Диссертация (1151749), страница 17
Текст из файла (страница 17)
В связи с крайне низкой концентрацией большинства компонентов, вдальнейших экспериментах ограничились исследованиями аммиака (посколькуего концентрация выше ОБУВ) и сероводорода. Сероводород имеет ощутимыйзапах при концентрации 1,4–2,3 мг/м3, значительный запах – при 4 мг/м3,тяжелый запах при 7–11 мг/м3.На втором этапе были проведены полевые эксперименты по сорбциибиогаза через угольный фильтр. Для эксперимента использовали ту же скважинуглубиной 2,5 м. Фильтр был собран из двух слоев рыхлой фильтровальнойбумаги.
Расчетное количество угля наносилось на нижний слой фильтровальнойбумаги, накрывалось верхним слоем, два слоя фильтровальной бумагисоединялись зажимами. Фильтр помещался в пластиковый цилиндр так, чтобы онполностью закрывал просвет цилиндра. Цилиндр с фильтром устанавливался васпиратормеждусобирающейтрубкойипоглотительнымисосудами.Активированный уголь наносили на бумажный фильтр, установленный впробоотборнике перпендикулярно потоку воздуха с помощью резиновой манжеты(из-за малого количества сорбента). Цилиндр и фильтр использовался однократно(рис. 21).99Рисунок 21 – Технологическая схема отбора и фильтрации биогазаСодержание метана в межпоровом воздухе по нашим данным (табл.
3.4)оказалось в среднем 3744,74 мг/м3. Расход воздуха при аспирации составляет 0,2л/мин., время аспирации в последующих экспериментах было увеличено до 30мин. в связи с низким содержанием загрязняющих веществ. Исходя из этогообъем прокачанного воздуха равен 0,2 л/мин. × 30 мин.
= 6 л.Тогда масса метана в одной пробе находится следующим образом:М (СН4) = 3744,74 мг/ м3 × 10-3 м3/л × 10-3 г/мг × 6 л = 0,022 г(5)Активированный уголь имеет сорбционную емкость по метану 0,11-0,18 г/г(Кинле, Барерх, 1984; Сафонова и др., 1997; Luneva, Safonova, Rekachova, 1999;Воробьев, Лунева, Петровская, 2018).Следовательно, масса угля, необходимая для одного фильтра, равна0,022 г / 0,11 г/г = 0,2 г (угля).(6)В первой серии экспериментов мы изучали сорбцию метана и сероводородаиз межпорового воздуха при массе угля на фильтре, равной 0,5 г, 1 г и 2 г на 6 лбиогаза. В качестве контроля использовался аналогичный фильтр без нанесенияугля. Результаты исследований представлены в табл. 3.5.Из таблицы видно, что даже самая низкая доза угля – 0,5 г – уже являетсядостаточной для сорбции метана и сероводорода.100Таблица 3.5 – Концентрация метана и дигидросульфида при разных дозахсорбентаКомпонент биогазаМетан (СН4)Дигидросульфид (H2S)Метан (СН4)Дигидросульфид (H2S)Метан (СН4)Дигидросульфид (H2S)Метан (СН4)Дигидросульфид (H2S)Концентрация определяемых показателей, мг/м31 проба2 проба3 пробасреднееКонтроль3833,334205,123195,783744,742,091,982,432,170,5 г1,081,12< чувст.0,73методикиНиже чувствительности методики1,0 гНиже чувствительности методикиНиже чувствительности методики2,0 гНиже чувствительности методикиНиже чувствительности методикиДалее определялось необходимое количество сорбента «углеродныемолекулярные сита» («УМС») для очистки всего объема биогаза (Титов, 2018б).Qпол.
= Qуд. × V × p, где:(7)Qуд. – удельный выход биогаза, м3/т отходов;V– объем отходов на свалке, м3;p – плотность отходов, т/м3 (по данным инженерно-геологических изысканий).Согласно математической модели образования биогаза на полигонах ТКО(Шаимов, 2009), удельный выход биогаза зависит от времени существованияполигона ТКО и влажности отходов:Qуд. = 0,04 × t + 0,05 × W + 0,0004 × t × W – 2,74, где:(8)t – время существования свалки ТКО, год (37 лет);W– влажность, % (максимальная влажность 21% принята по данныминженерно-геологических изысканий);2,74 – эмпирический коэффициент.Пересчет дозы угля на весь объем биогаза, который может выделить свалкаТКО с. Ильбеши показал, что для сорбции биогаза достаточно 145,6 кг сорбента«УМС», или по 10,4 кг сорбента для каждого из 14-и биофильтров.
