Проектирование системы удаления биогаза (дегазация полигонов). Пример расчета

Газ, образующийся на полигоне (свалочный газ), входит в одну из ключевых групп продуктов, являющихся результатом биологического разложения органической фракции отходов, складируемых на полигоне. В течение жизненного цикла определенного объема отходов на полигоне (т.е. контролируемого объема с технической точки зрения), происходящие в его теле процессы разложения переходят от аэробной к анаэробной стадии. Переходу от аэробного к анаэробному разложению, сопровождающемуся образованием свалочного газа. Характерной чертой свалочного газа, образующегося на полигонах в промышленно развитых странах, является соотношение СН₄ к СО₂ от 40:60 до 60:40. В процессе эксплуатации полигона часть образующегося в свалочном теле биогаза, по мере его накопления и повышения пластового давления выходит на поверхность полигона. После прекращения эксплуатации полигона и его перекрытия продолжается анаэробное разложение отходов с выделением биогаза. Этот период может составлять около 10 лет. Поэтому необходимо предусмотреть дегазацию полигона. Существует пассивная дегазация (организованный выпуск биогаза в атмосферный воздух) и активная дегазация (путем принудительной его откачки) для последующего использования в энергетических целях.

Для последующего использования биогаза в энергетических целях требуется наличие достаточного количества и стабильного давления. Обычно образование биогаза на полигонах характеризуется непостоянством объема и низким давлением (30…40 мм вод ст). Кроме того, при активной дегазации происходит подсос воздуха, что чревато реальной опасностью взрыва газовоздушной смеси.

Скорость и объем образования газа зависят от характеристик складируемых отходов, а также от специфических условий, преобладающих на полигоне. К ним относятся температура, рН, влагоемкость и размер частиц отходов. Условия в теле полигона могут варьировать с течением времени в зависимости от проектного решения и условий эксплуатации полигона, а также от возраста складируемых отходов. Учитывая, что характеристики отходов и условия полигона существенно варьируют в различных регионах, скорость выделения свалочного газа также колеблется в широком диапазоне. Так по имеющимся оценкам (согласно расчетам или измерениям) общий объем образующегося свалочного газа варьирует от 64 до 440 м³/т складируемых отходов. Годовой объем суммарных газов (СН₄ и СО₂;) оценивается от 1,19 до 6,8 м³ газ/кг в год складируемых отходов.

В большинстве случаях управление свалочным газом, образующимся на полигонах, включает:

· Предотвращение миграции газа на прилегающие участки земельных угодий и сооружения, находящиеся на территории полигона;

· Пассивная вентиляция газа через систему изоляции полигона;

По этому, при выполнении окончательной рекультивации полигона перед созданием верхнего полупроницаемого экрана необходимо предусмотреть устройство дренажной системы для сбора и удаления биогаза в атмосферу через специальные вертикальные выпуски. Для предотвращения произвольной миграции газа создаются зоны высокой проницаемости в теле полигона, которые самостоятельно заполняются газом. Это обычно обеспечивается путем устройства проницаемого слоя для вентиляции газа и системы сбора газа в окончательном (верхнем) покрытии (рис.3.20.).

Рис 3.20. Вентиляционный слой и вертикальные вытяжные трубы.

Для пассивного выпуска газа в атмосферу вентиляционный слой имеет вытяжные отверстия с трубами, проникающими сквозь верхнее покрытие.

Как правило, одна поверхностная вентиляционная труба устанавливается на площади 4000 м²при предположительно свободном движении газа и высокой проницаемости слоев, на площади 1000 м² при затрудненном продвижении газа к коллекторам.

Окончательный выбор числа газовых скважин и их размещение определяется рядом факторов, наиболее важными из которых являются:

- вид, состав и объем отходов;

- метод депонирования, уплотнения;

- высота (глубина) участка;

- геометрия участка;

- покрытие участка.

Радиус утилизации между газовыми скважинами определяется по зависимости:

R = (Еф-Vг)/πxγхНхq)^0,5, где

Еф – фактическая вместимость полигона, м³;

Vг- объем минерального грунта, м³;

γ – объемный вес свалочного грунта;

Н – высота складирования ТБО, м;