Эмиссия метана с поверхности разновозрастных участков Карасайского полигона ТБО г. Алматы

(1)

Г.А. Джамалова

(Казахский национальный технический университет им. К.И.Сатпаева, г. Алматы)

Предложена новая методика для строгого решения краевых задач на основе ключевой задачи Зоммерфельда. При этом, задача разбивается на две независимые задачи, решение которых определяются в виде суперпозиции плоских волн.

В результате регулярных измерений было показано, что величина суммарной эмиссии мета- на с поверхности участка, возраст которого после закрытия составлял более 15 лет, существенно ниже, чем с раннее исследованных "молодых"участков полигона.

Осознание реальной угрозы изменения климата в течение трех-пяти веков, а может быть и одного столетия, в результате катастрофического уменьшения растительного покрова и за- грязнения биосферы побудило экологов заняться изучением роли метаногенов и метанотрофов в глобальных процессах потепления, которые несомненно вносят существенный вклад в регу- ляцию метанового цикла на Земле. Тем не менее, концентрация метана в атмосфере возрастает на 1% ежегодно, очевидно в результате дисбаланса между его образованием и разложением.

Большую масштабность исследования экологии метанотрофов и биогеохимии цикла метана приобрели в последние два десятилетия в связи с усовершенствованием методов количествен- ной оценки активности метанотрофов Х in situ.

Современный полигон захоронения ТБО является крупным промышленным предприятием.

Его главный производственный цех представляет собой твердо-фазный анаэробный ферментер геологического масштаба. Полигоны захоронения ТБО являются важным источником атмо- сферного метана. Их вклад в глобальную эмиссию этого парникового газа оценивается в 35-73 т в год, что составляет 10-20% от антропогенной и 6-12% от общей глобальной эмиссии метана.

Эмиссия метана с поверхности полигона ТБО определяется интенсивностью процессов разло- жения органического вещества в анаэробной зоне полигона и микробного окисления метана в аэробном слое покрывающей свалочное тело почвы.

Захоронение ТБО на специальных полигонах или свалках стало традиционным способом размещения отходов для Казахстана. При этом опасность для всех компонентов окружаю- щей среды (человека, воздушного пространства, почвы, растительности, животных) даже на значительных расстояниях от места захоронения сохраняется на долгое время, исчисляемое десятками лет после прекращения захоронения. Основная опасность, исходящая от полигонов ТБО, сводится к загрязнению воздушного бассейна газами, образующимися при биохимиче- ских процессах распада складируемых отходов.

Эмиссия метана с поверхности разновозрастных участков полигона ТБО была крайне неод- нородной [рис.1] и варьировала от 5,7·10-4 до 19,2 мг/см² в сутки. Гетерогенность потоков ме- тана с поверхности даже сравнительно маленьких по площади участков вполне характерна для свалок и полигонов ТБО (Ножевникова A., 2003).

Неоднородность потоков метана с поверхности полигона ТБО обусловлена такими причи- нами, как неоднородность захороненных отходов их количество (мощность слоя), содержание разлагаемой органики, регулярность и качество пересыпающего грунта, наличие в свалочном теле разломов и трещин, по которым устремляется свалочный биогаз. Обычно содержание ор- ганического вещества в свалочных отходах довольно высокое (в нашем случае 50-60 % от общей массы отходов).

Органические компоненты бытовых отходов разлагаются сообществом метаногенных мик- роорганизмов в анаэробной зоне свалки с образованием биогаза, состоящего из₄ и₂. Скорость и интенсивность процесса микробного образования метана существенно зависят от состава и структуры захороненных бытовых отходов. Считается, что активный метаногенез на полигонах ТБО продолжается в период от 3-5 до 30-40 лет после закрытия полигона или его участка, на котором складированные отходы покрыты 0,5- 1м слоем почвы. За активный период разлага- ется около 30% захороненного органического вещества, затем скорость анаэробной деградации

351

(2)

Л.Н. Гумилев атындағы ЕҰУ Хабаршы - Вестник ЕНУ им.Л.Н. Гумилева, 2010, №4

уменьшается, но образование метана и сопутствующих газов продолжается десятки, и возмож- но, сотни лет.

