Свалочный газ - Landfill gas

Газовый факел, произведенный на полигоне в Лейк Каунти, Огайо

Свалочный газ представляет собой смесь разных газов, созданных действием микроорганизмы в пределах свалка как они разлагаются органические отходы, в том числе, например, пищевые отходы и бумажные отходы. Свалочный газ составляет примерно от сорока до шестидесяти процентов метан, а остальные в основном углекислый газ. Остальное (<1%) составляют следовые количества других летучих органических соединений (ЛОС). Эти следовые газы включают в себя множество разновидностей, в основном простые углеводороды.[1]

Свалочные газы влияют на изменение климата. Основные компоненты: CO2 и метан, оба из которых парниковый газ. Метан в атмосфере гораздо более мощный парниковый газ, причем каждая молекула в двадцать пять раз сильнее, чем молекула двуокиси углерода. Однако сам метан составляет меньший состав атмосферы, чем диоксид углерода. Свалки являются третьим по величине источником метана в США.[2]

Производство

Свалочные газы являются результатом трех процессов:[1]

Первые два сильно зависят от характера отходов. Доминирующим процессом на большинстве свалок является третий процесс, при котором анаэробные бактерии разлагают органические отходы для получения биогаза, который состоит из метана и углекислого газа вместе со следами других соединений.[3] Несмотря на неоднородность отходов, выделение газов следует четко определенным кинетическая картина. Образование метана и CO2 начинается примерно через шесть месяцев после размещения свалочного материала. Выделение газа достигает максимума примерно через 20 лет, а затем снижается в течение десятилетий.[1]

Когда свалочный газ проникает через почвенный покров, часть метан в газе микробно окисляется до CO2.[4]

Мониторинг

Основная статья: Мониторинг свалочного газа

Поскольку газы, образующиеся на свалках, являются одновременно ценными, а иногда и опасными, были разработаны методы мониторинга. Детекторы ионизации пламени могут использоваться для измерения уровней метана, а также общего содержания ЛОС. Осуществляется наземный и подземный мониторинг, а также мониторинг атмосферного воздуха. В США в соответствии с Законом о чистом воздухе 1990 г. требуется, чтобы на многих крупных свалках были установлены системы сбора и контроля газа, что означает, что, по крайней мере, объекты должны собирать и поджечь газ.

Федеральные правила США в соответствии с подзаголовком D RCRA, сформированного в октябре 1979 года, регулируют размещение, проектирование, строительство, эксплуатацию, мониторинг и закрытие полигонов ТБО. Подзаголовок D теперь требует контроля за миграцией метана в свалочном газе. Требования к мониторингу должны выполняться на полигонах во время их эксплуатации и в течение дополнительных 30 лет после этого. Свалки, затронутые Подзаголовком D RCRA, должны контролировать газ, устанавливая способ проверки на наличие выбросы метана периодически и, следовательно, предотвращает миграцию за пределы площадки. Владельцы и операторы полигонов должны следить за тем, чтобы концентрация метана не превышала 25% нижнего предела взрываемости метана в конструкциях объектов и нижнего предела взрываемости метана на границах объекта.[5]

Использовать

Основная статья: Утилизация свалочного газа
Система сбора свалочного газа

Соединенные Штаты Агентство по охране окружающей среды (EPA) отчет показывает, что по состоянию на 2016 г. твердые бытовые отходы свалки составляют от 1900 до 2000. В общенациональном исследовании, проведенном Фондом экологических исследований и образования в 2013 году, на территории Соединенных Штатов было подсчитано только 1540 действующих полигонов твердых бытовых отходов. При разложении отходов на этих свалках образуется свалочный газ, который представляет собой смесь примерно половины метана и половины диоксида углерода. Свалки являются третьим по величине источником выбросов метана в США, при этом свалки твердых бытовых отходов составляют 95 процентов этой фракции.[6][7][нужна цитата ]

Газы, образующиеся на свалке, можно собирать и использовать различными способами. Свалочный газ можно утилизировать непосредственно на месте с помощью котла или любой системы сжигания, обеспечивая тепло. Электроэнергия также может вырабатываться на месте с помощью микротурбин, паровых турбин или топливных элементов.[8] Свалочный газ также можно продавать за пределами предприятия и направлять в трубопроводы природного газа. Этот подход требует, чтобы газ был переработан до качества трубопровода, например, путем удаления различных загрязняющих веществ и компонентов.[9] Эффективность сбора газа на свалках напрямую влияет на количество энергии, которое может быть восстановлено - закрытые свалки (те, которые больше не принимают отходы) собирают газ более эффективно, чем открытые свалки (те, которые все еще принимают отходы). Сравнение эффективности сбора на закрытых и открытых свалках показало, что разница между ними составляет около 17 процентных пунктов.[10]

Свалочный газ также можно использовать для испарения фильтрата, еще одного побочного продукта процесса захоронения. Это приложение заменяет другое топливо, которое ранее использовалось для того же самого.[11]

Фильтрат система испарения

В США количество проектов по утилизации свалочного газа увеличилось с 399 в 2005 году до 594 в 2012 году.[12] согласно Агентство по охране окружающей среды. Эти проекты популярны, потому что контролируют затраты на электроэнергию и снижают парниковый газ выбросы. Эти проекты собирают и обрабатывают метановый газ, чтобы его можно было использовать для производства электроэнергии или переоборудовать в газ трубопроводного качества. (Метан в двадцать один раз больше потенциал глобального потепления диоксида углерода).[13] Например, в США Управление отходами использует свалочный газ в качестве источника энергии на 110 объектах по переработке свалочного газа. Это производство энергии компенсирует почти два миллиона тонн угля в год, создавая энергию, эквивалентную энергии, необходимой для четырехсот тысяч домов. Эти проекты также сокращают выбросы парниковых газов в атмосферу.[14]

