11.2 Внедрения автоматизированного мониторинга на полигоне тбо

Биогаз полигонов ТБО, образующийся при анаэробном разложении органической составляющей отходов, интересен с разных точек зрения.

Из 1 т сухого вещества ТБО образуется 170-200 м3 биогаза, половину объема которого и 25-30% массы составляет метан - сильнейший парниковый газ. Влияние свалочного метана ставится в один ряд с мощнейшими природными (болота) и техногенными (нефтегазовые месторождения) источниками, его вклад в развитие парникового эффекта оценивается в 6%. По интенсивности выбросов метана с единицы площади поверхности (порядка 200 т/год с 1 га) полигоны ТБО превосходят все другие источники.

Метан горюч и взрывоопасен, что вынуждает заниматься дегазацией массива отходов и обезвреживанием биогаза независимо от намерений по его использованию.

С биогазом буквально улетучивается до 20% первоначальной массы сухого вещества ТБО, в том числе 8-10% - за время эксплуатации полигона. Убыль массы отходов сопровождается увеличением их плотности и снижением влажности, т.к. перерабатывается на биогаз прежде всего легкая органика с рыхлой структурой и высокой влажностью.

Если собрать и использовать половину образующегося биогаза, то это будет равноценно утилизации 10% отходов, доставленных на полигон. Для сравнения: на таком же уровне оценивается возможный уровень утилизации отходов на полигоне при помощи дорогостоящих мусоросортировочных комплексов. Причем, при сортировке мусора энергия потребляется (25-30 кВт*ч/т ТБО), а при утилизации биогаза - вырабатывается (50-60 кВт*ч/т ТБО).

По энергетическому потенциалу 1 м3 биогаза соответствует 0,5 м3 природного газа. Газоэнергетический потенциал полигона, на котором размещен 1 млн. т ТБО с влажностью 40%, можно рассматривать как техногенное месторождение с запасами 50-60 млн. м3 природного газа. Существенное отличие этого месторождения от природных - отсутствие газонепроницаемой изоляции, вследствие чего без оперативной добычи газа одновременно с его генерацией образующийся биогаз будет просто выбрасываться в атмосферу, загрязняя ее.

Теоретический энергетический потенциал биогаза при объемном содержании метана 50% составляет 5 кВт*ч/м3. При 100% использовании всего добытого газа, теоретическая мощность газоэнергетической установки, работающей на биогазе, могла бы составить 600 кВт на 1 млн. м3/год утилизируемого биогаза.

Технический энергетический потенциал составляет от теоретического при использовании биогаза:

• в качестве котельного топлива 90-92%;

• в качестве моторного топлива с выработкой электроэнергии 35-37%;

• в качестве моторного топлива с когенерацией (совместной выработкой) электрической и тепловой энергии - от 75% до 87% в зависимости от технических решений утилизаторов теплоты.

Например, при переоборудовании для работы на биогазе базовой модели мини-ТЭЦ МТД-100/110 соотношение тепловой и электрической мощностей составляет 110:100, при этом КПД использования биогаза составит 75,6%, технический потенциал биогаза 5*0,756=3,78 кВт*ч/м3.

Мощность газоэнергетической установки, работающей на биогазе по схеме когенерации (с совместной выработкой электричества и тепла), может составить 200-220 кВт по электроэнергии и 220-280 кВт по теплу на 1 млн. м3/год утилизируемого биогаза. Возможная максимальная выработка энергии на биогазе в 2-3 раза превосходит собственные потребности полигона.

Полезное использование биогаза для энергоснабжения потребителей с циклично-сезонными нагрузками составит 25-30% при обеспечении только технологических потребностей полигона и 65-70% - при создании на полигоне собственного энергоемкого производства с выпуском рентабельной продукции (например, тепличного хозяйства). Остальное количество собранного биогаза в периоды спада нагрузок придется сжигать. Энергетические потери от недоиспользования биогаза для рассмотренного примера малого полигона могут составить 1500-2000 МВт*ч/год, экономические - 2,5-3 млн. руб. в год. В то же время сжигание биогаза обеспечивает значительный экологический эффект благодаря сокращению выбросов парниковых газов (главным образом, метана) в 3-4 раза по сравнению с эмиссией биогаза в атмосферу из массива отходов. Поэтому с экологических позиций сжигание биогаза также квалифицируется как его утилизация.

