Способ снижения выделения метана, содержащегося в биогазе, на полигоне твердых коммунальных отходов

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано при захоронении промышленных и бытовых отходов на свалках. Осуществляют размещение органических и неорганических отходов в виде чередующихся слоев смеси отходов с нейтральным наполнителем. Производят укладку смеси прессованных коммунальных отходов слоем высотой два метра и засыпают слоем высотой 25 см известнякового отсева, содержащего 91% углекислого кальция. Выдерживают в течение 6 месяцев, после чего процедура повторяется до образования 6-7 слоев. Осуществляют отбор проб биогаза, полученных через дренажные скважины 5, 10 и 15 метров глубиной в разных частях ограниченного пространства полигона. Образование биогаза в слоях происходит по типу твердофазной ферментации с четкой биогеохимической зональностью, зависимой от глубины горизонта, в которой изменяется как количественный, так и качественный состав микроорганизмов, окисляющих и использующих метан, содержащийся в биогазе, в качестве источника углерода. Обеспечивается снижение выделения метана в окружающую среду. 1 ил., 3 табл.

 

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано при захоронении промышленных и бытовых отходов на свалках, а именно к способам снижения выделения метана, содержащегося в биогазе, при обработке твердых коммунальных отходов на полигонах. Известен «Способ получения биогаза и удобрения из органических отходов, включающий подготовку основания из гидроизолирующего материала, монтаж системы газового дренажа, послойную укладку отходов, отвод и сбор биогаза и фильтрата, отличающийся тем, что на подготовленном основании устанавливают газодренажную конструкцию из жестко связанных труб, совмещающую функции вертикального и горизонтального газового дренажа; перед укладкой на основание органические отходы сортируют, измельчают, засевают метаногенными микроорганизмами, увлажняют и укладывают их насыпкой с верхней части газодренажной конструкции послойно в несколько этапов до проектной высоты бурта, с пересыпкой каждого слоя отходов слоем глины; для герметизации слоев отходов слои глины орошают обеззараженным фильтратом или водой и подсушивают до образования твердой корки; при достижении проектной высоты бурта последний слой отходов герметизируют глиной как и нижние слои отходов; биогаз отводят через газодренажную конструкцию, а фильтрат - гидродренажной системой, вмонтированной в гидроизолирующее основание, и обеззараживают; после прекращения выделения биогаза переработанную микроорганизмами биомассу удаляют и используют в качестве удобрения; далее цикл переработки органических отходов повторяют. Патент РФ на изобретение №2372155, МПК: В09В 1/00, д. публ. 2009.11.10.

Известен «Способ сбора и отвода биогаза на полигоне твердых бытовых и промышленных отходов с многослойным противофильтрационным экраном, включающий подготовку основания, монтаж системы вертикального газового дренажа из сети распределенных по площади полигона скважин, собранных из секций и имеющих перфорированные стенки, послойную укладку отходов, наращивание скважин на высоту каждого слоя отходов с применением скользящей опалубки, перекрытие заглушками верхних концов скважин вертикального газового дренажа в каждом цикле наращивания, отличающийся тем, что отвод биогаза из вертикального газового дренажа осуществляют по трубчатым дренам горизонтального дренажа, расположенного в основании полигона, при этом нижние секции труб скважин вертикального газового дренажа выполняют сплошными и присоединяют к дренажным колодцам горизонтальных трубчатых дрен, а верхний конец нижней секции скважины вертикального газового дренажа располагают выше уровня фильтрата над противофильтрационным экраном.

Патент РФ на изобретение №2320426, МПК: В09В 3/00; д. публ. 2008.03.27. Исследование процесса выделения биогаза на полигоне показало, что доля метана в биогазе непосредственно в объемах тестовых скважин составляет около 55,7±4%, а в призабойных пространствах около 68,6±1,5%. При этом температурному максимуму на глубине 5 м соответствует и большая доля метана в биогазе. Так, в пробах биогаза, взятых из глубины 5 м, содержание метана составляет 73,6-88,5%, в то время как в скважинах с глубиной 10-15 м доля метана в биогазе находится в пределах 63,2-67,2% (Лыков И.Н. и соавт., 2009, 2011).

В модельных экспериментах по метанобразованию с чистыми культурами показано, что при росте метаногенов на ацетате изотопный состав углерода метана и углекислоты обеднен 13С изотопом по отношению к углероду используемого ацетата. При этом изотопный состав углерода используемого ацетата имеет близкое значение δ13С с органическими продуктами на свалке. Распределение изотопного состава углерода, обнаруженное при анализе метана и углекислоты в теле свалки, является практически идентичным с данными в модельных экспериментах. Следовательно, можно полагать, что процесс метаногенеза в теле свалки связан с активностью метанобразующих бактерий, использующих ацетат как основной их субстрат (Муравьев А.И. и соавт., 2009).

