moje odpady do drukowania, Polibuda, OŚ, Semestr VI, Gospodarka odpadami


Wrocław, maj 2012

Politechnika Wrocławska

Wydział Inżynierii Środowiska

Kierunek Ochrona Środowiska

SPRAWOZDANIE

TECHNOLOGIE GOSPODARKI ODPADAMI

LABORATORIUM

Prowadzący:

Dr inż. Wojciech Słomka

Wykonała:

Katarazyna Bącal

175688

  1. Cel ćwiczenia

    Określenie bilansu gazowego składowiska wg. programu GAZ 21 dla sumy odpadów z miast i wsi w trzech różnych wariantach:

    - wariant 1 - składowanie odpadów w całości w ilościach wytworzonych (bez zbierania selektywnego i przetwarzania odpadów zmieszanych),

- wariant 2 - składowanie całej masy odpadów pozostałych po zbieraniu selektywnym (bez przetwarzania odpadów zmieszanych),

- wariant 3 - stabilizant stanowi 40 % odpadów wytworzonych.

A także obliczenie dla każdego roku średniej ważonej zawartości węgla organicznego.

  1. Wykonanie ćwiczenia

    Sporządzono bilans zgromadzonych odpadów w latach 2012-2026 dla sumy trzech środowisk: obszarów wiejskich, dużych miast i małych miast.

    Liczba mieszkańców wynosi 275 tyś. z czego w dużych miastach 30%, w małych miastach 40%, a na wsi 40% ludności.


Następnie sporządzono tabele zestawiające zawartość węgla organicznego dla wybranych frakcji uwzględniając wilgotność, udział frakcji ulegającej biodegradacji, udziały węgla organicznego. Daną czynność wykonano dla wszystkich lat osobno z podziałem na 3 warianty.
W ostatnim etapie dane tabelaryczne wprowadzono do programu po czym otrzymaliśmy ostateczne wyniki.

  1. Bilans jakościowo-ilościowy odpadów wytwarzanych w regionie w latach 2012-2026

p.

Nazwa strumienia

 

 

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

2022

2023

2024

2025

2026

Mg/a

1

Papier

9 665

9 865

10 064

10 324

10 584

10 843

11 069

11 294

11 520

11 760

12 001

12 242

12 481

12 722

12 963

2

Szkło

8 986

9 127

9 268

9 416

9 562

9 714

9 868

10 022

10 170

10 349

10 527

10 706

10 885

11 065

11 246

3

Metale

1 830

1 840

1 850

1 861

1 871

1 877

1 878

1 877

1 877

1 876

1 875

1 874

1 874

1 873

1 872

4

Tworzywa sztuczne

10 761

10 964

11 169

11 364

11 557

11 750

12 057

12 362

12 661

13 001

13 340

13 680

14 020

14 361

14 701

5

Odpady wielomateriałowe

3 298

3 364

3 430

3 495

3 557

3 622

3 719

3 814

3 907

4 024

4 140

4 258

4 375

4 493

4 611

6

Odpady kuchenne i ogrodowe

29 408

29 621

29 833

30 135

30 427

30 744

31 138

31 534

31 910

32 333

32 759

33 187

33 616

34 049

34 484

7

Odpady mineralne

3 632

3 722

3 814

3 918

4 022

4 125

4 249

4 374

4 493

4 642

4 790

4 939

5 088

5 237

5 386

8

Frakcja < 10 mm

8 126

8 227

8 328

8 436

8 538

8 643

8 769

8 895

9 013

9 149

9 285

9 421

9 559

9 695

9 832

9

Tekstylia

2 743

2 789

2 834

2 882

2 929

2 976

3 032

3 087

3 139

3 220

3 301

3 383

3 466

3 548

3 631

10

Drewno

379

391

403

418

432

443

456

471

481

501

519

539

558

577

596

11

Niebezpieczne

677

695

712

735

757

778

802

826

846

877

907

939

970

1 000

1 031

12

Inne

4 017

4 133

4 248

4 401

4 551

4 702

4 879

5 056

5 226

5 394

5 561

5 729

5 897

6 064

6 234

13

Odpady wielkogabarytowe

1 982

2 008

2 032

2 070

2 106

2 140

2 182

2 225

2 265

2 303

2 340

2 379

2 416

2 455

2 493

 14

Odpady z terenów zielonych

4 030

4 094

4 156

4 230

4 304

4 376

4 454

4 531

4 606

4 684

4 763

4 841

4 919

4 999

5 077

 