Себестоимость производства энергии на биогазе по схеме когенерации вдвое ниже цены покупки сетевой электроэнергии. Если же использовать биогаз для выработки только электрической энергии, то ее себестоимость будет выше цены сетевой электроэнергии на 30-50%.

Все выше перечисленное доказывает необходимость внедрения системы контроля и сбора биогаза на площадках ТБО. В данной работе рассмотрен пример внедрения системы мониторинга депонирования ТБО на территории компании ООО «Буматика».

Для создания биогазовых технологий на полигоне ТБО состав биогаза необходимо подвергать постоянному мониторингу (как на стадии эксплуатации, так и на стадии рекультивации полигона ТБО).

Для эффективного проведения мониторинга объектов депонирования отходов на полигоне ТБО в его задачи должны входить сбор данных при помощи установленных на объекте датчиков, характеризующих климатогеографические особенности, данные по количеству и составу отходов, фильтрата и биогаза.

Вся собранная информация, применяемая в обработке, формируется на основе поставленных задач:

1) управление влажностью среды в массиве ТБО;

2) управление составом фильтрата и биогаза;

3) управление воздушным режимом в массиве ТБО и активной реакцией среды (рН) и т.д.

Для решения поставленных задач актуально применение современных автоматизированных систем.

Применение мониторинга в период эксплуатации полигона ТБО предполагает непрерывный контроль таких показателей, как рН, влажность ТБО, поток фильтрата и биогаза, температура, геометрические параметры массива ТБО и т.п. В таблице 9 дана программа непрерывного автоматизированного мониторинга переменных, оценивающих состояние полигона ТБО.

Таблица 9 –Мониторинг переменных, характеризующих состояние полигона ТБО

Переменные состояния	Обозначение	Диапазон изменения	Дискретность измерения в периоды ЖЦ
Влажность ТБО	ω	20 – 80 %	1 мес.
Активная реакция среды фильтрата	рН	4 – 10	1 мес.
Плотность ТБО	ρ	0,1 – 1,3 т /м3	1 мес.
Температура в массиве ТБО	T	0 – 200 0С	1 мес.
Поток жидкой фазы	qж.ф	1 – 2 мм	1 мес.
Поток газовой фазы	qг.ф	1-2 м3 на 1 т отходов	1 мес.
Количество органического углерода в ТБО	s	60 – 80 %	1 год
Высота полигона	x	0 – 20 м	1 год
Угол откоса массива ТБО	α	15 – 40 O	6 месяцев
Величина осадки массива ТБО	S	0 – 50 %	6 месяцев

Самопроизвольное возгорание свалок приводит к выделению в атмосферный воздух соединений NO₂ ,CO_{x ,} H₂S , SO_{x ,} CH_{4 ,} H₂ и других углеводородов C_mH_n. Взрывоопасность объекта определяется содержанием H₂ и CO, которые образуют взрывчатые смеси с воздухом. Эти смеси взрывоопасны при содержании H₂ от 4 до75% и CO от 12,5 до 74%.

Подсистема обработки и представления результатов обеспечивает:

1. расчёт валовых выбросов;

2. определение превышений допустимых выбросов в атмосферу и их индикацию;

3. составление суточных, месячных и годовых отчётов по измеряемым компонентам выбросов;

4. составление режимных карт работы системы утилизации биогаза и объекта выбросов;

5. подготовку массивов информации для передачи по телефонным каналам;

6. задание режимов работы по данным обслуживающего персонала газоаналитической системы и подсистемы ввода режимных параметров.

Информационный обмен между компонентами системы должен осуществляться автоматически по заданной программе с использованием стандартных протоколов связи. Для связи со смежными системами должна быть обеспечена возможность стыковки по форматам данных при проектировании указанных систем.

Автоматизированная система контроля выбросов (АСКВ) обеспечивает возможность развития и модернизации по следующим параметрам:

1. подключение датчиков непосредственного измерения концентраций (исключение устройств пробоподготовки и транспортировки проб);

2. возможность передачи информации по телефонным каналам в систему экологического мониторинга города;

3. обеспечения связи с АСУ ТП для получения режимных параметров и передачи информации для корректировки процессов горения; подключение дополнительных датчиков для измерения концентраций;

4. возможность выдачи корректирующего сигнала для существующих систем управления.

Комплекс программ решает следующие задачи:

1. контроль выбросов биогаза (свалочного газа) и вредных веществ;

2. определение текущих значений выбросов;

3. расчёт валового выброса;

4. контроль режимных параметров выбранного режима утилизации биогаза при установке соответствующих датчиков.