Свалочный газ представляет собой смесь различных газов, образующихся в результате деятельности микроорганизмов на свалке , поскольку они разлагают органические отходы , включая, например, пищевые отходы и бумажные отходы . Свалочный газ состоит примерно из сорока-шестидесяти процентов метана , а остальное в основном из углекислого газа . Остаток (<1%) составляют следовые количества других летучих органических соединений (ЛОС). Эти следовые газы включают в себя большой массив видов, в основном простых углеводородов . [1]
Свалочные газы оказывают влияние на изменение климата . Основными компонентами являются CO2 и метан , оба из которых являются парниковыми газами . Метан в атмосфере является гораздо более мощным парниковым газом, каждая молекула которого оказывает в двадцать пять раз большее воздействие, чем молекула углекислого газа. Однако сам метан составляет меньшую часть состава атмосферы, чем углекислый газ. Свалки являются третьим по величине источником метана в США. [2]
Из-за значительного негативного воздействия этих газов были созданы нормативные режимы для мониторинга свалочного газа , снижения количества биоразлагаемого содержимого в городских отходах и разработки стратегий утилизации свалочного газа , которые включают сжигание газа в факелах или его улавливание для выработки электроэнергии.
Свалочные газы образуются в результате трех процессов: [1]
Первые два сильно зависят от природы отходов. Доминирующим процессом на большинстве свалок является третий процесс, при котором анаэробные бактерии разлагают органические отходы с образованием биогаза , который состоит из метана и углекислого газа вместе со следами других соединений. [3] Несмотря на неоднородность отходов, выделение газов следует четко определенной кинетической схеме . Образование метана и CO2 начинается примерно через шесть месяцев после размещения материала на свалке. Выделение газа достигает максимума примерно через 20 лет, затем снижается в течение десятилетий. [1]
Условия и изменения на свалке можно наблюдать с помощью электротомографии сопротивления (ERT) для обнаружения источников свалочного газа [4] , а также движения и путей выщелачивания. [5] Можно сделать вывод об условиях в разных местах, таких как температура, уровень влажности и доля биоразлагаемого материала, и эту информацию можно использовать для улучшения добычи газа с оптимальным расположением скважин над горячими точками и такими вмешательствами, как орошение куч.
Когда свалочный газ проникает через почвенный покров, часть метана в газе окисляется микробами до CO 2 . [6]
Поскольку газы, производимые свалками, являются одновременно ценными и иногда опасными, были разработаны методы мониторинга. Детекторы ионизации пламени могут использоваться для измерения уровней метана, а также общих уровней ЛОС. Проводится поверхностный и подповерхностный мониторинг, а также мониторинг окружающего воздуха. В США в соответствии с Законом о чистом воздухе 1990 года требуется, чтобы многие крупные свалки устанавливали системы сбора и контроля газа, что означает, что, как минимум, объекты должны собирать и сжигать газ .