Однако на101практике такое малое количество угля сложно равномерно распределить пофильтру.В связи с этим была проведена еще одна серия полевых экспериментов.Сравнивались дозы угля 0,2 г в смеси с балластными материалами: 1,0 г песка и1,0 г опилок (загрузка № 1), 0,15 г угля с 0,4 г Агроионита и 1,65 г песка (загрузка№ 2) и 0,07 г угля с 0,6 г Агроионита и 1,53 г песка (загрузка № 3).Результаты исследований представлены в табл. 3.6.Таблица 3.6 – Концентрация метана и дигидросульфида при разныхзагрузках биофильтраКомпонент биогазаКонцентрация определяемых показателей, мг/м31 проба2 проба3 пробасреднееКонтроль4015,263795,223571,483793,991,941,822,372,04Загрузка 126,1430,9527,8328,31Ниже чувствительности методикиЗагрузка 215,7213,6413,9814,45Ниже чувствительности методикиЗагрузка 318,9517,3918,0318,12Ниже чувствительности методикиМетан (СН4)Дигидросульфид (H2S)Метан (СН4)Дигидросульфид (H2S)Метан (СН4)Дигидросульфид (H2S)Метан (СН4)Дигидросульфид (H2S)Каквидим,вовсехслучаяхконцентрацияметананижеОБУВ,концентрация сероводорода ниже чувствительности методики.
Следовательно,любой из исследованных вариантов является возможным для использования напрактике. В промышленных масштабах активированный уголь значительнодороже,чемАгроионит.Поэтомудлясорбциибиогазарекомендуетсяиспользовать смесь угля марки «УМС» с Агроионитом в соотношении 1:10(загрузка 3).Для уточнения полученных результатов проведена серия аналогичныхэкспериментов на крупной Пихтулинской свалке г. Чебоксары.
Для этого былипробурены две скважины глубиной 2,5 м с разных сторон свалки: у въезда насвалку и со стороны пруда, в который поступает фильтрат, дренажные воды иповерхностныеводысприлегающейтерритории.Вкачествезагрузки102использовали ранее подобранную смесь (загрузка № 3) следующего состава: 0,07г сорбента «УМС»; 0,70 г сорбента Агроионит и 1,43 г песка среднезернистого.Результаты исследований представлены в табл.
3.7.Таблица 3.7 – Определение эффективности очистки биогаза в биофильтрена свалке ТКО с. ПихтулиноНомер пробы1 проба2 проба3 пробаСредняя1 проба2 проба3 пробаСредняяЭффективность, %ПоКонцентрация определяемых показателей, мг/м3МетанДигидросульфидМетанДигидросульфид(СН4)(H2S)(СН4)(H2S)скважина № 1скважина № 2Контроль4598,063,835314,203,554687,593,655540,623,694412,503,805473,183,724566,053,765442,673,65Загрузка № 324,13Ниже23,17Нижечувствительностичувствительности20,5922,86методикиметодики20,7322,8521,8222,9699,5210095,49100результатамэкспериментальныхисследованийопределенаэффективность сорбции метана на многослойной загрузке, которая составила97,5%.На основании результатов экспериментальных исследований предложенаконструкция биофильтра для сбора, очистки и рассеивания биогаза на объектахразмещения отходов в период пострекультивации.Биофильтр представляет собой трапециевидную призму из сорбционногоматериала под слоем поверхностной изоляции с размерами: ширина по низу – 1,8м, ширина по верху – 0,6 м, высота – 0,4 м с уложенной дренажной трубойдиаметром 200 мм, обернутой в геоткань и имеющей вертикальный отводящийтрубный выпуск сквозь изоляционное покрытие (газовыпуск) (рис.
