книги / Управление метаногенезом на полигонах твердых бытовых отходов

кйг, когда требуемое давление не превышает 150 мм ртут­ ного столба. Принцип действия заключается в следующем: входное устройство, выполненное в виде сужающего про­ странства, обеспечивает некоторое увеличение скорости поступающего газового потока, который входит по оси и проходит радиально по корпусу на высокой скорости. Увеличение диаметра цилиндра повышает скорость пото­ ка в рабочем колесе.

Центробежные вентиляторы могут работать с перемен­ ным объемом при постоянной скорости, пригодны для более высокого наружного давления, имеют маленькие габариты и незначительную материалоемкость, низкий уровень шума и вибрации, режим автостопа, просты в эксплуатации; на одном валу может размещаться до 11 винтов.

Регенеративные вентиляторы состоят из нескольких винтов, которые вращаются в неподвижном корпусе. Воз­ дух проходит через входное отверстие и заполняет про­ странство между двумя вращающимися винтами.

Вентиляторы такого типа предназначены для высокого уровня давления в скважине, которое может достигать порядка 380 мм ртутного столба.

Преимущества вентиляторов этого типа: компактность; отсутствие масляных выбросов в атмосферу; способность работать при повышенном давлении в скважине, пропус­ кать разные объемы газа при постоянной скорости и рабо­ тать в равномерном режиме. Вместе с тем регенеративные вентиляторы требуют низкого содержания влаги и обяза­ тельного использования сепараторов.

Ротационные компрессоры классифицируются как ма­ шины, работающие при постоянном объеме и переменном давлении..Изменение объема может происходить в случае изменения размеров шкива или при изменении скорости и частоты вращения ротора. Компрессоры применяют при давлении 40—320 мм ртутного столба.

В конструкцию компрессора входят два сопоставимых, вращающихся в неподвижном корпусе винта. Корпус раз­ делен на приемный и выходной бункеры. Винты вращают­ ся в противоположных направлениях относительно друг друга. Поток газа захватывается в наружном бункере и переносится по периметру на выход. Синхронное враще­

ние винтов обеспечивается передающим механизмом от вала.

При эксплуатации ротационных компрессоров необхо­ димо следить за тем, чтобы масляные фракции смазочных материалов не попадали в поток биогаза. Основное пре­ имущество ротационных компрессоров — высокое давле­ ние при фиксированных параметрах потока. Недостатка­ ми их являются высокий уровень шума, а также необхо­ димость постоянного проведения мониторинговых исследований, технического контроля и очистки от масля­ ных фракций смазочных материалов.

Кольцевые вакуумные компрессоры используют в рабо­ те как газовый поток, так и поток жидкости. Центробеж­ ные силы формируют поток жидкости на внутренних стен­ ках корпуса. Поток газа, проходя сквозь лопасти винта с кольцом жидкости, увеличивает радиальное давление. Последующий оборот приводит к образованию некоторого количества сжатого газа и жидкости, которые подлежат

Рис. 5.11. Вентиляторы, используемые для извлечения биогаза [5):

1)центробежный вентилятор;

2)ротационный вентилятор; 3) кольцевой вакуумный компрессор

удалению. Жидкость может использоваться для охлажде­ ния нагревающихся частей компрессора. Рассмотренные аппараты показаны на рис. 5.11.

Компрессоры и вентиляторы, используемые в системе утилизации биогаза, должны быть рассчитаны на макси­ мальный уровень потока газа в течение всего срока эксп­ луатации системы.

5.5. Мониторинг воздействий биогаза на окружающую срёду

5.5.1. Общие принципы организации мониторинга мест захоронения ТБО и прилегающих территорий

В концепции санитарного захоронения ТБО важным элементом является мониторинг воздействия свалочного тела на объекты окружающей среды. Идеология монито­ ринга полигонов реализует схему организации наблюде­ ний за источниками антропогенного загрязнения, вклю­ чая пространственно-временную структуру, обоснование перечня контролируемых показателей, методическое и аппаратурное обеспечение [28].

Ведение постоянных во времени и пространстве наблю­ дений позволяет получить необходимую информацию для оценки и прогноза природно-техногенных процессов, вы­ дачи рекомендаций по управлению инженерными соору­ жениями, обеспечивающими безопасность полигона для природной среды.

