Отработанные газы: «Вдох-выхлоп». Как влияют выхлопные газы на окружающую среду и людей? | ОБЩЕСТВО

Содержание

«Вдох-выхлоп». Как влияют выхлопные газы на окружающую среду и людей? | ОБЩЕСТВО

Автомобили наиболее агрессивны по отношению к окружающей среде в сравнении с другими видами транспорта. Это мощный источник химического, шумового и механического загрязнения.

Вред атмосфере

Зачастую выхлопными газами называют все выбросы в городскую атмосферу, в том числе котельных, заводов и других промышленных предприятий. На самом деле этим термином правильно называть только транспортные выбросы, которые появляются в результате переработки топлива.

Такие газы также называют отходящими. Выхлопные газы – продукт работы двигателей внутреннего сгорания, и, учитывая стремительный рост количества транспорта за последние 50 лет и, в частности, прирост личного автотранспорта в городах, выхлопные газы в воздухе городов обосновались всерьёз и надолго, и количество их только растёт. Сейчас именно отходящие газы – основная причина загрязнения воздуха в городе.
Они постоянно оказывают влияние на здоровье человека.

«По мере увеличения общего объёма автопарка интенсивно растёт и уровень вредного воздействия автомобилей на окружающую среду, – поясняет эколог Дмитрий Марков. – В начале 70-х годов учёные-гигиенисты определили, что доля загрязнений, которую вносят в атмосферу автомобили, в среднем равна 13%. Сейчас она достигла уже 50% и продолжает расти, а для городов и промышленных центров доля выбросов от выхлопных газов в общем объёме загрязнений значительно выше – до 70% и более. Это создаёт серьёзную экологическую проблему».

Все автомобили выбрасывают в воздух канцерогены и токсичные вещества. Состав выхлопных газов автомобиля меняется в зависимости от типа двигателя, бензиновый или дизельный, однако основной набор остаётся одинаковым. В состав автомобильных выхлопных газов входят как нетоксичные (азот, кислород, водяной пар, диоксид углерода), так и токсичные (оксид углерода, углеводороды, альдегиды, диоксид серы, сажа, бензапирен) химические вещества.

Мельчайшие частицы вредных соединений попадают в тело растения и отравляют его. Именно поэтому растущие у больших дорог или парковок газоны и деревья часто выглядят вяло, быстро желтеют и погибают.

Загрязнение воздуха выхлопными газами значительно повлияло на состав осадков. Из-за
автотранспорта идут кислотные дожди, появляются цветные туманы, выпадает тёмный снег. Конечно, осадки немного очищают воздух, но вся собранная грязь попадает в почву, что вызывает общее загрязнение окружающей среды выхлопными газами. Те же соединения и тяжёлые металлы через почву распространяются дальше: попадают в корм животных, в сельскохозяйственные культуры.

Вред для здоровья

Выхлопные газы могут нанести достаточно серьёзный вред здоровью человека, а
канцерогены – сажа и бензапирен, которые содержатся в них, – способствуют развитию
опухолей.

«Опасность оксида углерода или угарного газа заключается в том, что он не имеет вкуса и запаха, однако при высокой концентрации вызывает головокружение, головную боль, тошноту, может приводить к обморокам, – поясняет врач-терапевт Нина Копылова. – Этилированные бензины обогащают воздух свинцом, который считается одним из самых известных отравляющих компонентов в атмосфере. Углеводороды в выбросах автомобилей окисляются при попадании под действие солнечных лучей и образуют токсичные соединения с резким запахом. Они особенно сильно сказываются на работе верхних дыхательных путей и приводят к обострениям хронических заболеваний дыхательной системы».

Длительный контакт с выхлопными газами приводит к смерти, в частности – от отравления угарным газом. Наибольшая опасность этих выбросов состоит в их количестве, распространённости и мелком размере частиц, что позволяет выхлопам проходить через естественные барьеры организма и попадать в лёгкие.

При постоянном воздействии выхлопных газов на организм могут развиваться иммунодефицит, бронхиты, страдают сосуды головного мозга, нервная система и другие органы. Кроме того, большая часть токсичных веществ, входящих в состав выхлопных газов, может взаимодействовать друг с другом и с другими компонентами атмосферы, что способствует образованию смога.

Как защититься

Наибольший вред от выхлопных газов люди получают, находясь в пробках, где от автомобильных выбросов просто некуда бежать. В такой ситуации, если под рукой нет респиратора или противогаза, вдыхать выхлопы всё же придётся, однако можно закрыть нос и рот платком или шарфом. Полностью это от выхлопов не защитит, но хотя бы несколько сгладит ситуацию.

При постоянном воздействии выхлопов стоит разнообразить свое меню антиоксидантами, которые содержатся в ягодах, фруктах, зелёных овощах и зелёном чае, а также в семечках, также врачи советуют пить больше воды, так как она способствует детоксикации. Такой «допинг» помогает организму справляться с последствиями вдыхания химического коктейля и поддерживает здоровье.

Выхлопные газы снижают количество кислорода в крови и мешают нормальному газообмену. По этой причине стоит выезжать на полезные прогулки в пригород или в удалённый от дороги парк, чтобы подышать свежим воздухом.

Зачастую выхлопные газы проникают в дома, если под ними или вблизи есть дороги или парковки. Если нет возможности или желания переехать за город подальше от автодорог, можно создать в доме безопасные зоны.

«Чтобы понять, как защититься от выхлопных газов в квартире, нужно определить источник их появления, – говорит врач Алена Морозова

. – В большинстве случаев выхлопы проникают через окна. Лучшим решением будет установить герметичные окна, а проветривать помещение при помощи качественного бризера (компактная вентиляционная система). Он наполнит комнату свежим воздухом, очищенным от пыли, грязи, выхлопов и других загрязнителей».

В последние годы учёные разрабатывают биологические виды топлива, электромобили и всевозможные модификации двигателя, что в будущем позволит отказаться от углеводородного «корма» для автомобилей и сократит количество вредных выхлопных газов.

Фото: «АиФ-Новосибирск»

Как близость дороги влияет на здоровье человека – Наука – Коммерсантъ

Исследователи из King`s College в Лондоне установили, что загрязнение воздуха связано с повышенными рисками развития сердечно-сосудистых заболеваний, инсультов, сердечной недостаточности и бронхита.

Британские ученые проанализировали состояние здоровья людей, проживающих в условиях высокой загрязненности воздуха, по 13 показателям и затем сравнили полученные результаты со средними показателями по региону. У детей, проживающих вблизи оживленных трасс, было выявлено замедленное развитие легких: на 14% — в Оксфорде, 13% — в Лондоне, 8% — в Бирмингеме, 5% — в Ливерпуле, 3% — в Ноттингеме и 4% — в Саутгемптоне. Также выяснилось, что у людей, живущих в радиусе 50 м от крупной трассы, на 10% выше риск развития рака легких. Исследование проводилось в 13 городах Великобритании и Польши.

Ученые уверены, что, если бы содержание вредных примесей в воздухе снизилось хотя бы на пятую часть, это серьезно бы снизило заболеваемость бронхитом среди детей.

Мария Ведунова, доктор биологических наук, директор Института биологии и биомедицины Университета Лобачевского:

— Несомненно, выхлопные газы являются главной причиной развития целого ряда заболеваний, в том числе заболеваний легких.

Увеличение концентрации углекислого газа само по себе является крайне неблагоприятным фактором развития гиперкапнии (одной из форм гипоксии) и нарушения работы дыхательной системы. Зачастую вблизи крупных городских дорог уровень углекислого газа в десятки, а в крайних случаях и сотни раз превышает допустимые нормы. Но не только он опасен для здоровья людей. Выхлопные газы — один из основных источников загрязнения окружающей среды свинцом. Свинец (компонент топливных присадок, повышающих октановое число) крайне токсичен для детей, в том числе для развивающихся нервной и дыхательной систем, также он оказывает мощное тератогенное действие.

Взрослые также страдают от выхлопных газов и от близости к автозаправочным станциям. Не нужно забывать, что ароматические углеводороды, к которым относится бензин,— одни из самых сильных из известных онкогенов и мутагенов. Конечно, прежде всего эти вещества провоцируют рак легких, хотя они оказывают и комплексное влияние. Поэтому как и сами пары бензина, которые мы вдыхаем при заправке машин, так и не полностью сгоревшие продукты топлива оказывают крайне негативное влияние на человека.

Наиболее подвержены действию вредных веществ люди с ослабленной иммунной системой и системой детоксикации организма, то есть дети, пожилые и ослабленные болезнями жители городов. Несомненно, снижение загрязненности воздуха в городах — это один из магистральных путей увеличения продолжительности и качества жизни населения, именно поэтому так активно в европейских странах развиваются новые стандарты качества как топлива, так и системы очистки выхлопных газов. Кроме того, сейчас весь мир борется за «зеленые» города. Это связано с тем, что, как ни странно, самыми лучшими фильтрами выхлопных газов являются деревья. Они прекрасно улавливают и нейтрализуют все вредные вещества и увлажняют воздух, что крайне необходимо для правильной работы эпителия дыхательной системы человека, помогает ему очиститься от пыли — основного источника хронических неинфекционных заболевай дыхательной системы.

Александр Мелерзанов, декан факультета биологической и медицинской физики МФТИ:

— Современные исследования неопровержимо свидетельствуют о драматическом влиянии загрязнения окружающей среды на здоровье городских жителей. В частности, реснитчатый эпителий, выстилающий верхние дыхательные пути, функционирует как механизм очистки дыхательной системы от вредных веществ, попадающих туда с вдыхаемым воздухом. Со временем функция начинает нарушаться под воздействием внешних токсических агентов, таких как вдыхаемый дым при курении и другие химически активные вещества. В результате барьерно-очистительная функция нарушается, отсюда — развитие заболеваний системы. Также в результате интоксикации нарушается деятельность и других функциональных систем организма. Возможно провести аналогию между курением и избыточным загрязнением воздуха городов. Так как провести массовое переселение жителей из городов или быстро и кардинально улучшить состояние городской системы не представляется возможным, то можно привести многочисленные исследования, связанные с влиянием отказа от курения на здоровье, онкологическую заболеваемость, включая рак легких, и развитие болезней сердечно-сосудистой системы. ВОЗ разработала целую систему (AirQ+) оценки влияния качества воздуха на заболеваемость, качество жизни и потерянные годы жизни как результат развития заболеваний легких и сердечно-сосудистой системы.

