Методические указания по расчету количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и промышленных отходов

Назва: 
Методические указания по расчету количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмо

Download

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "ЭКОПРОМ"

АКАДЕМИЯ КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА им. К.Д. ПАМФИЛОВА


НИИ ЭКОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА И ГИГИЕНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
им. А.Н. СЫСИНА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по расчету количественных характеристик
выбросов загрязняющих веществ в атмосферу
от полигонов твердых бытовых и промышленных отходов

                                                                                  Согласованы Мособлкомприродой

                                                                                     (письмо от 21.08.96 г.  № 9/583)

Москва

1996

СОДЕРЖАНИЕ

1.  Аннотация

2.  Разработчики

3.  Введение

4.  Общая характеристика полигонов отходов

5.  Расчет выбросов загрязняющих веществ с полигонов

6.  Обработка результатов расчета

7.  Применение "Методических указаний" при разработке лимитов на размещение отходов, продлении срока действия лимитов и контроле за соблюдением нормативов ПДВ

8.  Выводы

9.  Литература

10. Пример расчета величин выбросов


1. АННОТАЦИЯ

Методические указания предназначены для использования при разработке  про-ектов нормативов предельно допустимых и временно согласованных выбросов  для полигонов твердых бытовых и промышленных отходов, разработке лимитов на прием отходов, контроле за соблюдением нормативов ПДВ и лимитов на размещение отходов и при прогнозировании ожидаемого загрязнения атмосферы выбросами полигонов отходов.

Настоящие указания распространяются на основные виды газообразных загряз-няющих веществ, образующихся в результате биотермического анаэробного  процес-са распада органических составляющих твердых бытовых и промышленных отходов и выделяющихся с поверхностей полигонов отходов в атмосферу.

Указания содержат примерный морфологический состав и основные характери-стики отходов, вывозимых на полигоны отходов и свалки региона Московской области, поэтапную временную характеристику процессов, происходящих в толще отходов, захороненных на полигонах, способы определения количественного и  качественного состава выделяемого полигонами биогаза, методы расчета удельных и  валовых  выбросов образующегося биогаза в целом и по компонентам. Приведены основные формулы программной обработки расчетных исходных данных на ЭВМ.

2. РАЗРАБОТЧИКИ

Авторы разработки методических указаний:

Абрамов Н.Ф.  -  член-корреспондент Жилищно-коммунальной академии, начальник отдела санитарной очистки городов Академии коммунального хозяйства им. К.Д.Памфилова;

Санников Э.С.  -  инженер научно-производственного предприятия “Экопром”;  

Терловский П.М.  -  инженер  научно-производственного  предприятия  “Экопром”;

Русаков Н.В.  -  доктор медицинских наук НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н.Сысина.


3. ВВЕДЕНИЕ

В толще твердых бытовых и промышленных отходов, захороненных на полигонах, под воздействием микрофлоры происходит биотермический анаэробный  процесс распада органической составляющей отходов. Конечным продуктом этого  процесса является 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 места расположения полигона, морфологического и химического состава завозимых отходов, условий складирования (площадь, объем, глубина захоронения), влажности отходов, их плотности и т.д., и подлежит уточнению в каждом конкретном случае.

В настоящей методике использованы данные статистической обработки результатов, полученных АКХ им.К.Д.Памфилова и другими организациями, в том числе НПП "Экопром", методами полевых замеров на многих  полигонах  Московской  области и лабораторных исследований. Это дает основание считать, что приведенные в методике величины, уточненные применительно к конкретным условиям,  правомочно использовать при разработке проектов нормативов ПДВ для полигонов  твердых бытовых и промышленных отходов и свалок и в работах, перечисленных в данной методике.

4. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛИГОНОВ ОТХОДОВ

На большей части полигонов и свалок Московской области основную массу поступающих отходов составляют бытовые (до 90%), остальные 10% являются  промышленными отходами, разрешенными для захоронения совместно с бытовыми.

Морфологический состав твердых отходов, складируемых на полигонах и свалках, по усредненным данным исследований АКХ по Москве и Московской области [2] в процентах по массе следующий:

- бумага, картон                                             -              38,0

- пищевые отходы                                          -              30,0

- дерево                                                            -                1,5

- текстиль                                                         -                5,5

- кожа, резина                                                 -                1,3

- полимерные материалы                            -                5,5     

- кости                                                              -                0,7

- черный металл                                             -                2,5

- цветной металл                                            -                0,5

- стекло                                                             -                4,3

- камни, керамика                                         -                1,4

- отсев менее 16 мм                                       -                8,8

Плотность (насыпная масса) отходов составляет 0,2 - 0,3 т/куб.м, влажность  колеблется от 40 до 55%, содержание органического вещества  (в  процентах  на  сухую массу) - до 70%.

По общепринятой технологии захоронения отходов  предусматривается  планировка и уплотнение завозимых отходов, а также регулярная изоляция грунтом  рабочих слоев отходов.

В начальный период (около года) процесс разложения отходов носит  характер их окисления, происходящего в верхних слоях отходов, за счет кислорода воздуха, содержащегося в пустотах и проникающего из атмосферы. Затем по мере естественного и механического уплотнения отходов и изолирования их грунтом усиливаются анаэробные процессы  с  образованием  биогаза,  являющегося конечным продуктом биотермического анаэробного  распада  органической  составляющей отходов под воздействием микрофлоры. Биогаз через толщу отходов  и  изолирующих слоев грунта выделяется в атмосферу, загрязняя ее. Если  условия  складирования не изменяются, процесс анаэробного разложения стабилизируется с постоянным по удельному объему выделением биогаза практически одного  газового  состава (при стабильности мор фологического состава отходов).