Агентство по охране окружающей среды, которое оценивает, что сотни свалок могут поддерживать газовые проекты в области энергетики, также учредило Программу распространения метана на свалках. Эта программа была разработана для сокращения выбросов метана со свалок рентабельным способом за счет поощрения развития экологически и экономически выгодных проектов по производству энергии из свалочного газа.[15]

Оппозиция

Улавливание и использование свалочного газа может быть дорогостоящим. Некоторые экологические группы заявляют, что проекты не производят «возобновляемую энергию», потому что мусор (их источник) не возобновляется. В Сьерра Клуб выступает против государственных субсидий для таких проектов.[13] В Совет по защите природных ресурсов (NRDC) утверждает, что государственные стимулы должны быть в большей степени направлены на солнечную, ветровую и энергоэффективную деятельность.[нужна цитата ]

Безопасность

Выбросы свалочного газа могут привести к относящийся к окружающей среде, гигиена и безопасность проблемы на свалке.[16][17] Произошло несколько несчастных случаев, например, в Loscoe, Англия в 1986 г.,[18] где скопился мигрирующий свалочный газ и частично разрушил объект недвижимости. Несчастный случай, в результате которого погибли двое, произошел в результате взрыва в доме, прилегающем к полигону Скеллингстед в Дании, в 1991 году.[19] Из-за риска, связанного со свалочным газом, существует очевидная необходимость контролировать газ, производимый на свалках. Помимо риска пожара и взрыва, миграция газа под землей может привести к контакту свалочного газа с грунтовые воды. Это, в свою очередь, может привести к загрязнению грунтовых вод органическими соединениями, присутствующими почти во всем свалочном газе.[20]

Хотя обычно они выделяются только в следовых количествах, свалки действительно выбрасывают ароматика и хлороуглероды.

Миграция свалочного газа из-за перепада давления и диффузии. Это может создать опасность взрыва, если газ достигнет достаточно высоких концентраций в соседних зданиях.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Ханс-Юрген Эриг, Ханс-Йоахим Шнайдер и Фолькмар Госсов «Отходы, 7. Депонирование» в Энциклопедии промышленной химии Ульманна, 2011, Wiley-VCH, Weinheim. Дои:10.1002 / 14356007.o28_o07
  2. ^ «Выбросы метана». Агентство по охране окружающей среды. Получено 13 июн 2016.
  3. ^ «Свалочный газ и биогаз». Управление энергетической информации США. Получено 2015-11-22.
  4. ^ Scheutz, C., Kjeldsen, P., Bogner, J.E., De Visscher, A., Gebert, J., Hilger, H.A. И Спокас, К. (2009) Процессы и технологии микробного окисления метана для уменьшения выбросов свалочного газа. Управление отходами. Res. 27: 409-455.
  5. ^ «Меры по контролю за свалочным газом». Агентство регистрации токсичных веществ и заболеваний. Получено 2010-04-26.
  6. ^ EPA, OAR, OAP, CCD, США. «Основная информация о свалочном газе - Агентство по охране окружающей среды США». Агентство по охране окружающей среды США.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  7. ^ https://www.epa.gov/sites/production/files/2017-02/documents/2017_complete_report.pdf
  8. ^ Салливан, Патрик. «Важность улавливания и утилизации свалочного газа в США» (PDF). SUR. Получено 27 сентября 2013.
  9. ^ «Электростанции на свалочном газе». Калифорнийская энергетическая комиссия. Получено 27 сентября 2013.
  10. ^ Пауэлл, Джон Т .; Таунсенд, Тимоти Дж .; Циммерман, Джули Б. (21 сентября 2015 г.). «Оценка объемов захоронения твердых отходов и целевые показатели сокращения выбросов свалочного газа». Природа Изменение климата. предварительная онлайн-публикация (2): 162–165. Дои:10.1038 / nclimate2804. ISSN  1758-6798.
  11. ^ «Программа распространения метана на свалках». EPA. Получено 27 сентября 2013.
  12. ^ «Свалочный газ в энергию». EPA. Получено 2012-07-29.
  13. ^ а б Кох, Венди (25 февраля 2010 г.). «Проекты по свалкам на подъеме». USA Today. Получено 2010-04-25.
  14. ^ «Свалочный газ в энергию». Управление отходами. Получено 2010-04-26.
  15. ^ «Свалочный газ». ООО «Технологии разделения газа». Архивировано из оригинал на 2017-05-06. Получено 2010-04-26.
  16. ^ Brosseau, J. (1994) Выбросы газовых примесей из санитарных участков муниципальных свалок; Атмосфера-Окружающая среда 28 (2), 285-293
  17. ^ Кристенсен, Т. Х., Коссу, Р., Стегманн, Р. (1999) Захоронение отходов: биогаз
  18. ^ Уильямс и Эйткенхед (1991) Уроки Лоско: неконтролируемая миграция свалочного газа; Ежеквартальный журнал инженерной геологии 24 (2), 191-207
  19. ^ "Датское EPA". mst.dk.
  20. ^ Керфут, Х. Б., Глава 3.5 В Кристенсен, Т. Х., Коссу, Р., Стегманн, Р. (1999) Закапывание отходов: биогаз

внешняя ссылка