Марина Секачева, доктор медицинских наук, директор Института кластерной онкологии, руководитель Центра персонализированной онкологии OncoTarget, Первый московский государственный медицинский университет им. И. М. Сеченова (Сеченовский университет):

— Мегаполисы диктуют свои правила жизни, и крайне сложно вычленить отдельные факторы, приводящие к повышению частоты различных заболеваний, в том числе рака легкого. Однако статистически доказано научными группами в разных странах, что с повышением уровня загрязнения воздуха прямо пропорционально возрастает и частота поражения органов дыхания. Загрязненность воздуха, в частности около оживленных трасс, повышает такой риск в 1,25–1,5 раза. Загрязнение воздуха в настоящее время признано правительствами, международными организациями и гражданским обществом одним из основных глобальных факторов риска для здоровья населения. Сегодня научное сообщество однозначно считает, что загрязнение воздуха увеличивает смертность и заболеваемость сердечно-сосудистыми и респираторными заболеваниями и раком легких и сокращает продолжительность жизни. Хотя загрязнение воздуха заметно снизилось в странах с высоким уровнем дохода, оно все еще было причиной около 5 млн случаев смерти в 2017 году, в основном в странах с низким и средним уровнем дохода, где загрязнение воздуха возросло за последние 25 лет.

Как всегда, в группы риска попадают люди, уже имеющие определенную предрасположенность (наследственную или приобретенную), а также дети и представители старшего поколения. Хорошо известно, что самым главным фактором риска развития рака легкого является курение, в том числе пассивное. Курение повышает риск развития рака легкого в три-четыре раза. В последние десятилетия усилиями всего мирового сообщества ведется активная пропаганда здорового образа жизни. В том числе в нашей стране, по свидетельству Всемирной организации здравоохранения, проводится эффективная и последовательная антитабачная кампания. Во многих странах созданы центры профилактики рака легкого, основной задачей которых становится привлечение внимания к проблемам курения и загрязнения воздуха. Крайне важно понимать, что прекращение курения в любом возрасте с любым стажем курильщика значительно снижает риск развития рака легкого. Никогда не поздно бросить курить! Это всегда целесообразно! Даже прекращение курения после диагностики рака легкого значительно продлевает жизнь пациентов.

Второй по значимости после курения причиной рака легкого становится загрязнение окружающей среды. Эта проблема хорошо известна и правительственным структурам всех стран, и научному сообществу. Борьба с загрязнением воздуха идет на всех уровнях, включая создание более экологичных производств, более экологичных транспортных средств, переход на альтернативные источники энергии и так далее. И мы еще находимся в начале этого пути.

Подготовила Мария Грибова

Что представляет собой теплообменник отходящих газов?

Теплообменник отходящих газов рекуперирует тепловую энергию из отработанных газов двигателя возвратно-поступательного действия, работающего на дизельном топливе, газе или биогазе, и использует ее для нагрева воды, которую затем можно использовать для отопления помещений, обогрева оборудования, охлаждения с помощью охлаждающего устройства или выработки электроэнергии системой на основе органического цикла Ренкина. В связке с генераторной установкой с приводом от двигателя такой теплообменник переводит двигатель из режима выработки только электроэнергии на комбинированное производство тепла и электроэнергии, что существенно повышает его относительный электрический КПД.

Принцип действия

Двигатель возвратно-поступательного действия преобразует тепловую энергию от сгорания топлива в механическую работу. Побочным продуктом этого процесса является тепло, отходящее от всех секций двигателя. При этом наибольшее количество тепла вырабатывается выхлопной системой. В тепло превращается до 50 % всей энергии топлива, поступающего в двигатель, а на выхлопную систему двигателя приходится 55 % от этого количества. Если это тепло не утилизировать тем или иным способом, ценный источник энергии будет просто выбрасываться в атмосферу земли. Благодаря установке теплообменника отходящих газов тепло из потока выхлопных газов двигателя можно рекуперировать и использовать для нагрева или охлаждения, без каких-либо дополнительных затрат с точки зрения потребления топлива.

Как это работает?

Выхлопные газы, выходящие из двигателя при температуре выше 500 ⁰C, проходят через центральный трубный сердечник теплообменника. Одновременно с этим через наружный корпус теплообменника циркулирует вода, которая проходит поверх и вокруг трубного сердечника, охлаждая выхлопные газы и передавая большую часть тепла газов водяному контуру.

Для чего используется тепло?

Полученная тепловая энергия может использоваться для различных бытовых, коммерческих и промышленных целей, в том числе для отопления помещений коммерческих предприятий, централизованного теплоснабжения и горячего водоснабжения жилых домов, обогрева технологического оборудования и термомасляного обогрева. При использовании двигателя Стирлинга или органического цикла Ренкина возможна выработка дополнительной электроэнергии или охлаждение с помощью охлаждающего устройства.

Преимущества для конечного пользователя

Помимо доступа к ценному источнику бесплатной энергии, теплообменник отходящих газов позволяет повысить общую производительность генераторной установки примерно с 30 % (только электроэнергия) до почти 60 % (совместная выработка тепла и электроэнергии). Благодаря рекуперации отработанного тепла из других секций двигателя (например, систем охлаждения, смазки и впуска воздуха) производительность можно увеличить почти до 80 %.

Что необходимо учитывать

Необходимо учитывать количество тепла, рекуперируемого из потока выхлопных газов, поскольку температура выхлопных газов, как правило, не должна опускаться ниже 120 ⁰C (для дизельных двигателей – ниже 180 ⁰C) во избежание загрязнения или образования конденсата внутри теплообменника, что может привести к преждевременному отказу.

Кроме того, необходимо установить оборудование для автоматического выключения двигателя с температурными датчиками в теплообменнике отходящих газов и двигателе. В случае останова газового контура необходимо обеспечить работу водяного контура до рассеяния остаточного тепла из теплообменника.

Заключение

Теплообменники отходящих газов – это весьма эффективный способ вторичного использования ценного источника энергии, который в противном случае будет просто выброшен. После рекуперации энергию можно применять в различных целях, сокращая тем самым затраты на энергию. Компания Bowman, ведущий производитель теплообменников отходящих газов в Великобритании, предлагает широкий ассортимент высококачественного оборудования для двигателей мощностью до 1 МВт, работающих на биогазе, дизельном топливе или природном газе, которое доказало свою надежность при работе в самых жестких условиях.

Чтобы получить более подробную информацию о теплообменниках отходящих газов компании Bowman, скачайте соответствующую брошюру здесь или свяжитесь с нашим техническим отделом сбыта по тел. +44 (0)121 359 5401.

Выхлопные газы испортили психическое здоровье новозеландцев, родившихся в 70-х. Выхлопными газами с большой концентрацией свинца дышало большинство городских жителей в 60—80-х годах прошлого века, пока не были приняты новые нормы о качестве бензина — Наука

В статье, опубликованной сегодня в журнале JAMA Psychiatry, они сообщают, что им удалось обнаружить связь между уровнем свинца в крови людей в 11-летнем возрасте и психическим здоровьем в 38-летнем. Этот вывод они делают с опорой на анализ данных лонгитюдного исследования, длящегося уже более 40 лет в Новой Зеландии, с выборкой около тысячи человек, родившихся в 1972—1973 годах. В тот период в Новой Зеландии содержание свинца в бензине и, соответственно, в выхлопных газах было одним из самых высоких в мире, отмечают авторы исследования.

В ходе наблюдений все испытуемые регулярно проходили различные медицинские тесты. Авторы новой работы взяли данные по содержанию свинца в их крови в 11-летнем возрасте: 94% из них имели показатели выше принятых сегодня норм (в то время же они не считались чем-то криминальным и требующим лечения). Второй набор данных был взят из обследований 2012 года: тогда испытуемые прошли, помимо прочих, и ряд психологических тестов. Диагностика охватывала 11 параметров, среди которых — зависимость от алкоголя, расстройства поведения, депрессии, генерализованное тревожное расстройство, фобии, обсессивно-компульсивное расстройство, шизофрения и др. Показания по этим критериям были использованы для расчета  единого показателя уровня психического здоровья (p-factor): чем выше его значение, тем чаще и тяжелее проявляется психиатрическая симптоматика. Также все исследуемые прошли тест Большой пятерки, по которому строится диспозициональная модель личности человека по пяти факторам — экстраверсии, доброжелательности, добросовестности, невротизму и открытости опыту.

Сопоставление двух параметров — уровня свинца в крови в 11-летнем возрасте и p-фактора в 38-летнем — продемонстрировало, что каждые лишние пять микрограммов свинца на децилитр крови в детстве дают в +1,34 балла по шкале общей психопаталогии во взрослом возрасте. Кроме того, обнаружилась и корреляция с некоторыми из личностных черт из Большой пятерки: подвергшиеся воздействию свинца набирали больше баллов по индексу невротичности, меньше — по доброжелательности и добросовестности.

В предыдущем исследовании авторы показали на той же выборке, что более высокий уровень свинца в детстве связан с более низким IQ и более низким социальным положением во взрослом возрасте. А далее ученые планируют посмотреть, повлияет ли тот же фактор на вероятность развития деменции и сердечно-сосудистых заболеваний.

 Евгения Береснева

Ученые обнаружили связь между выхлопными газами и раком мозга

  • Николай Воронин
  • Корреспондент по вопросам науки

Автор фото, Getty Images

Ученые впервые связали риск развития рака мозга с загрязнением воздуха ультрадисперсными частицами (УДЧ). Основным источником такого загрязнения являются выхлопные газы автомобилей — в особенности работающих на дизельном топливе.

К такому выводу пришли канадские медики по результатам исследования, которое должно быть опубликовано в следующем выпуске журнала Epidemiology.

Ученые подчеркивают, что большая выборка работы (почти 2 млн человек) убедительно доказывает наличие зависимости между концентрацией УДЧ и частотой возникновения рака мозга, однако это первое подобное исследование, так что подтвердить причинно-следственную связь можно будет лишь по итогам аналогичных результатов похожих работ.

Злокачественные опухоли мозга встречаются довольно редко — примерно в 20 раз реже, чем рак груди или простаты, — однако только в России ежегодно диагностируют около 10 тысяч новых случаев.

С 2007 по 2017 год смертность от рака мозга среди россиян (статистика включает и спинной мозг) выросла почти на четверть — это самый быстрый рост среди всех онкологических заболеваний.

В группе риска — горожане

Автор фото, Getty Images

УДЧ — это твердые частицы размером менее 100 нанометров, металлические или углеродосодержащие. Именно из-за своего чрезвычайно малого размера они не просто легко вдыхаются, но и скапливаются в легких, откуда могут быть захвачены кровью и попасть в любые другие органы.

Кроме того, было доказано, что в мозг они могут проникать напрямую через обонятельный нерв и накапливаться там.

Особенно остро проблема стоит в больших городах, где с загрязнением воздуха выхлопными газами сталкивается практически каждый житель.

Канадские ученые проанализировали медицинские истории 1,9 млн жителей двух крупнейших мегаполисов страны, Торонто и Монреаля. За 15 лет (1991-2016 гг.) рак мозга был диагностирован у 1400 пациентов.

