Odpady 04,04,2011

POZYSKIWANIE BIOGAZU ZE SKŁADOWISKA

To mieszanina głównie metanu i dwutlenku węgla, powstająca podczas beztlenowej fermentacji sub. organicznych

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA

Składowisko odpadów, na którym przewiduje się składowanie odpadów ulegających biodegradacji, wyposaża się w instalacje do odprowadzania gazu składowiskowego

Gaz składowiskowy oczyszcza się i wykorzystuje do celów energetycznych, a jeżeli jest to niemożliwe- spala się w pochodni

RAPORT GUS 2005

W roku 2004 ogólna liczba składowisk odpadów komunalnych wynosiła 1049

Liczba składowisk z inst odgazowania ( ujęcia biogazu) 207 co stanowi 19.7% ogółu, w tym

- z bezpośrednią emisją do atmosfery 168

- z instalacjami do unieszkodliwiania biogazu 41

-32 składowiska z odzyskiem energii

- 9 bez odzysku energii- pochodnia

RAPORT GUS 2007

W roku 2006 ogólna liczba składowisk odpadów komunalnych wynosiła 1008

Liczba składowisk z inst odgazowania ( ujęcia biogazu) 262 co stanowi 16.0% ogółu, w tym

- z bezpośrednią emisją do atmosfery 216

- z instalacjami do unieszkodliwiania biogazu 49

-36 składowiska z odzyskiem energii

- 18 bez odzysku energii- pochodnia

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA

Składowisko odpadów, na którym przewiduje się składowanie odpadów ulegających biodegradacji, wyposaża się w urządzenia do mycia i dezynfekcji kół pojazdów opuszczających obiekt

Na składowiskach, na których składowane odpady ulegające biodegradacji dopuszcza się instalacje do odbierania odcieków

GŁÓWNYMI CZYNNIKAMI WPŁYWAJĄCYMI NA PRODUKCJĘ GAZU SĄ

- skład odpadu (dużo związków organicznych i papieru to otrzymamy więcej biogazu; z plastiku i gumy nie powstanie biogaz; metale ciężkie utrudniają proces rozkładu)

- wilgotność złoża odpadów (minimalna wilgotność 25% gdzie już zachodzi rozkład beztlenowy a optimum to około 60%; powinna być równomiernie rozłożona w całej masie złoża składowiska)

- temperatura złoża odpadów (o niej zależą rodzaje rozwijających się bakterii 12-18°C to rozwijają się bakterie psychofile, 25-45°C bakterie mezofilne; 55-65°C bakterie termofilne; najczęściej są mezofilne; bakterie beztlenowe są bardzo wrażliwe na szybkie zmiany temperatury i pH)

-pH (6-8)

- wiek odpadów (od 2 zaczyna się pomału potem od 5 do 20 produkcja)

- przepuszczalność odpadów (jak odpady ułożone i ubite)

- struktura odpadów

PRODUKCJA BIOGAZU

Q(m³*Mg^-1)= 1,868*TC

Gdzie:

TC i ilość węgla w kg*Mg^-1 odpadów

Przeczywistą produkje biogazu opisuje wzór

Q(m³*Mg^-1)= 1,868*TC*ft*fo*fa

Gdzie:

-ft współczynnik uwzględniający czas od złożenia odpadów, faza tlenowa produkcja CO₂ wahania od 0.8-0.95)

-fa współczynnik rozkładu węgla 0.7

-fo współczynnik określający warunki składowania (temperatura, wilgotność) 0,7

Rzeczywista produkcja gazu waha się w granicach 0d 25-150 m³*Mg^-1 odpadów

ZASADNICZYM SKŁADNIKIEM GAZU WYSYPISKOWEGO JEST METAN

Szacuje się, że powstaje on w wyniku rozkładu:

- celulozy w ilości około 91%

- organicznych związków azotu w ilości okoł 8,5%

- cukrów w ilości okoł0 0.5%

PROCES TWORZENIA METANU

Odtlenianie 9redukja) dwutlenku węgla z wodorem

CO₂+3h₂= CH₄+H₂O

Metaboliczny rozkład kwasu octowego

CH₃COOH=CH₄+CO₂+energia

W RZECZYWISTOŚCI PROCES TEN JEST BARDZIEJ ZŁOŻONY rys

WYRTWARZANIE GAZU WYSYPISKOWEGO MOŻNA PODZIELIĆ NA 5 FAZ

1. Faz tlenowa

2. Faza kwasowa (acetogeneza)

3. Faza fermentacja metanowa niestabilna

4. Faza fermentacja metanowa stabilna

5. Faza fermentacja zanikająca

I

Bakterie aerobowe z wykorzystaniem tlenu z powietrza zawartego w wysypisku rozkładają substancje organiczne na dwutlenek węgla i wodę

Okres ten trwa krótko ( 2 tygodnie)

Spada zawartość tlenu w środowisku reakcji, a zawartość azotu zmienia się nieznacznie

II

Bakterie acidogenne są fakultatywne tzn nie wymagają obecności tlenu, ale go tolerują

Charakterystyczny w tym stadium jest szybki wzrost zawartości dwutlenku węgla

Obok dwutlenku węgla w fazie gazowej występuje wodór powstały w reakcji kwasów organicznych i alkoholi z wodą

Faza fermentacji kwaśnej trwa około 2 miesięcy

III

Po całkowitym wyczerpaniu się tlenu, w złożu zaczynają dominować bakterie metanowe

W fazie fermentacji metanowej niestabilnej następuje gwałtowny wzrost stężenia metanu. Zmniejsza się zawartość dwutlenku węgla, azotu i wodoru w gazie

Faza trwa około 2 lata

IV

Bakterie metanogenne przetwarzają kwasy organiczne na dwutlenek węgla i metan

Zmiany w składzie gazu uzyskanego w tym okresie są niewielkie

Faza trwa około 15-20 lat

V

Produkcja gazu stopniowo zanika na skutek wyczerpania się łatwo rozkładanej substancji organicznej w złożu

Przy starych składowiskach robimy odwierty żeby sprawdzić czy jest biogaz i czy opłaca się robić instalacje

Skład biogazu w różnych fazach rozkładu odpadów

Wykazano, że rozwój bakterii octanogennych (rozkładają kwas octowy) możliwy jest jedynie, gdy tworzący się wodór „konsumowany” jest natychmiast przez bakterie metanogenne

W złożu dominującą role w produkcji metanu odgrywają dwie grupy bakterii

Bakterie octanogenne

CH₃CH₂COO^-+3H₂0-> HC0₃^-+CH₃COO^-+H⁺+3H₂

BATERIE METANOGENNE

HCO3-+4H2+H+-.CH4+3H2O

Znanych jest około 30 różnych rodzajów bakterii metanogennych, najważniejsze to:

Methanobacterium

Methanobacillius

Methanosarcinia

SKŁAD BIOGAZU POWSTAJĄCEGO NA SKŁADOWIAKACH ODPADÓW KOMUNALNYCH

SKŁADNIK BIOGAZU	Zakres występowania %	Wartość średnia
Metan	30-65	45
Dwutlenek węgla	20-40	35
Azot	5-40	15
Wodór	1-3	1
Tlen	0-5	1
Argon	0-0,4	0,1
Siarkowodór	0-0,01	0,003
Chlor ogólny	0-0,005	0,002

EMISJA FAZY WYSYPISKOWEGO POWODUJE NASTĘPUJĄCE RODZAJE ZAGROŻEŃ ŚRODOWISKA

-wzrost w atmosferze stężenia gazów odpowiedzialnych za efekt cieplarniany

- zanieczyszczenie atmosfery substancjami szkodliwymi dla zdrowia

- niebezpieczeństwo wybuchu gazy wysypiskowego

- zahamowanie wegetacji roślin w wyniku wypierania przez gaz tlenu z powietrza glebowego

Metan może przechodzić we wszystkie kierunki, jeżeli mamy słabe uszczelnienie ( gdy są odcieki to się w nich rozpuszcza i płynie) gdy w pobliżu jest zabudowa mieszkalne budujemy ekrany blokujące przenikanie gazu. Mamy dobre uszczelnienie denne to metan leci tylko do góry. Może dochodzić do wybuchu. Żeby uniknąć powyższych robimy odgazowanie

Związki chemiczne	wzór	Stężenie w biogazie [ppm]
Siarkowodór	H2S	0-11
Amoniak	NH4	0-100
Merkaptan etylowy	C2H5SH	0-120
Aldehyd octowy	CH3CHO	0-150
Etan	C2H6	0-30
Aceton		0-133
Benzen		0-15
Toulen		0-15
Ksylen		0-15
Związki chloroorganiczne		0-100

MOŻLIWE KIERUNKI OSTATECZNEGO UNIESZKODLIWIANIA LUB WYKORZYSTANIA BIOGAZU

-wentylacja ( odprowadzanie do atmosfery)

-spalanie w pochodniach

-Bezpośrednie spalanie ( bez przetworzenia) - produkcja ciepła CH₄ 25-40% obj)

-paliwo silnikowe (CH₄> 40% obj)

- paliwo do turbin

- dostarczanie gazu do sieci

WYKORZYSTANIE ENERGETYCZNE BIOGAZU

Zazwyczaj po 5 latach od rozpoczęcia składowania zaczyna się czwarta faza rozkładu substancji organicznych

Wówczas ilość i parametry biogazu są optymalne dla silników spalinowych

- wartość opałowa oscyluje wówczas około wartości 21 MJ/Nm³ biogazu ( tak jak około 1 kg węgla kamiennego)

PROGNOZA PRODUKTYWNOŚCI GAZOWEJ

Oparte o dane o składowisku:

- lokalizacja

- sposób i czas składowania

- skład odpadów

- miąższość złoża

- inne warunkujące rozkład odpadów (np. temperatura, wilgotność)

WERYFIKACJA PROGNOZY

Poprzez określenie aktualnej produktywności składowiska

Produktywność aktualną należy porównać z wartością z krzywej prognostycznej

METODA OKREŚLENIA AKTUALNEJ PRODUKTYWNOŚCI POLEGA NA:

Pomiarze ciśnień gazu w złożu

Określeniu składu gazu

Pomiarze natężenia wypływu gazu ze składowiska

Parametry te określa się dla otworów testowych rozmieszczonych na całym składowisku

WYKORZYSTANIE ENERGETYCZNE BIOGAZU

Od przejścia z IV do V fazy rozkładu odpadów maleje ekonomiczne uzasadnienie wykorzystania biogazu

W tym czasie:

- gaśnie produktywność gazowa składowiska

- wzrasta stężenie dwutlenku węgla i azotu

- maleje stężenie metanu

- obniża się wartość opałowa, a gdy spadnie poniżej 14 MJ/Nm³ biogazu wykorzystanie tego paliwa w silnikach spalinowych jest utrudnione

ZE WZGLĘDU NA PARAMETRY FAZY v

- NIEBAGATELNĄ ILOŚĆ GAZU ( DLA SKŁADOWISK DUŻYCH AGLOMERACJI NAWET 100-500 Nm3/h)

-czas trwania V fazy rozkładu nawet 30 lat

Warto podjąć tematykę uzdatniania biogazu i poprawienia parametrów biochemicznych biogazu