Различают пять фаз процесса распада органической составляющей твердых  отходов на полигонах:

1-ая фаза  -  аэробное разложение;

2-ая фаза  -  анаэробное разложение без выделения метана (кислое брожение);

3-яя фаза  -  анаэробное разложение  с  непостоянным  выделением  метана  (смешанное брожение);

4-ая фаза  -  анаэробное разложение с постоянным выделением метана;

5-ая фаза  -  затухание анаэробных процессов.

Первая и вторая фазы имеют место в первые 20-40 дней с момента   укладки  отходов, продолжительность протекания третьей фазы - до 700 дней. Длительность четвертой фазы - 15-30 лет, если условия складирования не изменяются.

Органические вещества, содержащиеся в отходах, обладают различной интенсивностью разложения. Так, резина, кожа, полимерные материалы и т.п. разлагаются микроорганизмами очень медленно, в то время как органические составляющие отходов, содержащие белковые вещества, крахмал, разлагаются очень быстро. Таким образом, можно считать, что органическая составляющая отходов состоит из “пассивного” (не генерирующего или очень медленно генерирующего) органического вещества и “активного” (генерирующего) органического вещества. Следовательно, от морфологического состава отходов зависит интенсивность образования и выделения биогаза.

Процесс минерализации отходов происходит в течение первого года  -  на 12 см, второго года  -  на 21 см, третьего года  на 27 см и т.д.

Эмиссия биогаза с поверхности  полигона  идет  равномерно,  без  аварийных  и залповых выбросов.

5. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ С ПОЛИГОНОВ

Расчет выбросов загрязняющих веществ с полигонов отходов и свалок в данной методике приводится для нормального режима эксплуатации мест захоронения отходов. Возгорания отходов на участках складирования, работа автотранспорта  и  выбросы котельных (при их наличии) не учитываются,  а выбросы от них рассчитываются при необходимости по соответствующим существующим методикам.

Рассчитывются выбросы газообразных загрязняющих атмосферу  веществ,  входящих в состав биогаза.

На количественную характеристику выбросов загрязняющих веществ с  полигонов отходов влияет большое количество факторов, среди которых:

-  рабочая (активная) площадь полигона;

-  сроки работы полигона;

-  количество захороненных отходов;

-  мощность слоя складированных отходов;

-  соотношение количеств завезенных бытовых и промышленных отходов;

-  морфологический состав завезенных отходов;

-  влажность отходов;

-  содержание органической составляющей в отходах;

-  содержание жироподобных, углеводоподобных и белковых веществ в органике отходов;

-  технология захоронения отходов;

-  климатические условия.

Удельный выход биогаза за период его активной стабилизированной генерации при метановом брожении определяется по известному уравнению:

Qуд=10-4R(0,92Ж+0,62У+0,34Б),  где:                                       (1)

Qуд  - удельный выход биогаза за период его активной генерации, кг/кг отходов;

 R    - содержание органической составляющей в отходах, %;

 Ж  - содержание жироподбных веществ в органике отходов, %;

  У  - содержание углеводоподобных веществ в органике отходов, %;

  Б   - содержание белковых веществ в органике отходов, %.

  R, Ж, У и Б - определяются анализами отбираемых проб отходов.

Это уравнение составлено применительно к абсолютно сухому веществу отходов. В реальных условиях отходы содержат определенное количество влаги, которая сама по себе биогаз не генерирует. Следовательно, выход биогаза, отнесенный к единице веса реальных влажных отходов, с которыми оперируют в расчетах, будет меньше, чем отнесенный к той же единице абсолютно сухих отходов в  раз, так как в весовой единице влажных отходов абсолютно сухих отходов, генерирующих биогаз, будет  всего  от этой единицы.

Здесь  - фактическая влажность отходов в %, определенная анализами проб отходов.

С учетом вышесказанного уравнение выхода биогаза при метановом брожении реальных влажных отходов принимает вид:

, где:                         (2)

сомножитель  учитывает, какова доля абсолютно сухих отходов, для которых составлено уравнение (1), в общем количестве реальных влажных отходов.

Расчет выбросов биогаза ведется для условий стабилизированного процесса разложения отходов при максимальном выходе биогаза (в период четвертой фазы) с учетом того, что стабилизация процесса газовыделения наступает в среднем через два года после захоронения отходов и что период активного выхода биогаза, за который генерируется около 80% от общего количества биогаза, составляет в среднем двадцать лет.

Для учета мощности слоя залегания отходов вводятся  поправочные  коэффициенты. При максимальной высоте полигона 4 метра количество выбрасываемого  биогаза умножается на коэффициент 0.5, а при высоте от 2 до 4 метров эта величина  умножается на коэффициент 0.4.

Количественный выход биогаза за год, отнесенный к одной тонне отходов, определяется по формуле:

                             , кг/т. отходов в год, где:                 (3)

        - удельный выход биогаза, кг/кг отходов (формула 2);

  - период стабилизированного активного выхода биогаза, год.

