Biogaz.doc

Oddziaływanie składowisk odpadów komunalnych na środowisko przyrodnicze.

Biogaz

Gaz wysypiskowy – biogaz ,to mieszanina głównie metanu i dwutlenku węgla, powstająca podczas beztlenowej fermentacji substancji organicznych.

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA
z dnia 24 marca 2003 r.
w sprawie szczegółowych wymagań dotyczących lokalizacji, budowy, eksploatacji i zamknięcia, jakim powinny odpowiadać poszczególne typy składowisk odpadów.
(Dz. U.2003.61.549)

§ 9. 1. Składowisko odpadów, na którym przewiduje się składowanie odpadów ulegających biodegradacji, wyposaża się w instalację do odprowadzania gazu składowiskowego.

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

Raport GUS 2005:

W 2004 roku ogólna liczba składowisk odpadów komunalnych wynosiła – 1049.

Liczba składowisk z instalacją 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 2006 roku ogólna liczba składowisk odpadów komunalnych wynosiła – 1008.

Liczba składowisk z instalacją odgazowania (ujęcia biogazu) – 262, co stanowi 26,0% 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
z dnia 24 marca 2003 r.
w sprawie szczegółowych wymagań dotyczących lokalizacji, budowy, eksploatacji i zamknięcia, jakim powinny odpowiadać poszczególne typy składowisk odpadów.
(Dz. U.2003.61.549)

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

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA
z dnia 24 marca 2003 r.
w sprawie szczegółowych wymagań dotyczących lokalizacji, budowy, eksploatacji i zamknięcia, jakim powinny odpowiadać poszczególne typy składowisk odpadów.
(Dz. U.2003.61.549)

§ 15. 3. Na składowiskach, na których składowane są odpady ulegające biodegradacji, dopuszcza się wykorzystywanie odcieków do celów technologicznych.

Głównymi czynnikami wpływającymi na produkcję gazu są:

·         skład odpadów;

·         wilgotność złoża odpadów;

·         temperatura złoża odpadów;

·         wiek odpadów;

·         przepuszczalność wysypiska;

·         struktura odpadów.

Produkcja biogazu

Q (m3·Mg-1) = 1,868 · TC

gdzie TC – ilość węgla w kg·Mg-1 odpadów

Rzeczywistą produkcję opisuje wzór: Q (m3·Mg-1) = 1,868 x TC x ft x fo x 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

·         Produkcja biogazu

Rzeczywista produkcja gazu waha się w granicach

od 25 do 150 m3·Mg-1 odpadów

(źródło: Manczarski P., 2008)

Zasadniczym palnym składnikiem gazu wysypiskowego jest metan CH4 . Szacuje się, że powstaje on w wyniku rozkładu:

·         celulozy w ilości około 91%,

·         organicznych związków azotu w ilości około 8,5%

·         cukrów w ilości około 0,5%

Proces tworzenia metanu można opisać schematycznymi reakcjami chemicznymi:

odtlenianie (redukcja) dwutlenku węgla wodorem

CO2 + 3H2 = CH4 + H2O

metaboliczny rozkład kwasu octowego

CH3COOH = CH4 + CO2 + energia

W rzeczywistości proces ten jest bardziej złożony, co pokazuje rysunek.

Wytwarzanie gazu wysypiskowego można podzielić na 5 faz:

·         I – faza tlenowa;

·         II – faza kwasowa (acetogeneza);

·         III – faza fermentacja metanowa niestabilna;

·         IV – faza fermentacja metanowa stabilna;

·         V – faza fermentacja zanikająca.

·          

I faza – tlenowa

Bakterie aerobowe z wykorzystaniem tlenu z powietrza zawartego w wysypisku rozkładają substancje organiczne na dwutlenek węgla i wodę. Okres ten trwa krótko (około dwóch tygodni). Spada zawartość tlenu w środowisku reakcji, a zawartość azotu zmienia się nieznacznie.

II faza – kwasowa (acetogeneza)

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 faza – fermentacja metanowa niestabilna

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 metanogenezy niestabilnej trwa około 2 lat.

IV faza – fermentacja metanowa stabilna

Bakterie metanogenne przetwarzają kwasy organiczne na dwutlenek węgla i metan. Zmiany w składzie gazu uzyskanego w tym okresie są niewielkie. Faza fermentacji metanowej stabilnej trwa około 15 -  20 lat.

V faza – fermentacja zanikająca

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

Skład biogazu w różnych fazach rozkładu odpadów.

Wykazano, że rozwój bakterii octanogennych możliwy jest jedynie, gdy tworzący się wodór „konsumowany” jest natychmiast przez bakterie metanogenne.

W złożu odpadów dominującą rolę w produkcji metanu odgrywają dwie grupy bakterii, których przedstawicielami są:

·      BAKTERIE OCTANOGENNE CH3CH2COO- + 3H2O ® HCO3- + CH3COO- + H+ + 3H2

·         BAKTERIE METANOGENNE HCO3- + 4H2 + H+ ® CH4 + 3H2O

Znanych jest około 30 rodzajów bakterii metanogennych, najważniejsze to:

o       Methanobacterium;

o       Methanobacillius;

o       Methanosarcinia;

o       Methanococous

o       inne

Skład biogazu powstającego na składowiskach odpadów komunalnych (źródło: Manczarski P., 2008)