Исследовав уровень загрязнения воздуха в разных районах, авторы исследования сравнили их с частотой возникновения злокачественных опухолей у местных жителей. Учитывалась концентрация не только УДЧ, но и более крупных частиц (размером до 2,5 мкм), а также диоксида азота (NO2).

Автор фото, Getty Images

Именно последние два компонента считаются наиболее опасными для здоровья загрязнителями, однако их содержание в воздухе оказалось никак не связано с риском развития в мозгу злокачественной опухоли.

А вот по мере увеличения концентрации УДЧ росли и показатели заболеваемости.

Жители районов со средним уровнем загрязнения (50 тысяч частиц/см3) заболевали раком мозга в полтора раза чаще, чем те, что жили в более чистых от выхлопных газов кварталах (15 тысяч/см3). У обитателей самых загрязненных районов (97 тысяч/см3) заболевание диагностировали почти в 2,3 раза чаще.

Авторы исследования ожидают, что аналогичные результаты будут получены и в других городах с высоким уровнем загрязнения выхлопными газами, поскольку «известно, что УДЧ проникают в человеческий мозг, а в группе риска находятся жители городских регионов по всему миру».

В Москве, например, по данным департамента природопользования и охраны окружающей среды, 90% загрязнений воздуха приходится на автомобили.

Исследование в Великобритании: выхлопные газы могут ухудшить память детей

29 октября 2020

Какая может быть связь между выбросами автомобилей и плохой памятью у детей? Оказывается, самая прямая. Daily mail сообщил о том, что британские исследователи опасаются замедленного развития когнитивных функций у детей, которые живут в районах с высоким уровнем загрязнения воздуха.

Анализ воздуха, проведенный в прошлом месяце по заказу благотворительных организаций Asthma UK и British Lung Foundation, показал, что более четверти британских школ, детских садов и колледжей находятся в районах с «опасно высоким» уровнем содержания в воздухе ультрадисперсных частиц PM2.5, которые могут вызвать приступы астмы у детей. Главным образом, воздух загрязняется от выхлопных газов и выбросов промышленных предприятий.

Профессор Марти Ван Тонгерен, специалист по охране окружающей среды из Манчестерского университета, заявил: «Имеющиеся данные указывают на то, что загрязнение воздуха влияет на когнитивное развитие детей, что может повлиять на уровень образования. Министры должны разработать политику для немедленного решения этой неотложной проблемы».

Исследователи из Манчестерского университета считают, что есть надежда улучшить память школьников на 6,1%, если сократить выхлопы на одну пятую. Между тем, представитель Департамента окружающей среды, продовольствия и сельского хозяйства (Defra), заявил, что план, направленный на «очистку транспорта», уже утвержден, и на его реализацию выделена сумма в 3,8 миллиарда фунтов стерлингов.

Сейчас неправительственная организация Global Action Plan, выступающая в поддержку борьбы с проблемами экологии, призывает правительство принять меры по сокращению загрязнения окружающей среды возле учебных заведений и дает рекомендации в рамках программы «Чистый воздух для школ». Одна из основных идей — сократить количество автотранспорта на прилегающих к образовательным учреждениям улицах.

Новости по теме

14 октября

13 октября

выхлопные газы мотоциклов опаснее дизельных автомобилей

13 февраля 2018

Ученые ДВФУ: выхлопные газы мотоциклов опаснее дизельных автомобилей

Остаточные продукты внутреннего сгорания в двигателе мотоцикла опасны для экологии и здоровья человека, выяснили ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ).  В новом выпуске авторитетного научного журнала Toxicology Reports вышла аналитическая статья по итогам исследования морфологии и химического состава твердых частиц в выхлопных газах мотоциклов. Авторский коллектив возглавили почетный доктор ДВФУ, главный токсиколог Европы, иностранный член Российской академии наук Аристидис Тсатсакис и проректор по научной работе ДВФУ, доктор биологических наук Кирилл Голохваст.

Одно из ключевых предположений ученых гласит, что современные двигатели мотоциклов вовсе не так безопасны для окружающей среды, как это может показаться. Учитывая мировой рост производства и продаж мотоциклов, особенно в Азии и Африке, остаточные продукты, не распавшиеся в процессе внутреннего сгорания в двигателях, становятся серьезным фактором, негативно влияющим на экологию.

Даже оснащенные системой дожигания вредных газов, современные двигатели мотоциклов являются источником выброса большого количества твердых частиц с высоким содержанием полиароматических углеводородов (ПАУ) размером менее 10 микрометров. Твердые частицы такого размера считаются самыми вредными для человека и окружающей среды. Многие их соединения классифицируются как канцерогенные, приводящие к мутациям или чреватые пороками развития. При этом мотоциклы и скутеры, несмотря на малый объем двигателей, обгоняют по выбросу в атмосферу подобных частиц даже дизельные автомобили.

В статье также сообщается, что частицы размером от 0,5 до 2,5 микрометров играют решающую роль в распределения солнечного света. Абсорбируя солнечные лучи, они становятся причиной различных микроклиматических эффектов.

Исследование проводилось для транспортных средств, эксплуатируемых на территории Приморского края. Изучению подверглись 44 единицы мотоциклов, скутеров, квадроциклов и водных мотоциклов, оснащенных разными типами двигательных и топливных систем.

По результатам их анализа сообщается, что четырехтактные инжекторные двигатели мотоциклов более безопасны в экологическом плане, чем двухтактные и карбюраторные. Также ученые ДВФУ предполагают, что к 2020 году двухтактные двигатели скутеров станут в Европе более серьезным источником загрязнения, чем все наземные транспортные средства вместе взятые.

«Необходимо проводить дальнейшие исследования токсических эффектов ПАУ, которые содержатся в выхлопных газах мотоциклов и оказывают негативное воздействие на здоровье человека и благополучие окружающей среды, — заявил проректор по научной работе ДВФУ Кирилл Голохваст. — Результаты будущих исследований могли бы помочь не только пониманию существующих рисков для человека и природы, но и разработке новых стандартов эффективного контроля выброса в атмосферу подобного рода частиц».

Масштабный исследовательский проект ДВФУ по изучению влияния выхлопных газов на экологию поддерживается Российским научным фондом и рассчитан до конца 2018 года. Главной площадкой для работы ученых в Дальневосточном федеральном университете выступает Научно-образовательный центр «Нанотехнологии» Инженерной школы.

Пресс-служба ДВФУ

Waste Gas — обзор

3.4 МЕТОДЫ И ОГРАНИЧЕНИЯ РАССЕЯНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ВОЗДУХА

Дымоходы и вентиляционные трубы были и остаются популярными для сброса отработанного газа из всех типов стационарных источников, больших и малых. На тепловых электростанциях, плавильных заводах, нефтеперерабатывающих заводах и даже в бытовых отопительных приборах для удаления отработанных газов используются методы сброса и рассеивания. Однако серьезные проблемы могут возникнуть, если источник очень большой (то есть имеет высокую массовую скорость выброса), выходящий в стабильную воздушную массу.При возникновении длительной инверсии может потребоваться временная остановка установки для защиты здоровья населения.

Простое рассеивание дымовых газов от крупных источников выбросов в настоящее время менее приемлемо из-за ограниченной способности атмосферы высокоразвитых промышленных регионов земного шара принимать дальнейшую нагрузку. Выброшенные твердые частицы снова выпадают только в непосредственной близости. Выбросы дыма, тумана и тумана, хотя они более широко рассеяны, также в конечном итоге возвращаются на поверхность земли, поскольку они коагулируют или сливаются в более крупные агломерированные частицы или вымываются из атмосферы в виде осадков.Выброшенные газы имеют наилучшие перспективы эффективного рассеивания, но также в конечном итоге возвращаются, адсорбировавшись или вступив в реакцию с другими газами, частицами или водой и осадками. Таким образом, более высокий дымоход просто распространяет комбинированные осадки от этих процессов на более широкую территорию; он не снижает общую атмосферную нагрузку или скорость выпадения осадков.

Несколько высоких дымоходов в одной зоне, как правило, создают перекрытие шлейфа на некотором расстоянии с подветренной стороны от исходных точек выпуска. Этот эффект сводит на нет снижение концентраций загрязнителей воздуха на уровне земли, изначальную цель высокой трубы, из-за уменьшения возможности разбавления за счет горизонтальной диффузии (рис. 3.3а).

Рисунок 3.3. (a) Горизонтальные и (b) вертикальные сечения выбросов из дымовой трубы, показывающие, как перекрывающиеся шлейфы и виртуальные эффекты дымовых труб увеличивают концентрации загрязняющих веществ в окружающем воздухе на уровне земли выше, чем можно было бы ожидать из простых расчетов диффузионного конуса.

Если предполагается использование дымохода, важно, чтобы он располагался таким образом, чтобы соседние здания или природные объекты, такие как холмы или овраги, не улавливали сбрасываемые отходящие газы близко к земле.Также следует избегать обратной промывки, нисходящего потока, возникающего на подветренной стороне любого элемента большой поверхности, или завихрений, которые могут возникать в той же плоскости вокруг углов препятствий. Любой из этих факторов может вызвать столкновение струи с землей гораздо ближе к месту выброса, чем ожидалось, и, следовательно, может вызвать более высокие концентрации компонентов выпускаемых выхлопных газов вблизи места выброса, чем предполагалось.

Основной целью сброса отработанных газов в дымовую трубу является получение минимального или нулевого превышения приземных концентраций сбрасываемых газов в непосредственной близости от дымовой трубы.Точка выброса дымовой трубы должна быть достаточно высокой, чтобы происходила достаточная диффузия выпущенных газов, чтобы разбавить эти газы и сделать их концентрации приемлемыми в точке пересечения диффузионного конуса с землей. Для любой заданной скорости выброса массы уравнение. 3.10 может использоваться в качестве приблизительного ориентира для оценки воздействия на уровень земли

3.10 Концентрация на уровне земли = K (м / uh3)

где
m = массовая скорость выброса
u = скорость ветра
H = эффективная высота дымовой трубы

концентрация выбрасываемого газа, которую можно было бы ожидать при различных высотах дымовой трубы и скорости ветра в точке разряда. В этом выражении «эффективная высота штабеля» соответствует физической высоте штабеля плюс подъем шлейфа. Подъем плюма получается за счет сочетания теплового (плавучего) подъема и увеличения количества движения. Компонент высоты из этого фактора определяется как расстояние по вертикали между верхом штабеля и точкой, в которой центральная линия шлейфа выравнивается с точностью до 10 ° от горизонтали. В случае теплого или принудительного выброса с помощью вентилятора подъем струи может значительно увеличить фактическую высоту дымовой трубы, существенно увеличивая эффективную высоту выброса.Однако большинство реальных ситуаций намного сложнее, чем можно разумно аппроксимировать с помощью этого выражения, поэтому обычно требуются более сложные выражения для учета большего числа переменных [19].

Точка столкновения твердых частиц или место на земле, где продукты выброса штабеля находятся в максимальном количестве, примерно в три или четыре раза превышают эффективную высоту штабеля. Для газов это примерно в 10 раз превышает эффективную высоту дымовой трубы. Влияние «эффекта виртуальной трубы» предотвращает дальнейшее диффузионное разбавление дымовых газов вниз за пределы точки столкновения из-за наличия грунта (рис. 3.3b). Следовательно, в точках, более удаленных от дымовой трубы, чем эта, концентрация любых выбрасываемых газов на уровне земли все еще продолжает уменьшаться, но оказывается примерно вдвое больше, чем можно было бы спрогнозировать с помощью простых расчетов диффузионного конуса.

Эффективная высота дымохода или эффективность рассеивания сточных вод может быть улучшена любым из ряда мер.Может помочь добавление жокейной стойки, дополнительной стойки меньшего диаметра, устанавливаемой поверх существующей установки. Или улучшение может быть достигнуто за счет повышения температуры или скорости дымовых газов для получения большего подъема шлейфа. Инверсии долин можно избежать, проложив воздуховоды вверх по склону холма для разгрузки через штабель наверху, используя преимущества как увеличенной высоты над инверсионным слоем, так и более высоких скоростей ветра для более эффективного рассеивания. Скорость диффузии и диспергирования при стабильных условиях воздуха также можно улучшить за счет использования вихревых колец или сверхвысоких штабелей.Но в конечном итоге, особенно при очень больших установках, разгрузочных в зонах, где часто происходят перевороты, необходимо рассмотреть меры сдерживания того или иного рода в сочетании со сливом из дымовой трубы.

Отходящие газы как сырье для передового биотоплива

Обзор

Отходящие газы энергетических предприятий и промышленных процессов потенциально могут улавливаться и превращаться в передовое биотопливо. Был разработан ряд проектов, которые улавливают углекислый газ и используют его для выращивания водорослей, которые затем превращаются в биотопливо.

Исторически биогаз (свалочный газ), производимый на свалках, был еще одним потенциальным источником возобновляемой энергии. Однако такие проблемы, как миграция газа, длительный жизненный цикл свалок (требующий многих десятилетий управления), риск токсичных выщелачиваний и нехватка доступной земли, означают, что все больше предпринимаются усилия по сокращению количества захораниваемых отходов. в Европе и во всем мире.

В настоящее время предпочтительным вариантом является разделение твердых бытовых отходов (в источниках или центрах обращения с отходами) на различные фракции: гниющие отходы, пригодные для повторного использования материалы и SRF твердого рекуперированного топлива (фракция ТБО, которая не может быть переработана e.грамм. измельченный текстиль, дерево, бумага, картон и пластик. Как SRF, так и органические отходы имеют высокий потенциал для производства биоэнергии и биотоплива посредством газификации и анаэробного сбраживания, соответственно.

Проектов, финансируемых ЕС

Steelanol направлена ​​на преобразование богатых углеродом промышленных отходящих газов в усовершенствованный биоэтанол для использования в транспортном секторе с помощью новой технологии газовой ферментации. Технология, которая будет разработана и испытана в этом проекте, позволит улавливать и повторно использовать часть углерода, выбрасываемого сталелитейной промышленностью, без необходимости восстановления сталелитейного завода BAT (Best Available Technologies), обеспечивая транспортный сектор биотопливом высокого качества. , которые никоим образом не конкурируют с продовольственными культурами или землями для продовольственных культур.Продолжительность: 2015-2018 гг.

Промышленные предприятия по производству этанола LanzaTech

Отходящие газы промышленных процессов также являются потенциальным сырьем для производства биоэнергии и биотоплива. Например, компания LanzaTech, Новая Зеландия, разработала метод улавливания богатых углеродом отходящих газов промышленного производства стали, которые затем ферментируются и химически превращаются для использования в качестве топлива для реактивных двигателей с использованием микробов (разработанный с помощью синтетической биологии). Эта технология используется в сочетании с передовыми процессами Swedish Biofuels для преобразования спиртов в топливо для реактивных двигателей.

В декабре 2014 года LanzaTech объявила о вложении 60 млн долларов в акционерный капитал Новозеландского пенсионного фонда. В апреле 2015 года China Steel Corp, Тайвань, объявила об одобрении инвестиции в размере 46 миллионов долларов США в коммерческое предприятие LanzaTech по производству этанола.

Исследования

В 2016 году в отчете «Интегрированный биопроцесс преобразования газообразных субстратов в жидкости», опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), описан процесс преобразования синтез-газа — синтетического газа, который преимущественно включает смесь водорода и окиси углерода. и диоксид углерода — в жидкие липиды, которые можно использовать в качестве топлива.
Биоконверсия включает два основных этапа, на первом из которых синтез-газ перерабатывается в уксусную кислоту (концентрированный уксус) в анаэробном биореакторе с использованием бактерий. Затем уксусная кислота используется в качестве субстрата для маслопродуктивных дрожжей, которые аэробно превращают ее в липиды (Источник и подробнее: Biofuels International).

Основная информация о свалочном газе

На этой странице:

Свалочный газ (свалочный газ) — это естественный побочный продукт разложения органических материалов на свалках. Свалочный газ состоит примерно на 50 процентов из метана (основного компонента природного газа), на 50 процентов из двуокиси углерода (CO 2 ) и небольшого количества неметановых органических соединений. Согласно последнему отчету Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) (AR5), метан является мощным парниковым газом, который в 28–36 раз более эффективен, чем CO 2 , улавливая тепло в атмосфере в течение 100-летнего периода.

Узнайте больше о выбросах метана в США.

Выбросы метана со свалок

Примечание: все оценки выбросов из Реестра U.S. Выбросы и стоки парниковых газов: 1990–2019 гг.

Увеличить изображение для сохранения или печати

Свалки твердых бытовых отходов (ТБО) являются третьим по величине источником антропогенных выбросов метана в США, на них в 2019 году приходится примерно 15,1% этих выбросов. Выбросы метана от ТБО. свалки в 2019 году были примерно эквивалентны выбросам парниковых газов (ПГ) от более чем 21,6 миллиона легковых автомобилей, эксплуатируемых в течение одного года, или выбросам CO 2 от почти 12. 0 миллионов домов потребляют энергию в течение одного года. В то же время выбросы метана со свалок ТБО представляют собой упущенную возможность улавливать и использовать значительный энергетический ресурс.

Когда ТБО впервые размещаются на свалке, они проходят стадию аэробного (с кислородом) разложения, когда образуется мало метана. Затем, обычно менее чем за 1 год, устанавливаются анаэробные условия, и производящие метан бактерии начинают разлагать отходы и вырабатывать метан.

На следующей диаграмме показаны изменения в типичном составе свалочного газа после размещения отходов.Бактерии разлагают свалочные отходы в четыре этапа. Состав газа меняется с каждой фазой, и отходы на полигоне могут подвергаться разложению сразу в несколько фаз. Масштаб времени после размещения (общее время и продолжительность фазы) зависит от условий захоронения.

Рисунок адаптирован из ATSDR 2008. Глава 2: Основные сведения о свалочном газе. In Landfill Gas Primer — Обзор для специалистов по охране окружающей среды. Рисунок 2-1, стр. 5-6. https://www.atsdr.cdc.gov/HAC/landfill/PDFs/Landfill_2001_ch3mod.pdf (PDF) (12 стр., 2 МБ)

Дополнительные сведения см. В главе 1. «Основы энергии из свалочного газа» в Руководстве LMOP по разработке энергетических проектов по производству свалочного газа.

В октябре 2009 года EPA выпустило правило (40 CFR Part 98), которое требует отчетности о выбросах (ПГ) от крупных источников и поставщиков в США и предназначено для сбора точных и своевременных данных о выбросах для обоснования будущих политических решений.

Ежегодно EPA выпускает отчет о инвентаризации, чтобы представить оценки правительства США U.S. Выбросы и поглотители парниковых газов, связанные с деятельностью человека, за каждый год с 1990 года. Выбросы из сектора отходов, а также из других секторов представлены в этом кадастре.

Сбор и очистка свалочного газа

Вместо того, чтобы улетучиваться в воздух, свалочный газ можно улавливать, преобразовывать и использовать в качестве возобновляемого источника энергии. Использование свалочного газа помогает уменьшить запахи и другие опасности, связанные с выбросами свалочного газа, а также предотвращает миграцию метана в атмосферу и внесение вклада в местный смог и глобальное изменение климата.Кроме того, проекты по производству свалочного газа приносят доход и создают рабочие места в сообществе и за его пределами. Узнайте больше о преимуществах использования LFG.

На графике показан сбор и переработка свалочного газа для производства метана для различных целей. Во-первых, свалочный газ собирается по вертикальным и горизонтальным трубам, закапываемым на полигоне ТБО. Затем LFG обрабатывается и обрабатывается для использования. На графике показаны потенциальные конечные области использования свалочного газа, включая промышленное / институциональное использование, декоративно-прикладное искусство, трубопроводный газ и автомобильное топливо. На этом графике показаны три этапа обработки свалочного газа. Первичная обработка удаляет влагу, когда газ проходит через выталкивающую емкость, фильтр и воздуходувку. Вторичная обработка включает использование доохладителя или другого дополнительного удаления влаги (при необходимости) с последующим удалением силоксана / серы и сжатием (при необходимости). После удаления примесей на этапе вторичной очистки свалочный газ можно использовать для выработки электроэнергии или в качестве топлива со средним БТЕ для декоративно-прикладного искусства или котлов. Усовершенствованная обработка удаляет дополнительные примеси (CO2, N2, O2 и ЛОС) и сжимает свалочный газ в газ с высоким содержанием британских тепловых единиц, который можно использовать в качестве автомобильного топлива или закачивать в газопровод.Отходящий / остаточный газ направляется на факел или в установку термического окисления.

Блок-схема базовой системы сбора и обработки биогаза

свалочный газ извлекается со свалок с помощью ряда скважин и системы нагнетания / факела (или вакуума). Эта система направляет собранный газ в центральную точку, где он может обрабатываться и обрабатываться в зависимости от конечного использования газа. С этого момента газ можно сжигать на факеле или выгодно использовать в проекте по производству свалочного газа. Нажмите на блок-схему, чтобы просмотреть более подробную информацию, включая фотографии систем сбора и обработки свалочного газа.

— Нажмите на блок-схему, чтобы просмотреть подробности —

Типы энергетических проектов на свалочном газе

Существует множество вариантов преобразования свалочного газа в энергию. Различные типы энергетических проектов с использованием свалочного газа сгруппированы ниже по трем широким категориям — производство электроэнергии, прямое использование газа средней БТЕ и возобновляемые источники природного газа. Описание технологий проекта включено в каждый тип проекта. Для получения дополнительной информации о вариантах технологии энергетических проектов на свалке, а также о преимуществах и недостатках каждого из них, см. Главу 3.Варианты проектных технологий в Справочнике по разработке энергетических проектов LMOP.

Производство электроэнергии

Около 70 процентов действующих в настоящее время проектов по производству свалочного газа в Соединенных Штатах вырабатывают электроэнергию. Различные технологии, включая поршневые двигатели внутреннего сгорания, турбины, микротурбины и топливные элементы, могут использоваться для выработки электроэнергии для использования на месте и / или продажи в сеть. Поршневой двигатель является наиболее часто используемой технологией преобразования для электроснабжения свалочного газа из-за его относительно низкой стоимости, высокой эффективности и диапазонов размеров, которые дополняют выход газа на многих полигонах.Газовые турбины обычно используются в более крупных проектах по производству свалочного газа, в то время как микротурбины обычно используются для небольших объемов свалочного газа и в нишевых приложениях.

В проектах когенерации, также известной как комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ), свалочный газ используется для выработки как электроэнергии, так и тепловой энергии, обычно в виде пара или горячей воды. Несколько проектов когенерации с использованием двигателей или турбин были реализованы на промышленных, коммерческих и институциональных предприятиях с использованием двигателей или турбин. Повышение эффективности использования тепловой энергии в дополнение к выработке электроэнергии может сделать этот тип проекта очень привлекательным.

Прямое использование газа средней БТЕ

Непосредственное использование свалочного газа для компенсации использования другого топлива (например, природного газа, угля или мазута) встречается примерно в 17 процентах действующих в настоящее время проектов. Свалочный газ можно использовать непосредственно в бойлере, сушилке, печи, теплице или другом тепловом оборудовании. В этих проектах газ направляется непосредственно ближайшему клиенту для использования в оборудовании для сжигания в качестве замены или дополнительного топлива. Требуется лишь ограниченное удаление конденсата и фильтрация, хотя могут потребоваться некоторые модификации существующего оборудования для сжигания.

LFG также можно использовать непосредственно для испарения фильтрата. Испарение фильтрата с использованием свалочного газа — хороший вариант для свалок, где удаление фильтрата на предприятии по восстановлению водных ресурсов недоступно или дорого. Свалочный газ используется для испарения фильтрата в более концентрированный и более легко удаляемый объем стоков.

Инновационные способы прямого использования газа со средним БТЕ, включая обжиг керамических изделий и стеклодувные печи; питание и обогрев теплиц; и испарение отработанной краски. Текущие отрасли, использующие свалочный газ, включают автомобилестроение, химическое производство, производство продуктов питания и напитков, фармацевтику, производство цемента и кирпича, очистку сточных вод, бытовую электронику и продукты, производство бумаги и стали, а также тюрьмы и больницы.

Возобновляемый природный газ

LFG может быть преобразован в возобновляемый природный газ (RNG), газ с высоким содержанием британских тепловых единиц, путем обработки путем увеличения содержания в нем метана и, наоборот, снижения содержания CO 2 , азота и кислорода. RNG может использоваться вместо ископаемого природного газа в качестве газа трубопроводного качества, сжатого природного газа (CNG) или сжиженного природного газа (LNG). Около 13 процентов действующих в настоящее время энергетических проектов с использованием свалочного газа создают ГСЧ.

Варианты использования ГСЧ включают тепловые приложения, для выработки электроэнергии или в качестве топлива для транспортных средств.ГСЧ можно использовать на месте добычи газа или закачивать в трубопроводы для транспортировки или распределения природного газа для доставки в другое место.

Свалка твердых бытовых отходов (ТБО) — это отдельный участок земли или раскопок, куда поступают бытовые отходы, а также другие типы неопасных отходов. Сбор свалочного газа обычно начинается после того, как часть свалки, известная как «ячейка», закрывается для размещения отходов.

Компактирование отходов на действующем полигоне Мусоровозы на действующем полигоне Закрытая ячейка действующего полигона Закрытая свалка Системы сбора свалочного газа

могут быть сконфигурированы как вертикальные колодцы или горизонтальные траншеи. Наиболее распространенный метод — бурение вертикальных скважин в массе отходов и подключение устьев скважин к боковым трубам, по которым газ транспортируется к коллекционному коллектору с помощью нагнетателя или вакуумно-индукционной системы. Горизонтальные траншейные системы полезны в зонах активной засыпки. Некоторые свалки используют комбинацию вертикальных колодцев и горизонтальных коллекторов. Операторы системы сбора «настраивают» или регулируют скважинное поле для улучшения сбора.

Бурение вертикальной скважины
(Фото любезно предоставлено Smith Gardner, Inc.) Создание траншеи для установки горизонтального коллектора
Боковая линия от удаленного вертикального устья скважины
(фото любезно предоставлено Smith Gardner, Inc.) Установка соединительной трубы к главному коллектору
(Фото любезно предоставлено Smith Gardner, Inc.) Устьевой и регулирующий клапан
на вертикальном колодце Группа вертикальных устьев
на участке поля Мембрана над крышкой скважин
(Фото любезно предоставлено Smith Gardner, Inc. ) Проведение испытания под давлением трубы
для свалочного газа (фото любезно предоставлено Smith Gardner, Inc.)

Базовая установка для переработки свалочного газа включает в себя выталкивающий барабан для удаления влаги, воздуходувки для создания вакуума для «вытягивания» газа и давления для транспортировки газа и факел. Системные операторы контролируют параметры, чтобы максимизировать эффективность системы.

Блок базовой обработки с отводом конденсата, воздуходувками и факелом для свечей Блок базовой обработки с отводом конденсата, воздуходувками и теплообменником Закрытый факел LFG
Панели управления, устанавливаемые на салазках, контролируют такие параметры свалочного газа, как вакуум, температура и расход Интерфейсный выход для потока свалочного газа и качества газа (фото любезно предоставлено Smith Gardner, Inc) Система SCADA для измерения потока свалочного газа в нагнетательные, факельные и генераторные установки (фото любезно предоставлено Smith Gardner, Inc)

Использование свалочного газа в системе рекуперации энергии обычно требует некоторой обработки газа для удаления избыточной влаги, твердых частиц и других примесей. Тип и степень очистки зависят от характеристик свалочного газа и типа системы рекуперации энергии. Некоторые конечные применения, такие как инжекция трубопроводов или проекты автомобильного топлива, требуют дополнительной очистки и сжатия свалочного газа.

Фильтры могут удалять химические соединения, такие как силоксаны или сероводород. Пример компрессора мощностью 600 лошадиных сил для проекта закачки свалочного газа в трубопровод Башни очистки на проекте закачки свалочного газа в трубопровод для удаления CO2, воды, сероводорода, силоксанов и других примесей с помощью процесса с физическим растворителем

экономия денег и окружающей среды

Wärtsilä GasReformer покидает Финляндию по пути в Бермео, Испания.

Задача — превратить отработанный газ в топливо

Идея проекта впервые всплыла на поверхность осенью 2015 года.

Клиент Wärtsilä, одна из крупнейших в мире компаний по транспортировке, хранению и производству морской энергии, был очень доволен. заинтересован в том, чтобы взглянуть на технологию газового риформинга на практике в морской промышленности. Эта технология используется в основном в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, и Wärtsilä была полна решимости убедить клиента в том, что эту технологию можно перенести в другую среду.

Заказчик управляет челночным транспортом от берега к берегу в Северном море, которое является зоной контроля выбросов (ECA), и существуют ограничения на типы газов, которые могут быть сброшены — углеводороды и CO2 не могут быть сброшены, для пример. Во время пятидневного перелета туда и обратно заказчик собрал около 500 кубометров сжиженного топлива (120 000 Нм3 ЛОС). Заказчик хотел использовать его в качестве топлива, вместо того, чтобы выпускать газ в атмосферу из резервуара или просто пытаться затолкать его обратно в груз.

Заказчик предоставил Wärtsilä сжиженные летучие органические соединения (LVOC), которые представляют собой очень тяжелое углеводородное сырье, для работы с ними на испытательной установке с двигателем Wärtsilä. Это было предпосылкой для этого тестового образца. (Рис. 1)

Рис. 1 — Газовый риформер и его интерфейс к DF.

Процесс сжигания тяжелых газов

Проектирование установки было завершено в ноябре 2015 года. С декабря 2015 года по февраль 2016 года установка была построена в Финляндии.Затем он был доставлен в Испанию, где у Wärtsilä есть испытательные установки для двигателей. Весной 2016 года установка завершила этап ввода в эксплуатацию, а затем в июне были проведены внутренние испытания Wärtsilä.

Технология GasReformer основана на паровом риформинге (SR), каталитическом процессе, известном из нефтехимической промышленности и нефтеперерабатывающих заводов, где традиционно водород получают из различного углеводородного сырья. Wärtsilä GasReformer использует тот же каталитический процесс, но работает в других условиях.В установке риформинга метановое число (МН) любого топливного газа повышается до 100 ± 5 за счет преобразования более тяжелых углеводородов в синтез-газ (h3 + CO) и, наконец, в метан (Ch5).

Как это работает?

Wärtsilä GasReformer принимает исходный газ и «полирует» его. Он гарантирует, что не остается серы, а затем впрыскивает пар в поток перед подачей его в каталитический реактор. На поверхности катализатора все более тяжелые углеводороды разделяются на более мелкие компоненты, в основном метан и другие компоненты, содержащие только один атом углерода.Углеродная цепь разрезается на мелкие кусочки, а затем снова наращивается, чтобы окончательно образовать метан с небольшим количеством водорода и углекислого газа. Затем Wärtsilä GasReformer охлаждает его, отделяет весь избыточный пар в системе и подает его прямо в двигатель Wärtsilä 6L20DF. (Рис. 2)

Рис. 2 — Выбросы парниковых газов в цепочке добавленной стоимости в нефтегазовой отрасли (производство).

Как работал газовый риформер Wärtsilä?

В июле 2016 года для заказчика была проведена демонстрация использования пилотного газового реформатора в сочетании с двигателем Wärtsilä 6L20DF. GasReformer успешно продемонстрировал свою способность преобразовывать LVOC в высококачественный газ, который успешно использовался в двигателе Wärtsilä 20DF. Было также подтверждено, что выбросы оксида азота (NOx) соответствуют ограничениям Tier III Международной морской организации (IMO) при эксплуатации двигателя на реформированном LVOC. Кроме того, на двигателе были проведены успешные испытания смешения с использованием некоторых соотношений нереформированного LVOC, смешанного непосредственно с СПГ.

LVOC — это тяжелый топливный газ, состоящий в основном из компонентов C3-C5, которые двигатель не может принять, даже если он будет снижен.Следовательно, если есть какой-либо интерес в использовании ЛОС или отходящих газов (BOG), например от очень больших газовозов (VLGC) или газовозов, в качестве топлива для двигателей DF, нет другого осуществимого пути, кроме улучшения MN (либо с помощью GR, либо путем смешивания с LNG).

Несмотря на работу с чрезвычайно тяжелым топливным газом, установка Wärtsilä GasReformer произвела конечный топливный газ, который работал с более низкими выбросами NOx, чем даже природный газ.

По всем параметрам демонстрация для заказчика прошла успешно.

Какие преимущества риформинга доказаны для клиентов?

Установка Wärtsilä GasReformer в Бермео, Испания, продемонстрировала свою способность преобразовывать LVOC в метан. Это также позволяет Wärtsilä GasReformer использовать газообразное топливо, которое либо содержит большое количество более тяжелых углеводородов (C4 +), либо различается по своему составу. Газы, которые раньше считались отходами, теперь могут быть преобразованы в ценный источник энергии.

Проблемы, связанные с капитальными / эксплуатационными расходами (CAPEX / OPEX), очевидно, по-прежнему вызывают у многих клиентов, и именно здесь Wärtsilä GasReformer превосходит свои преимущества.

За счет сокращения выбросов парниковых газов (ПГ) в цепочке создания стоимости нефти и газа, за счет извлечения сброшенных и выброшенных углеводородов и их использования для производства электроэнергии оператор или владелец получит значительную экономию. Например, в расходах на заправку, бункеровку и транспортировку экономия может составить около 50%.

Когда дело доходит до судов, работающих на СПГ, технология GasReformer может использоваться для контроля качества топливного газа, заботясь о том, чтобы метановое число топливного газа, поступающего в двигатель DF, всегда было выше 80.Бортовой контроль метанового числа обеспечит гибкость в отношении качества СПГ и бункеровки. (Рис 3).


Рис. 3 — Контроль качества топливного газа с помощью GasReformer обеспечивает гибкость в отношении качества СПГ и бункеровки на судах, работающих на СПГ.

Экология также приносит пользу

Этот новый процесс может похвастаться экологическими преимуществами, связанными с преобразованием отработанного газа в пригодное для использования топливо. Морское сжигание газа в факелах все чаще признается серьезной экологической проблемой, вызывающей 400 миллионов тонн CO2 в ежегодных выбросах, не говоря уже о ценных ресурсах, которые тратятся впустую. При рассмотрении вентилируемых BOG, то есть летучих органических соединений морской промышленности, общий эффект парниковых газов становится еще более выраженным.

Благодаря установке Wärtsilä GasReformer этот отработанный газ может надежно и эффективно использоваться двухтопливными двигателями Wärtsilä (DF). При использовании попутного газа или извлеченных с танкеров или газовозов BOG в качестве надежного источника энергии оператор может достичь самообеспеченности с точки зрения энергоснабжения. Таким образом, уменьшается потребность в бункеровке топлива или повторном сжижении BOG, которые являются дорогостоящими операциями.Используя газовый риформер Wärtsilä мощностью 10 МВт в сочетании с двигателем DF, оператор может снизить потребность в бункерованном мазуте на 39 тонн в день (TPD) и сократить сжигание более чем на 1,1 миллиона стандартных кубических футов газа в день (MMSCFD), что равняется> 100 т / д эквивалента диоксида углерода (CO2eq). В тех случаях, когда ЛОС обычно сбрасывается, выбросы парниковых газов сокращаются на 10,6 т / д эквивалента СО2 на тонну рекуперированных ЛОС.

Какая отрасль получит наибольшую выгоду от газового реформатора Wärtsilä?

Морская отрасль выиграет больше всего, потому что самая большая выгода для морской отрасли — это немедленное снижение затрат на первичное топливо, транспортировку и бункеровку.Морская промышленность со всеми нефтегазодобывающими предприятиями также обладает лучшими знаниями и пониманием процессов обработки газа.

Если заказчик производит, например, СПГ на шельфе, существуют побочные потоки, такие как сжиженный природный газ от производства СПГ или отходящие газы. Эти и другие побочные потоки можно использовать для выработки электроэнергии, поэтому не будет необходимости в оборудовании для обработки побочных потоков, таком как повторное сжижение, хранение или отгрузка.

Суда, работающие на СПГ, также могут воспользоваться этой технологией, если она может гарантировать работу двигателя при полной нагрузке без ограничений по качеству СПГ или бункеровке.Такой контроль качества топливного газа облегчит работу и повысит гибкость.

Инвестиции в новые экологически чистые технологии обычно окупаются от одного до трех лет.

Резюме

Компания Wärtsilä доказала, что в установке газового риформинга можно использовать газообразное топливо, которое либо различается по составу, либо содержит большое количество более тяжелых углеводородов. Газы, которые раньше считались отходами, теперь могут быть преобразованы в ценный энергетический ресурс. Это очень важно, особенно в оффшорной и морской отраслях, где экономия затрат и соблюдение экологических норм имеют решающее значение.

2 Ресурсы газообразных углеродных отходов | Утилизация потоков газообразных углеродных отходов: состояние и потребности исследований

Аллен Д. Т., Д. Салливан, Д. Завала-Арайза, А. Пачи, М. Харрисон, К. Кин, М. Фрейзер, А. Д. Хилл, Б. К. Лэмб, Р. Ф. Сойер и Дж. Х. Сейнфельд. 2015. Выбросы метана от технологического оборудования на объектах добычи природного газа в Соединенных Штатах: разгрузка жидкости. Наука об окружающей среде и технологии 49 (1): 641-648, DOI: 10.1021 / es504016r.

Аллен, Д.Т., Д. Смит, В. М. Торрес и Ф. Кардосо Салданья. 2016. Выбросы двуокиси углерода, метана и сажи от сжигания нефти и газа в США. Текущее мнение в области химической инженерии 13: 119-123.

Альварес, Р.А., Д. Завала-Арайса, Д. Р. Лион, Д. Т. Аллен, З. Р. Баркли, А. Р. Брандт, К. Дж. Дэвис, С. К. Херндон, Д. Джекоб, А. Карион, Е. А. Корт, Б. К. Лэмб, Т. Лово, Дж. Д. Маасаккерс, А. Дж. Marchese, M. Omara, SW Pacala, J. Peischl, ALРобинсон, П. Б. Шепсон, К. Суини, А. Таунсенд-Смолл, С. К. Вофси и С. П. Гамбург. 2018. Оценка выбросов метана в цепочке поставок нефти и газа США. Наука 361 (6398): 186-188, DOI: 10.1126 / science.aar7204.

Боден Т.А., Дж. Марланд и Р. Дж. Андрес. 2017. Глобальные, региональные и национальные выбросы ископаемого топлива CO 2 . Центр анализа информации по двуокиси углерода, Национальная лаборатория Ок-Ридж, Министерство энергетики США, Ок-Ридж, Теннесси, doi: 10.3334 / CDIAC / 00001_V2017.

EESI (Институт экологических и энергетических исследований). 2017. Информационный бюллетень — Биогаз: преобразование отходов в энергию, под редакцией Сары Танигава. Доступно по адресу http://www.eesi.org/papers/view/fact-sheet-biogasconverting-waste-to-energy (по состоянию на 10 октября 2018 г.).

EPA (Агентство по охране окружающей среды США). 1998. Факторы выбросов и AP 42, Сборник коэффициентов выбросов загрязнителей воздуха, Заключительный раздел Глава 2.4 Свалки твердых бытовых отходов, ноябрь 1998 г.Доступно по адресу http://www.epa.gov/ttn/chief/ap42/ch02/index.html (по состоянию на 10 октября 2018 г.).

EPA. 2008 г. Факторы выбросов и AP 42, Сборник коэффициентов выбросов загрязнителей воздуха, Проект главы 2. 4 Свалки твердых бытовых отходов, октябрь 2008 г. Доступно по адресу http://www.epa.gov/ttn/chief/ap42/ch02/index.html ( по состоянию на 10 октября 2018 г.).

EPA. 2016a. Наборы данных программы отчетности по парниковым газам. Доступно по адресу https://www.epa.gov/ghgreporting/ghg-reporting-program-data-sets (по состоянию на 2 августа 2018 г.).

EPA. 2016b. Варианты снижения выбросов метана от пневматических устройств в газовой промышленности. Вашингтон, округ Колумбия: EPA. Доступно по адресу https://www.epa.gov/sites/production/files/2016-06/documents/ll_pneumatics.pdf (по состоянию на 31 октября 2017 г.).

EPA. Апрель 2017 г. Инвентаризация выбросов и стоков парниковых газов в США за 1990-2015 гг .: Изменения в выбросах при добыче природного газа и нефтяных систем. Доступно по адресу https://www.epa.gov/sites/production/files/2017-04/documents/2017_ng-petro_production. pdf (по состоянию на июнь 2018 г.).

EPA. 2018. Инвентаризация выбросов и стоков парниковых газов в США за 1990-2016 гг. Доступно по адресу https://www.epa.gov/ghgemissions/inventory-us-greenhouse-gas-emissions-and-sinks-1990-2016 (по состоянию на 10 октября 2018 г.).

Fulhage, C. D., D. Sievers и J. R. Fischer. 1993. Производство метана из навоза. Министерство сельского хозяйства Университета Миссури, отчет G-1881, 10 октября. Доступно по адресу http://large.stanford.edu/publications/coal/references/docs/fulhage.pdf (по состоянию на 10 октября 2018 г.).

ICF International. 2014. Экономический анализ возможностей сокращения выбросов метана в наземной нефтегазовой промышленности США, отчет для Фонда защиты окружающей среды. Доступно по адресу https://www.edf.org/energy/icf-methane-cost-curve-report (по состоянию на январь 2016 г.).

ICF International. 2016. Экономический анализ возможностей сокращения выбросов метана из систем природного газа, Отчет для One Future. Доступно по адресу http: // www.onefuture.us/study-icf-analysis-methane-emission-reduction-potential-nat-gas-systems/ (по состоянию на январь 2017 г.).

МЭА (Международное энергетическое агентство). 2017. World Energy Outlook, 2017. Доступно по адресу https://www.iea.org/weo2017/ (по состоянию на 10 октября 2018 г.).

Важная информация о свалочном газе

Сводка

Свалки могут давать неприятный запах, а свалочный газ может проходить через почву и накапливаться в близлежащих зданиях.Из газов, образующихся на свалках, наибольшее беспокойство вызывают аммиак, сульфиды, метан и диоксид углерода. Аммиак и сероводород являются причиной большинства запахов на свалках. Метан легко воспламеняется, и его концентрация в помещениях иногда превышает взрывоопасный уровень. Метан и углекислый газ также могут накапливаться в близлежащих зданиях и вытеснять кислород.

В этом информационном бюллетене представлена ​​информация о том, какие меры можно предпринять для предотвращения выхода газов со свалок и проникновения в конструкции за пределами объекта, а также о том, как владельцы зданий могут сократить сбор свалочного газа внутри помещений, особенно в замкнутых пространствах, таких как подвалы и подвалы.