Состав биогаза и концентрации компонентов  в  нем  определяются  анализами проб биогаза, отобранных в ряде точек по площади полигона на глубине  1.0- 1.5 метра (количество и расположение точек отбора зависит от активной площади полигона и числа разнородных участков).

Плотность биогаза определяется по закону аддитивности как суммарная вели-чина произведений объемных концентраций его компонентов на их плотности:

                                 , кг/куб.м, где:                                                    (4)

 -  содержание i-того компонента в биогазе, объемные %;

   -  плотность i-того компонента биогаза, кг/куб.м;

     -  количество компонентов в биогазе.

(для справки: средняя плотность биогаза составляет обычно 0,95-0,98 плотности воздуха, т.е. при плотности воздуха 1,2928 кг/куб.м средняя плотность биогаза будет:

                           1,2928 х 0,965=1,24755 кг/куб.м)

С другой стороны, связь плотностей компонентов, их концентраций в биогазе и объемного процентного содержания определяются формулой:

                                  , %, где:                                                       (5)

- концентрация i-того компонента в биогазе, мг/куб.м.

Формула для определения плотности биогаза выводится совместным решением  уравнений (4) и (5):

                                 , кг/куб.м                                                   (6)

В нижеприведенной таблице для справки указаны плотности некоторых наиболее  вероятных  компонентов биогаза:

     №№      

п.п.     

  Наименование        

  вещества

 Плотность,

      кг/куб.м            

 1.

Метан

    0,717

 2.

Углерода диоксид

    1,977

  3.

Толуол

    0,867

  4.

Аммиак

    0,771

  5.

Ксилол

    0,869

  6.

Углерода оксид

    1,250

  7.

Азота диоксид

    1,490

  8.

Формальдегид

    0,815

 9.

Ангидрид сернистый

    2,930

10. 

Этилбензол

    0,867

11.

Бензол

    0,869

12.

Сероводород

    1,540

13.

Фенол

    1,071

Используя полученные анализами концентрации компонентов в биогазе и рас-считаную его плотность, определяется весовое процентное содержание этих компонентов в биогазе:

                                                 , %                                                (7)

Размерности в этой формуле:

- концентрации компонентов в биогазе - [ мг/куб.м]

- плотность биогаза - [кг/куб.м]

По рассчитанным количественному выходу биогаза за год, отнесенному к одной тонне отходов (формула 3) и  весовым  процентным содержаниям компонентов в биогазе (формула 7)  определяются удельные массы компонентов, выбрасываемые в год, по формуле:

                                 , кг/т. отходов в год                                     (8)

Для расчета величин выбросов подсчитывается количество активных отходов, стабильно генерирующих биогаз, с учетом того, что период стбилизированного активного выхода биогаза в среднем составляет двадцать лет и что фаза анаэробного стабильного разложения органической составляющей отходов наступает спустя в среднем два года после захоронения отходов, т.е. отходы, завезенные в последние два года, не входят в число активных.

При подсчете возможны два варианта. Первый - полигон функционирует менее двадцати лет. В этом случае учитываются все отходы, завезенные с начала работы полигона, за исключением отходов, завезенных в последние два года. Второй - полигон функционирует более двадцати лет. В этом случае подсчитываются отходы, завезенные за последние двадцать лет без учета отходов, завезенных в последние два года.

Максимальные разовые выбросы компонентов биогаза с полигона, загрязняющих атмосферу, определяются по формуле:

             , г/с, где:                          (9)

 - количество активных стабильно генерирующих биогаз отходов, т.

Биогаз образуется неравномерно в зависимости от времени года. Средний коэффициент неравномерности образования биогаза в теплое и холодное время года равен 1,3.

С учетом коэффициента неравномерности валовые выбросы загрязняющих веществ с полигона определяются по формуле:

,            т/год      (10)

Примечание: 5 и 7 в формуле (10) соответственно периоды теплого и холодного времени года в месяцах.

6. ОБРАБОТКА  РЕЗУЛЬТАТОВ  РАСЧЕТА

Для обработки полученных результатов и расчетов уровней загрязнения атмос-феры выбрасываемыми вредными веществами используются согласованные програм-мы автоматизированного расчета загрязнения атмосферы, например "Эколог", реали-зующие на ЭВМ основные формулы ОНД-86.

В соответствии с положением пункта 5.15 ОНД-86 при расчетах для  произволь-ного направления ветра площадной источник, каким  является  полигон,  представля-ется в виде совокупности N равномерно рассредоточенных  одиночных  источников. Значение N определяется по формуле:

                                     , где:                                                    (11)

- площадь рассматриваемого источника, кв.м;

- расстояние от центра площадного источника  до  расчетной точки, м;

- расчетная скорость ветра, м/с.

Легко подсчитать, что, например, для полигона площадью 20 га при скорости ветра 0.5 м/с для расчета уровня загрязнения на  расстоянии 100 метров от центра пололигона последний как площадной источник должен быть заменен на 250 одиночных рассредоточенных источников.

