+7 (342) 299 99 69

пн-пт с 900 до 1800

logotype

Добыча и утилизация биогаза

В результате анаэробного разложения органической фракции отхо­дов образуется биогаз. Из общего количества метана, ежегодно посту­пающего в атмосферу, 40-70% образуется в результате антропогенной деятельности, причем более 20% из них приходятся на объекты захоро­нения ТБО.

Подсчитано, что из одной тонны ТБО образуется около 200 м3 био­газа. При этом первые 15-20 лет при разложении одной тонны ТБО вы­деляется до 7,5 м3 биогаза в год. В дальнейшем интенсивность выделе­ния биогаза резко сокращается.

Основные компоненты биогаза, (%): метан 40-75 (обычно 50-60), диоксид углерода - 30-40, азот - 5-15, кислород - 0-2, сероводород и другие токсичные соединения — в небольших количествах.

В зависимости от содержания метана биогаз имеет теплоту сгора­ния от 15 до 25 МДж/м3 (3600-4800 ккал/м3), что соответствует 50% теп­лоты сгорания природного газа. В среднем теплота сгорания биогаза со­ставляет 4200 ккал/м3.

Биогаз относится к числу газов, создающих «парниковый эф­фект» и влияющих на изменение климата Земли в целом. «Конвенция о предотвращении глобального изменения климата» (ратифицирована Россией в 1992 г.) обязывает страны - участницы минимизировать вы­бросы в атмосферу парниковых газов, таких как метан и диоксид угле­рода (выброс в атмосферу 1 м3 метана по своим губительным послед­ствиям для изменения климата эквивалентен выбросу в атмосферу око­ло 25 м3 диоксида углерода). В этой связи уменьшение выбросов биога­за в атмосферу обеспечивает не только улучшение экологической ситу­ации вокруг полигонов ТБО, но и способствует выполнению Россией своих международных обязательств.

Биогаз является одной из причин возгорания ТБО на полигонах и свалках. При содержании в воздухе от 5 до 15% метана и 12% кислоро­да образуется взрывоопасная смесь.

Биогаз оказывает также негативное воздействие на растительный покров, угнетая растительность на примыкающих к полигонам ТБО площадях (механизм влияния связан с насыщением биогазом порового пространства почвы и вытеснением из нее кислорода).

Негативное воздействие биогаза на окружающую среду привело к тому, что в большинстве развитых стран владельцы полигонов законо­дательно принуждаются к предотвращению его стихийного распростра­нения.

В связи с этим за рубежом в последнее десятилетие получили ши­рокое распространение технологии добычи и утилизации биогаза. В Германии, например, к началу нового тысячелетия добыча биогаза на полигонах ТБО составила около 35 млн. м3/год, что позволяет получать ежегодно 140 млн. кВт-ч электроэнергии и экономить 14 тыс. т/год нефти.

На российских полигонах и свалках биогаз практически не собира­ется. Первые шаги в этом направлении осуществила фирма «Геополис», построившая совместно с фирмой «Гронтмай» (Нидерланды) установ­ки для сбора биогаза на двух подмосковных полигонах ТБО (в Мыти­щах и Серпухове). На каждом из этих полигонов, являющихся достаточ­но типичными для Московской области (площадь — 5-7 га, средняя мощ­ность отходов - 10-12 м), образуется 600-800 м3 биогаза в час.

Для сбора биогаза используют вертикальные скважины, газопрово­ды и компрессорные станции, обеспечивающие подачу газа к мотор-ге­нераторам (при использовании биогаза для производства электроэнер­гии). Компрессор создает необходимое разрежение для сбора биогаза и его транспортировки по газопроводам.

На рис. 3.9 показана блок-схема добычи и утилизации биогаза, реа­лизованная в Московском регионе.

Блок-схема добычи и утилизации биогаза
Рис. 3.9. Блок-схема добычи и утилизации биогаза
Общий вид скважины для добычи биогаза
Рис. 3.10. Общий вид скважины для добычи биогаза

В российских условиях, как показала практика, наиболее целесооб­разно шнековое бурение скважин диаметром 250-300 мм (для сравнения - в Швеции практикуется бурение скважин диаметром 150-200 мм).

По европейским данным, выход биогаза из пробуренной сква­жины глубиной 10 м обычно составляет 10-20 м3/час. Устойчивая рабо­та скважины обеспечивается, если ее дебит не превышает объема вновь образующегося биогаза. Подсчитано, что для обеспечения мощности

МВт требуется 15-20 пробуренных газовых скважин в теле полигона. Регулирование выхода биогаза с полигона осуществляется путем регу­лирования числа оборотов компрессора.

Расстояние между газовыми скважинами на участке сбора биогаза обычно составляет 50-60 м. Если число газовых скважин на полигоне оптимально, а откосы полигона уплотнены, извлечение биогаза состав­ляет до 80% от его образующегося объема. Если биогаз собирается на так называемых биокартах с однородными отходами (европейские ус­ловия), извлечение биогаза повышается до 90%. На рис. ЗЛО показан общий вид скважины для добычи биогаза на подмосковных полигонах.