Достижение поставленной цели осуществляется путем решения отдельных задач, таких как:

-оценка валовой эмиссии и динамики образования заг­ рязняющих веществ в составе биогаза и фильтрата;

выявление путей миграции загрязнения во внешней среде и возможность накопления в депонирующих средах;

-определение изменения состояния природной среды в границах влияния полигона;

определение возможности использования газоносной способности захоронения ТБО для утилизации метана в промышленных масштабах;

обоснование инженерно-технических мероприятий, предупреждающих опасную эмиссию биогаза и фильтрата

вокружающую среду и позволяющих ускорить процесс

повторного использования территории после закрытия объекта;

прогноз просадки тела полигона и др.

Систему мониторинга отличает комплексный и систем­ ный подход при организации наблюдений и сборе первич­ ной информации:

1.Наблюдения за состоянием природной среды ведутся на всех этапах жизненного цикла —инвестиционном этапе

иприеме полигона в эксплуатацию; в период эксплуата­ ции и рекультивации; в пострекультивационный период.

2.Наблюдению подлежат все компоненты природно-тех­ ногенной системы —приземные слои атмосферы, природ­ ные воды (подземные и поверхностные), почва и грунты, снеговой покров, биота.

3.Наблюдению подлежат элементы инженерной защи­ ты, состояние и эффективность работы которых опреде­ ляют степень воздействия на природные объекты. Техно­ логический мониторинг учитывает вариант системы де­ газации полигона, наличие системы отведения сточных вод и их очистки, тип инженерной защиты основания полигона и др.

4.Наблюдения проводятся с разным уровнем периодич­ ности.

5.В режиме наблюдения и сбора информации использу­ ются современные методы и приборы, широко применяе­ мые, в смежных областях науки и техники (газоанализато­ ры, aZar/n-датчики, автономные уровнемеры, лизиметры и др.). Сбор информации обеспечивается переносным и ла­ бораторным оборудованием владельца полигона и контро­ лирующих организаций.

6.Результаты наблюдений фиксируются на бумажных

ив электронных носителях информации, обрабатываются в электронной базе данных, интегрированной в территори­ альную систему управления базами данных о состоянии природной среды региона. Графическая визуализация осу­ ществляется с помощью ГИС.

Осуществление систематических наблюдений распрост­ раняется на следующие объекты:

—обязательные объекты - атмосферный воздух, под­ земные воды, поверхностные водные объекты, принимаю­ щие очищенные стоки полигона, почва;

—дополнительные объекты —грунты, снеговой покров, растительные сообщества. В отдельных случаях дополни­ тельными объектами наблюдений могут быть уровень шума, санитарно-эпидемиологическое благополучие территории, состояние водозаборов, метеорологические условия, ради­ ационный фон.

Набор контролируемых параметров, периодичность осу­ ществления наблюдений, расположение контрольных то­ чек и их техническое оснащение устанавливается в проек­ тах и программах мониторинга. Программа мониторинга учитывает:

—динамические изменения, происходящие на протяже­ нии всего жизненного цикла полигона;

—интенсивность влияния полигонов на окружающую среду, индивидуальную для разных категорий полигонов; —наличие технической возможности организации ста­

ционарных режимных наблюдений.

Программы мониторинга делятся на обязательные (пол­ ную и сокращенную) и дополнительные (специальная, ар­ битражная), которые составляются по требованию контро­ лирующих органов.

В таблице 5.5 представлены основные элементы програм­ мы мониторинга, включая объекты наблюдений, контрольные точки и показатели, отражающие изменения состояния при­ родных объектов в границах влияния полигона ТБО.

Техническое обустройство современных полигонов ТБО формировалось в соответствии с изменениями в области стратегии захоронения отходов. Существующие в России захоронения ТБО можно разделить на три основные кате­ гории.

1- я категория —стихийные свалки, характеризуются отсутствием инженерно-экологических изысканий для тер­ ритории, отведенной под размещение отходов, и минималь­ ными экономическими затратами на этапах эксплуатации и закрытия объекта, при этом отходы размещены насы­ пью без уплотнения и изоляции, а само захоронение и зона его влияния не контролировались.