Свалочный газ

Свалочный газ содержит много разных газов. Метан и диоксид углерода составляют от 90 до 98% свалочного газа. Остальные от 2 до 10% включают азот, кислород, аммиак, сульфиды, водород и различные другие газы. Свалочные газы образуются, когда бактерии разрушают органические отходы. Количество этих газов зависит от типа отходов, присутствующих на свалке, возраста свалки, содержания кислорода, количества влаги и температуры. Например, добыча газа увеличится при повышении температуры или влажности.Хотя производство этих газов обычно достигает пика через пять-семь лет, свалка может продолжать производить газы более 50 лет.

Перемещение свалочных газов в здания

Свалочные газы могут перемещаться со свалки через почву в наружный воздух, а также в воздух в помещениях близлежащих зданий. Свалочные газы в наружном воздухе могут попадать в здание через окна, двери и вентиляционные системы. В почве свалочные газы могут мигрировать и проникать в здание через трещины в полу и стенах подвала, а также через точки входа в инженерные сети (например,g., там, где в здание входят подземные воды или электрические линии), отверстия для дренажных насосов или стоки в полу. Это называется проникновением паров почвы. Попадая в здание, свалочные газы могут скапливаться в местах с плохой вентиляцией, например в подвалах, подпольях и инженерных туннелях.

Запахи свалочного газа

Запахи в свалочном газе вызываются в основном сероводородом и аммиаком, которые образуются при разложении отходов. Например, если строительный мусор и строительный мусор содержат большое количество стеновых плит (также называемых гипсокартоном или гипсокартоном), может образоваться большое количество сероводорода. Сероводород имеет неприятный запах тухлых яиц, а аммиак имеет резкий резкий запах. Люди могут обнаруживать запахи сероводорода и аммиака при очень низких уровнях содержания в воздухе, обычно ниже уровней, которые могут нанести вред здоровью.

Влияние аммиака и сероводорода на здоровье

Кратковременное воздействие (обычно до двух недель) повышенных уровней аммиака и сероводорода в воздухе может вызвать кашель, раздражение глаз, носа и горла, головную боль, тошноту и затрудненное дыхание.Эти эффекты обычно проходят после прекращения воздействия. Исследования были проведены в общинах вблизи свалок и отстойников для оценки последствий для здоровья, связанных с воздействием свалочных газов. Эти исследования длились несколько месяцев и сообщали о жалобах на здоровье, которые совпадали с периодами повышенного уровня сероводорода и запахов свалок. Сообщенные жалобы на здоровье включали раздражение глаз, горла и легких, тошноту, головную боль, заложенность носа, трудности со сном, потерю веса, боль в груди и обострение астмы. Хотя в воздухе могли присутствовать другие химические вещества, многие из этих эффектов согласуются с воздействием сероводорода.

Угрозы безопасности при использовании метана

Метан — основной компонент природного газа. Он легко воспламеняется и может образовывать взрывоопасные смеси с воздухом, если концентрируется в замкнутом пространстве с плохой вентиляцией. Диапазон концентраций в воздухе, при которых уровень метана считается опасным для взрыва, составляет от 5 до 15% от общего объема воздуха. Взрывы свалочного газа — не обычное явление.

Воздействие на здоровье, связанное с метаном и диоксидом углерода

Метан и диоксид углерода — это бесцветные газы без запаха, которые могут вытеснять кислород в закрытых помещениях. Воздействие на здоровье, связанное как с метаном, так и с углекислым газом, является результатом недостатка кислорода, а не прямого воздействия этих газов. Последствия для здоровья, вызванные пониженным уровнем кислорода, включают учащенное сердцебиение и необходимость делать более глубокие вдохи, аналогичные эффектам, которые ощущаются после энергичных упражнений. Сильно пониженный уровень кислорода (то есть, когда уровень кислорода намного ниже его обычного уровня 21% от общего объема воздуха) может вызвать снижение координации, усталость, тошноту, рвоту и потерю сознания.Об этих эффектах со свалок сообщалось редко.

Контроль за миграцией свалочного газа на полигонах

Когда свалки достигают максимального количества отходов, которые они могут вместить, поверх массы свалки помещается несколько футов покровного материала. Затем по всей закрытой свалке устанавливаются колодцы для сбора газа. Эти скважины изготовлены из перфорированных труб, которые позволяют газу легко перемещаться вертикально к поверхности, а не вбок (наружу) к удаленным местам (например.г., строения). Когда газы попадают в эти колодцы, они либо выбрасываются в наружный воздух, проходят через пламя и разрушаются путем сжигания, проходят через фильтр, либо используются в программе рекуперации энергии. Вентиляционные отверстия для свалочного газа должны быть осушенными и очищенными от препятствий, таких как снег и мусор. Старые свалки и свалки меньшего размера могут не иметь мер по контролю за газом.

Сокращение выбросов свалочного газа в домах

Домовладельцы должны связаться со своим региональным отделением Департамента охраны окружающей среды штата Нью-Йорк, если они подозревают, что в их дом попадают свалочные газы.Ссылка для получения контактной информации приведена в разделе «Дополнительная информация: на конкретном полигоне» настоящего информационного бюллетеня. Меры, которые домовладелец или застройщик может предпринять для предотвращения попадания свалочного газа в здание, включают минимизацию точек входа и обеспечение надлежащей вентиляции. Точки поступления свалочного газа можно минимизировать, устраняя трещины и щели в подвале путем конопатки и герметизации. Эти меры помогут снизить вероятность скопления свалочных газов в воздухе помещений.В некоторых случаях могут потребоваться дополнительные меры для уменьшения миграции свалочного газа из почвы в здания. Например, установка системы разгерметизации субплит будет направлять пар почвы от здания. Система разгерметизации суб-плиты часто включается в новое строительство на полигоне или рядом с ним.

Для получения дополнительной информации

На конкретном полигоне:

На конкретном свалочном газе:

Меры по контролю за свалками и свалочным газом:

Выдержка:

Проникновение паров почвы:

Воздействие на здоровье свалочного газа, контакт:

Центр гигиены окружающей среды
Бюро оценки токсичных веществ
Empire State Plaza-Corning Tower, Room 1743
Albany, New York 12237
518-402-7800

ATSDR — Грунтовка для свалочного газа

В этой главе представлена ​​основная информация о свалочном газе — что он состоит из того, как он производится, и из условий, которые влияют на его производство.Он также предоставляет информацию о том, как свалка газ перемещается и уносится с полигона. Наконец, в главе представлен обзор типов свалок, которые могут присутствовать в вашем сообществе и соблюдать нормативные требования, которые применить к каждому.

Из чего состоит свалочный газ?

Свалочный газ состоит из смеси сотен различных газы. По объему свалочный газ обычно содержит от 45% до 60% метана. и от 40% до 60% диоксида углерода.Свалочный газ также включает небольшие количества азота, кислорода, аммиака, сульфидов, водорода, углерода монооксид и неметановые органические соединения (NMOC), такие как трихлорэтилен, бензол и винилхлорид. Табл. 2-1 списки «типовые» свалочные газы, их объемные проценты и характеристики.

Как производится свалочный газ?

Три процесса — бактериальное разложение, испарение и химические реакции — образуют свалочный газ.

  • Бактериальное разложение. Большая свалка газ образуется в результате бактериального разложения, которое происходит, когда органические отходы расщепляются бактериями, которые естественным образом присутствуют в отходы и в почве, использованной для покрытия свалки. Органический отходы включают продукты питания, садовые отходы, подметание улиц, текстиль, и изделия из дерева и бумаги. Бактерии разлагают органические отходы в четыре фазы, и состав газа меняется в течение каждая фаза.В рамке ниже представлены подробные информация о четырех фазах бактериального разложения и газы, произведенные во время каждой фазы. Фигура 2-1 показана добыча газа на каждой из четырех стадий.
  • Улетучивание . Могут образовываться свалочные газы когда некоторые отходы, особенно органические соединения, изменяются из жидкости или твердого тела в пар. Этот процесс известен как улетучивание. NMOC в свалочном газе может быть результатом улетучивание некоторых химических веществ, выброшенных на свалку.
  • Химические реакции. Свалочный газ, в том числе NMOC могут образовываться в результате реакции определенных химических веществ. присутствует в отходах. Например, если хлорный отбеливатель и аммиак контактируют друг с другом на полигоне, добывается газ.

Таблица 2-1: Типовые компоненты свалочного газа

Компонент Объемные проценты Характеристики
метан 45–60 Метан — это газ природного происхождения. Это не имеет цвета и запаха. Свалки — самые большие источник антропогенных выбросов метана в США
диоксид углерода 40–60 Углекислый газ содержится в небольших количествах. концентрации в атмосфере (0,03%). Бесцветный, без запаха и слегка кисловатый.
азот 2–5 Азот составляет примерно 79% атмосфера.Он без запаха, вкуса и цвета.
кислород 0,1–1 Кислород составляет примерно 21% Атмосфера. Он без запаха, вкуса и цвета.
аммиак 0,1–1 Аммиак — бесцветный газ с резким запахом. запах.
НМОК
(неметановые органические соединения)
0.01–0,6 NMOC являются органическими соединениями (т. Е. Соединениями содержащие углерод). (Метан — органическое соединение, но не считается NMOC.) NMOC могут встречаться в природе или быть сформированы синтетическими химическими процессами. NMOC чаще всего найденные на свалках включают акрилонитрил, бензол, 1,1-дихлорэтан, 1,2-цис-дихлорэтилен, дихлорметан, карбонилсульфид, этилбензол, гексан, метилэтилкетон, тетрахлорэтилен, толуол, трихлорэтилен, винилхлорид и ксилолы.
сульфиды 0–1 Сульфиды (например, сероводород, диметил сульфид, меркаптаны) — это природные газы, которые придают смеси свалочного газа запах тухлого яйца. Сульфиды может вызывать неприятный запах даже при очень низких концентрациях.
водород 0–0,2 Водород — бесцветный газ без запаха.
окись углерода 0–0.2 Угарный газ без запаха, бесцветный. газ.

Источник: Tchobanoglous, Theisen and Vigil, 1993; EPA 1995

Четыре фазы бактериального разложения свалок

Бактерии разлагаются захоронение отходов в четыре этапа.Состав газа произвел изменения с каждой из четырех фаз разложения. Свалки часто принимают отходы в течение 20-30 лет, поэтому отходы на свалке могут проходить несколько этапов разложения сразу. Это означает, что старые отходы в одна область может находиться в другой фазе разложения чем недавно захороненные отходы в другом районе.