22).103Рисунок 22 – Схема биофильтра с сорбционной загрузкой на свалке ТКО с. ИльбешиОпределение общего объема биогаза и расчет числа биофильтров проведенна примере свалки ТКО с. Ильбеши. Согласно инженерно-геодезическим иинженерно-геологическим изысканиям,объемТБО вуплотненномвидесоставляет 62,86 тыс. м3.Согласно «Методике расчета…» (2004):Qt = 10-6 R(100 - W)(0,92Ж + 0,62У + 0,34Б), где:Qt – удельный выход биогаза за период активного выхода, кг/кг отходов;W - влажность, %;R - содержание органической составляющей в отходах, на сухую массу, %;Ж - содержание жироподобных веществ в органической части отходов, %;(9)104У - содержание углеводоподобных веществ в органической части отходов, %;Б - содержание белковых веществ в органической части отходов, %.Согласно «Методике расчета…» (2004) принимаем следующие допущения:W = 50%;R = 50,1–79%; Rср.
= 64,55%;Ж = 39%;У = 40%;Б = 21%.Qt =10-6 × 64,55(100 - 50) × (0,92×39 + 0,62×40 + 0,34×21) = 0,219 кг/кг (т/т).В составе биогаза имеются следующие вещества: СН4 (метан) – 55,0%, СО2– 42,0%, NO2 – 0,5%, СО – 0,6%, Н2S – 0,3%, NH3 – 1,0%, SO2 – 0,3%, фенол –0,6%.Плотность биогаза рассчитывается по формуле:, кг/м3 , где:(10)Сi - содержание i-го компонента в биогазе, весовые %;ρi - плотность i-го компонента в биогазе, кг/м3;n - количество компонентов в биогазе.p= (55×0,717+42×1,977+0,5×1,49+0,6×1,25+0,3×1,54+1,0×0,771+0,3×2,93++0,6×0,867) / 100 = 1,263 кг/м3.Удельный объем биогаза рассчитывается по формуле:V = Qt / p, м3/кг.(11)Подставляя ранее вычисленные значения, получаем:V = 0,219 / 1,263 = 0,173 м3/кг или 173 м3/т.Учитывая, что за 20 лет генерируется 80% биогаза, максимальновозможный объем биогаза от разложения отходов составит:Vобщ. = 68263 м3 × 0,7 т/м3 × 173 м3/т × 0,2 = 1 653 330 м3.(12)Исходя из качественного состава биогаза, очистке необходимо подвергать57,5% общего объема биогаза (исключаем СО2 и NО2)Vоч.
= 1 653 330 × 0,575 = 950 665 м3.(13)105На основании полевых экспериментов выяснили, что загрузка с 0,07 гактивированного угля и 0,6 г сорбента «Агроионит» очищает 6 л биогаза дозначений ПДК / ОБУВ. На весь объем биогаза со свалки ТКО с. Ильбешипотребуется 11,091 т активированного угля (или 22,182 м3 при средней насыпнойплотности 0,5 т/м3) и 95,067 т сорбента «Агроионит» (при плотности 1,6 т/м 3объем составит 59,417 м3).
Общий объем загрузки для биофильтров составит22,182 + 59,417 = 81,599 ~ 81,6 м3.Объембиофильтрапредставляетсобойразницу объемаусеченнойпирамиды и объема цилиндра. Конструктивно длина биофильтра принята равной15 м.Объем усеченной пирамиды с площадью нижнего основания 27,0 м2 (1,8 ×15 м), площадью верхнего основания 9,0 м2 (0,6 × 15,0 м) и высотой 0,4 м равен6,88 м3.Внутри биофильтра уложена дренажная труба D= 200 мм (0,2 м) длиной15,0 м, которая в пространственном отношении представляет собой цилиндробъемом 0,47 м3 (3,14 × 0,22/4 × 15,0).Объем сорбционной загрузки составит 6,88 – 0,47 = 6,41 м3.Требуемое число биофильтров составляет 81,6 м3 / 6,41 м3 = 12,7 ~ 13.Вцеляхрасположениеравномерноготраншейтеррикона отходов.биофильтров,посборабиогазаконтуру верхнейрекомендуетсяплощадкипрерывистоепроектируемогоДля свалки ТКО с.
Ильбеши предусмотрено 14расположенныхпопериметруверхнейплощадкивновьсформированного террикона (по расчету требуется 13, 1 дополнительныйбиофильтр заложен в целях равномерного расположения). Для сорбции биогазасо свалки ТКО с. Аликово потребуется 4 биофильтра, расположенных почетырем сторонам верхней площадки террикона (рис. 23).106Рисунок 23 – Схема расположения биофильтров на свалках ТКО с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