2- я категория - санкционированные необорудованные захоронения ТБО, введены в эксплуатацию с соблюдени­ ем нормативов размещения объекта по санитарным и гео­ лого-гидрологическим критериям; при размещении отхо-

				Таблица 5.5
Основные элементы программы мониторинга
Объект	Пункт			Показатели состояния
наблюдения	наблюдения			объекта
Подземные воды	Кусты	наблюда­	-	уровень залегания грунтовых вод;
	тельных	скважин,	-	дебит родников;
	наблюдательные ко­		-	физические свойства;
	лодцы, каптирован­		-	химический состав;
	ные родники		-	биотоксичностъ;
			-	бактериологические и паразито-
			логические показатели;
			-	санитарно-эпидемиологическая
			безопасность нецентрализованных
			источников водоснабжения
П оверхностны е	Гидрологические		-	гидрологические характеристики;
водоемы и водотоки	створы		-	физико-химический состав;
			-	бактериологические и паразито-
			логические показатели;
			-	водосбор и сброс;
			-	пересыхание и перемерзание
			водного объекта
	Территория зон		-	санитарное состояние;
	санитарной охраны		-	санитарно-эпидемиологическая
			безопасность водозаборов
А тм о с ф е р н ы й	Пункты наблюде­		-	компоненты биогаза;
воздух	ний на рекультиви­		-	неметановые соединения;
	рованных участках,		-	выбросы технологических машин
	система дегазации,		и автотранспорта;
	граница СЗЗ		-	метеорологические параметры
Почва	Почвенно-ботани­		-	водно-физические свойства по­
	ческие площадки		чвы, содержание химических веществ
Растительные со­	Почвенно-ботани­		-	видовой состав, угнетенность,
общества	ческие площадки		болезни растений;
			-	содержание химических соеди­
			нений
Снеговой покров	Почвенно-ботани­		-	снегомерная съемка;
	ческие площадки		-	физико-химические показатели

		Окончание таблицы 5.5
Объект	Пункт ,	Показатели состояния
наблюдения	наблюдения	объекта
	Инженерно-технические сооружения
Противофильтра-	Стационарные ли­	Например: показатели состояния
ционная защита, по­	нии	экрана по методу ВЭП-электролрофи-
лимерный экран		лирования
Противофильтра-	Сухие колодцы	Влажность, уровень воды
ционная защита не­	Лизиметрические
изолированного ос­	установки
нования
Система дегаза­	Газовыпуски	Взрывоопасные концентрации ме­
ции		тана и кислорода
		Компоненты биогаза
Система сбора и	Вход в очистные	Расход, физико-химические пока­
очистки сточных вод	сооружения	затели (pH, ХПК, ВПК, солесодержа-
		ние, тяжелые металлы)
	Выпуск очищен­	Расход, физико-химические пока­
	ных стоков	затели (pH, ХПК, BnKj, солесодержа-
		ние, тяжелые металлы), биотоксич-
		ностъ, бактериологические и парази­
		тологические показатели
О кон чатель ное	Вешки просадки	Смещение вешек
покрытие
	Производственный контроль
Прием отходов	Въезд на полигон	Производственный контроль
		Количество, состав (визуально и
		идентичность химического состава по
		представительным пробам)
Технология захо­	Тело полигона	Учет размещения ТБО по картам,
ронения		разравнивание, уплотнение, изоляция
		слоев

дов проводится послойное уплотнение; в некоторых случа­ ях, без изоляции слоев, окончательная засыпка рабочей поверхности захоронения завершает эксплуатацию объек­ та; регулярные наблюдения за полигоном и в зоне влия­ ния не проводятся.

3-я категория —санитарное захоронение отходов, что предусматривает наличие интегрированного менеджмента отходов, соблюдение технологии складирования, наличие инженерных сооружений и контроля влияния на объекты окружающей среды.

С учетом жизненного цикла объекта захоронения отхо­ дов и факторов, влияющих на эмиссию в ООС, полигоны ТБО можно разделить на следующие группы;

•необорудованные (стихийные) свалки, закрытые к на­ стоящему времени, т.е. находящиеся на пострекультивационном этапе;

•необорудованные полигоны на стадии эксплуатации или подлежащие рекультивации в ближайшее время;

•санитарные полигоны на стадии эксплуатации;

•санитарные полигоны на инвестиционном этапе (в ста­ дии проектирования, строительства, ввода в эксплуатацию). Последняя категория полигонов не опасна для окружаю­ щей среды, но принимается для рассмотрения с целью оптимизации мониторинга.

5.5.2. Методы отбора проб биогаза и аппаратурное обеспечение мониторинга биогаза

Для проведения анализа атмосферного воздуха на тер­ ритории свалки, определения состава биогаза и величины потока необходимо произвести отбор проб по разрешенным методикам и аттестованными приборами. В зависимости от целей анализа пробоотбор ведут разными методами. Различают пробы: для мониторинга атмосферного воздуха на территории свалки; специальные пробы на выявление определенного компонента в составе биогаза; пробы для определения состава биогаза.

В соответствии с этим существуют различные методы пробоотбора.

Для анализа атмосферного воздуха отбор проб произво­ дят аспирационным методом или в сосуды ограниченной емкости. При использовании аспирационного метода объем

Таблица 5.6

Мониторинг полигонов ТБО в зависимости от этапа жизненного цикла

Этап жизненного	Категория	Мониторинг
цикла	объекта
Инвестиционный	3	Инженерно-экологические изыскания для
		строительства (СП 11-102-97), п. 1 -4
Эксплуатация	1-2-3	Режимно-стационарные наблюдения состо­
		яния объектов окружающей среды в грани­
		цах влияния полигона.
		Технологический мониторинг (инженерно-
		технические сооружения, прием отходов, со­
		блюдение технологии захоронения), п. 1- 8
Рекультивация	1-2-3	Инвентаризационные наблюдения состоя­
		ния объектов окружающей среды. Технологи­
		ческий мониторинг (инженерно-технические
		сооружения), п. 1- 8
Пострекультивационный	1-2	Инвентаризационные наблюдения, п. 1- 4

воздуха протягивается аспиратором через поглотительный прибор. Поглотителями служат специально приготовлен­ ные поглотительные растворы или твердые поглотители: силикагель, активированный уголь, волокнистые или дру­ гие фильтрующие материалы. Отбор проб воздуха прово­ дят в сосуды ограниченного объема в тех случаях, когда методы определения исследуемого вещества обладают вы­ сокой чувствительностью или же концентрация его в воз­ духе значительна. Для отбора проб воздуха применяют бутылки, газовые пипетки и резиновые камеры.

Для анализа состава биогаза и оценки газоносной спо­ собности полигона бурят скважины с применением специ­ ального оборудования и изучают состав газа послойно. Пробоотбор биогаза осуществляется через газов ыпуски (рис. 5.12). Разогретый внутри складированных отходов биогаз, до температуры порядка 40—50°С, легче воздуха. Из толщи отходов через фильтрующую обсыпку и неплот­ ности в стыках железобетонных колец он проникает во внутреннюю полость колодца. Оттуда по порам внутрен­ ней засыпки из крупного щебня биогаз свободно поднима­

ется вверх по газовыпуску [29]. Для обеспечения доступа газовыпуски располагаются по бермам откосов полигона. Основание газоотборников должно быть выше самой высо­ кой сезонной отметки подъема грунтовой воды. Иногда для отбора газа используется группа из трех газоотборников с коротким фильтром.

Для определения поверхностного выделения газа исполь­ зуются боксы, устанавливаемые по возможности более плот­ но к поверхности складированных отходов. Для более на­ дежного уплотнения их засыпают слоем почвы. Поступив­ ший в бокс метан отводят с помощью насоса, который встроен в измеряющий прибор (обычно —хроматограф с плазменно-ионизационным детектором).

Для точности получаемых результатов, в каждый мо­ мент времени взятия пробы, дополнительно определя­ ются и регистрируются следующие данные: содержание метана в окружающем воздухе, температура окружаю­ щего пространства, скорость ветра, влажность, атмосфер­ ное давление.

Действие пассивных пробоотборников основано на ад­ сорбции летучих компонентов в сорбирующем материале, который закладывается в грунт. Основными недостатками данного метода являются вытеснение необходимых адсор­ бированных летучих компонентов влагой, что приводит к снижению измеряемых скоростей эмиссии, и разрушение почвенного покрова, которое может привести к повышен­ ной скорости эмиссии по сравнению с действительной.

Рекомендуемые US ЕРА методы 2Е и ЗС базируются на пробоотборе из мониторинговых скважин. Для определения количественных и качественных показателей газа исполь­ зуется хроматограф с детектором теплопроводности [30].

Метод 25С для определения неметановых органических составляющих биогаза является комплексным и состоит из нескольких этапов. Проба берется ниже покрытия свалки с помощью цилиндра. Часть взятого образца впрыскивает­ ся в колонку газового хроматографа для отделения окси­ дов углерода (С02, СО) от СН4. Неметановые вещества окис­ ляются до С02, остальные проходят через плазменно-иониза­ ционный детектор (ПИД). Так как процедура является комплексной, то вероятность определения каких-либо дру­ гих веществ сводится к минимуму [30].