2020-01-14
135
Методика
По расчету выбросов парниковых газов в атмосферу от полигонов твердых бытовых отходов
Алматы, 2010
СОДЕРЖАНИЕ
Область применения. 3
Нормативные ссылки. 4
Перечень сокращений, символов, единиц. 5
ВВЕДЕНИЕ.. 6
1.1 Описание состояния сектора управления ТБО и эмиссии парниковых газов от этого сектора в Казахстане. 6
1.2 Общие сведения о процессе метаногенеза. 7
1.3 Состав ТБО на полигонах. 9
1.4 Требования к исходным данным. Источники данных. Ошибка! Закладка не определена.
1.5 Расчет эмиссий метана с полигонов ТБО.. Ошибка! Закладка не определена.
Пример расчета выбросов метана с полигона ТБО.. 16
Мониторинг биогаза на закрытых полигонах. 18
ЛИТЕРАТУРА.. 19
Область применения
Настоящая методика предназначена для расчета выбросов парниковых газов от управления твердыми бытовыми отходами (ТБО). Она применяется предприятиями, которые владеют полигонами твердых бытовых отходов.
Методика применяется предприятиями, осуществляющими производственную деятельность на территории Республики Казахстан.
|
|
|
Методика используется при проведении ежегодной инвентаризации выбросов парниковых газов от предприятий с целью государственного учета и регулирования в сфере эмиссий и поглощения парниковых газов.
Нормативные ссылки
Представляемая методика разработана в соответствии с Экологическим Кодексом РК (Статьи 317 и 318) и принятыми нормативными правовыми актами, устанавливающими правила инвентаризации и ограничения антропогенных выбросов ПГ:
1. ППРК «Об утверждении Правил государственного учета источников выбросов парниковых газов в атмосферу и потребления озоноразрушающих веществ» от 8 февраля 2008 года № 124;
2. ППРК «Об утверждении Правил ограничения, приостановления или снижения выбросов парниковых газов в атмосферу» от 11 февраля 2008 года № 128;
3. Приказ Министра «Об утверждении правил инвентаризации выбросов парниковых газов и озоноразрушающих веществ» от 13 декабря 2007 г. № 348-п;
4. Приказ Министра «Об утверждении правил разработки и утверждения нормативов предельно допустимых выбросов и потребления озоноразрушающих веществ» от 13 декабря 2007 г. № 350-п.
Перечень сокращений, символов, единиц
| МГЭИК | - | Межправительственная группа экспертов по изменению климата |
| МООС РК | - | Министерство Охраны Окружающей Среды Республики Казахстан |
| ПГ | - | парниковые газы |
| ПГП | - | потенциал глобального потепления |
| РК | - | Республика Казахстан |
| РКИК ООН | - | Рамочная конвенция ООН об изменении климата |
| ТБО | - | Твердые бытовые отходы |
Химические символы
| СН4 | - | Метан |
| N2O | - | закись азота |
| СО2 | - | двуокись углерода |
|
|
|
Единицы измерения
| Гг | - | гигаграмм, тыс. тонн |
| т | - | тонна |
| Т.у.т | - | тонна условного топлива |
| °С | - | градус Цельсия |
| тыс. т | - | тысяча тонн |
| Дж | - | джоуль |
| м3/га | - | метр кубический на гектар |
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время проблема твердых бытовых отходов становится одной из самых острых хозяйственных и природоохранных проблем. Удельные показатели образования отходов по данным Департаментов экологии Комитета экологического регулирования и контроля Министерства охраны окружающей среды РК в больших городах достигают в среднем 0,5 кг в день с 1 чел. и имеют тенденцию к росту. В 2009 г. объем образования отходов достиг 2,8 млн.тонн (на 38 тыс.тонн превышает объем образования отходов за 2008 г.), а объем накопления – 38,4 млн. тонн (на 3 млн.тонн превышает объем накопленных отходов за 2008 г.) по Республике Казахстан. Только не более 3% ТБО из общего количества ТБО, вывозимого на полигоны ТБО в Казахстане, утилизируется.
В толще твердых бытовых отходов, складированных на полигонах, под воздействием микрофлоры происходит биотермический анаэробный процесс разложения органических составляющих отходов. В результате этого процесса образуется биогаз, основную объемную массу которого составляют метан и диоксид углерода. Наряду с названными компонентами биогаз содержит пары воды, оксид углерода, оксиды азота, аммиак, углеводороды, сероводород, фенол и в незначительных количествах другие примеси, обладающие вредным для здоровья человека и окружающей среды воздействием. Количественный и качественный состав биогаза зависит от многих факторов, в том числе, от климатических и геологических условий месторасположения полигона, морфологического и химического состава отходов, условий складирования (площадь, объем, глубина захоронения), влажности, плотности и т.д., и подлежит уточнению в каждом конкретном случае [6].