Важным фактором, определяющим скорость разложения органического вещества и обра- зование метана в анаэробной зоне свалки, является влажность свалочного грунта. Известно, что на "сухих"полигонах в местах с засушливым климатом анаэробное разложение крайне за- медлено, и для них характерны тлеющие пожары, которые обычно поддерживаются притоком метана из нижних более плотных и увлажненных слоев.

а) участок № 7 Карасайского полигона ТБО;

b) участок №5 Карасайского полигона ТБО;

Рисунок 1 - Отрицательное воздействие ТБО Карасайского полигона на атмосферу

Нами показано, что для Карасайского полигона влажность варьирует в пределах от 16 до 55 %, что зависит от срока захоронения ТБО. Температура окружающей среды не оказывает существенного влияния на процессы образования метана, так как она относительно постоянна в анаэробной зоне свалки. Обычно она варьирует от 25-35^◦C, но иногда может достигать и более60^◦C.

Образованный в анаэробной зоне биогаз диффундирует по профилю свалочного тела и раз- гружается в атмосферу. При наличии каналов в свалочном теле иногда наблюдаются выходы мощных потоков биогаза, что определяет неравномерность газовой эмиссии с поверхности по- лигона. При равномерной диффузии биогаза из анаэробной зоны в аэрируемом слое покрываю- щей почвы часть метана окисляется метанотрофными бактериями. Активность метанотрофной микробной популяции является важной причиной, определяющей величину эмиссии метана с поверхности полигона в атмосферу.

352

(3)

Г.А. Джамалова

Рисунок 2 - Зависимость эмиссии метана (мг/м³) от срока (лет) захоронения ТБО

Таблица 1-Эмиссия метана с поверхности разновозрастных участков Карасайского полигона ТБО

Возраст захоронения, лет Показатель

5 10 15

Эмиссия метана с поверхности участка, мг/м³ 18,1±0,2 6,9±0,75 4,0±0,96

Поток метана с поверхности полигона ТБО зависит от возраста полигона. В результате ре- гулярных измерений было показано, что величина суммарной эмиссии метана с поверхности участка, возраст которого после закрытия составлял более 15 лет, существенно ниже, чем с раннее исследованных "молодых"участков полигона (рис.2, табл.1).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бойлс Д. Биоэнергия, технология, термодинамика, издержки. - М.: Агропромиздат, 1987.

- 152 с.

2. Вайсман Я.И. Управление метаногенезом на полигонах ТБО. Пермь, 2003.

3. Мирный А.Н. Критерии выбора технологии обезвреживания и переработки твердых бы- товых отходов // Чистый город. - 1999. № 1. - с. 8-14.

4. Нуркеев С.С., А.Г.Арганчеева, Н.И.Утегулов и др. Проблемы обезвреживания и утили- зации тверых бытовых отходов. Алматы, 2005.

5. Ножевникова А.Н., Эмиссия и окисление метана на полигоне захоронения ТБО: сезонные изменения// Труды института микробиологии имени С.Н.Виноградского РАН.М:Наука, 2006г.

Жамалова Г.

Алматы қаласы Қарасай ҚТҚ полигонының әр түрлi жас мөлшерiндегi жер телiмдерiнен алынған метан эмиссиясы

Күнделiктi өлшеу нәтижесiнде жердiң бетiн жапқаннан кейiнгi уақыт аралығы 15 жылдан астам жер телiмiнiң бет- кейiнен алынған эмиссияның шамасын құрайтын жас мөлшерi бұрын зерттелiнiп жүрген "жас"жер телiмдерiне қарағанда айтарлықтай төмен екенi көрсетiлдi.

Jamalova G.

Methane emissions from the surface uneven sections Karasai landfill of Almaty

As a result, regular measurements have shown that the magnitude of the total methane emission from the surface area, the age which, following the closure of more than 15 years, significantly lower than previously studied "young"landfill sites.

Поступила в редакцию 11.05.10 Рекомендована к печати 28.05.10

353