Фаза I
Во время первой фазы разложения аэробная бактерии — бактерии, которые живут только в присутствии кислорода — потребляют кислород при разрыве длинных молекулярных цепочек сложные углеводы, белки и липиды, которые включают органические отходы. Основным побочным продуктом этого процесса является углекислый газ. Вначале высокое содержание азота этой фазы, но уменьшается по мере продвижения свалки четыре фазы. Фаза I продолжается до тех пор, пока не станет доступным кислород истощен. Разложение фазы I может длиться несколько дней или месяцев, в зависимости от того, сколько кислорода присутствует, когда отходы вывозятся на свалку. Уровень кислорода будет варьируются в зависимости от таких факторов, как степень ослабления или сжатия отходы были, когда их закопали.

Фаза II
Фаза II разложения начинается после поступления кислорода на свалку. был израсходован. Используя анаэробный процесс (процесс не требует кислорода), бактерии превращают соединения создается аэробными бактериями на уксусную, молочную и муравьиную кислоты и спирты, такие как метанол и этанол. Свалка становится очень кислым. Поскольку кислоты смешиваются с влагой присутствуют в свалке, они вызывают попадание определенных питательных веществ растворяются, делая азот и фосфор доступными для все больше разнообразных видов бактерий на свалке. Газообразными побочными продуктами этих процессов является диоксид углерода. и водород. Если свалка нарушена или если кислород каким-то образом попадает на свалку, микробные процессы вернется к фазе I.

III этап
Фаза III разложения начинается, когда определенные виды анаэробных бактерии потребляют органические кислоты, вырабатываемые в Фазе II. и образуют ацетат, органическую кислоту. Этот процесс вызывает свалка, чтобы стать более нейтральной средой, в которой производят метан бактерии начинают приживаться.Производство метана и кислоты у бактерий есть симбиотические или взаимовыгодные отношения. Кислотообразующие бактерии создают соединения для метаногенного бактерии для употребления. Метаногенные бактерии потребляют углерод диоксид и ацетат, слишком большое количество которых было бы токсичным для кислотопродуцирующие бактерии.

Фаза IV
Фаза IV разложения начинается, когда состав а темпы производства свалочного газа остаются относительно постоянными. Свалочный газ фазы IV обычно содержит примерно 45% до 60% метана по объему, от 40% до 60% диоксида углерода и От 2% до 9% других газов, таких как сульфиды. Газ добывается со стабильной скоростью в Фазе IV, обычно около 20 лет; тем не менее, газ будет продолжать выбрасывать 50 и более лет после того, как отходы были отправлены на свалку (Кроуфорд и Смит 1985). Добыча газа может длиться дольше, например, если в отходах присутствует большее количество органических веществ, например, на свалке, получающей больше, чем в среднем отходов животноводства.

Рисунок 2-1: Этапы производства типичный свалочный газ

Начало страницы

Какие условия влияют на производство биогаза?

Скорость и объем свалочного газа, произведенного на определенном участке зависят от характеристик отходов (например, от состава и возраст мусора) и ряд факторов окружающей среды (например,грамм., наличие кислорода на полигоне, влажность и температура).

  • Состав отходов. Чем больше органических отходов присутствует на свалке, тем больше свалочного газа (например, углекислого газа, метан, азот и сероводород) производится бактерии при разложении. Чем больше химикатов утилизируется на свалке, более вероятно, что NMOC и другие газы будут производиться либо в результате улетучивания, либо в результате химических реакций.
  • Возраст мусора . Вообще совсем недавно захороненные отходы (т. е. отходы, захороненные менее 10 лет) производят больше свалочного газа за счет бактериального разложения, улетучивания, и химических реакций, чем старые отходы (захоронены более 10 лет). Пиковая добыча газа обычно составляет от 5 до 7 лет. после захоронения отходов.
  • Наличие кислорода на полигоне. Метан будет производиться только тогда, когда кислород больше не присутствует в свалка.
  • Содержание влаги. Наличие влаги (ненасыщенные условия) на свалке увеличивает добычу газа потому что он способствует бактериальному разложению. Влага может также способствуют химическим реакциям с образованием газов.
  • Температура. По температуре полигона повышается, увеличивается активность бактерий, в результате чего увеличивается добыча газа. Повышенная температура также может повысить показатели испарения и химических реакций.Коробка на следующем на странице представлена ​​более подробная информация о том, как эти переменные влияют на скорость и объем производства свалочного газа.

Как перемещается свалочный газ?

Газы, образующиеся под поверхностью полигона, обычно отойти от свалки. Газы имеют тенденцию расширяться и заполнять имеющиеся пространство, так что они перемещаются или «мигрируют» через ограниченную пору пространства внутри мусорного и почвенного покрова полигона.В естественная склонность свалочных газов легче воздуха, например как метан, должен двигаться вверх, обычно через поверхность полигона. Движение свалочного газа вверх может быть остановлено плотно уплотненным отходы или материал для покрытия свалок (например, ежедневный почвенный покров и шапки). Когда движение вверх запрещено, газ имеет тенденцию мигрировать по горизонтали к другим участкам полигона или к участкам за его пределами свалка, где он может возобновить свой восходящий путь.В основном газы идут по пути наименьшего сопротивления. Некоторые газы, например углерод диоксид, более плотный, чем воздух, и собирается в подповерхностных областях, например, хозяйственные коридоры. Три основных фактора влияют на миграцию свалочных газов: диффузия (концентрация), давление и проницаемость


  • Диффузия (концентрация). Распространение описывает естественная тенденция газа достигать однородной концентрации в данное пространство, будь то комната или земная атмосфера.Газы на свалке перемещаются из зон с высокой концентрацией газа в районы с более низкой концентрацией газа. Поскольку концентрации газов обычно выше на свалке, чем в окружающих территории, свалочные газы распространяются за пределы полигона в окружающие области с более низкими концентрациями газа.
  • Давление. Газы, накапливающиеся на свалке создавать области высокого давления, в которых движение газа ограничено уплотненным мусором или почвенным покровом и участками низкого давления в котором движение газа не ограничено.Изменение давления по всей свалке приводит к перемещению газов из областей высокое давление в области низкого давления. Движение газов из области высокого давления в области более низкого давления известны как конвекция. По мере образования большего количества газов давление в свалка увеличивается, обычно вызывая подповерхностное давление в свалка должна быть выше, чем атмосферное давление или давление воздуха в помещении. Когда давление на свалке выше, газы имеют тенденцию перемещаться в окружающий воздух или в воздух помещения.
  • Проницаемость. Газы также будут мигрировать в соответствии с туда, где встречаются пути наименьшего сопротивления. Проницаемость это мера того, насколько хорошо газы и жидкости проходят через соединенные пространства или поры в мусоре и почве. Сухие песчаные почвы высоко проницаемая (много связанных поровых пространств), в то время как влажная глина имеет тенденцию быть гораздо менее проницаемым (меньше связанных поровых пространств). Газы имеют тенденцию перемещаться по участкам с высокой проницаемостью (например,г., площади песка или гравия), а не через участки с низкой проницаемостью (например, участки глины или ила). Покрытия для свалок часто делают грунтов с низкой проницаемостью, например глинистых. Газы в крытом свалка, следовательно, может с большей вероятностью перемещаться по горизонтали чем по вертикали.

Таблица 2-2: Факторы, влияющие на производство свалочного газа

Состав отходов. Более органическое отходы присутствуют на свалке, тем больше свалочного газа производится путем бактериального разложения. Некоторые виды органических отходов содержат питательные вещества, такие как натрий, калий, кальций и магний, который помогает бактериям процветать. Когда эти питательные вещества присутствуют, увеличивается добыча свалочного газа. В качестве альтернативы, некоторые отходы содержат соединения, которые вредят бактериям, вызывая меньше газа должно производиться. Например, производящие метан бактерии могут быть подавлены, если отходы имеют высокую концентрацию соли.

Кислород на полигоне. Только при кислороде используется, бактерии начнут производить метан. Чем больше кислород присутствует на свалке, чем дольше аэробные бактерии может разлагать отходы в фазе I. Если отходы захоронены неплотно или часто нарушается, больше кислорода доступно, так что кислородзависимые бактерии живут дольше и производят углерод диоксид и вода на более длительные периоды. Если отходы высоки уплотненный, однако добыча метана начнется раньше поскольку аэробные бактерии заменяются производящими метан анаэробные бактерии в фазе III. Метан начинает выделяться. производятся анаэробными бактериями только тогда, когда кислород на свалке используется аэробными бактериями; следовательно, любой кислород, оставшийся на свалке, замедлит производство метана. Барометрические максимумы будут иметь тенденцию вводить атмосферный кислород. в поверхностные почвы на неглубоких участках свалки, возможно изменение бактериальной активности. В этом сценарии тратить впустую Например, фаза IV может ненадолго вернуться к фазе I до тех пор, пока весь кислород снова израсходован.

Содержание влаги. Наличие определенное количество воды на свалке увеличивает добычу газа потому что влага способствует росту и переносу бактерий питательные вещества и бактерии во все области полигона. А влажность 40% или выше, в расчете на влажную массу отходов, способствует максимальной добыче газа (например, в закрытом свалка). Уплотнение отходов замедляет добычу газа, потому что увеличивает плотность содержимого свалки, уменьшая скорость, с которой вода может проникать в отходы. Оценка добычи газа выше, если идет сильный дождь и / или проницаемость Покрытия для свалок вводят дополнительную воду на свалку.

Температура. Повышение теплых температур бактериальная активность, что, в свою очередь, увеличивает скорость производство свалочного газа. Более низкие температуры подавляют рост бактерий. деятельность. Обычно активность бактерий резко снижается. ниже 50 ° по Фаренгейту (F).Изменения погоды имеют гораздо большее значение влияние на добычу газа на неглубоких свалках. Это потому что бактерии не защищены от перепадов температуры по сравнению с глубокими свалками, где толстый слой почвы покрывает отходы. Закрытая свалка обычно поддерживает стабильная температура, максимальная добыча газа. Бактериальный активность выделяет тепло, стабилизируя температуру свалка между 77 ° F и 113 ° F, хотя температуры до 158 ° F были отмечены.Повышается и температура способствовать улетучиванию и химическим реакциям. Как генерал Как правило, выбросы NMOC удваиваются с увеличением на каждые 18 ° F по температуре.

Возраст отказа. Недавно похоронен отходы будут производить больше газа, чем старые отходы. Свалки обычно выделяют значительное количество газа в пределах от 1 до 3 годы. Пиковая добыча газа обычно происходит через 5-7 лет после сбрасываются отходы.Практически весь газ добывается в пределах 20 годы после сброса отходов; однако небольшое количество газ может продолжать выбрасываться со свалки в течение 50 или больше лет. Однако сценарий с низким выходом метана оценивает что медленно разлагающиеся отходы будут производить метан после 5 лет и продолжаем выбрасывать газ в течение 40 лет. Различные участки свалки могут находиться в разных фазы процесса разложения одновременно, в зависимости от когда отходы изначально были размещены в каждой области.В количество органического материала в отходах является важным фактор продолжительности добычи газа.

Источники: Crawford and Smith 1985; DOE 1995; EPA 1993.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.