Система сбора, обезвреживания и утилизации свалочного газа на полигонах твердых бытовых отходов

Приложение к журналу «Коммунальщик» № 02/2011 «Твердые бытовые отходы»

В процессе складирования твердых бытовых отходов в теле полигона в условиях недостатка кислорода, повышенной температуры и влажности происходит естественное анаэробное разложение органических отходов. Одним из продуктов этого процесса является свалочный газ — смесь метана и углекислого газа в средней концентрации 50–75% и 25–50% соответственно, с небольшим количеством примесей (азот, кремний, сера, сероводород). В качестве микропримесей в состав свалочного газа могут входить десятки различных органических соединений. Содержание в составе свалочного газа тех или иных компонентов зависит от состава складируемых на полигоне отходов. В среднем газогенерация в свалочном теле продолжается в течение 10–50 лет.

Биохимическое разложение повышает температуру отходов до 40–70 °С, что активизирует процессы химического окисления и ведет к дальнейшему повышению температуры.

Рис. 1: Дым на поверхности тела полигона, указывающий на очаг возгорания.

Рис. 1: Дым на поверхности тела полигона, указывающий на очаг возгорания.

Зачастую отток тепла из толщи свалки недостаточен, что может привести к самовозгоранию отходов. Горение может происходить как на поверхности (открыто), так и в толще отходов (скрытое, пиролитическое горение). При скрытом горении происходит разогрев поверхностных горизонтов отходов до 155°С.

Распространение свалочного газа и неприятного запаха происходит на большие расстояния. 

Вызываемые газом свалок нагрузки от запаха обусловлены наличием примесей таких компонентов как сероводород, органические соединения серы (меркаптаны), различные эфиры, алкинбензолы и др. Эти вещества с интенсивным запахом часто в малых количествах оказывают вредное действие на самочувствие жителей близлежащих районов. 

При горении ТБО дымовые газы и запах распространяются на расстояние до нескольких километров. Прогнозирование и предупреждение пожаров крайне затруднено, так как трудно определить возможные очаги повышения температур из‑за различной удельной теплоемкости отходов. Пока огонь или дым не вышли на поверхность, обнаружить очаг возгорания визуально практически невозможно (рис. 1). Под толщей отходов выгорают большие пустоты, что приводит к просадкам слоев отходов. Следует учитывать также, что продукты горения высокотоксичны. Задача ликвидации таких очагов сложна и требует больших затрат.

Приведенный перечень негативных явлений убедительно свидетельствует о необходимости борьбы с эмиссиями свалочного газа. Основным методом, обеспечивающим решение этой задачи, является технология сбора, обезвреживания и утилизации свалочного газа. По этой причине во многих развитых странах мира осуществляются специальные мероприятия по минимизации эмиссии свалочного газа. Для обеспечения безопасной эксплуатации и оздоровления территорий следует осуществлять мероприятия, направленные на снижение или исключение попадания вредных компонентов в окружающую среду. Основным критерием при принятии решения об организации таких мероприятий является риск нанесения ущерба природной среде.

На территории РФ минимизацией эмиссии свалочного газа занимается компания ООО «ЭКОКОМ».

Стандартная система сбора состоит из сети вертикальных скважин, соединенных между собой горизонтальными трубопроводами. Система сбора газа может охватывать всю территорию полигона после окончания его эксплуатации или отдельные его части по мере заполнения (рис. 2 и 3).

Если собранный свалочный газ просто сжигается в факелах, то внедрение системы сбора свалочного газа является сугубо экологическим мероприятием. С экономической точки зрения целесообразно утилизировать свалочный газ в качестве высококалорийного возобновляемого топлива. Утилизация производится на блочной теплоэлектростанции (БТЭС) (рис. 4). Электрический КПД данной установки около 42%. Тепловой КПД БТЭС составляет около 45–46%.

Система сбора, обезвреживания и утилизации свалочного газа включает (рис. 5):

  • сеть специально оборудованных вертикальных скважин;
  • газосборные трубопроводы для транспортировки свалочного газа от скважин к газосборным пунктам;газосборные пункты (рис. 6);
  • газотранспортные трубопроводы для перемещения свалочного газа от газосборных пунктов к установкам для обезвреживания и утилизации;
  • компрессорная станция;
  • высокотемпературная факельная установка (рис. 7);
  • блочная теплоэлектростанция.
Рис. 5: Схема сбора, обезвреживания и утилизации свалочного газа

Рис. 5: Схема сбора, обезвреживания и утилизации свалочного газа

Для того чтобы эффективность сбора свалочного газа была максимальной, производится предварительный теоретический расчет и компьютерное моделирование процессов газообразования в толще полигона, после чего определяется оптимальное количество скважин на полигоне и их расположение. 

Для постоянного контроля за количеством и качеством добываемого и утилизируемого свалочного газа на факельной установке и блочной теплоэлектростанции устанавливаются приборы системы автоматизированного мониторинга, включающей следующие контрольноизмерительные приборы:

  • расходомеры для измерения объемного потока газа, который проходит через систему;
  • датчики давления и температуры для расчета массового расхода свалочного газа;
  • стационарные газоанализаторы, которые фиксируют качество газа (содержание в нем метана, углекислого газа, кислорода, азота), подающегося в блочную теплоэлектростанцию и на факельную установку;
  • переносные газоанализаторы, которые контролируют качество газа (содержание в нем метана, углекислого газа, кислорода, азота) в трубопроводах;
  • термопара, которая используется для мониторинга температуры пламени в факельной установке;
  • система автоматической регистрации данных. 

Экологический эффект от внедрения системы сбора, обезвреживания и утилизации свалочного газа состоит в решении следующих задач:

  • снижение негативного влияния полигона ТБО на локальном уровне, то есть на ближайшие населенные пункты и прежде всего исключение неприятных запахов;
  • снижение негативного влияния на глобальном уровне, сокращая парниковые качества свалочного газа;
  • уменьшение уровня пожаро- и взрывоопасности на территории полигона ТБО;
  • повышение уровня безопасности труда для сотрудников полигона ТБО;
  • использование возобновляемых источников энергии. 

Все оборудование системы разрешено к использованию Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору РФ и Федеральным агенством по техническому регулированию и метрологии (Ростехрегулирование) и снабжено необходимыми сертификатами, подтверждающими его промышленную безопасность и соответствие требованиям нормативных документов. Кроме того, оборудование проверено Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека и признано соответствующим санитарным правилам и нормативам по предельно допустимым концентрациям вредных веществ в воздухе, шуму и вибрациям. 

В европейских странах уже на протяжении целого ряда лет не допускается функционирование полигонов ТБО без систем сбора, обезвреживания и утилизации свалочного газа.