ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

Использование биогаза из захоронений отходов

Захоронение подверженных гниению отходов в поверхностных хранилищах неизбежно ведет к образованию биогаза, являющегося продуктом анаэробного разложения, протекающего внутри массы захороненных отходов.

Основным компонентом биогаза является метан, но в нем со­держатся и другие вещества, наносящие урон окружающей среде: сероводород и галогенсодержащие углеводороды. Энергетический потенциал биогаза составляет 21 МДж/м. При наличии непрони­цаемого верхнего слоя повышается возможность горизонтальной миграции газа из зоны захоронения.

Биогаз необходимо отводить для того, чтобы предотвратить его миграцию с полигона, так как он токсичен и взрывоопасен. Его опасность распространяется не только на территорию полигона, но и за ее пределы в связи со значительным объемом образования.

Методы контроля и отвода биогаза в настоящее время доста­точно разработаны и за рубежом широко используются. Газ обыч­но отсасывается и направляется на сжигание в открытом факеле или при значительных количествах и соответствующем качестве утилизируется. Сбор биогаза осуществляется из вертикальных скважин, пробуренных на месте уже заполненных хранилищ, или горизонтальных скважин-коллекторов, сооруженных в процессе складирования отходов.

В пробуренный ствол скважины на глубину не менее 10 м (лучше 20 - 30 м) помещается перфорированная в нижней части стальная труба. Затрубное пространство хранилища заполняется гранулированным материалом. Верхняя часть затрубного простран­ства бетонируется для предотвращения поступления в скважину воздуха. Типичное оборудование для сбора биогаза состоит из вса­сывающего трубопровода, диафрагм енного расходомера и задвижки для регулирования потока.

На количество образующегося биогаза влияют:

* состав, возраст, плотность, температура и влажность отхо­дов;

* площадь, глубина, способы эксплуатации и рекультивации хранилища отходов;

* водный баланс хранилища.

В наиболее простом случае газы могут собираться и направ­ляться по трубопроводам потребителю в качестве топлива.

Другим простым вариантом использования биогаза является сжигание его в специальных установках для получения электро­энергии. Это могут быть газовые двигатели с искровым зажигани­ем, газовые турбины. Газовые двигатели позволяют создавать ма­ломощные установки. Наиболее целесообразно применение двух­тактных газовых двигателей без впускающих и выпускающих кла­панов.

Газовые турбины эффективны при мощности более 2 МВт; к. п.д. их составляет 32%. Более дорогостоящим является получе­ние высококачественного газа. Это требует удаления неметановых компонентов, что достигается химическими или физическими ме­тодами сепарации.

Поскольку биогаз может содержать сероводород и галогенпро - изводные углеводороды, то для использования в качестве топлива для газовых двигателей необходима его очистка. По методу фирмы "Карбо-Тех" (Германия) очистка биогаза производится в две ста­дии. На первой стадии извлекается сероводород, а на второй про­изводится удаление галогенсодержащих углеводородов.

В обеих стадиях в качестве очищающего вещества используется активный уголь. В первой он играет роль катализатора при пре­вращении сероводорода в элементарную серу. Процесс протекает по реакции:

2H2S + 02 - 2Н20 + 2S.

Остаточное содержание сероводорода после прохождения газом первой стадии очистки равно 5 мг/м.

Активный уголь, на котором осаждается элементарная сера, периодически заменяется на свежий. На второй стадии активный уголь играет роль адсорбента.

По достижении емкости насыщения активный уголь со второй стадии восстанавливается путем десорбции адсорбированных гало­генсодержащих углеводородов. Десорбция производится с помощью пара, нагретого до 130 °С, паро-газовая смесь конденсируется, а конденсат утилизируется.

Для выработки 1 МВт энергии необходима подача биогаза в ко­личестве 525 м3/ч. Считают, что одна скважина дает 80 м /ч газа.

Высокая плотность мусора позволяет извлекать газ с большой скоростью. Обычная свалка может выдавать газ в течение 10 - 12 лет. Максимум производительности приходится на четвертый год, затем происходит медленное ее снижение.

После окончания эксплуатации скважины, т. е. когда сбор об­разовавшегося биогаза становится экономически неэффективным (так как концентрация метана становится слишком низкой), необ­ходим контроль за его образованием и обезвреживанием. Один из способов обезвреживания заключается в окислении метана возду­хом в поверхностных слоях почвы в присутствии бактерий. В ре­зультате образуется углекислый газ, который диффундирует из по­чвы в атмосферу.

Одно из первых в США захоронений отходов с выработкой биога­за площадью 14 га функционировало с 1978 по 1985 г. В нем нахо­дились вперемешку 1 млн. т мусора и 0,5 млн. т промышленных отходов. Свалка давала 60 млн. м газа в год, или 6868 м3/ч. Пол­ный ресурс мощности такой свалки составил 13,1 МВт.

С 1983 г. фирма "Блю Серкл" (США) применяла газ из храни­лищ отходов для обжига цемента. Другое хранилище, "Стоун" (США), имеет площадь 40 га, объем полости 10 млн. м, глубину от 25 до 45 м. Продуктивность хранилища 7500 м3 газа віч при содержании метана 50%, что позволяет получить электроэнергию в количестве 5-7 МВт с применением двигателей электроискрово­го зажигания и газовых турбин, а также тепловую энергию от от­работанных газов.

Установка состоит из 20 скважин, соединенных трубопроводом длиной 2200 м, газокомпрессорной станции, включающей три пор­шневых компрессора, водяного холодильника, градирни и КИП. Газ транспортируется потребителю по трубопроводу на расстояние 5000 м.

В 1985 г. в США работало более 30 установок, использовавших биогаз, вырабатываемый на полигонах отходов.

В Германии имеется в частной коммерческой эксплуатации ряд установок малой мощности, вырабатывающих электроэнергию пу­тем сжигания биогаза из хранилищ отходов. В Великобритании имеются установки по обжигу цемента и кирпича, использующие биогаз из хранилищ мусора.

К настоящему времени накоплен значительный практический опыт по использованию биогаза из хранилищ мусора и отходов. В нашей стране таких установок нет (если не считать одну установ­ку, появившуюся недавно в Подмосковье), что помимо упускаемой экономической выгоды приводит к загрязнению газом окружающей среды.