Біогаз із звалищ

 

За останні десятиріччя на Землі суттєво зросла кількість твердих побутових відходів (ТПВ). В біосфері щороку потрапляє приблизно 400 млн. т твердих відходів. Причому на одного мешканця міста припадає 250-700 кг відходів на рік. Слід зазначити, що кількість ТПВ щорічно зростає на 3-6%, що перевищує швидкість росту населення планети.

Значна частина ТПВ – це органічні матеріали, зокрема харчові залишки, папір, картон, деревина. Їх співвідношення у масі відходів змінюється залежно від рівня розвитку країни, її географічного положення та культурних особливостей. Однак у цілому частка органічних фракцій ТПВ коливається від 56% у розвинених країнах до 62% у країнах, що розвиваються.

У світовій практиці існує три основні способи утилізації ТПВ:

- пряме спалювання на сміттєспалювальних заводах;

- компостування;

- захороненкя на звалищах та полігонах ТПВ. На відміну від звалищ, полігони ТПВ обладнані системами ізоляції грунту від відходів та системами відводу фільтрату.

У деяких розвинених країнах, особливо в тих, що мають високу щільність населення (Швейцарія, Японія, Бельгія та ін.), ТПВ і навіть осади стічних вод переважно спалюють. Спалювання ТПВ потребує використання складних та дорогих технологій очищення продуктів згорання від важких металів, шкідливих газів (SO2, СО, НСІ, НF, NOx) та інших домішок. Проблема очищення димових газів від діоксинів нині не розв'язана в жодній країні.

Ймовірно, компостування ще тривалий час не буде широко застосовуватися, до вирішення проблеми отримування компосту, вільного від солей важких металів, міграція яких у родючий шар ґрунту неприпустима.

Нині у багатьох країнах світу захоронення ТПВ на спеціальних полігонах вважається найекономічнішим способом їх знешкодження, і вони переважно вивозяться на звалища та полігони. Кількість ТПВ, які вивозять на звалища або полігони, становить у Нідерландах 45-55%, в США -62-85%, в Канаді – 93-96%, в Росії – 97%.

 

У товщі ТПВ при анаеробних умовах (без доступу кисню) утворюється біогаз (звалищний газ). Під дією бактерій частина органічних речовин розкладається з утворенням метану і вуглекислого газу, суміш яких і утворює біогаз. Цей газ є горючим, має досить велику теплотворну здатність – понад 18 МДж/м3. До його складу входять: метан (СН4) – 50-70%, вуглекислий газ (СО2) – 30-50%, а також в незначних кількостях – азот (N2), кисень - (02) і водень (Н2).

Найбільш економічно виправданими є збирання та утилізація звалищного газу на «великих» полігонах ТПВ та звалищах, де міститься понад 1 млн. т відходів, шар яких перевищує 10 м. Бажано, щоб значна частина відходів, захоронених на полігоні, були не «старшими» 10 років. Територія полігону має бути рекультивована, тобто перекрита шаром ґрунту товщиною не менше ніж 30-40 см. Щільність відходів має становити в середньому 800 кг/м3. Середній вихід біогазу з такого полігону становитиме 5 м3 на 1т ТПВ протягом 20 років. Дуже велике значення має частка органічних речовин у ТПВ (будівельне сміття не генерує біогазу). На економічні показники проекту суттєво впливає і наявність споживачів газу, теплоти та електроенергії поблизу полігону.

На полігонах ТПВ у країнах, що розвиваються, газ генерується швидко (вихід метану впродовж 10-15 років), оскільки відходи містять велику частину органічних речовин, що легко розкладаються. Полігони з великим вмістом паперу, картону та деревини генерують метан впродовж приблизно 20 років. Загальний потенціал звалищного газу в ЄС сягає 9 млрд. м3/р. Потенціал звалищного газу в США становить 13 млрд. м3/р. При утилізації метану з усіх полігонів ТПВ в США його кількість становитиме 5% від загального споживання природного газу в США (1% загального споживання енергоносіїв).

В 1992 році у світі експлуатувалася 481 система збирання біогазу, загальний видобуток цих систем становить 5, 15 млрд. м3 газу на рік (2, 4 млн. т н. е. /р.). 3 них 175 установок містяться в країнах ЄС, 264 – в Америці (244 – в США), по 4 – в Австралії та Азії і 2 – в Африці. Однак слід зауважити, що лише близько 25-50% газу, зібраного на звалищах, було комерційно використано, решта спалювалась у факелах.

За даними Міжнародного енергетичного агентства (ІЕА), загальна кількість установок, що працюють на звалищному газі, становить приблизно:

- пряме спалювання в котлах та печах – 110;

- комбіноване виробництво теплоти та електроенергії – 250;

- збагачення до якості природного газу -10;

- інше застосування – 30.

 

Рис. 1. Принципова схема видобування, збирання та утилізації звалищного газу

 

Біогаз зі звалищ – один з основних парникових газів

Метан за ступенем завдання шкоди довкіллю вважається другим після вуглекислого газу найшкідливішим парниковим газом. Фактично метан становить 18% від загальної кількості парникових газів, що викидаються в атмосферу Землі.

Метат приблизно у 21 раз небезпечніший за вуглекислий газ.

Концентрація метану в атмосфері зростає на 0, 6% щороку та більш ніж подвоїлася за останні два століття, а концентрація вуглекислого газу зростає щороку на 0, 4%. У метану коротший термін «життя» в атмосфері ніж у інших парникових газів (метан перебуває в атмосфері