В настоящее время к основным способам утилизации метана относятся (Абрамов Н.Ф., Проскуряков А.Ф., 1989; Лифшиц А.Б., Гурвич В.И., 1999; Energy Sector Methane Recovery and Use, 2009; Садчиков A.B., 2017):

- сжигание в факеле, направленное, прежде всего на уничтожение и ликвидацию метана в целях снижения экологической нагрузки и опасности возгорания полигонов;

- сжигание необработанного метана для получения тепла;

- очистка метана для дальнейшего использования в установках генерации электрической и тепловой энергии;

- очистка метана для дальнейшего использование в качестве газомоторного топлива;

- получение биометана из свалочного газа с содержанием метана свыше 96% для дальнейшего использования в системах газоснабжения.

Таким образом, биогаз, образующийся при биохимической ферментации органосодержащих отходов на полигонах ТКО, может использоваться как альтернативное местное возобновляемое топливо. Однако, рыночного (бездотационного) использования биогаза, образующегося на полигонах ТБО, в настоящее время в России практически не происходит. Кроме того, в условиях закрытия и рекультивации многих полигонов ТКО остро стоит проблема снижения эмиссии биогаза. Сжигание биогаза ограничено высокой стоимостью природоохранных устройств на энергогенерирующих установках (Елистратов В.В. и соавт., 2001).

Известен способ снижения эмиссии биогаза с использованием сорбционных загрузочных материалов. В качестве сорбционных материалов использовали отходы целлюлозно-бумажной промышленности: опил, кору, скоп, щепу. Конструкция биофильтра представляет собой корпус цилиндрической формы, выполненный из коррозионно-стойкого материала. Высота корпуса - 1,5 м, высота загрузочных слоев - 1,0 м, диаметр - 0,4 м, площадь биофильтра 0,126 м2. На основании сорбционных свойств материалов определен порядок укладки сорбционных материалов и их объемное соотношение: щепа, опил, скоп и кора - 1:1:2:1 соответственно. Подача газовой смеси в биофильтр осуществляется при помощи компрессора с расходом 0,24 м3/ч (Нетребин Ю.Я., 2004). Но подобная схема утилизации биогаза требует больших материальных и финансовых затрат.

Известен способ сокращения выбросов метана на полигонах путем его окисления в почвенном покрове (W. М. Pawowska, 2007). Основная идея технологии заключается в том, что полигон покрывается слоем земли, который служит своеобразным биофильтром. Метанотрофная активность микроорганизмов в почве со временем возрастает в присутствии повышенных концентраций метана и стабилизируется примерно через месяц. Оптимальное значение рН для окисления метана составляет от 6 до 8. При этом авторами утверждается, что окисление метана в почве подчиняется кинетике Михаэлиса-Ментен. Но уравнение Михаэлиса-Ментен предполагает наличие нескольких ограничений, в числе которых важное значение имеет температура (особенно в зимний период) и емкость земляного биофильтра. Кроме того, окисление метана контролируется такими факторами окружающей среды, как текстура почвы, содержание влаги в почве, подача метана и кислорода, содержание питательных веществ в почве. Другим критическим фактором является проницаемость почвенного покрова ниже покрытия, для чего почву заменяют биофильтром с отверстиями (Kjeldsen P., Scheutz С., 2014). Таким образом, перечисленные способы не способны обеспечить долговременный процесс окисления метана.

Наиболее близким аналогом к способу в предложенном в качестве изобретения техническом решении является «Способ обезвреживания токсичных отходов при их захоронении на свалке или специальном полигоне», включающий размещение твердых и жидких отходов органического и неорганического происхождений в ограниченном пространстве свалки или полигона, оборудованном системой отвода газа и дренажной воды, анаэробную обработку, отличающийся тем, что органические и неорганические отходы размещают в виде чередующихся слоев или смеси отходов с соотношением масс органических и неорганических отходов (2:1)-(10:1), вводят метаногенные микроорганизмы и поддерживают содержание воды в массе отходов не менее 0,55%.

Патент РФ на изобретение №2114706, МПК: C02F 1/50, д. публ. 2004.08.10.