Применяемая в программах расчета модель 3-го типа, т.е.  модель  площадного источника с выбросом со сплошной поверхности или от совокупности  источников, распределенных на некоторой территории, основана на  интерпретации  расчетных формул ОНД-86, описывающих рассеяние выбросов источников с температурой газо-воздушной смеси, равной температуре окружающего воздуха,и предельно малой опа-сной скоростью ветра, т.е.:

                                       и          

В данных условиях максимальные концентрации рассчитываются по формуле:

                                            мг/куб.м, где:                                            (12)

  - коэффициент стратификации (для Московской области A=140);

- масса вредного вещества, выбрасываемая в атмосферу в единицу времени,

        г/с;

 - коэффициент оседания (для газообразных веществ F=1);

  - коэффициент рельефа (как правило для Московской области =1)

- высота полигона, м;

 - коэффициент, учитывающий условия выхода газовоздушной смеси из

        источника

       при  и   

В соответствии с формулой 2.13 ОНД-86 расстояние от источника выбросов, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеоусловиях достигает максимального значения, определяется как:

                                             ,                                                             (13)

где безразмерный коэффициент d для описанных условий ( ) равен 5,7.

Таким образом, для газообразных веществ (F=1) опасное  расстояние,  на  котором достигается максимальная концентрация составляет:

                                                                                                                      (14)

Из приведенных формул (12) и (13) следует, что для определения максимальной концентрации вредного вещества и расстояния, на котором она образуется, достаточно знать коэффициент стратификации, величину максимального  разового  выброса, коэффициент рельефа и высоту полигона. Диаметр источника, скорость выхода газо-воздушной смеси, ее объем и температура для таких источников, каким  является  полигон, в программу не вводятся.

Зная величины максимальных концентраций и опасных расстояний,  по  формулам ОНД-86 2.22-2.24 можно определить концентрации в любой точке расчетной площадки:

                                                                                                                        (15)

безразмерный коэффициент , определяемый в зависимости от отношения ( - расстояние, на котором определяется концентрация) и коэффициента F, вычисляется по формулам:

      

                      

 

Для низких и наземных источников (высотой не более 10 метров) при значениях    величина  заменяется на  величину , определяемую по формуле:

                                                                      (16)

Таким образом, для машинной обработки исходных данных, полученных расчетным методом, необходимо и достаточно ввести в программу:

- данные о метеорологических и климатических условиях;

- коэффициент рельефа местности (при необходимости);

- высоту полигона;

- величины максимальных разовых выбросов компонентов биогаза.

При проведении расчетов уровней загрязнения атмосферы полигон (а при необходимости каждый отдельный участок полигона) представляется в задании на расчет в виде прямоугольного площадного источника, площадь которого равна реальной площади активной части полигона (участка). В случае сложной конфигурации границ полигона (или его участка) он заменяется совокупностью прямоугольников, сумма площадей которых должна быть равна площади полигона (участка), а взаимное расположение - максимально приближено отражать реальную форму полигона (участка). Каждый из таких прямоугольников рассматривается как отдельный площадной источник. В случае наличия на полигоне различных по своим характеристикам участков расчет величин выбросов производится раздельно для каждого участка. При представлении полигона (участка) в виде совокупности прямоугольных площадных источников общие рассчитанные величины выбросов распределяются пропорционально площадям составляющих прямоугольников.

Результатом машинной обработки исходных данных являются таблица,  содержащая величины концентраций в узлах расчетной сетки, и карты полей рассеивания. При необходимости можно получить значения концентраций в характерных  точках, задав их координаты в задании на расчет.

                    7. ПРИМЕНЕНИЕ  "МЕТОДИЧЕСКИХ  УКАЗАНИЙ"

         ПРИ РАЗРАБОТКЕ  ЛИМИТОВ  НА  РАЗМЕЩЕНИЕ  ОТХОДОВ,

          ПРОДЛЕНИИ СРОКА  ДЕЙСТВИЯ  ЛИМИТОВ И  КОНТРОЛЕ

                            ЗА СОБЛЮДЕНИЕМ  НОРМАТИВОВ  ПДВ

В соответствии с требованием пункта 7.1.2. "Рекомендаций по оформлению экологического обоснования проектов лимитов размещения отходов" (Приложение 5 "Временных правил охраны окружающей среды от отходов производства и потребления в РФ", утвержденных Зам. Министра охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ) все предприятия, в том числе и  полигоны  отходов, при согласовании лимитов обязаны представить в Мособлкомприроду в числе  других документов оценку воздействия объектов размещения отходов на окружающую среду, включающую в себя, в том числе, величины выбросов  загрязняющих веществ  в  атмосферу,  их концентрации и расчеты полей их рассеивания.

При оценке воздействия полигонов на окружающую среду концентрации загрязняющих веществ, создаваемые выбросами, которые обусловлены заложенными в лимитах количествами отходов, сравниваются с предельно допустимыми. Таким образом определяется соответствие разработанных лимитов требованиям безопасных экологических условий для здоровья людей и состояния окружающей среды.

Концентрации на границе СЗЗ и в конкретных характерных точках определяются расчетами полей рассеивания загрязняющих веществ на территории, прилегающей к местам захоронения отходов, с использованием одной из утвержденных к применению программ автоматизированного расчета загрязнения атмосферы. В качестве исходных данных для таких расчетов служат величины выбросов загрязняющих веществ, определенные по формулам раздела 5 настоящих "Методических указаний".

В расчеты валовых и максимальных разовых выбросов загрязняющих веществ, входящих в состав биогаза, выделяемого полигонами, закладываются количество накопленных отходов по состоянию на момент разработки проекта лимитов, при- водимое в "Характеристике объекта для размещения отходов" (Приложение 10 "Временных правил"), и планируемое разработанными лимитами количество отходов, предполагаемое к захоронению, указываемое в "Лимитах размещения отходов" (Приложение 3 "Временных правил"), а также результаты химических анализов биогаза и отходов, проведенных по согласованным методикам.

