Контрольная работа: Оценка переработки твердых коммунальных отходов на полигонах

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет» (ПНИПУ)

Расчетная работа

Оценка переработки твердых коммунальных отходов на полигонах

Выполнил студент группы ТБ-20-1б

Назаров Роман Витальевич

Пермь, 2021

Содержание

1. Влияние парниковых газов на изменение климата

2. Исходные данные

3. Расчетные данные (формулы, расчеты, таблицы, рисунки)

Заключение

1. Влияние парниковых газов на изменение климата

Основные парниковые газы Земли

Парниковыми газами называют целый ряд газообразных веществ, способных задерживать тепловое излучение небесных тел. На Марсе и Венере преобладающим парниковые газы (ПГ) является двуокись углерода CO2, составляющая 95,32% и 96,5% атмосфер этих планет соответственно.

Основные ПГ Земли (в порядке влияния на тепловой баланс) - водяной пар, двуокись углерода, метан, озон (таблица 1.1.). Концентрация остальных элементов незначительна, и не оказывает на состояние атмосферы ощутимого воздействия.

Таблица 1.1 - Основные парниковые газы

Вывод: самый большой вклад из газов в атмосферу вносит водяной пар, в то время как озон самый менее значительный.

Водяной пар

Водяной пар (H2O) - главный природный парниковый газ. На его долю приходится более 60% влияния на терморегуляцию нашей планеты. Потепление климата провоцирует усиленное испарение влаги, повышающее парниковый эффект.

Углекислый газ

Двуокись углерода составляет 0,03% атмосферы. Источниками диоксида углерода (CO₂) в воздухе служат выбросы веществ во время и после извержений вулканов, антропогенные факторы (производственные процессы, сжигание топлива), продукты жизнедеятельности (метаболизма, дыхания, гниения) живых организмов. Основные характеристики углекислоты: вещество без цвета и запаха, тяжелее воздуха, в больших количествах имеет кисловатый привкус и может вызывать отравления. В результате вырубки лесов, поглощающих CO₂, концентрация в атмосфере выросла на 46% в период с 1750 по 2017 годы (с 280 до 405 ppm).

Метан (CH4)

Продуцируется микроорганизмами, появляется вследствие биологических процессов на болотах, выделяется при горении лесов, его источниками служат домашнее животноводство и рисоводство. Период распада составляет 10-12 лет, но, несмотря на сравнительно короткий период жизни и небольшую концентрацию, в сравнении с двуокисью углерода, эффект от метана в 25 раз сильнее. Благодаря деятельности человека, газ накапливается быстрее, чем поглощается естественным образом, увеличивая угрозу возникновения глобального потепления.

Тропосферный озон

Озоновый слой находится в стратосфере на высоте 20-25 км и защищает нашу планету от УФ-излучения. В отличие от него, тропосферный озон (O₃) приводит к усилению парникового эффекта, загрязняет атмосферу, подавляет наращивание растениями биомассы. Синтезируется при реакции оксида азота с окисью углерода в присутствии солнечного света, водяных паров и кислорода. Главные источники появления в атмосфере - транспорт, химические и промышленные выбросы. Превышения ПДК носят локальный характер, так как озон быстро разрушается.

Антропогенные парниковые газы

Антропогенные ПГ относятся к группе второстепенных или потенциально опасных для окружающей среды веществ. Их концентрация в воздухе незначительна или воздействие на климат не достаточно изучено. При этом нельзя недооценивать их влияние. Например, по данным Анджелы Хонг из Торонтского университета (Канада), перфтортрибутиламин, образующийся при производстве алюминия, за 100 лет в 7,1 тыс. раз сильнее прогревает землю, чем диоксид углерода.

Фреоны, хладоны

Этот парниковый газ в 1,3-8,5 тыс. раз сильнее двуокиси углерода способствует потеплению климата.

Основными источниками фреонов и хладонов являются холодильные установки, кондиционеры и аэрозоли. Считается, что содержащие хлор и бром фреоны разрушают озоновый слой, способствуя появлению озоновых дыр. Попадая в атмосферу, компоненты фреонов под воздействием УФ-лучей разлагаются и вступают в реакцию с озоном.

Оксиды азота

Оксид азота (N₂O) выделяется в воздух из почвы и при производстве минеральных удобрений.

Его парниковая активность в 298 раз сильнее, чем у CO_2. За прошедшие 250 лет концентрация N₂O в атмосфере возросла на 22%.

Галогенированные углеводороды

Представляют собой органические соединения, содержащие в составе связь «углерод-галоген». Их синтезируют промышленным способом. Несмотря на небольшую концентрацию в воздухе, имеют высокое число потенциала глобального потепления (ПГП).

Источники выбросов таких газов

Естественный парниковый эффект необходим для поддержания жизни. Без него средняя температура на Земле составляла бы примерно -18⁰C. Сбалансированное природное количество газов пропускает солнечную радиацию, поглощая инфракрасное излучение, отражающееся от поверхности Земли. В результате почва и воздух нагреваются до комфортной для жизни температуры.

С развитием промышленности, вклад в выбросы ПГ от отходов производства внёс дисбаланс в устоявшееся равновесие. Увеличение концентрации газов привело к «усиленному» парниковому эффекту, повышающему общий температурный фон. К естественным добавились искусственные источники, поставляющие в атмосферу ПГ.

Естественные источники

· Испарение влаги Мирового океана.

· Выброс вулканами во время извержения газов и пыли. Ежегодно в атмосферу поступает 0,15-0,26 млрд. тонн диоксида углерода.

· Лесные пожары.

· Продукты жизнедеятельности флоры и фауны.

Антропогенные источники

· Энергетика. Выбросы от сжигания топлива: торфа, угля, нефтепродуктов (до 29% всех антропогенных выбросов).

· Промышленность (18%).

· Транспорт (13%).

· Сельское хозяйство (11%).

· Сжигание газа в факелах и утечка метана (8%).

· Сжигание топлива в домах для обогрева и приготовления еды (8%).

· Лесное хозяйство: вырубка и пожары (5%).

· Бытовые и промышленные отходы, мусор (4%).

· Осушение болот (3%).

Проблемы парниковых газов в России

По кратким данным доклада Минприроды РФ “О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2018 году”, наша страна заняла 4 место в мире по выбросу ПГ.

В связи с остротой проблемы, Совет Федерации готовит законопроект, позволяющий регулировать выбросы в атмосферу.

Одновременно правительство разрабатывает стратегию снижения концентрации опасных газов в атмосфере на период до 2050 года. Рассматривается возможность использования альтернативных источников, усиливаются меры по сохранению лесов, поглощающих большую часть вредных компонентов.

2. Исходные данные

Исходными данными выступает определенная городская местность, где производятся некоторые компоненты, в которых содержится приведенное в (Таблице 2.1) содержание ископаемого углерода компонентов ТКО.

Таблица 2.1 - Содержание ископаемого углерода

Вывод: в пластмассах и прочих компонентах самое высокое содержание углерода компонентов ТКО, в то время как в пищевых отходах и дереве не содержится это вообще.

Оценка выбросов парниковых газов при захоронении ТКО

Оценка прямых выбросов парниковых газов при захоронении отходов на полигоне ТКО включает выбросы метана от анаэробного разложения ТКО биогенного происхождения. Выбросы метана от захоронения ТКО рассчитывается по следующей формуле:

(2.1)

где - масса метана, поступившего в атмосферу, т;

W_i - масса i-го компонента ТКО, захороненного на участке захоронения отходов, т;

DOC_i - доля способного к разложению биогенного (органического или биоразлагаемого) углерода в i-м компоненте ТКО (на основании табл. 2.1);

DOC_f - доля DOC, способного к разложению (рекомендуется принимать значение 0,5);

MCF - поправочный коэффициент газа для участка захоронения отходов (УЗО);

F - объемная доля газа, образованного на участке захоронения отходов, в биогазе (принято, что биогаз состоит из метана и углекислого газа в соотношении 50/50, остальными газами в связи с их незначительной долей - пренебрегли);

k - соотношение молекулярной массы газа и углерода (для СН₄/С=16/12);

R - масса собранного газа, т (принято, что рекуперация не осуществляется).

Способный к разложению органический углерод (DOC_i) - это углерод биологического происхождения в составе отходов, который способен к биохимическому разложению в анаэробных условиях на объектах захоронения ТКО. При наличии данных рекомендуется использовать региональные значения DOC_i для каждой категории/вида размещаемых отходов.

Доля фактически разложившегося органического углерода (DOCf) - учитывает, что часть органического углерода на объектах захоронения ТКО не разлагается или разлагается очень медленно. Рекомендуемое значение для DOCf составляет 0,5.

Поправочный коэффициент для CH₄ (MCF) - отражает влияние структуры свалки и практики управления отходами на условия разложения отходов и образование CH₄. Эффективная практика предполагает, использование раздельных данных для количества отходов, захороненных на объектах захоронения ТКО различных категорий.

Доля CH₄ в газе, образованном на свалках (F), является показателем содержания CH₄ в свалочном газе (биогазе). Рекомендуемое значение F равно 0,5.

Количество рекуперированного метана (R) - это масса CH₄, извлеченного в составе биогаза из объектов захоронения ТКО для утилизации или сжигания в факелах. Рекомендуемое значение R равно нулю, если сбор свалочного газа не применяется на объектах захоронения ТКО региона (что является типичной ситуацией для большинства регионов РФ в настоящее время).

Приведенная выше методика расчета является упрощенной. В таблице 2.2 приводятся наиболее точные данные коэффициентов метана.

Таблица 2.2 - Поправочные коэффициенты для метана

Вывод: количество выделяющего биогаза зависит от содержания органических веществ в отходах. Чем их больше, тем больше биогаза образуется при разложении.

Оценка выбросов парниковых газов при сжигании ТКО

Расчет прямых выбросов при сжигании отходов основывается на оценке количества углекислого газа и оксида азота (I).

Выбросы углекислого газа от сжигания ТКО рассчитываются по формуле:

(2.2)

где - масса диоксида углерода, выбрасываемого в атмосферу, т;

IW - масса топлива, т;

W_i - процентное содержание i-го компонента в ТКО;

FCF_i - доля ископаемого углерода в топливе;

OF_i - коэффициент окисления (рекомендуется принимать значение - 1);

44/12 - коэффициент перехода от углерода к углекислому газу.

Выбросы оксида азота (I) от сжигания ТКО рассчитываются по формуле:

, (2.3)

где - масса диоксида углерода, выбрасываемого в атмосферу, т;

IW - масса топлива, т;

EF_i - коэффициент выбросов N₂O (г N₂O/т отходов);

Доля ископаемого углерода (FCF_i) - определяет количество ископаемого углерода в разных категориях/видах отходов для оценки выбросов CO₂ от сжигания отходов, содержащих углерод ископаемого происхождения. При наличии данных о региональном компонентном составе ТБО (а также об элементном составе этих компонентов) можно использовать более точную методологию расчетов, приведенную в Справочном руководстве.

Коэффициент окисления углерода (OF_i) - показывает, какая часть углерода в сжигаемых отходах окисляется до CO₂. Рекомендуемое значение OF для всех категорий отходов составляет 1, при отсутствии дополнительной информации.

Коэффициент выбросов N₂O (EF). Величина выбросов N₂O при сжигании отходов зависит от их состава, использованных технологий и методов сокращения выбросов NOх. При отсутствии региональных данных для EF рекомендуется использовать данные таблицы 2.2.