А. Д. Абдувалова1, Г. А. Сартбаева



жүктеу 96.58 Kb.
Дата28.04.2019
өлшемі96.58 Kb.

ӘОЖ 628.4 :004.9
А.Д. Абдувалова1, Г.А. Сартбаева2
1Техн.ғыл.канд., 2Магистрант

М.Х. Дулати атындығы Тараз мемлекеттік университеті, Тараз қ., ҚР

Эл. пошта: 1Abduvalova_AD@mail.ru, 2S_Gulfira@mail.ru
ПОЛИГОНДАР МЕН ҚОҚЫС ҮЙІНДІЛЕРІНЕН ЛАСТАУШЫ ЗАТТЕКТЕРДІҢ ШЫҒАРЫНДЫСЫН МОДЕЛДЕУ

Қатты тұрмыстық қалдықтар полигонынан атмосфераға шығатын биогаздың сандық есептеулерінің математикалық моделі өңделді. Оның негізінде алгоритм жасалынды және ҚТҚ полигонынан шығатын жалпы ластаушы заттектерді есептеудің программасы құрылды.


Түйін сөздер: қатты тұрмыстық қалдықтар, математикалық модель, анаэробты үрдіс, биогаз, метан.
Қазақстан Республикасы Президентінің 2013 жылғы 30 мамырдағы №577 Жарлығымен бекітілген Қазақстан Республикасының «жасыл экономикаға» көшуі жөніндегі тұжырымдамада қатты тұрмыстық қалдықтарды (ҚТҚ) басқару саласын жетілдіру негізгі бағыттардың бірі ретінде белгіленген [1].

Бағдарламаны іске асыру ҚТҚ-мен жұмыс істеу саласында көрсетілетін қызметтердің сапасын жоғарылатады, жиналатын және өңделетін қайталама материалдық ресурстардың санын ұлғайтады, ҚТҚ энергетикалық әлеуетін барынша пайдалануға мүмкіндік береді, сондай-ақ ҚТҚ-мен жұмыс істеу нәтижесінде қоршаған ортаға тигізілетін келеңсіз әсерді барынша азайтуға мүмкіндік береді.



Еліміздегі жыл сайын түзілетін ҚТҚ-дың жалпы көлемі 13,9-15 миллион м3 деп бағаланады. Ірі қалаларда (тұрғындар саны шамамен 500 мың) жинақталатын қалдықтардың орташа мәні соңғы уақытқа дейін жан басына шаққанда 1,3-тен 2,2 м3 аралығында болса, дамыған елдерде бұл мән 0,3-тен 0,6 м3 аралығында ауытқиды.

Қазақстанда ҚТҚ-ды зиянсыздандырудың бір ғана түрі - полигондарға орналастыру қолданылады. Республикада қалдықтардың жалпы көлемінің тек 5 кәдеге жаратылады не жағылады. Полигондардың кейбіреуінің арнайы рұқсаты бар, десе де олардың көбісінің тіпті жобада жоқ және экологиялық-санитарлық талаптарға сай емес екені, оларда ҚТҚ-ды көму және орналастыру кезінде технологиялық ережелердің сақталмайтыны анықталған. Қалдықтар мәселесі бойынша әр түрлi материалдардың шіру уақыты 1-ші кестеде көрсетілген.

Осыған байланысты, қалдықтарды кәдеге жаратуға деген көзқарас даму деңгейінің негізгі көрсеткіштерінің бірі. Өкінішке орай, тек 2014 жылы ішінде облыста 165,7 мың тонна қалдық жиналған, оның 140,6 мың тоннасы – өнеркәсіптік, 25,1 мың тоннасы – тұрмыстық қалдықтар. Облыстың 1 тұрғынының үлесіне 297 кг жинақталған өнеркәсіп және тұрмыстық қалдықтар келеді.


Кесте 1

Қалдықтардың шіру мерзімі





Қалдықтар

Шіру мерзімі

1

Қағаз

2-10 жыл

2

Қаңылтыр банкілері (консерві)

90 жыл

3

Темекі фильтрі

100 жыл

4

Полиэтилендік пакеттер

200 жыл

5

Шишалар

1000 жыл

Тұрмыстық қоқыстар мен қалдықтарды негізгі түрлері келесі түрде топтастырылады:

- тамақ қалдықтары;

- макулатура;

- консерві қалбырлары;

- фольга;

- металл сынықтары;

- шыны ыдыстар;

- хлоры жоқ пластмасса заттар;

- хлоры бар пластмасса заттар;

- батарейкалар.