Планируемое разработанными лимитами количество отходов заносится в гра- фу 3 плана-графика контроля за соблюдением лимитов на размещение отходов на полигоне, утвержденного руководителем предприятия и представляемого в Мособлкомприроду вместе с другими обязательными документами для согласования лимитов на захоронение отходов (таблица 2 на стр.13). Величины выбросов, обусловленных заложенными в лимиты количествами отходов,  заносятся в графы 6 и 8 плана-графика.

Промышленные предприятия при согласовании проекта лимитов размещения отходов представляют в Мособлкомприроду наряду с другими обязательными документами план-график контроля за соблюдением лимитов размещения отходов, разработанный по форме таблицы 1 на стр.13.

Для проведения анализов пробы биогаза отбираются из шурфов, пробуренных равномерно по площади полигона на глубину, равную 1 - 1.5 метрам. В непосредственной близости от места отбора проб биогаза отбираются пробы отходов. Биогаз анализируется на концентрации компонентов, входящих в его состав. Анализами отходов определяются их средняя влажность, содержание органической составляющей в отходах и содержание жиров, белков и углеводов в органике отходов.

В том случае, если выбросы, обусловленные заложенными в представляемых на согласование лимитах количествами отходов, создают уровни загрязнения атмосферы, превышающие допустимые, одновременно с проектом лимитов предприятие должно представить в Мособлкомприроду план конкретных мероприятий, направленных на снижение выбросов загрязняющих веществ до величин, обеспечивающих допустимые концентрации вредных веществ в атмосфере. В плане должны быть отражены конкретные сроки выполнения мероприятий, их эффективность и ответственные исполнители. Действенность мероприятий должна подтверждаться проверочными расчетами величин выбросов и уровней загрязнения атмосферы.

При продлении срока действия лимитов на размещение отходов используются результаты расчетов величин выбросов загрязняющих веществ и уровней загряз- нения атмосферы, проведенных по "Методическим указаниям" при осуществлении контроля за соблюдением нормативов ПДВ для продления срока согласования предельно допустимых выбросов.

Расчеты проводятся методами, аналогичными вышеизложенным. Отличие заключается только в том, что при расчете величин выбросов берутся не запланированные количества отходов, подлежащих захоронению, а фактически размещенные отходы, активно и стабильно генерирующие биогаз.

Количество фактически захороненных отходов заносится в графу 4 плана-графика (таблица 2 на стр.13), а величины рассчитанных фактических выбросов - в графы 7 и 9.

    8. ВЫВОДЫ

Рассчитанные величины выбросов компонентов биогаза служат исходными данными для определения уровней загрязнения атмосферы в районе расположения полигона этими веществами, что является основанием для оценки степени вредного воздействия выбросов полигона на окружающую среду и здоровье людей.

Полученные расчетным методом количественные характеристики выбросов позволяют определить нормативные и сверхнормативные выбросы путем сравнения концентраций загрязняющих веществ, создаваемых этими выбросами на границе санитарно-защитной зоны полигона, с предельно допустимыми, т.е. дают возможность разрабатывать проекты нормативов предельно допустимых выбросов и проводить контроль за их соблюдением.

Обследование полигонов и расчет уровней загрязнения атмосферы веществами, которые они выбрасывают, дают возможность судить о соответствии применяемых технологий современному уровню, выявлять нарушения установленных технологических  процессов, делать выводы о необходимости разработки и внедрения мероприятий, направленных на снижение уровня вредного воздействия выбросов, и о целесообразности  дальнейшей эксплуатации полигонов.

"Методические указания" позволяют прогнозировать результаты эксплуатации полигона и определить предельную мощность полигона, т.е. рассчитать то допустимое количество принятых отходов, при котором концентрации загрязняющих веществ на границе санитарно-защитной зоны не будут превышать пределно допустимых.

Используя "Методические указания", можно также проверять соответствие разработанных лимитов размещения отходов требованиям безопасных экологических условий для здоровья людей и состояния окружающей среды.


9. ЛИТЕРАТУРА

1.  В.В.Разнощик  "Сборник научных трудов АКХ им. К.Д.Памфилова",  М.,

     Отдел НТИ АКХ,  1988г.

2.  "Методические исследования свойств твердых отбросов",  М.,  Стройиздат,

     1970г.

3.  "Санитарная очистка и уборка населенных мест.  Справочник",  М., Строй-

     издат,  1989г.

4.  "Технологический регламент получения биогаза с полигонов ТБО", М.,  

     АКХ, 1990г.

5.  "Методы обезвреживания свалочных грунтов, фильтрата, биогаза",  М.,

     Ин-т экономики ЖКХ,  1993г.

6.  Отчет по теме:  "Разработка оптимальных режимов эксплуатации запасов

     биогаза полигона  "Кучино",  М.,  кооператив "Геополис",  1991г.

7.  "Методика  расчета  концентраций  в  атмосферном  воздухе  вредных

     веществ, содержащихся в выбросах предприятий.  ОНД-86",  Л.,  Гидро-

     метеоиздат,  1987г.