Техническим результатом способа является снижения выделения метана, содержащегося в биогазе, на полигоне твердых коммунальных отходов путем использования известнякового отсева для изоляции слоев утилизируемых отходов, что создает условия для размножения анаэробных (метанотрофных) микроорганизмов, использующих метан, содержащийся в биогазе, в качестве источника углерода. Предлагаемый метод позволяет снизить выделение метана в окружающую среду, на 24,5-40,2%, что способствует пожаробезопасности полигона твердых коммунальных отходов (ТКО) и уменьшению выбросов парникового газа.

Технический результат достигается тем, что «Способ снижения выделения метана, содержащегося в биогазе, на полигонах твердых коммунальных отходов, включает размещение твердых коммунальных отходов органического и неорганического происхождений на ограниченной площадке полигона. Органические и неорганические отходы размещают в виде чередующихся слоев смеси отходов, с нейтральным наполнителем. При этом смесь прессованых коммунальных отходов укладывают слоем высотой два метра и засыпают слоем с высотой 25 см известнякового отсева, содержащего 91% углекислого кальция, Время выдержки слоев в таком состоянии составляет 6 месяцев, после чего процедура повторяется, до образования 6-7 слоев. Затем осуществляют отбор проб биогаза, полученных через дренажные скважины 5, 10 и 15 метров глубиной в разных частях ограниченного пространства полигона. Образование биогаза в слоях происходит по типу твердофазной ферментации с четкой биогеохимической зональностью, зависимой от глубины горизонта, в которой изменяется как количественный, так и качественный состав микроорганизмов, окисляющих и использующих метан, содержащийся в биогазе, в качестве источника углерода.

Примеры конкретного выполнения способа.

Известняковый отсев образуется при переработке в щебень известняка. Образуемый отсев практически полностью состоит из известняковой муки. Известняковый отсев обладает щелочными свойствами (рН 8), благодаря присутствию углекислого кальция (табл. 1).

Территорию полигона площадью 15 га с твердыми коммунальными отходами (ТКО) разделяли на две ограниченные площадки. На одну из них складировали ТКО методом прессования высотой 2 м. Затем прессованные ТКО засыпали известняковым отсевом высотой 25 см. В таком состоянии выдерживали отходы в течение 6 месяцев, после чего процедура повторяется. Во время «отдыха» первой площадки, заполняется вторая по той же схеме. До образования 6-7 слоев.

Отбор проб биогаза осуществляли через специально пробуренные скважины 5, 10 и 15 метров глубиной в разных частях ограниченных площадок полигона. Образование биогаза на этих площадках полигона происходит по типу твердофазной ферментации с четкой биогеохимической зональностью. В зависимости от глубины горизонта изменяется как количественный, так и качественный состав микроорганизмов. Первый уровень (10 см - 1,0 м.) отличается наиболее интенсивными аэробными процессами и нарастанием микробной биомассы, содержащей ассоциации мезофильных аэробных и факультативных анаэробных микроорганизмов. Он характеризуется первичным разложением, гидролизом белковых соединений и накоплением первичных продуктов их разложения. На этом уровне количество микроорганизмов колеблется от 500 тыс.до 1,5 млн. КОЕ в 1 г отходов. На втором уровне (1 м - 5,0 м.) количество микроорганизмов колеблется от 2,2 млн. до 7,2 млн. КОЕ/г.Происходит накопление органических кислот (масляной, пропионовой, молочной, уксусной), а также низших спиртов, аммиака, нитратов, нитритов и водорода. Третий уровень (5,0 м - 10,0 м) отличается процессами анаэробной ферментации с участием нескольких видов микроорганизмов, в том числе лактобацилл и клостридий. Количество микроорганизмов на этом уровне колеблется от 550 тыс. до 2,0 млн. КОЕ/г. Температура третьего уровня варьирует от 30°С до 50°С, что создает благоприятные условия для развития термофильных микроорганизмов, ускорения процессов разложения сложных органических веществ и интенсификации метанового брожения. Ассоциация термофильных микроорганизмов этого уровня представлена в основном ацетогенами, превращающих органические кислоты в уксусную кислоту, водород и окислы углерода. Четвертый уровень (10,0 м - 15,0 м.) характеризуется значительно меньшим количеством микроорганизмов: от 150 тыс.до 670 тыс.КОЕ/г. Температура этого уровня медленно снижается до 20°С, что свидетельствует об истощении легкоразлагаемых органических соединений (Лыков И.Н. и соавт., 2011). Уменьшается и количество генерируемого метана (табл. 2).