Razem

89 534

90 840

92 141

93 685

95 197

96 733

98 552

100 368

102 114

104 113

106 108

108 117

110 124

112 138

114 157

  1. Wariant I

4.1. Dane wyjściowe

rok

Q(i)

C i

N (I)

N (II)

N (III)

t 1/2 ( I )

t 1/2 ( II )

t 1/2 ( III )

t 99/100 ( I )

t 99/100 ( II )

t 99/100 ( III )

2012

57,649

187,0544849

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2013

58,351

187,1612449

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2014

59,048

187,2656618

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2015

59,92

187,4760113

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2016

60,771

187,6900726

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2017

61,647

187,8848184

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2018

62,637

187,9699922

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2019

63,626

188,0600824

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2020

64,576

188,1492071

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2021

65,671

188,2433312

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2022

66,768

188,3296789

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2023

67,871

188,419649

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2024

68,974

188,4972917

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2025

70,083

188,5777521

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2026

71,194

188,655836

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

4.2. Wyniki obliczeń przeprowadzonych dla wszystkich sektorów

Tabela 1. Produkcja gazu we wszystkich sektorach

rok

ilość [tys. m3/rok]

suma [tys. m3/rok]

2012

688

688

2013

5107

130

2014

8507

318

2015

9913

536

2016

11122

778

2017

12903

1056

2018

14396

1363

2019

15576

1696

2020

16640

2076

2021

17726

2484

2022

18966

2875

2023

20483

3280

2024

21882

3839

2025

23018

4502

2026

23964

4990

2027

23904

5341

2028

19020

5679

2029

15337

6010

2030

14115

6294

2031

13118

6538

2032

11381

6754

2033

9991

6952

2034

8991

7143

2035

8137

7319

2036

7252

7458

2037

6181

7560

2038

4767

7635

2039

3506

7690

2040

2581

7731

2041

1902

7761

0x01 graphic

Wykres 1. Produkcja gazu we wszystkich sektorach

0x01 graphic

Wykres 2. Całkowita ilość wyprodukowanego gazu

Wyniki obliczeń wykazały, że całkowity potencjał gazowy, a także emisja gazu ze składowiska, w 2026 roku wynosił ok. 23 964 tys. m3, co stanowi ok. 65655 m3/d.

Biorąc pod uwagę słabe zagęszczanie odpadów w składowisku przy użyciu spycharki gąsienicowej i znaczący udział procesów tlenowego rozkładu substancji organicznej, przyjęto poniższy skład gazu składowiskowego: metan - 50% objętości, dwutlenek węgla 45% objętości, pozostałe 5% stanowią inne gazy.

Podanemu składowi objętościowemu odpowiadają następujące emisje metanu i dwutlenku węgla w gazie:

Emisja CH4 = 23 964 000 m3/rok x 0,50 x 16 g/ 22,4 dm3 = 8558571,4 kg CH4/rok

Emisja CO2 = 23 964 000 m3/rok x 0,45 x 44 g/ 22,4 dm3 = 21182464,3 kg CO2/rok

Wartości progowe dla uwolnień do powietrza wynoszą:

- dla metanu 100.000 kg/rok

- dla dwutlenku węgla 100.000 000 kg/rok,

a więc w przypadku metanu są wyższe od obliczonych emisji ze składowiska w roku 2026. Składowisko podlega zgłoszeniu do Rejestru Uwalniania i Transferu Zanieczyszczeń.

Gaz zawierający 50% metanu może być użyty do odzysku energii lub spalany w pochodni.

Wartość opałowa metanu - 35875 kJ/m3, 9,96 kWh/m3

Gaz w ilości 65655 m3/d o zawartości 50% obj. metanu, zawiera 32828 m3/d metanu.

Odpowiada to ilości energii 32828 x 9,96 = 326967 kWh/d = 13623 kWh/h.

Wydajność pochodni powinna wynosić 32828 m3/d = 1368 m3/h

Wydajność agregatu prądotwórczego określa się na podstawie bilansu odzysku energii.

W typowym układzie kogeneracji odzysk energii wynosi:

- energia elektryczna - 20%

- energia cieplna - 60%

- straty energii - 20%

Moc agregatu prądotwórczego dla energii elektrycznej wynosi 1368 x 0,20 = 273,6 kW

Przyjęto agregat prądotwórczy typu: AP 280 o mocy 280 kWh.

  1. Wariant II

5.1. Dane wyjściowe

rok

Q(i)

C i

N (I)

N (II)

N (III)

t 1/2 ( I )

t 1/2 ( II )

t 1/2 ( III )

t 99/100 ( I )

t 99/100 ( II )

t 99/100 ( III )

2012

32,554

181,79401

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2013

33,087

181,56608

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2014

33,621

181,33283

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2015

34,18

181,06536

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2016

34,725

180,80284

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2017

35,273

180,55725

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2018

36,026

180,21939

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2019

36,776

179,88472

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2020

37,498

179,57302

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2021

38,36

179,32961

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2022

39,218

179,10171

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2023

40,083

178,88357

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2024

40,948

178,68245

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2025

41,814

178,48139

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2026

42,68

178,296

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

5.2. Wyniki obliczeń przeprowadzone dla wszystkich sektorów

Tabela 2. Produkcja gazu we wszystkich sektorach

rok

ilość [tys. m3/rok]

suma [tys. m3/rok]

2012

377

377

2013

2804

130

2014

4676

318

2015

5458

536

2016

6125

778

2017

7102

1056

2018

7921

1363

2019

8578

1696

2020

9178

2076

2021

9790

2484

2022

10494

2875

2023

11356

3280

2024

12158

3839

2025

12818

4502

2026

13377

4990

2027

13368

5341

2028

10620

5679

2029

8548

6010

2030

7872

6294

2031

7323

6538

2032

6354

6754

2033

5581

6952

2034

5028

7143

2035

4557

7319

2036

4068

7458

2037

3471

7560

2038

2679

7635

2039

1970

7690

2040

1450

7731

2041

1069

7761

0x01 graphic

Wykres 3. Produkcja gazu we wszystkich sektorach

0x01 graphic

Wykres 4. Całkowita ilość wyprodukowanego gazu

Wyniki obliczeń wykazały, że całkowity potencjał gazowy, a także emisja gazu ze składowiska, w 2026 roku wynosił ok. 13377 tys. m3, co stanowi ok. 36649 m3/d.

Biorąc pod uwagę słabe zagęszczanie odpadów w składowisku przy użyciu spycharki gąsienicowej i znaczący udział procesów tlenowego rozkładu substancji organicznej, przyjęto poniższy skład gazu składowiskowego: metan - 50% objęt., dwutlenek węgla 45% objęt., pozostałe 5% stanowią inne gazy.

Podanemu składowi objętościowemu odpowiadają następujące emisje metanu i dwutlenku węgla w gazie:

Emisja CH4 = 13377 000 m3/rok x 0,50 x 16 g/ 22,4 dm3 = 4777500 kg CH4/rok

Emisja CO2 = 13377 000 m3/rok x 0,45 x 44 g/ 22,4 dm3 = 11824312,5 kg CO2/rok

Wartości progowe dla uwolnień do powietrza wynoszą:

- dla metanu 100.000 kg/rok

- dla dwutlenku węgla 100.000 000 kg/rok,

a więc w przypadku metanu są wyższe od obliczonych emisji ze składowiska w roku 2026. Składowisko podlega zgłoszeniu do Rejestru Uwalniania i Transferu Zanieczyszczeń.

Gaz zawierający 50% metanu może być użyty do odzysku energii lub spalany w pochodni.

Wartość opałowa metanu - 35875 kJ/m3, 9,96 kWh/m3

Gaz w ilości 36649m3/d o zawartości 50% obj. metanu, zawiera 18324,5 m3/d metanu.

Odpowiada to ilości energii 18324,5 x 9,96 = 182512 kWh/d = 7605 kWh/h.

Wydajność pochodni powinna wynosić 36649 m3/d = 1527 m3/h

Wydajność agregatu prądotwórczego określa się na podstawie bilansu odzysku energii.

W typowym układzie kogeneracji odzysk energii wynosi:

- energia elektryczna - 20%

- energia cieplna - 60%

- straty energii - 20%

Moc agregatu prądotwórczego dla energii elektrycznej wynosi 1527 x 0,20 = 305 kW

Przyjęto agregat prądotwórczy typu: AP 350 o mocy 350 kW.

  1. Wariant III

6.1. Dane wyjściowe

rok

Q(i)

C i

N (I)

N (II)

N (III)

t 1/2 ( I )

t 1/2 ( II )

t 1/2 ( III )

t 99/100 ( I )

t 99/100 ( II )

t 99/100 ( III )

2012

32,554

5,689992

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2013

33,087

5,7370569

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2014

33,621

5,7854912

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2015

34,18

5,8460503

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2016

34,725

5,907041

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2017

35,273

5,9641936

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2018

36,026

6,0150724

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2019

36,776

6,0657494

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2020

37,498

6,1108059

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2021

38,36

6,171585

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2022

39,218

6,2290275

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2023

40,083

6,2841853

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2024

40,948

6,3370128

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2025

41,814

6,3875018

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

2026

42,68

6,43594

0,4

0,25

0,35

2

6

12

5

14

25

 

 

 

6.2. Wyniki obliczeń przeprowadzone dla wszystkich sektorów

Tabela 3. Produkcja gazu we wszystkich sektorach

rok

ilość [tys. m3/rok]

suma [tys. m3/rok]

2012

12

12

2013

88

130

2014

147

318

2015

173

536

2016

196

778

2017

229

1056

2018

257

1363

2019

281

1696

2020

303

2076

2021

325

2484

2022

351

2875

2023

383

3280

2024

412

3839

2025

438

4502

2026

461

4990

2027

463

5341

2028

366

5679

2029

294

6010

2030

271

6294

2031

253

6538

2032

220

6754

2033

193

6952

2034

175

7143

2035

159

7319

2036

143

7458

2037

122

7560

2038

94

7635

2039

69

7690

2040

51

7731

2041

38

7761

0x01 graphic

Wykres 5. Produkcja gazu we wszystkich sektorach

0x01 graphic

Wykres 6. Całkowita ilość wyprodukowanego gazu

Wyniki obliczeń wykazały, że całkowity potencjał gazowy, a także emisja gazu ze składowiska, w 2027 roku wynosił ok. 463 tys. m3, co stanowi ok. 1268 m3/d.

Biorąc pod uwagę słabe zagęszczanie odpadów w składowisku przy użyciu spycharki gąsienicowej i znaczący udział procesów tlenowego rozkładu substancji organicznej, przyjęto poniższy skład gazu składowiskowego: metan - 50% objęt., dwutlenek węgla 45% objęt., pozostałe 5% stanowią inne gazy.

Podanemu składowi objętościowemu odpowiadają następujące emisje metanu i dwutlenku węgla w gazie:

Emisja CH4 = 463 000 m3/rok x 0,50 x 16 g/ 22,4 dm3 = 165357,1 kg CH4/rok

Emisja CO2 = 463 000 m3/rok x 0,45 x 44 g/ 22,4 dm3 = 409258,9 kg CO2/rok

Wartości progowe dla uwolnień do powietrza wynoszą:

- dla metanu 100.000 kg/rok

- dla dwutlenku węgla 100.000 000 kg/rok,

a więc w przypadku metanu są wyższe od obliczonych emisji ze składowiska w roku 2026. Składowisko podlega zgłoszeniu do Rejestru Uwalniania i Transferu Zanieczyszczeń.

Gaz zawierający 50% metanu może być użyty do odzysku energii lub spalany w pochodni.

Wartość opałowa metanu - 35875 kJ/m3, 9,96 kWh/m3

Gaz w ilości 1268 m3/d o zawartości 50% obj. metanu, zawiera 634 m3/d metanu.

Odpowiada to ilości energii 634 x 9,96 = 6314,6 kWh/d = 263 kWh/h.

Wydajność pochodni powinna wynosić 634 m3/d = 27 m3/h

Wydajność agregatu prądotwórczego określa się na podstawie bilansu odzysku energii.

W typowym układzie kogeneracji odzysk energii wynosi:

- energia elektryczna - 20%

- energia cieplna - 60%

- straty energii - 20%

Moc agregatu prądotwórczego dla energii elektrycznej wynosi 27 x 0,20 = 5,4 kW

Przyjęto agregat prądotwórczy typu: AP 10 o mocy 10 kWh.

  1. Wnioski

Składowisko odpadów komunalnych jest „bioreaktorem”, w którym podczas procesów biochemicznych zachodzi przemiana materii organicznej skutkująca wytwarzaniem gazu składowiskowego.
Gaz wysypiskowy jest alternatywnym źródłem energii, ale jednocześnie gaz o dość dużym wpływie na efekt cieplarniany. Powstaje podobnie jak biogaz w procesie fermentacji beztlenowej, tyle tylko, że samoczynnie w wysypiskach śmieci. W wariancie I powstającego gazu jest najwięcej, gdyż proces zachodzi w odpadach zmieszanych.. W wariancie II mamy do czynienia z odpadami wstępnie posegregowanymi i rozdzielonymi, wpływa to na obniżenie ilości powstającego gazu.. W III wariancie odpady zostały poddane selektywnej zbiórce i mechaniczno-biologicznemu przetwarzaniu, dlatego w tym wariancie ilość wytwarzanego gazu jest najmniejsza. Produkcja gazu do roku 2026 stale wzrasta, ponieważ dopiero po tym czasie rozkładają się odpady trudno biodegradowalne. Po zaprzestaniu eksploatacji produkcja gazu sukcesywnie maleje.

Ilość gazu produkowanego zmniejsza się kolejno w każdym wariancie. W wariancie I i II najwięcej gazu produkowano w roku 2026, a w wariancie III w 2027 roku. Związane jest to, w zależności od wariantu z ilością odpadów biodegradowalnych w całej masie dostarczanych na wysypisko odpadów. Mimo malejącej ilości gazu, niezależnie od wariantu składowisko należy zgłaszać do Rejestru Uwalniania i Transferu Zanieczyszczeń.

Produkcja energii elektrycznej z gazu wysypiskowego jest często stosowanym rozwiązaniem, posiada ono jednak istotne wady i ograniczenia. Podstawową wadą jest niska sprawność energetyczna procesu. Jej podniesienie wymaga odzysku ciepła z chłodzenia silników, a tym samym znalezienia odbiorcy na ciepło. Istotnym ograniczeniem jest znalezienie odbiorcy energii elektrycznej. Przy braku przemysłowego odbiorcy energii elektrycznej o stałym zapotrzebowaniu alternatywą jest oddanie jej do sieci energetycznej, czym nie zawsze są zainteresowane przedsiębiorstwa zarządzające siecią. Ponadto w zależności od stosowanych taryf przedsięwzięcie może się okazać nieekonomiczne.

W przypadku braku możliwości zagospodarowania powstającego gazu wysypiskowego, czy to na drodze zasilania publicznej sieci gazowej lub dostarczania gazu odbiorcom korzystającym z niego okresowo, czy też do wytwarzania energii elektrycznej na miejscu, gaz z odgazowania składowiska spalany jest w pochodniach. Na wysypiskach o dużej pojemności składowanych odpadów stosuje się aktywne odgazowanie metodą odsysania gazu z wysypiska i doprowadzenia go do pochodni względnie komory spalania.

W przypadku wariantu 1 - składowania odpadów w całości w ilościach wytworzonych ­- ilości wytworzonego gazu są na tyle duże, że produkcja energii elektrycznej oraz cieplnej byłaby bardzo opłacalna. Znalezienie odbiorców pozwoliłoby na pokrycie kosztów inwestycji, a w przyszłości na zysk z przedsięwzięcia . Na początku energia elektryczna oraz cieplna zostałaby wykorzystana na pokrycie celi własnych, a przy rozwoju przedsięwzięcia - moglibyśmy sprzedawać wytworzoną energię.

W kwestii wariantu 2 - składowania całej masy odpadów pozostałych po zbieraniu selektywnym - ilości wyemitowanego gazu również są na poziomie, co również nadwałoby się na otwarcie przedsięwzięcia i produkcje energii elektrycznej i cieplnej.

Biorąc pod uwagę wariant 3 - stabilizat stanowiący 40 % odpadów wytworzonych- nie opłacalna byłaby budowa instalacji i najodpowiedniejszym rozwiązaniem jest spalenie gazu w pochodniach, w celu obniżenia uciążliwości na środowisko.

12


Wyszukiwarka