8.  "Временные правила охраны окружающей среды от отходов производства

     и потребления в Российской Федерации", Министерство охраны окружаю-

     щей среды и природных ресурсов РФ.


                                                    10.  П Р И М Е Р

РАСЧЕТА МАКСИМАЛЬНЫХ РАЗОВЫХ И ВАЛОВЫХ

ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПОЛИГОНОМ

ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

1. Результататы анализов проб отходов, отобранных на полигоне:

    - содержание органической составляющей в отходах - R=55%;

    - содержание жироподобных веществ в органике отходов - Ж=2%;

    - содержание углеводоподобных веществ в органике отходов - У=83%;

    - содержание белковых веществ в органике отходов - 15%;

    - средняя влажность отходов - W=47%.

2. Результататы анализов проб биогаза:

Компонент

     , мг/куб.м  

Метан

       660908

Углерода диоксид

       558958

Толуол

           9029

Аммиак

           6659

Ксилол

           5530

Углерода оксид

           3148

Азота диоксид

           1392

Формальдегид

           1204

Этилбензол

           1191

Ангидрид сернистый

             878

Сероводород

             326

3. Полигон функционирует с 1980 года.

4. Ежегодно на полигон завозится 208200 тонн отходов.

5. Период активного выделения биогаза в процессе анаэробного  разложения  отходов с постоянным выделением метана принимается по средним данным равным двадцати годам.

РАСЧЕТ:

1. По формуле (2) определяем удельный выход биогаза(в кг от одного кг отходов) за период активного его выделения в процессе анаэробного разложения отходов с  постоянным  выделением  метана (4-ая фаза):                                                                                                                  

    Qуд=10-6*55*(100-47)*(0,92*2+0,62*83+0,64*15)=0,170236   кг/кг отх.

         2. По формуле (3) определяем количественный выход биогаза  за  год,  отнесенный  к одной тонне захороненных отходов:

                               кг/т отходов в год


    3. По формуле (6) определяем плотность биогаза:

Компонент

     , мг/куб.м  

Метан

       660908

Углерода диоксид

       558958

Толуол

           9029

Аммиак

           6659

Ксилол

           5530

Углерода оксид

           3148

Азота диоксид

           1392

Формальдегид

           1204

Этилбензол

           1191

Ангидрид сернистый

             878

Сероводород

             326

                                                            Итого:                        1249223

                                               кг/куб.м                                

4. По формуле (7) определяем весовое процентное содержание компонентов в биогазе (диоксид углерода как ненормируемое вещество из дальнейшего рассмотрения исключается):

Компонент

       Свк, %

Метан

52,915

Толуол

     0,723

Аммиак

     0,533

Ксилол

     0,443

Углерода оксид

   0,252

Азота диоксид

     0,111

Формальдегид

     0,096

Этилбензол

     0,095

Ангидрид сернистый

     0,070

Сероводород

     0,026

5. По формуле (8) определяем удельные массы компонентов биогаза, выбрасываемые за год:

         Компонент

        Pудi кг/т отходов в год

Метан

                 3,603215

Толуол

                      0,049232

Аммиак

                 0,036294

Ксилол

                 0,030166

Углерода оксид

                 0,017160

Азота диоксид

                 0,007558

Формальдегид

                 0,006537

Этилбензол

                 0,006469

Ангидрид сернистый

                 0,004767

Сероводород

                 0,001770

6. Активно вырабатывают биогаз отходы, завезенные на полигон за период с начала его работы ( 1980 г.) до момента расчета (конец 1995 г.) минус последние два года, т.е. за 14 лет:

                                                    208200 х 14 = 2914800 тонн

    По формулам (9) и (10) рассчитываем максимальные разовые и валовые выбросы загрязняющих веществ:

         Компонент

Pмрi , г/с

Pвалi, т/год

Метан

333,03687

9088,90920

Толуол

    4,55040

  124,18496

Аммиак

    3,35457

    91,54957

Ксилол

    2,78817

    76,09195

Углерода оксид

    1,58606

    43,28516

Азота диоксид

    0,69857

    19,06467

Формальдегид

    0,60420

    16,48922

Этилбензол

    0,59791

    16,17561

Ангидрид сернистый

    0,44060

    12,02441

Сероводород

    0,16360

      4,46481


Дополнение (статья из журнала)

Инженер  Санников Э.С.

              РАСЧЕТ  КОЛИЧЕСТВЕННЫХ  ХАРАКТЕРИСТИК  ВЫБРОСОВ 

                               ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ  ВЕЩЕСТВ  В  АТМОСФЕРУ

                                             ОТ  ПОЛИГОНОВ  ОТХОДОВ

В последние годы все более актуальной становится проблема охраны окружающей среды. Загрязнение атмосферы вредными веществами, содержащимися в выбросах промышленных предприятий, автотранспорта, сельскохозяйственных предприятий и т.п. является одним из факторов, влияющих на ухудшение общей экологической обстановки.

Полигоны отходов (бытовых и промышленных) также вносят свой вклад в загрязнение атмосферы. Биогаз, являющийся конечным продуктом биотермического анаэробного про-цесса распада органической составляющей отходов, происходящего под воздействием ми-крофлоры в складированных отходах, через толщу отходов и изолирующих слоев грунта выделяется в атмосферу, загрязняя ее.