Третий уровень называется ацидогенным или кислотным. Кислая среда и недостаток кислорода угнетают метанотрофную (разрушающую метан) микрофлору. Прослойка известнякового отсева нейтрализует среду, обогащает ее кислородом и создает условия для размножения метанотрофных бактерий, утилизирующих метан. Таким образом, биогаз, образующийся в анаэробной зоне, мигрирует вверх по разрезу и в аэрируемых приповерхностных отложениях под воздействием аэробной микрофлоры окисляется (рис. 1). При этом на глубине 5, 10 и 15 м. биогаз проходит соответственно 2, 5 и 7 прослоек известнякового отсева.

Наряду со снижением выделения метана на 24,5-40,2% изменяется компонентный состав самого биогаза (табл. 3).

Биогаз, образующийся при биохимической ферментации органосодержащих отходов на полигонах ТКО, может использоваться как альтернативное местное возобновляемое топливо. Однако, рыночного (бездотационного) использования биогаза, образующегося на полигонах ТБО, в настоящее время в России практически не осуществляется. Поэтому в условиях закрытия и рекультивации многих полигонов ТКО остро стоит проблема снижении явыделения биогаза. В свою очередь, сжигание биогаза ограничено высокой стоимостью природоохранных устройств на энергогенерирующих установках.

Предлагаемый в качестве изобретения способ позволяет добиться снижения выделения метана, содержащегося в биогазе на 24,5-40,2% (см. таблицу 3 и рис 1) на полигоне твердых коммунальных отходов путем использования известнякового отсева для изоляции слоев утилизируемых отходов, что создает условия для размножения метанотрофных микроорганизмов, использующих метан в качестве источника углерода, следовательно резко снижается выделение метана в окружающую среду, что способствует пожаробезопасности полигона твердых коммунальных отходов и уменьшению выбросов парникового газа.

Способ снижения выделения метана, содержащегося в биогазе, на полигоне твердых коммунальных отходов, включающий размещение твердых коммунальных отходов органического и неорганического происхождения на ограниченной площадке полигона, при этом органические и неорганические отходы размещают в виде чередующихся слоев смеси отходов с нейтральным наполнителем, отличающийся тем, что смесь прессованных коммунальных отходов укладывают слоем высотой два метра и засыпают слоем высотой 25 см известнякового отсева, содержащего 91% углекислого кальция, выдерживают в течение 6 месяцев, после чего процедура повторяется до образования 6-7 слоев, затем осуществляют отбор проб биогаза, полученных через дренажные скважины 5, 10 и 15 метров глубиной в разных частях ограниченного пространства полигона, при этом образование биогаза в слоях происходит по типу твердофазной ферментации с четкой биогеохимической зональностью, зависимой от глубины горизонта, в которой изменяется как количественный, так и качественный состав микроорганизмов, окисляющих и использующих метан, содержащийся в биогазе, в качестве источника углерода.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при переработке технологических потоков органического происхождения. Для извлечения фосфата в биомассу добавляют источник ионов магния и подвергают ее предварительной обработке, включающей стадию термического гидролиза при температуре 140-220°С и давлении насыщения.

Изобретение относится к области биотехнологии и может быть использовано в качестве носителя биомассы преимущественно в анаэробных биореакторах, предназначенных для переработки органических отходов животного и растительного происхождения с получением органических удобрений и производства биогаза.

Изобретение относится к области утилизации концентрированных органических субстратов, пригодных к дальнейшему использованию в условиях производств. Предварительную обработку отходов осуществляют посредством тонкодисперсного измельчения малорастворимых компонентов органических отходов, частичного гидролиза органических веществ, а также внесения в субстрат микрочастиц железа, образующихся за счет истирания рабочего органа в первичном аппарате вихревого слоя.

Изобретение относится к области утилизации концентрированных органических субстратов и может быть использовано на предприятиях агропромышленного комплекса и в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Группа изобретений относится к области биотехнологии. Предложен способ и установка для переработки и использования отходов животного происхождения.

Изобретение относится к способу переработки биомассы и системе для переработки биомассы. Система включает теплоэлектроцентраль, интерфейс для подачи биогаза в установку по производству автомобильного топлива, интерфейсы для подачи горячей воды и пара к системе центрального отопления и электроэнергии к электрической сети, гидролитическое устройство, варочное устройство, сушилку и теплоизоляционную установку, которые функционально связаны для переноса тепла, промежуточных и конечных продуктов процесса.

Изобретение относится к устройствам для комплексной биохимической очистки бытовых и промышленных сточных вод и может быть использовано для очистки сточных вод от азотсодержащих, фосфорсодержащих органических соединений, а также солей, взвесей и углеводородов в условиях суточных и годовых колебаний состава сточных вод.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к агропромышленному комплексу. Способ комплексной экологичной переработки навоза характеризуется тем, что сепарируют навоз с влажностью до 60% на твердую фракцию с размером частиц более 1 мм, не усвояемую организмом животных, и жидкую фракцию, представляющую собой лигниноуглеводный комплекс.