Федеральные правила США в соответствии с Подзаголовком D RCRA, сформированные в октябре 1979 года, регулируют размещение, проектирование, строительство, эксплуатацию, мониторинг и закрытие полигонов ТБО. Подзаголовок D теперь требует контроля за миграцией метана в свалочном газе. Требования к мониторингу должны соблюдаться на полигонах во время их эксплуатации и в течение дополнительных 30 лет после этого. Полигоны, на которые распространяется Подзаголовок D RCRA, должны контролировать газ, устанавливая способ периодической проверки выбросов метана и, следовательно, предотвращая миграцию за пределы участка. Владельцы и операторы полигонов должны убедиться, что концентрация метанового газа не превышает 25% от НПВ для метана в конструкциях объектов и НПВ для метана на границе объекта. [7]
Газы, образующиеся на свалке, можно собирать и использовать различными способами. Свалочный газ можно использовать непосредственно на месте с помощью котла или любой системы сгорания, обеспечивая тепло. Электричество также можно вырабатывать на месте с помощью микротурбин, паровых турбин или топливных элементов. [8] Свалочный газ также можно продавать за пределами площадки и отправлять в газопроводы. Этот подход требует, чтобы газ был переработан до качества трубопровода, например, путем удаления различных загрязняющих веществ и компонентов. [9] Свалочный газ также можно использовать для испарения фильтрата, другого побочного продукта процесса захоронения отходов. Это применение заменяет другое топливо, которое ранее использовалось для той же цели. [10]
Эффективность сбора газа на свалках напрямую влияет на количество энергии, которое может быть восстановлено - закрытые свалки (те, которые больше не принимают отходы) собирают газ более эффективно, чем открытые свалки (те, которые все еще принимают отходы). Сравнение эффективности сбора на закрытых и открытых свалках показало разницу около 17 процентных пунктов между ними. [11]
Улавливание и использование свалочного газа может быть дорогостоящим. Некоторые экологические группы утверждают, что проекты не производят «возобновляемую энергию», поскольку мусор (их источник) не возобновляем. Sierra Club выступает против государственных субсидий для таких проектов. [12] Natural Resources Defense Council (NRDC) утверждает, что государственные стимулы должны быть направлены больше на усилия по солнечной, ветровой и энергоэффективной энергетике. [12]
Выбросы свалочного газа могут привести к проблемам с экологией , гигиеной и безопасностью на свалке. [13] [14] Произошло несколько аварий, например, в Лоско , Англия, в 1986 году, [15] где мигрирующий свалочный газ накопился и частично разрушил имущество. Авария, приведшая к двум смертям, произошла из-за взрыва в доме, прилегающем к свалке Скеллингстед в Дании в 1991 году. [16] Из-за риска, представляемого свалочным газом, существует явная необходимость контролировать газ, производимый свалками. В дополнение к риску пожара и взрыва, миграция газа в недрах может привести к контакту свалочного газа с грунтовыми водами . Это, в свою очередь, может привести к загрязнению грунтовых вод органическими соединениями, присутствующими почти во всем свалочном газе. [17]
Хотя обычно они выделяются лишь в следовых количествах, свалки действительно выбрасывают некоторое количество ароматических соединений и хлоруглеродов .
Может произойти миграция свалочного газа из-за перепадов давления и диффузии. Это может создать опасность взрыва, если газ достигнет достаточно высокой концентрации в соседних зданиях.
В отчете Агентства по охране окружающей среды США (EPA) указано, что по состоянию на 2016 год количество действующих муниципальных свалок твердых отходов колеблется от 1900 до 2000. В общенациональном исследовании, проведенном Фондом экологических исследований и образования в 2013 году, было подсчитано всего 1540 действующих муниципальных свалок твердых отходов по всей территории Соединенных Штатов. Разлагающиеся отходы на этих свалках производят свалочный газ, который представляет собой смесь примерно половины метана и половины диоксида углерода. Свалки являются третьим по величине источником выбросов метана в Соединенных Штатах, причем муниципальные свалки твердых отходов составляют 95 процентов этой фракции. [18] [19]
В США количество проектов по свалочному газу увеличилось с 399 в 2005 году до 594 в 2012 году [20] по данным Агентства по охране окружающей среды . Эти проекты популярны, потому что они контролируют затраты на электроэнергию и сокращают выбросы парниковых газов . Эти проекты собирают метановый газ и обрабатывают его, чтобы его можно было использовать для получения электроэнергии или преобразовать в трубопроводный газ. (Потенциал глобального потепления метана в двадцать один раз превышает потенциал углекислого газа). [21] Например, в США Waste Management использует свалочный газ в качестве источника энергии на 110 объектах по переработке свалочного газа в энергию. Это производство энергии компенсирует почти два миллиона тонн угля в год, создавая энергию, эквивалентную той, которая необходима четырестам тысячам домов. Эти проекты также сокращают выбросы парниковых газов в атмосферу. [22]
Агентство по охране окружающей среды, которое оценивает, что сотни свалок могли бы поддержать проекты по превращению газа в энергию, также создало Программу по распространению метана на свалках. Эта программа была разработана для сокращения выбросов метана на свалках экономически эффективным способом путем поощрения разработки экологически и экономически выгодных проектов по превращению свалочного газа в энергию. [23]