По данным Департаментов экологии Комитета экологического регулирования и контроля Министерства охраны окружающей среды РК на сегодняшний день имеется управляемых полигонов - 100 ед., свалок – 66 ед.
Система раздельного сбора ТБО в Казахстане практически отсутствует. Лишь в отдельных городах внедряются пилотные проекты. Один из подобных проектов по организации раздельного сбора ТБО принят к внедрению в г.Петропавловске, где в настоящее время установлены 240 контейнеров для раздельного сбора отходов, из них 52 контейнера - под пластик, 22 - под бумагу и 166 - под остаточный мусор.
Основными проблемами в сфере обращения с ТБО являются устаревший парк мусоровозов (изношенность в среднем составляет 70 %) и контейнеров для сбора ТБО, отсутствие выделенных земельных участков для сооружения новых полигонов, пожароопасность свалок из-за нарушения технологических регламентов захоронения бытовых отходов.
Отходы из категории остатков продуктов конечного потребления, такие как бумага и картон, сырье полимерное вторичное, материалы текстильные вторичные и шлаки доменного, сталеплавильного и ферросплавного производств, стеклобой, шины изношенные и т.п. представляют значительный ресурсный резерв[2].. Утилизация органической части отходов (пластик, бумага, текстиль и т.д.), используемых вторично, позволит сократить объем образования метана от полигонов ТБО.
Состояния сектора управления отходами и эмиссии парниковых газов от ТБО в Казахстане
Сложившаяся практика обращения с ТБО в странах СНГ не отвечает экологическим и ресурсосберегающим требованиям, так как базируется преимущественно на полигонном их захоронении или же, в лучшем случае, на упрощенных, не требующих организационных усилий и финансовых затрат, схемах. Технологии, используемые в западноевропейских странах, характеризуются существенными капитальными и эксплуатационными расходами, ориентированы на переработку ТБО строго регламентированного состава и, как следствие, не приемлемы для прямого тиражирования без учета специфических региональных факторов, в том числе природно-климатических и социально-экономических. [5]
|
|
|
В Казахстане в современных экономических условиях полигоны и организованные свалки являются наиболее дешевым и приемлемым методом долговременного и безопасного захоронения ТБО. Часть свалок имеет статус официальных, многие являются полуофициальными, т.е. функционирующими без проектов. Многие города страны размещают отходы на свободных территориях, расположенных вокруг них. Отходы захораниваются контролируемым образом, на определенном месте, кладутся послойно. Такие свалки считаются управляемыми. Однако имеют место произвольное самовозгорание отходов и подтопление грунтовыми водами.
В связи с оживлением экономики и ростом населения в Казахстане увеличивается объем вырабатываемых муниципальных отходов, вырастает полимерная составляющая в их морфологическом составе. В то же время в стране практически отсутствует система учета и контроля деятельности по обращению с отходами на свалках, что существенно усложняет работу по инвентаризации ПГ.
Суммарная эмиссия парниковых газов от сектора «Отходы» в 2008 году составила 4862,6 Гг СО2-экв., что на 211,2 Гг СО2-экв., или на 4,5 %, превышает уровень прошлого 2007 года. В этом секторе можно отметить рост эмиссий, особенно заметный начиная со второй половины 90-х годов прошлого века. По сравнению с 1990 г. эмиссии в секторе «Отходы» увеличились на 19 %, или на 776,6 Гг СО2-эквивалента. Рост суммарной эмиссии парниковых газов в секторе «Отходы» в основном обусловлен увеличением массы ТБО, захораниваемых на свалках.
1.2 Общие сведения о процессе метаногенеза
Газ, образующийся на полигонах, является продуктом биологического разложения органической фракции складируемых отходов. Источником биогаза являются биоразлагаемые фракции отходов, составляющие в среднем 60-80% от массы ТБО, к которым относятся пищевые отходы, садово-парковые, макулатура и другие целлюлозосодержащие отходы.
|
|
|
Скорость и полнота протекания процессов биоразложения зависят от морфологического и химического состава ТБО, климатогеографических условий, а также стадии жизненного цикла полигона. Процесс биологического разложения включает фазы аэробной и анаэробной деструкции. Анаэробные процессы обусловливают основные эмиссии загрязняющих веществ.
