рамках направления государственной политики для повышения энергетической эффективности электроэнергетики и выполнения международных обязательств Российской Федерации по ограничению выбросов парниковых газов. 2. Утилизация свалочного газа сокращает выбросы оксидов азота (NO, NO2) на 45% и 25% по сравнению со сжиганием природного газа. Содержание СО при сгорании биогаза примерно на порядок меньше, чем при горении природного газа. 3. Стоимость монтажа биогазовой станции на бытовых отходах производительностью 40 т\сутки составляет 46 626 000 рублей. Стоимость природного газа для бытовых нужд в Москве и регионах будет расти, в настоящее время ниже свалочного газа в 2,5 раз. 4. Процесс внедрения биогазовых установок требует стимулирования государственными дотациями и программами для экономии природных ресурсов, сохранения качества окружающей среды и получения прибыли. 1. Построена полная схема воздействия свалочного газа полигонов ТБО на биосферу для комплексной оценки состояния территорий захоронений ТБО и близлежащих к ним районов. 2. Разработан алгоритм геоэкологической оценки воздействия свалочного газа для прогноза загрязнения атмосферного воздуха и выявления экономического ущерба, наносимого окружающей среде. 3. Разработана математическая модель и программное обеспечение «ЭкоЛогика» для оценки негативного воздействия свалочного газа на окружающую среду и расчета экономического ущерба загрязнения атмосферного воздуха, позволяющая прогнозировать как суммарный выброс всех компонетов входящих в состав свалочного газа, так и покомпонентно: по каждому загрязнителю отдельно. 4. На основе экономического опыта применения биогазовых установок и использования свалочного газа для подпитки сетей природного газа, сравнения стоимости очищенного биогаза со стоимостью природного газа показана причина отсутствия широкого использования биогаза полигонов ТБО в Российской Федерации. 5. Построена карта перспективы добычи свалочного газа на территории РФ с целью районирования территории страны по признаку накопленных ТБО для поиска рациональных путей использования данного антропогенного ресурса.
Похожие диссертации на Геоэкологическое моделирование воздействий биогаза полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду
