Свалочный газ
Макрокомпонентами свалочный газ являются метан (СН4) и диоксид углерода (СО2) их соотношение может меняться от 40-70% до 30-60% соответственно. В существенно меньших концентрациях, на уровне первых процентов присутствуют как правило - азот (N2), кислород (О2), водород (Н2). В качестве микропримесей в состав свалочного газа могут входят десятки различных органических соединений.
Свалочный газ горюч, его средняя калорийность составляет примерно 5500 Ккал на м3. В определенных концентрациях свалочный газ токсичен. Показатели токсичности свалочного газа определяются наличием ряда микропримесей, таких, например, как сероводород (Н2S). Обычно свалочный газ обладает резким неприятным запахом. Свалочный газ относится к числу парниковых газов, что придает ему глобальную значимость и делает его объектом пристального внимания мирового сообщества.
По оценкам специалистов полигоны твердых отходов Российской Федерации и несанкционированные свалки ежегодно выбрасывают в атмосферу 1.100.000 тонн, что составляет примерно 2.5% от планетарного потока.
Для экстракции свалочного газа на полигонах обычно используется следующая принципиальная схема: сеть вертикальных газодренажных скважин соединяют линиями газопроводов, в которых компрессорная установка создает разрежение необходимое для транспортировки свалочного газа до места использования. Установки по сбору и утилизации монтируются на специально подготовленной площадке за пределами свалочного тела.
Каждая скважина осуществляет дренаж конкретного блока твердых бытовых отходов, условно имеющего форму цилиндра. Устойчивость работы скважины может быть обеспечена, если ее дебит не превышает объема вновь образующегося свалочного газа. Оценка продуктивности по газу существующей толщи твердых бытовых отходов проводится в ходе предварительных полевых газо-геохимических исследований.
Сооружение газовой дренажной системы может осуществляться как целиком на всей территории полигона твердых бытовых отходов после окончания его эксплуатации, так и на отдельных участках полигона в соответствии с очередностью их загрузки. При этом надо учитывать, что для добычи свалочного газа пригодны свалочные тела мощностью не менее 10 м. Желательно также, что бы на территории полигона твердых бытовых отходов (ТБО), на которой намечается строительство системы сбора свалочного газа, была осуществлена рекультивация, то есть полигон твердых бытовых отходов (ТБЩ) следует перекрыть слоем грунта мощностью не менее 30-40 см.
Скважины
Для добычи свалочного газа на полигонах твердых бытовых отходов применяются вертикальные скважины. Обычно они располагаются равномерно по территории свалочного тела с шагом 50-100 м между соседними скважинами. Их диаметр колеблется в интервале 200-600 мм, а глубина определяется мощностью свалочного тела и может составлять несколько десятков метров. Для проходки скважин используется как обычное буровое оборудование, так и специализированная техника, позволяющая сооружать скважины большого диаметра. При этом, выбор того или иного оборудования обычно обусловлен экономическими причинами.
При бурении скважин в толще отходов в российских условиях, наиболее целесообразным является использование шнекового бурения. Оно недорого и легко доступно, так как широко используется в инженерно-геологических изысканиях. При использовании этого вида бурения максимально возможный диаметр скважин составляет 0.5 м. Однако их строительство в российских условиях встречает ряд трудностей, связанных с присутствием большого количества инородных включений (металлических и бетонных конструкций, остатков техники, механизмов и прочего) в свалочной толще, затрудняющих бурение и приводящих к частой поломке бурового инструмента. Относительно легко могут быть пробурены скважины диаметром 250-300 мм, в тоже время они вполне достаточны для добычи свалочного газа.
Инженерное обустройство скважины включает несколько этапов. На первом - в скважину опускается перфорированная стальная или пластиковая труба, заглушенная снизу и снабженная фланцевым соединением в приустьевой части. Затем в межтрубное пространство засыпается пористый материал (например, гравий) с послойным уплотнением до глубины 3-4 м от устья скважины. На последнем этапе сооружается глиняный замок мощностью 3-4 м для предотвращения попадания в скважину атмосферного воздуха.
После завершения строительства скважины приступают к установке оголовка скважины, представляющего собой металлический цилиндр, снабженный газозапорной арматурой для регулировки дебита скважины и контроля состава свалочного газа, а также патрубком для присоединения скважины к газопроводу.
На заключительной стадии на оголовок скважины устанавливается металлический или пластмассовый короб для предотвращения несанкционированного доступа к скважине.
Газопроводы для транспортировки свалочного газа
Температура свалочного газа в толще отходов может достигать 40-50°С, а содержание влаги - 5-7%. После экстракции свалочного газа из свалочного тела и его поступления в транспортные газопроводы, происходит резкое снижение температуры, что приводит к образованию конденсата, который может выделяться в значительных количествах.
Ориентировочно при добыче свалочного газа в объеме 100 м3/час, в сутки образуется около 1 м3 конденсата, поэтому отвод конденсата с помощью специальных устройств является задачей первостепенной важности, так как его наличие в газопроводе может затруднить или сделать невозможной экстракцию свалочного газа.
Утилизация свалочного газа
Свалочный газ является качественным топливом для когенерационных установок Gengas Oy, вырабатывающих из свалочного газа электроэнергию и тепло, которые могут использоваться для обеспечения электроэнергией и теплом близлежащих предприятий и жилых комплексов.
Целесообразность применения этого способа утилизации свалочного газа бесспорно, так как всегда можно найти платежеспособного потребителя электроэнергии и тепла. Из 100 м3 свалочного газа можно получить от 270 kW до 350 kW электроэнергии и столько же тепла. Окупаемость проекта осуществляется достаточно быстро при использовании техники Gengas Oy.