Тәжірибе жүзінде кез келген метанға айналатын биологиялық ыдырайтын заттектердің анаэробты үрдісі өзара байланысты төрт сатыдан тұрады:

- күрделі органикалық заттардың (ақуыз, май, көмірсу) қарапайым еритін заттарға айналатын (мономерлер, амин қышқылы т.б.) ферментативті гидролиз сатысы;

- ұшқыш майлы қышқылдар, спирт, сутегі, көмірқышқыл газы, аммиак, күкіртсутек т.б. қышқылдардың пайда болу (қышқыл генді) сатысы;

- ацетат анионына және сутегі катионына диссоцияланатын, май қышқылының (ацетогенез) сірке қышқылына айналу сатысы;

- көмір қышқыл газының сутекпен қалпына келу реакциясы нәтижесінде, сондай-ақ, сірке қышқылы мен ацетаттан метан пайда болатын метаногенді (метаногенез) сатысы.

Анаэробты жағдайда жүретін биохимиялық үрдістерді төмендегі теңдеу түрінде жазуға болады (жоғарыда сипатталған заттектердің ашу сатыларына сәйкес):

- (С6Н10О5) n + Н2О + микроорганизмдер

- (С6Н12О6) n + микроорганизмдер

- 2n (C2H5OH) + 2n (СO2) + микроорганизмдер.

Метандық ашу 4-700С температурада жүреді; бұл кезде психрофилді (t=4-25 °С), мезофилді (t=30-30 °С) және термофилді (t=50-75°С) ашу тәртібі орын алуы мүмкін. Метаногендердің қалыпты өмір сүруін қамтамасыз ету үшін келесі шарттар орындалуы тиіс: температура мен қысым тұрақты, қатаң анаэробты үрдіс, бейтарап немесе әлсіз сілтелі орта, жарықтың болмауы, массаның оңтайлы ылғалдылығы (60-70%), тиісінше сутегі мен азоттың, көміртегі мен азоттың (1:16 және 1:19) арақатынасы оңтайлы болуы керек.

Биологиялық ыдырайтын қалдықтар келесі морфологиялық құрылымнан тұрады: тағамдық (жеміс және картоп қалдықтары) - 17,2%, бау-бақтар (шөп, жапырақ, кепкен ағаш) - 27,8% қағаз қалдықтары (газеттер, журналдар, канцелярия қағазы) - 53,3% табиғи жағдайда 95 тәулік ішінде аэробты ыдырауға ұшырады.

Есептеу және сынақ арқылы бөлініп шыққан газ көлемінің мәндері 1 суретке сәйкес келтірілген.

Сурет 1. Метан пайда болу көлемін есептеу

және эксперимент жүзінде салыстыру


Ірі қалдық полигондарынан алынған сынақ үлгілеріне жасалған зертханалық зерттеулердің нәтижелері негізінде биогаз шығымының мөлшерін анықтайтын математикалық модель жасалынды [2].

Бұл модель төмендегі формула бойынша сипатталады:


(1)
мұндағы: Qt1 – қалдықтардан белсенді биогаз шығу үлесі, текше м/т қалдық; G0 = 1.868Сбел (0,014Т + 0,28); Сбел – қалдықтардағы белсенді органикалық көміртегі, г/т қалдық; Т – полигон қоқыс үйіндісінің температурасы, °С; полигондағы қоқыс үйіндісінің температурасы 28-32 °С арасында өзгеріп отырады; k – ұдайы ыдырау, көміртектің жалпы азотқа тең қатынасы (C/N) «Қатты қалдық шығарындылар қасиетін зерттеу әдістемесі» бойынша анықталады; t – биогаздың тұрақты шығу кезеңінің ұзақтығы (төртінші фаза), жыл; W – қалдықтардың табиғи ылғалдылығы, %.

Қалдықтардағы органикалық заттектердің ыдырау шапшаңдығы әртүрлі. Мысалы, резеңке, тері, полимер материалдары т.б. микроағзалармен өте жай ыдырайды, ал ақуыз, крахмал заттары бар органиклық қалдықтар тез ыдырайды. Сонымен қалдықтардың органикалық құраушылары «әлсіз» (генерацияланбайтын) және «белсенді» (генерацияланады) органикалық заттектер болып табылады. (1) формулаға енетін белсенді органикалық сутегі «белсенді» органикаға жатады [3].

Бір тонна қалдықтан биогаздың бір жылда шығатын мөлшерін келесі формуламен анықтауға болады:
, жылына кг/т қалдықтар (2)

немесе
, жылына кг/т қалдықтар (3)


мұндағы: Qt1 – қалдықтан шығатын биогаз үлесі, текше.м/т.; Qt2 – қалдықтардан биогаздың шығу үлесі, кг/кг; бгбиогаз тығыздығы, кг/текше.м; t – биогаздың белсенді шығуының тұрақталған мерзімі, жыл.

Полигон пайдаланылған кезден бастап есептеу сәтіне дейінгі шығарылған биогаздың жалпы мөлшері келесі формуламен анықталынады:


(4)
мұндағы: – полигон пайдаланылған мерзімінен бастап әкелінген қалдық санынан соңғы екі жылда әкелінген қалдық мөлшерін шегіріп тасталады; tэкспл – полигон пайдаланылған мерзімі, жыл.