Изобретение относится к устройствам для анаэробного сбраживания сточных вод, содержащих органические отходы сельскохозяйственного производства, и может быть использовано при очистке стоков с органическими включениями промышленных предприятий и коммунального хозяйства.

Группа изобретений относится к обработке перекачиваемого потока и может быть использована в водоочистке, а также пищевой промышленности. Способ обработки перекачиваемого потока включает фильтрацию для выделения жидкой фазы из перекачиваемого потока для получения одного потока с повышенным содержанием плотной фазы и другого потока с повышенным содержанием жидкости, последующую обработку потока с повышенным содержанием плотной фазы импульсами высокого напряжения в блоке импульсного электрического поля (ИЭП-блоке), сбраживание потока с повышенным содержанием плотной фазы, после чего этот поток обрабатывают импульсами высокого напряжения в ИЭП-блоке.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и найдет применение при проведении работ по реконструкции полигонов хранения и переработки твердых коммунальных отходов.
Изобретение относится к коммунальному хозяйству и может быть использовано для оперативной уборки снега с устранением его с территории улиц, дорог и площадей населенного пункта.

Группа изобретений относится к способу обработки мусора, в частности бытовых отходов, а также устройству для его осуществления. Способ заключается в подготовке закрытого здания для размещения мусора, причем крыша здания выполнена в виде газо- и паропроницаемой, но водонепроницаемой мембраны.

Установка для переработки органических и неорганических твердых городских отходов в агрегаты содержит выдавливающую машину, соединенную с реактором. Выдавливающая машина содержит цилиндр для выдавливания, в котором поршень циркулирует внутри полости.
Изобретение относится к области термических методов обезвреживания отходов, для обеспечения их утилизации и получения при этом пригодных для реализации газообразных, жидких и твердых продуктов.

Изобретение относится к способу повышения чистоты и качества материалов, в том числе синтетических материалов, восстанавливаемых за счет переработки одноразовых впитывающих изделий, а именно простого и экономичного способа разделения материалов одноразового впитывающего изделия, удаления текучей среды, впитанной сверхвпитывающими полимерами (SAP), и восстановления составляющих материалов, таких как полимер, целлюлозные волокна и сверхвпитывающий полимер.
В способе раздробляемые изделия собирают в отдельные пачки, затем помещают в контейнер для их сбора. Пачки вводят по одной в загрузочное окно контейнера, тем самым продвигая их по криволинейной загрузочной течке на барабан, который вращают, зацепляя пачку шипами барабана и прижимая ее к нажимной педали, находящейся над барабаном.

Изобретение относится к химической технологии, в частности к комплексу утилизации отходов газификации. Комплекс содержит накопитель 1, газификатор 2, снабженный системой нижнего ворошения, блок детоксикации и переработки твердого побочного продукта газификации, который включает приемник твердого побочного продукта газификации - биочара 3, охладитель газа 4, приемник золы уноса 27, буфер золы уноса 28, охладитель побочного продукта 5, очиститель газа 6, причем охладитель газа 4 через приемник золы уноса 27 присоединен к входу очистителя газа 6.

Изобретение относится к области обработки отходов. Предложена мобильная установка для дезинфекции медицинских отходов озоном.
Изобретение относится к переработке отходов тепловых электростанций, в частности к способу выделения несгоревшего углерода из золы-уноса ТЭС с получением алюмосиликатного продукта.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и найдет применение при проведении работ по реконструкции полигонов хранения и переработки твердых коммунальных отходов.

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано при захоронении промышленных и бытовых отходов на свалках. Осуществляют размещение органических и неорганических отходов в виде чередующихся слоев смеси отходов с нейтральным наполнителем. Производят укладку смеси прессованных коммунальных отходов слоем высотой два метра и засыпают слоем высотой 25 см известнякового отсева, содержащего 91 углекислого кальция. Выдерживают в течение 6 месяцев, после чего процедура повторяется до образования 6-7 слоев. Осуществляют отбор проб биогаза, полученных через дренажные скважины 5, 10 и 15 метров глубиной в разных частях ограниченного пространства полигона. Образование биогаза в слоях происходит по типу твердофазной ферментации с четкой биогеохимической зональностью, зависимой от глубины горизонта, в которой изменяется как количественный, так и качественный состав микроорганизмов, окисляющих и использующих метан, содержащийся в биогазе, в качестве источника углерода. Обеспечивается снижение выделения метана в окружающую среду. 1 ил., 3 табл.

Наверх