Оптимизация получения и использования биогаза, образующегося на свалке

Биогаз, образующийся на свалке, с одной стороны, может быть нежелательным продуктом, а с другой — служить источником энергии. Выбросы этого газа, которые могут быть обнаружены термографическим методом, приводят к появлению дурного запаха, закислению грунтовых вод, снижению урожая сельскохозяйственных культур (вплоть до полной их гибели). Следовательно, утечки этого газа должны быть ограничены. Для того чтобы эти ограничения выполнялись, необходимы приспособления, позволяющие управлять перемещением газа, например различные преграды и траншеи, наполненные на небольшую глубину гравием, и системы экстракции газа или его инжектирования, размешенные на большой глубине (более 6 м). Могут быть изготовлены оболочки, препятствующие утечке газа из природных материалов и из искусственных пленок. Если удастся проконтролировать перемещение газовых потоков, то проблема решается сжиганием или пропусканием газа через почву. Ловушки из мелкопористой почвы снижают количество плохо пахнущих веществ, которые окисляются в ней аэробной микрофлорой.

Идентифицированные минорные компоненты газа, образующегося на свалке, следующие: ацетон, бензол, бутанол, гексан, гептан, д и метил сульфид, бутан, изобутан, изопропиловый спирт, ксилол, метан, углеводороды С₄—С,₄; этан и этанол, этилен и этил меркаптан.

За прошедшие годы наиболее важным изменением в составе газа, образующегося на свалках, было увеличение в нем концентрации метана. Извлечение этого газа осуществляется или планируется в Бразилии, Канаде, Швейцарии, Японии, Англии. Использование газа, образующеюся на свалках, имеет огромные перспективы, так как подобным способом его можно получать в больших количествах.

Однако в настоящее время газ метан нс находит сбыта и представляет собой лишь отход, создавая неудобства в эксплуатации свалок. По расчетам, в период наиболее активного метаногенеза достоверное значение выхода метана колеблется от 3,1 до 371 л/кг почвы в год.

Метаногенные микроорганизмы в основном чувствительны к влиянию взаимодействующих факторов окружающей среды как прямых, так и косвенных, которые, в свою очередь, управляются основными факторами, связанными с местоположением свалки.

Состав твердых отходов является определяющим как для состава выделяющегося газа, так и для скорости его образования. Предобработка может приводить к его значительным изменениям. Уменьшение размера частиц от 250 до 10 мм увеличивает скорость образования газа в 4 раза, возможно, из-за увеличения площади поверхности или благодаря лучшему поступлению 0₂, так как при этом наблюдается сдвиг в ферментационном равновесии по С0₂. Увеличение содержания воды от 10 до 65% приводит к более заметным изменениям в отходах с низкой плотностью (0,25 т/м³) по сравнению с отходами с более высокой плотностью (0,80 т/м³) из-за возрастания подвижности бактериальных клеток, что, в свою очередь, ускоряет процесс гидролиза и затем метаногенеза. Напротив, при постоянной влажности (21%) увеличение плотности от 0,32 до 0,47 т/м³ приводит к возрастанию скорости газообразования от 410 до 845 мл/сут на 1 кг сухих твердых отходов.

Изменения в скорости метаногенеза также появляются при перемещении воды сквозь толщу твердых отходов. Было показано увеличение скорости метаногенеза на свалке на 25—30% при движении воды; движение воды и ее содержание — два независимо действующих на метаногенез фактора. Дальнейшее увеличение скорости происходило, когда воду заменяли фильтрующимися в почву водами, что обусловлено наличием в них питательных веществ, веществ—предшественников метаногенеза и изменением pH. Кроме того, установлено, что повышение температуры от 22 до 33 °C сопровождалось увеличением выхода газа на 70%: оптимальной для метаногенеза температурой является 41 °C, и выход метана остается без изменения в температурном интервале 48—55 °С. Температура свалки меняется под действием микробного метаболизма (который, в свою очередь, определяется плотностью отходов, их удельной поверхностью, влажностью, исходной температурой, составом, доступностью акцепторов электронов, в особенности 0₂), теплоты нейтрализации и солнечного тепла, которые находятся в равновесии с теплопотерями в атмосферу, в окружающую почву и воду. Однако быстрый разогрев часто связан с аэробным метаболизмом, в то время как анаэробиоз часто сопровождается снижением температуры.

Было обнаружено, что наивысший выход газа из отходов наблюдался при их подщелачивании 16 г СаС0₃ сухого вешества/кг. Это объясняется тем, что при низкой щелочности жирные кислоты поглощают избыток метана. На работающей свалке для начала метаногенеза соотношение концентраций СН₃СООН и щелочи должно составлять менее 0,8. Такая буферная емкость в твердых отходах может быть достигнута добавлением известняка.

Газ, образующийся на свалке, извлекается с помощью вертикальных или горизонтальных перфорированных труб из полиэтилена. Насосы или газодувки способны увеличить степень извлечения газа. После удаления конденсата и пыли этот биогаз может использоваться как низкосортное топливо для обжига кирпича; получения пара и обогрева теплиц; получения электроэнергии; получения этанола; применения вместо углеводородного топлива или угля.