Биогаз құрамы мен ондағы компоненттер шоғырлануы биогаздың құрамын талдаумен анықталады, олар полигон ауданындағы бірнеше нүктеден 0,5-1 метрден алынады. Биогаз тығыздығы аддитивтілік заңы бойынша оның барлық компоненттерінің тығыздығының орта өлшемді шамасы ретінде анықталады:



, кг/текше м, (5)
мұнда: – биогаздағы і-ші компонеттің шамасы, өлшемі %; i – биогаздың i-ші компонентінің тығыздығы, кг/текше м; n – биогаз компоненттерінің саны.

Биогаздың орташа тығыздығы кәдімгі жағдайда ауа тығыздығының 0,95-0,98 құрайды, яғни ауа тығыздығы 1,2928 кг/текше м болғанда, биогаздың орташа тығыздығы:


1,2928∙0,965 = 1,24755 кг/текше м.
Екінші жағынан биогаз тығыздығының байланысы, ондағы компоненттердің шоғырлануы және олардың салмақ пайызы келесі формуламен анықталынады:
, (6)
мұндағы Ci – биогаздағы і-ші компонент шоғырлануы, мг/текше м.

(3) және (4) теңдеулерді бірге шеше отырып, биогаз тығыздығын анықтайтын формуланы аламыз:


, кг/текше м. (7)
Биогаздың жылдық шығуының үлесін (4) формуламен есептеп және биогаз компоненттерінің пайыздық салмағын (7) формуламен есептей отырып, бір жылда шығарылатын компоненттердің массаларының үлесін келесі формуламен анықтауға болады:
, жылына кг/т қалдықтар. (8)
Полигонға әр жылда әкелінетін қалдық саны және әр жылда шығарылатын биогаз компоненттерінің массасының үлесін біле отырып, полигондағы ластаушы заттектердің бір реткі жоғары шығарылуын анықтауға болады:

, г/с, (9)
мұнда: Ptj – j-ші жылы әкелінген қалдық мөлшері, т; tэкспл – полигонның ашылған кезден есептеу моментіне дейінгі пайдаланылған ұзақтығы

Зиянды заттектердің шығарындысын есептеу қалдық үйіндісін атмосфераға шығарылатын әрбір зиянды заттектер бойынша жасалады. Есептеу алгоритмі жоғарыда келтірілген әдістеме бойынша құрылған. алгоритмнің блок-үлгісі 2-суретте және 3-суретте Borland Delphi-де жасалған бағдарламасы келтірілген.

Биогаз құрамына енетін атмосфераны ластайтын газ тәріздес заттектердің қалдықтарының есептеулері 2-кестеге сәйкес есептелінді.
Кесте 2

Биогаз құрамына енетін полигонда құрылатын

ластаушы заттектердің қалдықтары


Қоспа

Шығарынды,

г/тәу


Шығарынды, т/жыл

Азот қостотығы

0,0177

0,5056

Аммиак

0,0851795

2,43

Күкіртті ангидрид

0,0112

0,3189

Күкіртсутегі

0,0042

0,1184

Көміртегі тотығы

0,0403

1,1479

Метан

8,4564

241,04

Ксилол

0,07

1,9724

Толуол

0,1155437

3,29

Этилбензол

0,0152

0,4327

Формальдегид

0,0153

0,4373

Сурет 2. Ластаушы заттектердің шығарындысын

есептеудің блок-үлгісі

Сурет 3. Бастапқы мәліметтерді енгізу және

полигоннан шығарындыны есептеу терезесі


Есептеу нәтижесінде қатты тұрмыстық қалдықтар полигонында негізгі ластаушы зиянды заттектер метан екендігі анықталды.

Парниктік газ ретінде метанның әлемдік жылыту мүмкіндігі көмір қышқыл газының мүмкіндігінен 21 есе артық екендігі орнатылды. Сондықтан биогазды соның ішінде метанды залалсыздандыру әлемдік жылумен күресудің маңызды бағыты болмақ.


ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ


  1. Әшімова, Г. Қоршаған ортаны қорғау бойынша іс-шаралардың ұлттық жоспары [Мәтін] / Г Әшімова // Қазақ тарихы: Ғылыми-әдістемелік журнал. – 2013. – №2. – Б. 19-21.

  2. Методика расчета концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе от выбросов предприятий: приложение №18 к приказу Министра охраны окружающей среды Республики Казахстан [Текст]: от 18 апреля 2008 г. – Астана, 2008. – №100-п.

  3. Максимова, С.В. Моделирование процессов образования биогаза на полигонах твердых бытовых отходов [Текст] / С.В. Максимова, И.С. Глушанкова, О.Я. Вайсман // Инж. экология. – 2003. – №4. – С. 32-40.


Достарыңызбен бөлісу:


©kzref.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет