Расчёт выбросов газообразных загрязняющих атмосферу веществ, входящих в состав биогаза, образующегося на полигоне ТБО «Северный»

Определение удельного выхода биогаза за период его активной стабилизированной генерации. Эта модель описывается формулой:

, где: (3.1)

- удельный выход биогаза, куб.м/т. отходов;

G ₀ = 1.868 С_акт (0,014 Т + 0,28);

С_акт - активный органический углерод, г/т отходов;

Т - температура в теле полигона, °С;

температура в теле полигона колеблется от 28 до 32 °С;

k - постоянная разложения, равная отношению углерода к общему азоту (C/N),

определяется по "Методическим исследованиям свойств твердых отбросов";

t - продолжительность периода стабилизированного выхода биогаза (четвертая фаза), год;

W - естественная влажность отходов, %.

Органические вещества, содержащиеся в отходах, обладают различной интенсивностью разложения.

Для практических расчетов более удобно пользоваться известным уравнением выхода биогаза при метановом брожении:

, где: (3.2)

- удельный выход биогаза за период активного выхода, кг/кг отходов;

W - средняя влажность отходов, %;

R - содержание органической составляющей в отходах, на сухую массу, %;

Ж - содержание жироподобных веществ в органике отходов, %;

У - содержание углеводоподобных веществ в органике отходов, %;

Б - содержание белковых веществ в органике отходов, %.

W, R, Ж, У и Б - определяются анализами отбираемых проб отходов.

Расчет выбросов биогаза ведется для условий стабилизированного процесса разложения при максимальном выходе биогаза (в период четвертой фазы).

Количественный выход биогаза за год, отнесенный к одной тонне отходов, можно определить по формулам:

, кг/т.отходов в год, или: (3.3)

, кг/т.отходов в год, где: (3.4)

- удельный выход биогаза, куб.м/т.отходов (формула 3.1);

- удельный выход биогаза, кг/кг отходов (формула 3.2);

r_бг - плотность биогаза, кг/куб.м;

t - период стабилизированного активного выхода биогаза, год.

Общее количество биогаза, выделившегося за период с начала эксплуатации полигона до момента расчета, определяется по формуле:

, кг, где: (3.5)

- количество отходов, завезенных на полигон за период с начала эксплуатации полигона до момента расчета, минус количество отходов, завезенное за последние два года, т;

t_экспл - время эксплуатации полигона, год.

Состав биогаза и концентрации компонентов в нем определяются анализами проб биогаза, отобранных в нескольких точках по площади полигона на глубине 0,5 - 1 метр.

Плотность биогаза определяется по закону аддитивности как средневзвешенная величина из плотностей всех его компонентов:

, кг/куб.м, где: (3.6)

- содержание i-того компонента в биогазе, весовые %;

r_i - плотность i-того компонента биогаза, кг/куб.м;

п - количество компонентов в биогазе.

Средняя плотность биогаза составляет обычно 0,95 - 0,98 плотности воздуха, т.е. при плотности воздуха 1,2928 кг/куб.м средняя плотность биогаза будет:

1,2928*0,965 = 1,24755 кг/куб.м

С другой стороны, связь плотности биогаза, концентраций в нем компонентов и их весового процентного содержания определяются формулой:

, %, где: (3.7)

C_i - концентрация i-того компонента в биогазе, мг/куб.м.

Решая совместно уравнения (6) и (7), получим формулу для определения плотности биогаза:

, кг/ (3.8)

В нижеприведенной таблице 8 для справки указаны плотности некоторых наиболее вероятных компонентов биогаза:

Таблица 8 - Плотности некоторых наиболее вероятных компонентов биогаза

№ п.п.	Наименование вещества	Плотность, кг/
1.	Метан	0,717
2.	Углерода диоксид	1,977
3.	Толуол	0,867
4.	Аммиак	0,771
5.	Ксилол	0,869
6.	Углерода оксид	1,250
7.	Азота диоксид	1,490
8.	Формальдегид	0,815
9.	Ангидрид сернистый	2,930
10.	Этилбензол	0,867
11.	Бензол	0,869
12.	Сероводород	1,540
13.	Фенол	1,071
14.	Водород цианистый	0,901

Определение удельных масс компонентов, выбрасываемых в год, по формуле:

, кг/т.отходов в год (3.9)

Максимальные разовые выбросы загрязняющих веществ с полигона:

, г/с, где: (3.10)

P_tj - количество отходов, завезенное в j-тый год, т.;

t_экспл - продолжительность эксплуатации полигона со времени открытия до момента расчета ("2" в настоящей формуле учитывает отходы, завезенные за последние перед расчетом два года).

В том случае, если период эксплуатации полигона превышает длительность четвертой фазы распада органики отходов, вместо t_экспл в формулу (3.10) подставляется продолжительность четвертой фазы.

Валовые выбросы вредных веществ определяются с учетом среднего коэффициента неравномерности образования биогаза в теплое и холодное время, равного 1,3:

, т/год (3.11)

 

Исходные данные:

Результаты анализов проб отходов, отобранных на полигоне (рисунок 10):

- содержание органической составляющей в отходах - R=55%;

- содержание жироподобных веществ в органике отходов - Ж=2%;

- содержание углеводоподобных веществ в органике отходов - У=83%;

- содержание белковых веществ в органике отходов - Б=15%;

- средняя влажность отходов - W=47%.

Рисунок 11 - Содержание пробы с полигона ТБО «Северный»

 

1) Определение удельного выхода биогаза за период его активной стабильной генерации:

кг/кг отходов

2) Количественный выход биогаза в год, отнесенный к 1 тонне отходов:

кг/т отходов в год

3) Для определения плотности газа нам понадобятся концентрации веществ (таблица 9, рисунок 11) и плотности компонентов(таблица 8):

 

Таблица 9- Концентрации веществ

Вещество	Концентрация, мг/
Метан
Диоксид углерода
Аммиак
Сероводород

 

Рисунок 12 - Концентрации веществ, составляющих биогаз

 

Плотность газа определяется по закону аддитивности. для начала определим концентрацию i -того компонента в биогазе (), содержание i -того компонента в биогазе () и плотность i -того компонента биогаза (r_i):

 

кг/

 

%

44,4 %

= 0,53 %

0,027 %

кг/

Средняя плотность биогаза составляет обычно 0,95 - 0,98 плотности воздуха, т.е. при плотности воздуха 1,2588 кг/ средняя плотность биогаза будет:

кг/

4) Удельные массы компонентов, выбрасываемые в год:

кг/т отходов в год

 

5) Максимальные разовые выбросы:

г/с

6) Валовые выбросы:

т/год

Таким образом, выяснилось, что максимальные разовые и валовые выбросы биогаза,образующегося на полигоне ТБО «Северный», соответственно равны 20,63 г/с и 563 т/год.

3.2 Расчет объема образования фильтрата с полигона ТБО «Северный»

 

Для определения количества образовавшегося фильтрата была использована методика, разработанная В.В. Разнощиком, Н.Ф. Абрамовым[17]. Ими установлено, что фильтрат не образуется при складировании твердых бытовых отходов влажностью менее 52% в климатических зонах, где годовое количество атмосферных осадков превышает не более чем на 100 мм количество влаги испарившейся с поверхности полигона. Такая зависимость математически описывается следующим выражением:

, где

— годовой объём фильтрационных вод, тыс. м³/год;

F – площадь полигона, га;

h – среднее количество атмосферных осадков, мм/год;

100 – снижение нормы стока за счет воды, испаряющейся с поверхности полигона, мм/год;

V – среднегодовое поступление ТБО, тыс. м³ /год;

W – среднегодовая влажность отходов, %

Исходные данные:

F = 94 га;

h = 395 мм/год;

V =985 тыс. м³ /год;

W =70 %.

Годовой объем фильтрационных вод равен:

тыс. м³/год

Таким образом, выяснилось, что годовой объем фильтрационных вод, образующихся на полигоне ТБО «Северный», равен 360,2 тыс. м³/год.