Длительность аэробной фазы зависит от предварительной обработки и способа складирования ТБО, определяющих диффузионную способность отходов и степень доступности кислорода. В аэробных условиях, которые складываются на глубине до 50 - 80 см, гидролиз и окисление пищевых отходов, содержащих жиры, белки, протеины, протекает достаточно быстро. Биогаз выделяется в незначительных количествах и состоит в основном из метана, двуокиси углерода, азота и водяного пара.
Анаэробный процесс начинается на эксплуатационном этапе жизненного цикла и заканчивается на пострекультивационном, проходя следующие стадии развития:
1 этап - адаптационную, с периода формирования рабочего тела, когда в течение первых 2-7 лет после начала эксплуатации начинаются процессы метаногенеза;
2 этап - экспоненциального развития, 12-17 лет, (с момента, когда условия метаногенеза сложились, рН фильтрата установилось на уровне 8, до максимального выхода биогаза);
3 этап - стабилизационную, при постоянном потоке биогаза (25-30 лет с момента закрытия);
4 этап - затухание анаэробных процессов, снижение потока биогаза до безопасных концентраций по метану;
5 этап - стадия биологической инертности.
В течение 1-2 лет с момента начала складирования ТБО, по мере естественного и механического уплотнения отходов, усиливаются анаэробные процессы разложения с постоянным образованием биогаза. При переходе аэробных условий в анаэробные облигатные (строгие) аэробные микроорганизмы умирают, а факультативные (условные) аэробные микроорганизмы переходят в анаэробное состояние. Образуются диоксид углерода, вода и водород.
В процессе анаэробного разложения (метанового брожения) принимают участие несколько групп микроорганизмов: Methanococcus Vannielii (восстановление СО2 водородом); Methanobacterium Omeiianskii (сбраживание спиртов); Methanococcus mazei, Methanosarcina methanica, Methanobacterium Sohngenii (сбраживание солей органических кислот) и др.
Выделяются следующие основные фазы анаэробной биодеструкции отходов: гидролиз, когда происходит разрушение полимера до коротких фрагментов и мономеров; ацетогенез, когда образуется уксусная кислота, Н2 и СО2; метаногенез, синтез биогаза снижение биологической активности, полная ассимиляция.
В фазе гидролиза под действием ферментативных бактерий происходит биодеструкция легкоразлагаемых фракций ТБО и гидролиз целлюлозосодержащих отходов (бумага, садово-парковые отходы, древесина). Биогаз в этот период состоит из аммиака, водорода, водяного пара, сероводорода.
В ацетогенной или кислой фазе (рН=4,5 -6,5) в течении 4-5 лет происходит дальнейший распад целлюлозы, с образованием уксусной и пропионовой кислоты, углекислого газа и воды, приводящие к значительному снижению величины рН и ускорению процессов деструкции легко- и среднеразлагаемой фракций ТБО. Биогаз в этот период содержит углекислый газ, азот, аммиак, углеводороды, низкомолекулярные спирты и альдегиды, кетоны. Метан может появляться только в конце этой фазы.
Метаногенная фаза анаэробного разложения включает две стадии: активную и стабильную. В активной стадии, протекает ферментативное разложение образованных в ацетогенной фазе кислот, которое сопровождается значительным выделением газов (метан, углекислый газ, меркаптаны, аммиак и др.). Преобладающим восстановленным сульфидным соединением в биогазе является сероводород. Концентрация метана в биогаза увеличивается до 40-60%. Максимальный выход биогаза наступает после двухлетней выдержки отходов в толще полигона и стабилизации процессов разложения.
Стабильная стадия метаногенеза лимитирует общую скорость разложения органических веществ в теле полигона. Характерным признаком наступления этой фазы является наличие более 50 % метана в пробах биогаза. Если не нарушаются условия складирования ТБО, процесс анаэробного разложения отходов стабилизируется с постоянным по объему выделением биогаза, фактически постоянного состава. На этом этапе разлагается 50—70% целлюлозы. Со временем в результате разложения средне- и медленно разлагаемых отходов, количество питательного субстрата уменьшается и процесс метаногенеза постепенно затухает. Содержание метана в газе снижается до 40 %.
Количество образующегося биогаза и концентрация в нем метана зависят от содержания в ТБО пищевых отходов, растительных остатков, бумаги, текстиля, древесины и других органических фракций, называемых биоразлагаемыми. Продолжительность периода образования биогаза определяется по п.п. 3.2.9.