Морфологический состав твердых отходов, складируемых на полигонах и свалках, по усредненным данным исследований АКХ по Москве и Московской области в процентах по массе следующий:

- бумага, картон                        -              38.0

- пищевые отходы                     -              30.0

- дерево                                       -                1.5

- текстиль                                    -                5.5

- кожа, резина                            -                1.3

- полимерные материалы       -                5.5     

- кости                                         -                0.7

- черный металл                        -                2.5

- цветной металл                       -                0.5

- стекло                                        -                4.3

- камни, керамика                    -                1.4

- отсев менее 16 мм                 -                8.8

В начальный период процесс разложения отходов носит характер их окисления, происходящего в верхних слоях отходов, за счет кислорода воздуха, содержащегося в пустотах и проникающего из атмосферы. Затем по мере естественного и механического уплотнения отходов и изолирования их грунтом усиливаются анаэробные процессы с образованием биогаза. Различают пять фаз процесса распада органической составляющей твердых отходов на полигонах:

1-ая фаза - аэробное разложение;

2-ая фаза - анаэробное разложение без выделения метана (кислое брожение);

3-яя фаза - анаэробное разложение с непостоянным выделением метана (смешанное

                    брожение);

4-ая фаза - анаэробное разложение с постоянным выделением метана;

5-ая фаза - затухание анаэробных процессов.

Первая и вторая фазы имеют место в первые 20-40 дней с момента укладки отходов, продолжительность протекания третьей фазы - до 700 дней. Длительность четвертой фазы - 15-30 лет. Именно четвертая фаза является определяющей с точки зрения загрязнения атмосферы выбросами компонентов биогаза.

Основную объемную массу биогаза 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.

На величину выбросов полигона отходов влияет большое количество факторов, в том числе:

- рабочая (активная) площадь полигона;

- сроки работы полигона;

- количество захороненных отходов;

- мощность слоя складированных отходов;

- соотношение количеств завезенных бытовых и промышленных отходов;

- морфологический состав завезенных отходов;

- влажность отходов;

- содержание органической составляющей в отходах;

- содержание жироподобных, углеводоподобных и белковых веществ в органике отхо-

  дов; 

- технология захоронения отходов;

- климатические условия, в которых производилось определение величины выбросов;

До 1996 года отсутствовала единая методика определения величин выбросов в атмосферу загрязняющих веществ с полигонов.

Отрицательное воздействие деятельности полигона на окружающую среду оценивалось по результатам единичных замеров концентраций компонентов биогаза в приземном слое атмосферы, что имеет ряд существенных недостатков.

На результат замера оказывали влияние выбор места замера (на самом полигоне, на границе его санитарно-защитной зоны, в ближайшем населенном пункте или в какой-либо другой характерной точке) и метеорологические условия, при которых производился отбор проб для анализа (направление и скорость ветра, температура, влажность воздуха и т.п.). В результате же получали концентрацию загрязняющих веществ в одной или нескольких точках, не отражающую общую экологическую ситуацию в районе расположения полигона.

При таких методах замеров невозможно было дифференцировать вклады в полученную концентрацию выбросов самого полигона и выбросов сторонних источников выделения загрязняющих веществ, находящихся вблизи от места отбора проб, а следовательно нельзя было оценить влияние самого полигона на уровень загрязнения атмосферы.

И, наконец, нельзя было по результатам замеров определить количественные характеристики выбросов (максимальные разовые и валовые выбросы), так как замерить или рассчитать количество выделяемого в единицу времени биогаза со всего полигона было практически невозможно. Количественные характеристики выбросов необходимы для проведения машинного расчета уровней загрязнения атмосферы выбросами полигона в прилегающем районе, на границе санитарно-защитной зоны и в необходимых характерных точках, т.е. для получения достоверных сведений о влиянии полигона на общее загрязнение атмосферы во всем районе расположения полигона. Кроме того, количественные характеристики выбросов необходимы для установления нормативов предельно допустимых выбросов и проведения ведомственного контроля за их соблюдением.

В 1996 году нами совместно с Академией коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова и НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина разработаны “Методические указания по расчету количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов отходов”, позволяющие избежать указанных недостатков. “Методические указания” согласованы Мособлкомприродой.

“Методические указания” распространяются на выбросы собственно полигона. Выбросы от дорожной техники, работающей на полигоне, выбросы котельной и мастерской, обслуживающих полигон, рассчитываются по соответствующим существующим методикам.

Предполагается проведение расчетов для фазы анаэробного стабильного разложения органической составляющей отходов с постоянным максимальным выделением метана, которая наступает спустя в среднем два года после захоронения отходов.

“Методические указания” предусматривают комбинированный метод определения количественных характеристик выбросов - отбор и анализ проб биогаза и отходов и собственно расчет величин выбросов. Отбор проб производится из шурфов, равномерно расположенных по рабочей (активной) площади полигона на глубине около 1,5 метров.

Ниже рассматривается метод расчета величин выбросов.

По известному уравнению выхода биогаза при метановом брожении определяется удельный выход биогаза за период его активной стабилизированной генерации:

Qуд=10-4R(0,92Ж+0,62У+0,34Б),  где:                                       (1)

Qуд  - удельный выход биогаза за период его активной генерации, кг/кг отходов;

 R    - содержание органической составляющей в отходах, %;

 Ж  - содержание жироподбных веществ в органике отходов, %;

  У  - содержание углеводоподобных веществ в органике отходов, %;

  Б   - содержание белковых веществ в органике отходов, %.

