Добыча и утилизация богаза

В результате анаэробного разложения органической фракции отходов образуется биогаз. Из общего количества метана, ежегодно поступающего в атмосферу, 40-70% образуется в результате антропогенной деятельности, причем более 20% из них приходятся на объекты захоронения ТБО.

Подсчитано, что из одной тонны ТБО образуется 200-300 м³ биогаза.

Основные компоненты биогаза (%): метан 40-75 (обычно 50-60), диоксид углерода 30-40, азот 5-15, кислород 0-2, сероводород и другие токсичные соединения (в небольших количествах).

В зависимости от содержания метана биогаз имеет теплоту сгорания от 15 до 20 МДж/м³, что соответствует 50% теплоты сгорания природного газа.

Биогаз является одной из причин возгорания ТБО на полигонах и свалках. При содержании в воздухе от 5 до 15% метана и 12% кислорода образуется взрывопожарная смесь [1].

Биогаз оказывает также негативное воздействие на растительный покров, угнетая растительность на примыкающих к полигонам ТБО площадях (механизм влияния связан с насыщением биогазом порового пространства почвы и вытеснением из нее кислорода).

В связи с этим за рубежом в последнее десятилетие получили широкое распространение технологии добычи и утилизации биогаза. В Германии, например, к началу нового тысячелетия добыча биогаза на полигонах ТБО составила около 35 млн. м³/год, что позволяет получать ежегодно 140 млн. кВт-ч электроэнергии и экономить 14 тыс. т/год нефти.

На российских полигонах и свалках биогаз практически не собирается.

Для сбора биогаза используют вертикальные скважины, газопроводы и компрессорные станции, обеспечивающие подачу газа к мотор-генераторам (при использовании биогаза для производства электроэнергии). Компрессор создает необходимое разрежение для сбора биогаза и его транспортировки по газопроводам.

Добыча и утилизация биогаза: Скважины→ Трубопрововоды→ Компрессорное оборудование → Мотор генератор → К потребителю электроэнергии.

В российских условиях, как показала практика, наиболее целесообразно шнековое бурение скважин диаметром 250-300 мм. По европейским данным, выход биогаза из пробуренной скважины глубиной 10 м обычно составляет 10-20 м/час. Устойчивая работа скважины обеспечивается, если ее лемит не превышает объема вновь образующегося биогаза. Подсчитано, что для обеспечения мощности 1 МВт требуется 15-20 пробуренных газовых скважин в теле полигона. Регулирование выхода биогаза с полигона осуществляется путем регулирования числа оборотов компрессора.

Расстояние между газовыми скважинами на участке сбора биогаза обычно составляет 50-60 м. Если число газовых скважин на полигоне оптимально, а откосы полигона уплотнены, извлечение биогаза составляет до 80% от его образующегося объема. Если биогаз собирается на так называемых биокартах с однородными отходами (европейские условия), извлечение биогаза повышается до 90% [1].

На рис. 2 показан общий вид скважины для добычи биогаза на подмосковных полигонах.

Рис. 2. Общий вид скважины для добычи биогаза

Температура образующегося биогаза соответствует температуре тела полигона, которая при анаэробном разложении органической фракции ТБО повышается до 25-40°С. Поскольку для отходов характерна высокая влажность, биогаз насыщается парами воды. При снижении температуры биогаза до 10°С в системе газопроводов образуется до 20 г/м³ конденсата. На установке мощностью 1 МВт ежесуточно образуется 100 л конденсата. Этот конденсат необходимо удалять из системы сбора биогаза и направлять на обезвреживание, так как по химическому составу он во многом аналогичен фильтрату. Уклон газопроводных труб в пределах полигона должен обеспечивать сбор конденсата (в соответствии с европейской практикой, уклон труб - не менее 20%). Для удаления влаги из системы устанавливают конденсатоотводчики (стальные резервуары с гидрозатворами).

Биогаз, добываемый на полигонах, наиболее часто используют для производства электроэнергии. В российских условиях из 1м³ биогаза можно получить 1,5 кВт-ч электроэнергии.

В тех случаях, когда возникают сложности с утилизацией биогаза (например, из-за больших расстояний до потребителя), собранный биогаз подвергают факельному сжиганию в специальных газовых горелках. Факельное сжигание биогаза следует рассматривать как вынужденную и промежуточную меру, способствующую снижению поступления биогаза в атмосферу и вероятности возгорания ТБО на полигонах.