|
DOI: 10.25136/2409-7543.2021.1.34738
Дата направления статьи в редакцию:
26-12-2020
Дата публикации:
01-04-2021
Аннотация:
В статье рассмотрен энергетический потенциал полигона твердых коммунальных отходов в городе Партизанске, Приморского края. Полигон начал функционировать в 1975 году. На полигоне климат муссонного типа с тёплым влажным летом и холодной малоснежной зимой. Численность обслуживаемого населения составляет 45 646 человек. Морфологический состав твердых коммунальных отходов (ТКО), складируемых на полигоне следующий: макулатура, стекло, полимеры, текстиль, металл черный и цветной, пищевые отходы и прочее. Исследователи дают краткую характеристику полигона, изучают удельный выход биогаза, компонентный состав свалочного газа, среднестатистический состав биогаза, определяют удельную массу компонентов биогаза за год. В исследовании рассчитаны максимальные разовые и валовые выбросы загрязняющих веществ, определены средние удельные значения вредных выбросов, рассчитано годовое и максимальное разовое количество свалочного газа, дана оценка теоретической энергетической ценности полигона твердых коммунальных отходов, обозначен энергетический потенциал полигона твердых коммунальных отходов и его экономической эффективности. В ходе выполнения технических расчетов определено число не возобновляемых энергоресурсов (уголь, нефть, природный газ), которое можно сэкономить при замене энергоносителей на свалочный газ. Анализ использования ТКО в качестве возобновляемых вторичных энергетических ресурсов показывает все возрастающую роль этого источника в энергосбережении и потенциал в снижении загрязнения окружающей среды при сборе и утилизации биогаза.
Ключевые слова:
твердые коммунальные отходы, свалочный газ, загрязняющие вещества, максимальные разовые выбросы, энергетический потенциал, энергоресурсы, окружающая среда, полигон, оценка потенциала, биогаз
Abstract: This article examines the energy capacity of the municipal solid waste landfill in the town of Partizansk, Primorsky Krai. The landfill was launched in 1975. The landfill has a monsoon-type climate with warm, humid summers and cold winters with little amount of snow. The services are provided to 45,646 people. The morphological composition of municipal solid waste (MSW) stored on the landfill consist of recyclable paper, glass, polymers, textiles, ferrous and nonferrous metal, food waste, etc. The authors provide a brief characteristics to the landfill; examine biogas yield, component composition of landfill gas, and average composition of biogas; determine specific density of biogas per year. The article calculates the maximum single and gross emissions of pollutants, average specific values of harmful emissions, annual and maximum single amount of landfill gas. Assessment is given to the theoretical energy value of municipal solid waste landfill. The energy capacity of municipal solid waste landfill and its economic efficiency are indicated. In the course of technical calculations, the number of nonrenewable energy resources (coal, oil, natural gas), which can be saved if replace energy carriers with landfill gas is determined. The analysis of using MSW as the renewable secondary energy resources demonstrates the growing role of this source in energy saving and capacity for reducing environmental pollution due to collection and disposal of biogas.
Keywords: municipal solid waste, landfill gas, pollutant, maximum one-time emissions, energy potential, energy resources, environment, landfill, potential assessment, biogas
Одной из актуальных проблем, связанных с ухудшением качества окружающей природной среды, является нерациональное, экологически опасное размещение отходов. В России эксплуатируется более 1300 полигонов ТКО, из них только 8% отвечают санитарным требованиям [4].
Традиционные источники энергии, такие как нефть, газ, каменный уголь, древесина со временем иссякнут. По оценкам специалистов использование возобновляемых источников энергии для производства электроэнергии и тепла в мире будет развиваться быстрыми темпами, и к 2040 их прирост достигнет 77%, подавляющую долю при этом будет составлять биомасса с отходами [5].
Вопрос перехода от традиционных углеводородных источников энергии уже стоит давно и с каждым годом становится более актуальным. Помимо проблемы истощения традиционных источников энергии существует также и экологические задачи, поскольку извлечение и сжигание углеводородных источников энергии приводит к выбросам загрязняющих веществ в атмосферу, ухудшая среду обитания человека и создавая экологические проблемы, такие как: загрязнение атмосферы газообразными продуктами, выбросы теплых жидкостей в водоемы, парниковый эффект.
В последние годы широкое развитие получила альтернативная энергетика. Она представлена разнообразными видами возобновляемых источников энергии, которые являются неиссякаемыми. К таким источникам энергии относятся: энергия солнца, ветра, приливов и отливов, геотермальная и биомассы. У альтернативной энергетики есть свои плюсы, такие как низкая себестоимость, доступность, возобновляемость и она не причиняет никакого вреда экологии. К минусам можно отнести непостоянство, зависимость от погодных условий и времени суток, высокая стоимость, недостаточная единичная мощность установок и невысокий КПД. Многие нетрадиционные и возобновляемые источники энергии без затруднений можно установить в жилых зданиях. Отдельные его виды применяются в тяжелой и легкой промышленностях.
