1005

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 11 Оценка эмиссии парниковых газов

Цель работы – оценка эмиссии парниковых газов с помощью программы LandGEM 3.02.

Теоретические сведения

Несмотря на большое количество исследований, до настоящего времени измерение и прогноз масштабов образования биогаза, особенно метана, на объектах захоронения бытовых отходов остается нерешенной задачей. Не изучена динамика протекания процессов разложения отходов во времени с развитием и прерыванием метановой фазы. Не разработаны методики прогнозирования эмиссии метана при изменении состава отходов и, следовательно, скорости распада органического вещества. Для определения указанных величин могут быть использованы следующие методы:

–теоретический, основанный на стехиометрических расчетах процессов минерализации органических компонентов ТБО, приводящих к образованию биогаза, а также на использовании моделей биологического разложения;

–подсчет запаса по потокам газа на поверхности свалочного тела путем измерения газовой эмиссии с поверхности полигона;

–подсчет запаса по газогенерирующей способности свалочных отложений при изучении образцов в лабораторных условиях;

–подсчет запаса по углеродному потенциалу ТБО путем пирометрического сжигания свалочного грунта в специальных установках.

К настоящему времени разработано значительное количество упрощенных математических моделей, целью которых является определение эмиссии биогаза (метана) в зависимости от

191

различных исходных параметров. Они не отражают всех сложностей многостадийного процесса метанового сбраживания и описывают отдельные его стадии на сравнительно небольшом временном интервале. Ниже приведен краткий обзор существующих расчетных моделей.

Модель (LandGEM), разработанная Агентством по охране окружающей среды США (Environmental Protection Agency (EPA)), представлена в виде программы LandGEM, реализуемой на базе MS Excel (рис. 11.1). Она рекомендуется EPA для оценки загрязнения воздуха вблизи полигонов ТБО, проведения инвентаризации эмиссии парниковых газов (ПГ) и оценки энергетического потенциала полигонов.

Первичной рассчитываемой величиной программы LandGEM является образование метана; эмиссия диоксида углерода и других газов в атмосферу рассчитывается исходя из задаваемого состава биогаза и коэффициента окисления метана. Расчетная модель содержит ряд параметров, значения которых зависят от состава ТБО и условий их разложения. Они требуют проверки применимости для конкретных условий

иподбора значений параметров.

Впрограмме LandGEM предусмотрен расчет среднегодовых значений образования и эмиссии газов. Кроме основных четырех газообразных продуктов эмиссии: метана, углекислого газа, неметановых органических компонентов (NMOC) – в программе также реализуется возможность расчета эмиссии 48 загрязняющих веществ, входящих в состав свалочного газа, на основании данных о характерных значениях их концентраций. Также возможно дополнение списка загрязняющих веществ другими компонентами и изменение концентраций веществ, представленных в списке, при наличии более точных данных для изучаемого полигона.

192

Значение L0 зависит от состава и условий разложения ТБО:

где K1 – объем биогаза, образующегося при анаэробном разложении единицы массы углерода, м3/т; K2 – доля органического углерода в составе ТБО до начала их разложения, т C/т ТБО; K3 – доля органического углерода, разлагающегося анаэробно; FCH4 – доля метана в составе образующегося биогаза.

k – коэффициент скорости разложения ТБО, который показывает, какая часть органического углерода разлагается на полигоне за единицу времени, 1/год (считается не зависящим от времени):

где MC – общая масса органического углерода на полигоне ТБО.

Величина k связана с более наглядной характеристикой – периодом полуразложения:

Коэффициент k зависит от состава ТБО и ряда внешних факторов: влажности, температуры, кислотности среды. Высокая скорость разложения характерна для ТБО с высокой влажностью и высоким содержанием пищевых отходов, низкая – для сухих ТБО с высоким содержанием бумаги и древесины. Интенсивность выхода биогаза (в данном случае k – метана) напрямую зависит от скорости разложения ТБО (в интерфейсе программы коэффициент k называется Methane Generation Rate, т.е. «коэффициент образования метана»); t – время поступления ТБО, годы.

194

3. Скорость образования метана за счет разложения ТБО, поступивших за N лет, предшествующих времени t, находится путем суммирования образования метана из ТБО, поступивших за каждый предшествующий год:

i=N

GCH4 (t) = ∑GCH4 i (t). (11.6)

i=1

Основное уравнение, используемое программой для расчета количественной эмиссии метана:

где QCH4 – годовой выход метана за расчетный период, м3/год;

i – порядковый номер года; n – общее количество лет (разность расчетного года и начального года); j – 0,1 года (расчетного); k – коэффициент образования метана, или скорости разложения ТБО, 1/год.

В LandGEM предусмотрен автоматический выбор значений параметров k и L0, принимаемых для различных условий, если нет дополнительной информации.

Описание программы. Название вкладок и функций в LandGEM показано в табл. 11.1.

195

Ввод характеристик полигона показан на рис. 11.2.

Рис. 11.2. Ввод характеристик полигона

Характеристики моделируемого полигона вводятся на вкладке User Inputs:

•название или индентификатор полигона (Landfill Name or Identifier);

•год открытия полигона (Landfill Open Year);

196

•год закрытия полигона (Landfill Clouser Year);

•опция вычисления модели полигона по году закрытия

(Have Model Calculate Closure Year?)1;

•вместимость полигона (Waste Design Capacity).

Характеристики моделируемого полигона показаны на

рис. 11.3.

Рис. 11.3. Ввод параметров модели на вкладке User Inputs

Параметры модели вводятся на вкладке User Inputs:

•скорость генерации метана (Methane generation rate (k));

•потенциальная мощность генерации метана (Potential Methane Generation Capacity (L0));

•NMOC Concentration;

•содержание метана (Methane Content (%)).

Газы/загрязнители выбираются на вкладке User Inputs. Выбор газов/загрязнителей показан на рис. 11.4.

Ввод ежегодного количества отходов осуществляется на вкладке User Inputs. Ввод ежегодного количества отходов показан на рис. 11.5.

1 С помощью этой опции можно выбрать способ расчет модели: по году закрытия или по вместимости полигона.

197

•данные, содержащиеся на вкладке User Inputs;

•графики выбросов из вкладки Graphs;

•данные о выбросах из вкладки Results.

Для печати отчета выберите «Файл → Печать». Отчет будет распечатан на семи листах.

Порядок выполнения практической работы

1.Ознакомиться с руководством по выполнению данной практической работы.

2.Получить у преподавателя вариант задания (табл. 11.2).

Таблица 11.2

Варианты задания

Ввод ежегодного количества отходов пропорционален общему объему по годам

199

3.Запустить на выполнение программу.

4.Оформить отчет по практической работе.

Содержание отчета

1.Цель работы.

2.Краткие теоретические сведения.

3.Исходные данные.

4.Результаты расчета.

5.Выводы по работе.

Список литературы

1.Расчет эмиссии биогаза [Электронный ресурс]. – URL: LandGem.com

2.Технологии автоматизированного управления полигоном твердых бытовых отходов / Н.И. Артемов, Т.Г. Середа, С.Н. Костарев, О.Б. Низамутдинов. – Пермь: НИИУМС, 2003.

200