Теоретическая часть. Твёрдые бытовые отходы (ТБО) – непригодные для дальнейшего использования пищевые продукты и предметы быта

 

Твёрдые бытовые отходы (ТБО) – непригодные для дальнейшего использования пищевые продукты и предметы быта, выбрасываемые человеком.

Наиболее распространенными сооружениями по обезвреживанию ТБО являются полигоны. Современные полигоны ТБО – это комплексные природоохранные сооружения, предназначенные для обезвреживания и захоронения отходов. Полигоны должны обеспечивать защиту от загрязнения отходами атмосферного воздуха, почвы, поверхностных и грунтовых вод, препятствовать распространению грызунов, насекомых и болезнетворных микроорганизмов.

Размеры земельных участков, отводимых под полигон, рассчитываются из условия 0, 02…0, 05 га на 1000 т ТБО. Теоретическая вместимость полигона на расчетный срок эксплуатации (15…30 лет) определяется по формуле:

V_П = (У ₁+ У ₂) (Н ₁+ Н ₂) Т К ₂/ 4 К ₁,

где У ₁, У ₂ – удельные годовые нормы накопления отходов в первый и последний годы эксплуатации полигона, т/чел.;

Н ₁, Н ₂ – численность населения, обслуживаемого полигоном, на первый и последний годы эксплуатации, чел.;

Т – расчетный срок эксплуатации полигона, годы;

К ₁ – коэффициент уплотнения ТБО, равный отношению плотности ТБО после уплотнения к плотности ТБО, доставляемых мусоровозами на полигон (зависит от массы грунтоуплотняющей машины и толщины изолирующего слоя);

К ₂ – коэффициент, учитывающий увеличение объема полигона за счет устройства наружных и внутренних изолирующих слоев (зависит от изолирующего материала – грунта, забираемого из основания полигона, или привозного).

Рисунок 3 – Схема размещения основных сооружений полигона (Хомич, 2002)

а - при соотношении длины и ширины полигона 2: 1; б - при соотношении более 3: 1; 1 - подъездная автодорога; 2 - хозяйственная зона; 3 - нагорный канал; 4 - ограждение; 5 - зеленая зона; 6 - кавальер минерального грунта для изоляции слоев ТБО; 7 - участки складирования отходов; I, II, III - очереди эксплуатации

 

Удельная годовая норма накопления ТБО по объёму за 2-й год эксплуатации определяется из условия ежёгодного роста её по объёму на 3 %, то есть У ₂ = У ₁ + (1, 03) Т.

Коэффициент К₁, учитывающий уплотнение ТБО в процессе эксплуатации полигона за весь срок Т определяется по таблице с учётом массы бульдозера или катка:

 

Таблица 22 – Возможные значения коэффициента К₁

Масса бульдозера или катка, т	Полная проектируемая высота полигона, м	К1
3-6	20-30	3, 0
12-14	менее 20	3, 7
12-14	20-30	4, 0
20-22	50 и более	4, 5

Коэффициент К₂, учитывающий объём изолирующих слоёв грунта, в зависимости от общей высоты, определяется по таблице 23.

 

Таблица 23 – Возможные значения коэффициента К₂

Высота, м	5, 25	7, 50	9, 75	12-15	16-39	40-50	Более 50
К2	1, 37	1, 27	1, 25	1, 22	1, 20	1, 18	1, 16

 

Площадь участка складирования ТБО определяется по формуле:

S_У.С. = 3 V_П / Н,

где Н – проектируемая высота полигона, м.

Требуемая площадь полигона составит:

S = 1, 1 S_У.С. + S_доп,

где S_доп – площадь участка хозяйственной зоны и площадки мойки контейнера (в среднем S_доп = 1, 0 га).

Нормируемый размер санитарно-защитной зоны полигона составляет 500 м. Создание полигонов и СЗЗ вокруг них требует отчуждения больших земельных площадей (40…200 га). Полигоны нельзя размещать ближе 15 км от аэропортов. Не допускается размещение полигонов на территории 1-го и 2-го поясов зон санитарной охраны водоисточников, в местах массового отдыха населения и оздоровительных учреждений.

При выборе участка для размещения полигона учитывают гидрологические условия местности. Грунтовые воды на участке полигона должны залегать на глубине более 2 м. Нельзя использовать под полигоны болота, затопляемые территории, районы геологических разломов. Предпочтение отдается участкам залегания водоупорных пород – глин, суглинков.

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

– климатические условия;

– рабочая (активная) площадь полигона;

– сроки эксплуатации полигона;

– количество захороненных отходов;

– мощность слоя складированных отходов;

– соотношение количеств завезённых бытовых и промышленных отходов;

– морфологический состав завезённых отходов;

– влажность отходов;

– содержание органической составляющей в отходах;

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

– технология захоронения отходов.