Проблема обращения с ТКО так же является одной и важнейших в настоящее время. Твердые коммунальные отходы (ТКО) – отходы, образующиеся в жилых помещениях в процессе потребления физическими лицами, а также товары, утратившие свои потребительские свойства в процессе их использования физическими лицами в жилых помещениях в целях удовлетворения личных и бытовых нужд [1].
Значительная часть ТКО представлена различными органическими веществами, в том числе бумагой и картоном (до 38%) и пищевыми отходами (до 30%) [6]. Несмотря на успехи в области совершенствования технологий переработки коммунальных отходов их большая часть захоранивается на полигонах. С каждым годом потребление различных продуктов возрастает, а значит увеличиваются и отходы. Практически все хранилища коммунальных отходов оказывают негативное воздействие на компоненты окружающей среды: загрязнение грунтовых вод, изменение ландшафта, биологическое загрязнение, связанное с неконтролируемым размножением некоторых видов животных [7]. Все это приводит к ухудшению экологии, и возрастает значимость в обеспечении безвредных технологических процессов. Одним из решений данной проблемы является производство альтернативного топлива из высококалорийных компонентов ТКО.
В данной работе был выбран полигон, расположенный в Приморском крае в городе Партизанске. На полигоне климат муссонного типа с тёплым влажным летом и холодной малоснежной зимой. Самый тёплый месяц – август, средняя температура которого +20°С…+22°С, максимальная 37,8°С. Самый холодный месяц – январь, средняя температура -11°С…-13°С, минимальная -29,9°С. Продолжительность периода со среднесуточной температурой выше 0°С в среднем составляет 220-240 дней, выше 5°С – 200-210, выше 10°С – 160-170 дней. Полигон начал функционировать в 1975 году. Численность обслуживаемого населения составляет 45 646 человек. Морфологический состав твердых коммунальных отходов (ТКО), складируемых на полигоне следующий: макулатура, стекло, полимеры, текстиль, металл черный и цветной, пищевые отходы и прочее. Удельный объем накопления ТКО (на 1-й год эксплуатации) составляет 1,5 м3чел./год. Ежегодный прирост объема отходов - 3%. В таблице 1 приведены данные о содержании твердых коммунальных отходов на полигоне в городе Партизанске.
Таблица 1 Исходные данные, характеризующие полигон ТКО
|
Результаты анализов проб отходов, отобранных на полигоне
|
|
Содержание органической составляющей в отходах - R
|
55%
|
|
Содержание жироподобных веществ в органике отходов - Ж
|
15%
|
|
Содержание углеводоподобных веществ в органике отходов - У
|
48%
|
|
Содержание белковых веществ в органике отходов - Б
|
13%
|
|
Средняя влажность отходов - W
|
41%
|
В таблице 2 представлен компонентный состав свалочного газа. Больше всего в свалочном газе содержится метана, меньше всего – сероводорода.
Таблица 2
Компонентный состав свалочного газа
|
Компонент
|
Сi, мг/м3
|
|
Метан
|
661 003
|
|
Углерода диоксид
|
539 858
|
|
Толуол
|
8 819
|
|
Аммиак
|
6 584
|
|
Ксилол
|
4 562
|
|
Углерода оксид
|
3 521
|
|
Азота диоксид
|
1 857
|
|
Формальдегид
|
1 124
|
|
Этилбензол
|
1 152
|
|
Ангидрид сернистый
|
845
|
|
Сероводород
|
391
|
Расчет количественного выхода свалочного газа на полигоне ТКО был произведен согласно методике расчета Академии коммунального хозяйства (АКХ) им. К. Д. Памфилова. Удельный выход биогаза (в кг от одного кг отходов) за период активного его выделения определяется по формуле:
 отходов
Период активного выделения биогаза для Партизанска (tcp тепл.= 13,37 °С, Ттепл. = 214 дня) составит:
Определяем количественный выход биогаза за год, отнесенный к одной тонне захороненных отходов:
В соответствии с компонентным составом рассчитываем плотность свалочного газа:
Определяем весовое процентное содержание компонентов в биогазе:
В таблице 3 представлен среднестатистический состав биогаза. Больше всего в биогазе содержится метана – 53,740%, меньше всего сероводорода – 0,032%.
Таблица 3
Среднестатистический состав биогаза
|
Компонент
|
Свeс.i, %
|
|
Метан
|
53,740
|
|
Углерода диоксид
|
43,891
|
|
То
|
|
Cn
© 1998 – 2024 Nota Bene. Publishing Technologies. NB-Media Ltd.