  R, Ж, У и Б - определяются анализами отбираемых проб отходов.

Данное уравнение составлено применительно к абсолютно сухому веществу отходов. В реальных условиях отходы содержат определенное количество влаги, которая сама по себе биогаз не генерирует. Следовательно, выход биогаза, отнесенный к единице реальных влажных отходов, будет меньше, чем отнесенный к той же единице абсолютно сухих отходов, в раз, так как в весовой единице влажных отходов абсолютно сухих отходов, генерирующих биогаз, будет всего от этой единицы.

Здесь - фактическая влажность отходов в %, определенная анализами проб отходов.

С учетом вышесказанного уравнение выхода биогаза при метановом брожении реальных влажных отходов принимает вид:

            ,                 (2)

где сомножитель  учитывает, какова доля абсолютно сухих отходов, для которых составлено уравнение (1), в общем количестве реальных влажных отходов.

Учитывая, что за период активного выхода биогаза, который составляет в среднем двадцать лет, генерируется около 80% от общего количества биогаза, получаемого с одной тонны отходов, количественный выход биогаза за год, отнесенный к одной тонне отходов, определяется по формуле:

                                    , кг/т.отходов в год, где:       (3)

-  период стабилизированного активного выхода биогаза, год.

Состав биогаза и концентрации компонентов в нем определяются анализами отобранных проб биогаза.

Плотность биогаза определяется по закону аддитивности как суммарная величина произведений объемных концентраций его компонентов на их плотности:

                                       ,  кг/куб.м,  где:                                              (4)

  - содержание i-того компонента в биогазе, объемные %;

        - плотность i-того компонента биогаза, кг/куб.м;

      - количество компонентов в биогазе.

Средняя плотность биогаза составляет обычно 0,95-0,98 плотности воздуха, т.е. при плотности воздуха 1,2928 кг/куб.м средняя плотность биогаза будет около 1,24755 кг/куб.м

С другой стороны, связь плотностей компонентов, их концентраций в биогазе и объемного процентного содержания определяются формулой:

                                                  , %,  где:                                               (5)

 - концентрация i-того компонента в биогазе, мг/куб.м.

Формула для определения плотности биогаза выводится решением совместно уравнений (4) и (5):

                                                  , кг/куб.м                                         (6)

По полученным анализами концентрациям компонентов в биогазе и рассчитанной его плотности определяется весовое процентное содержание этих компонентов в биогазе:

                                                         , %                                               (7)

Размерности в этой формуле:

- концентрации компонентов в биогазе - [мг/куб.м];

- плотность биогаза - [кг/куб.м].

А по рассчитанным количественному выходу биогаза за год, отнесенному к одной тонне отходов (формула 3), и весовому процентному содержанию компонентов в биогазе (формула 7) определяются удельные массы компонентов, выбрасываемые в год:

                                              , кг/т.отходов в год                                (8)

Для расчета величин выбросов подсчитывается количество активных отходов, стабильно генерирующих биогаз, с учетом того, что период стабилизированного активного выхода биогаза в среднем составляет двадцать лет и что фаза анаэробного стабильного разложения органической составляющей отходов наступает спустя в среднем два года после захоронения отходов, т.е. отходы, завезенные в последние два года не входят в число активных.

При подсчете возможны два варианта. Первый - полигон функционирует менее двадцати лет. В этом случае учитываются все отходы, завезенные с начала работы полигона, за исключением отходов завезенных в последние два года. Второй - полигон функционирует более двадцати лет. В этом случае подсчитываются отходы, завезенные за последние двадцать лет без учета отходов, завезенных в последние два года.

Максимальные разовые выбросы компонентов биогаза с полигона, загрязняющих атмосферу, определяются по формуле:

                     , г/с, где:                         (9)

 - количество активных стабильно генерирующих биогаз отходов, т.

Биогаз образуется неравномерно в зависимости от времени года. Средний коэффициент неравномерности образования биогаза в теплое и холодное время года равен 1,3.

С учетом коэффициента неравномерности валовые выбросы загрязняющих веществ с полигона определяются по формуле:

, т/год         (10)

Примечание: 5 и 7 в формуле (10) соответственно периоды теплого и холодного  времени года в месяцах.

По рассчитанным количественным характеристикам выбросов загрязняющих веществ можно рассчитать уровни загрязнения атмосферы компонентами биогаза, которые являются основанием для оценки степени вредного воздействия выбросов полигона на окружающую среду и здоровье людей.

Рассчитанные величины выбросов служат исходными данными для определения нормативных и сверхнормативных выбросов, т.е. позволяют разрабатывать проекты нормативов предельно допустимых выбросов и проводить контроль за их соблюдением.

“Методические указания”  позволяют определить предельную мощность полигона, т.е. рассчитать то допустимое количество принятых отходов, при котором концентрации загрязняющих веществ на границе существующей санитарно-защитной зоны не будут превышать предельно допустимых.

По результатам расчетов фактических величин выбросов уточняются санитарно-защитные зоны полигонов, за пределами которых концентрации загрязняющих веществ не   превышают предельно допустимых.

Упомянутые “Методические указания” могут также служить для проверки соответствия разработанных лимитов размещения отходов требованиям безопасных экологических условий для здоровья людей и состояния окружающей среды.

Download