Инженерное обустройство скважины включает несколько этапов. На первом этапе в скважину опускается перфорированная стальная или пластмассовая труба, затушенная снизу и снабженная фланцевым со­единением в приустьевой части. Затем в межтрубное пространство за­сыпается пористый материал (например, гравий) с послойным уплотне­нием до глубины 3-4 м от устья скважины. На следующем этапе соору­жается глиняный замок для предотвращения попадания в скважину ат­мосферного воздуха. После этого приступают к установке оголовка скважины. Оголовок представляет собой металлический цилиндр, снаб­женный газозапорной арматурой для регулировки дебета скважины и контроля состава биогаза, а также патрубком для присоединения сква­жины к газопроводу.

В шведской практике для крепления буровых скважин используют­ся обсадные трубы (рис. 3.11), которые после установки перфорирован­ного пластмассового фильтра частично вынимаются из тела полигона. Нижняя секция обсадной трубы длиной 3 м остается на уровне 1,5-4,5 м ниже уровня грунта, а над верхней частью фильтра в скважине образу­ется изолирующее покрытие высотой 4,5 м, позволяющее создать отно­сительно большое разрежение вокруг скважины и повысить эффектив­ность сбора биогаза. По данным шведской практики, при сборе биогаза на действующих полигонах возникают эксплуатационные сложности и в течение первых десяти лет часть газовых скважин и фильтров должна быть обновлена (разрушение труб под действием проседания поступа­ющих отходов, закупоривание фильтрующих труб). Схема размещения газовых скважин на высоконагруженном полигоне в Швеции показана на рис. 3.12.

Температура образующегося биогаза соответствует температуре те­ла полигона, которая при анаэробном разложении органической фрак­ции ТБО повышается до 25-40°С. Поскольку для отходов характерна высокая влажность, биогаз насыщается парами воды. При снижении температуры биогаза до 10°С в системе газопроводов образуется до 20 г/м3 конденсата. На установке мощностью 1 МВт ежесуточно обра­зуется 100 л конденсата Этот конденсат необходимо удалять из систе­мы сбора биогаза и направлять на обезвреживание, так как по химиче­скому составу он во многом аналогичен фильтрату. Уклон газопровод­ных труб в пределах полигона должен обеспечивать сбор конденсата (в соответствии с европейской практикой уклон труб - не менее 20%). Для удаления влаги из системы устанавливают конденсатоотводчики (сталь­ные резервуары с гидрозатворами).

Схема управления ТБО
Рис. 3.11. Конструкция газовых скважин (европейская практика)
Схема размещения газовых скважин на высоконагруженном полигоне
Рис. 3.12. Схема размещения газовых скважин на высоконагруженном полигоне

Биогаз, добываемый на полигонах, наиболее часто используют для производства электроэнергии. В российских условиях из 1 м3 биогаза можно получить 1,5 кВт-ч электроэнергии. К сожалению, большой энергетический потенциал полигонов в настоящее время не использует­ся. В то же время в большинстве развитых стран производство электро­энергии на основе биогаза стимулируется государством с помощью спе­циальных законов.

Так, в США и странах ЕС существуют законы, обя­зывающие энергетические компании использовать нетрадиционные ис­точники энергии, а потребителей - покупать альтернативную энергию. При этом нормативно определяется стоимость альтернативной энергии, которая, как правило, в 2-2,5 раза выше стоимости энергии, произведен­ной на основе использования традиционных энергоносителей (природ­ный газ, нефтепродукты). В ряде случаев электроэнергия, произведен­ная из биогаза, частично или полностью используется для нужд пред­приятия, эксплуатирующего полигон ТБО.

В отличие от многих европейских стран, в Швеции традиционной формой утилизации биогаза является его сжигание в газовых котлах для производства тепловой энергии. Газовые котлы чаще всего соединяются с местной системой районного теплоснабжения. В Швеции имеется так­же опыт утилизации биогаза для комбинированного производства элек­трической и тепловой энергии на стационарных газовых двигателях.

В тех случаях, когда возникают сложности с утилизацией биогаза (например, из-за больших расстояний до потребителя), собранный био­газ подвергают факельному сжиганию в специальных газовых горелках. Факельное сжигание биогаза следует рассматривать как вынужденную и промежуточную меру, способствующую снижению поступления био­газа в атмосферу и вероятности возгорания ТБО на полигонах.

В соответствии с требованиями к мониторингу полигона должны про­водиться систематические наблюдения за подземными и поверхностными водами, донными отложениями, растительностью, атмосферным воздухом.

Полигон, выведенный из эксплуатации, подлежит рекультивации полигона.

Рекультивация проводится по окончании стабилизации закрытых по­лигонов, когда свалочный грунт достигает устойчивого состояния. После планировки поверхности, укладки плодородного слоя и его выравнива­ния производится посадка многолетних трав, кустарников и деревьев.

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)
  • Комментарии к статье
  • Вконтакте
  • Facebook

Содержимое второго блока