Продуктом анаэробного разложения органической составляющей отходов является биогаз, представляющий собой в основном смесь метана и углекислого газа. Система сбора биогаза состоит из нескольких рядов вертикальных колодцев (газодренажных скважин) или горизонтальных траншей. Последние заполнены песком или щебнем и перфорированными трубами.

Удельный выход биогаза за период его активной стабилизированной генерации при метановом брожении применительно к абсолютно сухому веществу отходов определяется по уравнению:

где Q – удельный выход биогаза за период его активной генерации, кг/кг отходов;

R – содержание органической составляющей в отходах, %;

Ж – содержание жироподобных 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 забираемых проб отходов.

В реальных условиях отходы содержат определённое количество влаги, которая сама по себе биогаз не генерирует. Следовательно, выход биогаза, отнесённый к единице веса реальных влажных отходов, будет меньше, чем отнесённый к той же единице абсолютно сухих отходов в 10^-2 (100 – W) раз, так как в весовой единице влажных отходов абсолютно сухих отходов, генерирующих биогаз, будет всего 10^-2 (100 – W) от этой единицы (здесь W – фактическая влажность отходов, %, определённая анализаторами проб отходов).

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

где сомножитель 10^-2 (100 – W) учитывает, какова доля абсолютно сухих отходов в общем количестве реальных влажных отходов.

Количественный выход биогаза за год (кг/т отходов в год), отнесённый к одной тонне отходов, определяется по формуле:

,

где t_сбр – период полного сбраживания органической части отходов, лет, опрелеляемый по приближённой эмпирической формуле:

где t_{ср.тепл} – средняя из среднемесячных температура воздуха в районе полигона твёрдых бытовых и промышленных отходов (ТБО и ПО) за тёплый период года (t > 0), ^oC;

T_тепл – продолжительность тёплого периода года в районе полигона ТБО и ПО, дни; 10248 и 0, 301966 – удельные коэффициенты, учитывающие термическое разложение органики.

Для определения плотности биогаза, кг/м³, применяется формула:

где С_i – концентрация i -го компонента в биогазе, мг/м³.

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

По рассчитанным количественному выходу биогаза за год, отнесённому к 1 тонне отходов и весовым процентым содержаниям компонентов в биогазе определяются удельные массы компонентов, кг/тонн отходов в год, по формуле:

Для расчёта величин выбросов подсчитывается количество активных отходов, стабильно генерирующих биогаз, с учётом того, что период стабильного активного выхода биогаза в среднем составляет 20 лет и что фаза анаэробного стабильного разложения органической составляющей отходов наступает спустя в среднем 2 года после захоронения отходов, то есть отходы, завезённые в последние два года, не входят в число активных.

Таким образом, если полигон функционирует менее 20 лет, то учитываются все отходы, за исключением завезённых в последние 2 года, а если полигон функционирует более 20 лет, то учитываются только отходы, завезённые в последние 20 лет, за исключением отходов, ввезённых в последние 2 года.

Максимальные разовые выбросы i -го компонента биогаза с полигона, г/с, определяются по формуле:

где

где Σ D – количество активных, стабильно генерирующих биогаз отходов, т;

Т_тепл – продолжительность тёплого периода года в районе полигона ТБО, дней.

Биогаз образуется неравномерно в зависимости от времени года. При отрицательных температурах процесс «мезофильного сбраживания» (до 55 ⁰С) органической части ТБО и ПО прекращается, происходит т. н. «законсервирование» до наступления более тёплого периода года (t_ср.мес. > 0 ⁰С).

Приведённая формула для вычисления максимального разового выброса i -го компонента справедлива только в тёплый период года (t_ср.мес. > 8 ⁰С). При обследовании в более холодное время (0 < t_ср.мес. ≤ 8 ⁰С), что нецелесообразно хотя бы из-за дополнительных погрешностей измерения, в формуле следует применять повышающий коэффициент неравномерности образования биогаза 1, 3.

С учётом коэффициента неравномерности валовые выбросы i -го загрязняющего вещества с полигона, т/год, определяются по формуле:

где а и b – периоды, соотвественно, тёплого и холодного периода года в месяцах (а при t_ср.мес. > 8 ⁰С, b – при 0 < t_ср.мес. ≤ 8 ⁰С).

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое твёрдые бытовые отходы?

2. Полигон ТБО и его характеристики.

3. Какие факторы влияют на выбросы загрязняющих веществ с полигонов?

4. Методика расчета выброса биогаза с полигона ТБО и отдельных его компонентов.