Univerzitet u Kragujevcu

Masinski fakultet

UPRAVLJANJE OTPADOM

Student: Predrag Marinkovic 332/2009

Predmetni nastavnik Prof. Neboja Joviic

Kragujevac, 2011

DEPONIJSKI GAS

Proizvodnja i karakteristike deponijskog gasa U industrijskim zemljama nastaje 300-400 kg smea godinje po osobi. Ovo smee se skuplja i odlae na bezbednim i sanitarnim deponijama, koje podrazumevaju zatitu podzemnih voda kao i zatitu vazduha od prljavog i opasnog deponijskog gasa. Pomenuti deponijski gas nastaje razgradnjom organskih supstanci pod uticajem mikroorganizama u anaerobnim uslovima. U sreditu deponije nastaje nadpritisak, pa deponijski gas prelazi u okolinu. Prosean sastav deponijskog gasa je 35-60% metana, 37-50% ugljen-dioksida i u manjim koliinama se mogu nai ugljen-monoksid, azot, vodonik-sulfid, fluor, hlor, aromatini ugljovodonici i drugi gasovi u tragovima. Na osnovu navedenog sastava deponijskog gasa, moe se uoiti da je on vrlo opasan po ovekovu okolinu, kako za zdravlje ivih organizama, tako i po infrastrukturne objekte u blizini deponija, jer je metan u odreenim uslovima vrlo eksplozivan. Metan je vie od 20 puta tetniji po klimu i ozonski omota nego ugljendioksid, to praktino znai da 1 tona metana oteuje ozonski omota (efekat staklene bate) kao 21 tona ugljen dioksida. Da bi se odstranili negativni uticaji nekontrolisanog irenja deponijskog gasa, izvodi se plansko sakupljanje i prisilno usmeravanje gasa ka mestu sagorevanja, to takoe pospeuje bru stabilizaciju sveih delova deponije, smanjuje zagaivanje otpadnih voda, omoguava korienje energije na deponiji (grejanje, topla voda, struja). Zakonska obaveza sakupljanja i spaljivanja deponijskog gasa namee pravo reenje: sagorevanje gasa u energetske svrhe uz stvaranje ekonomske dobiti. Ovaj koncept podrazumeva postavljanje vertikalnih perforiranih cevi u telo deponije (bunari, trnovi, sonde) i njihovo horizontalno povezivanje. Preko jednog kompresorskog postrojenja deponijski gas se isisava, sabija, sui i usmerava ka gasnom motoru. Iz sigurnosnih razloga preporuuje se ugradnja visokotemperaturne baklje, koja preuzima vikove proizvedenog gasa.

Deponijski gas sa prosenim sadrajem metana od 50% ima donju toplotnu vrednost Hu=5kWh/Nm3, to ga ini dobrim gorivom za pogon gasnih motora specijalno razvijenih za ovu namenu. Gasni motor pogoni generator za proizvodnju skupe elektrine energije. Preko izmenjivaa toplote, dobija se toplotna energija iz vode koja hladi motor i ulje za podmazivanje, kao i iz izduvnih gasova. Kod kombinovanog korienja elektrine i toplotne energije mogue je postii visok stepen korisnog dejstva ovih ureaja ("eta" el = 40%, "eta" term = 43%). Ovo znai da se iz 1 Nm3 deponijskog gasa (Hu = 5kWh/Nm3) dobija 2 kWh elektrine energije i 2,15 kWh toplotne energije. Dobijena elektrina energija se koristi za vlastite potrebe ili se predaje u elektrinu mreu. Proizvedena toplota se koristi na deponiji za proizvodnju tople vode ili u staklenicima i plastenicima za proizvodnju ranog povra i cvea, ili u industrijskim pogonima u blizini deponije, ili za grejanje stambenih zgrada kao i kod drugih potroaa toplote. Novim Zakonom o energetici definiu se povlaeni proizvoai elektrine i toplotne energije sa pravom na odgovarajue subvencije i povlastice, a to su oni proizvoai koji koriste obnovljive izvore energije (biogas, deponijski gas, vetar, ...) i istovremeno proizvode elektrinu i toplotnu (rashladnu) energiju uz ispunjavanje uslova u pogledu energetske efikasnosti, odnosno zatite ivotne sredine. Proraun energetskog bilansa Kao polazna vrednost za ovaj proraun slui podatak da po toni komunalnog smea nastaje u vremenu od 20 godina proseno 200Nm3 deponijskog gasa. Za godinju koliinu od 50.000 tona (grad od 150.000 stanovnika) i vreme punjenja deponije od 20 godina na deponiji bi nastalo 200 miliona kubnih metara deponijskog gasa. Ako bi se sistemom sakupljanja gasa i kontrolom kvaliteta na raspolaganje gasnim motorima stavilo oko 50% navedene koliine gasa, to bi znailo da se za proraun energetskog bilansa moe raunati sa oko 100 miliona Nm3 deponijskog gasa, odn. proseno godinje 5 miliona Nm3 tj. 625 Nm3/h. Ova koliina gasa sa Hu = 5kWh/Nm3 preko gasnih motora

GE Jenbacher omoguava godinju proizvodnju od 9 miliona kWh struje i 12 miliona kWh toplote. Proizvedena koliina struje pokriva potrebe 2.500 porodinih kua. Sa ovom proizvodnjom elektrine energije, tedi se u jednoj elektrani na lignit oko 18.000 tona lignita. Na ovaj nain se 300 Nm3/h metana sadranog u deponijskom gasu (odn. 300 x 0.718 = 215kg/h) ne predaje u atmosferu, to je vaan ekoloki aspekt primene gasnih motora u ouvanju ozonskog omotaa (Mehanizam istog razvoja Kjoto protokola, CDM: jedna tona metana ima negativno dejstvo na ozonski omota i klimu kao 21 tona ugljen-dioksida). Na osnovu jednog ovakvog elektro i toplotnog bilansa i potrebnih ulaganja, moe se izvesti ekonomska raunica koja pokazuje da se ulaganja brzo nadoknauju, pa dalji rad postrojenja ostvaruje dobit. Dakle, dolazimo do pravog cilja svakog ekolokog ureaja, a to je da sam sebe izdrava, tj. sa boljim i kvalitetnijim voenjem tehnolokog procesa dobijamo vie energije kojom pokrivamo investiciju i potrebe odravanja. Primer dobro odravane deponije moete videti na sledeoj slici:

Legenda: 1. Deponija, 2. Gasne sonde (trnovi), 3. Cev za skupljanje ocedne vode, 4. Gasni kolektor, 5. Kompresor za isisavanje gasa, 6. Visokotemperaturna baklja, 7. Kogeneracioni motor, 8. Trafo stanica, 9. Toplovod

Korienje deponijskog gasa Projekte mehanizma istog razvoja u Srbiji realizovae tri italijanske kompanije, a radi se o sakupljanju i korienju deponijskog gasa na kragujevakoj deponiji Jovanovac, poveanju energetske efikasnosti u fabrici Hipol i proizvodnji biomase na osnovu koje e se proizvoditi energija.

U narednih est meseci firma iz Italije uradie za kragujevaku deponiju Jovanovac projektnu dokumentaciju, na osnovu koje e se raditi i projekat postrojenja za prikupljanje i proizvodnju deponijskog gasa. Prema procenama, postrojenje u Jovanovcu bie u eksploataciji izmeu 7 do 15 godina.

JKP istoa iz Kragujevca smatrajui da je vrlo vano da se deponijski gas kontrolisano proizvodi i koristi u narednom periodu uestvovala je na konkursu Ministarstva ivotne sredine i prostornog planiranja, tako da nam u narednom periodu predstoji, kako kae direktor gradske istoe Dragoljub Grujovi snimanje deponije od strane projektantske firme i potom precizno izraunavanje efekata tog budueg postrojenja. Potrebno je projektovati postrojenje koje e

stajati ispred deponije i ono e na neki nain biti korisnik deponijskog gasa, dodavi da to moe biti proizvodnja struje, toplotne energije, deponovanje metana koji e se koristiti za pokretanje automobilskih motora.

Nakon toga bie raspisan tender za projekat glavne instalacije za energanu, jer se prema nekim procenama, u naredne dve godine oekuje da proradi i jedna elektrana ispred deponije Jovanovac koja bi snabdevala oko 2 i po hiljade domainstava elektrinom energijom. Vrednost donacije na izradi projektne dokumentacije sakupljanja i korienja deponijskog gasa, iznosi 100 hiljada evra. Za sve ostale projekte sredstva e morati da obezbedi grad, ali prema procenama strunjaka, ulaganje u ove investicije isplatie se u narednih pet godina.

OPASNI GASOVI NA DEPONIJI

Aneks A iz Kjoto protokola Gasovi sa efektom staklene bate Ugljendioksid (CO2) Metan (CH4) Azotsuboksid (N2O) Vodonikfluorugljovodonici (HFCs) Perfluorugljovodonici (PFCs) Sumporheksafluorid (SF6) PREMA NASIM PROPISIMA DOZVOLJENE KONCENTRACIJE GASOVA PRI KOJIMA SE MOGU IZVODITI BILO KOJI RADOVI ( PREMA PRAVILNIKU O GRANICNIM VREDNOSTIMA,METODAMA MERENJA IMISIJE,KRITERIJUMA ZA USPOSTAVLJANJE MERNIH MESTA I EVIDENCIJE PODATAKA ) GASOVI KOJI SE NALAZE U DEPONIJI .METAN ( CH 4 ) < 1,5 % .Ugljen-dioksid < 0,50% .Ugljen-monoksid < 0,005% .Sumpor-dioksid < 0,0004% .Sumpor-vodonik < 0,0007% I drugi . Deponiski gas se stvara u telu deponije tokom vremena,pri cemu kolicina gasa zavisi od sastava I starosti otpada.Satav deponijskih gasova zavisi od strukture depovanog materijala I uglavnom se satoji od metana, ugljen-monoksida, ugljen-dioksida I vodonika. Stvaranje deponiskog gasa je neizbezna posledica odlaganja I raspadanja otpadnog materijala koji sadrzi organske materije.Deponiski gas nastao u procesu anaerobnog raspadanja organskih materijala, prisutnih u komunalnom otpadu , sadrzi velike kolicine metana I ugljen dioksida. Osim ovih stetnih komponenti, deponiski gas sadrzi I druge, koji su zastupljene u manjim koncentracijama, odnosno u tragovima. Neki od ovih gasova, kao sto je merkaptan, uzrok su karakteristicnog,neprijatnog mirisa koji se vezuju za deponiski gas. S obzirom na prirodne karakteristike osnovnih komponenti,deponiski gas predstavlja smesu zapaljivih,zagusljivih I otrovnih gasova I moze biti opasan po ljude na deponiji I oko nje. Iz otpada zapremine 1 m3 izdvaja se odredjena kolicina gasa, koji se uglavnom satoji od metana I ugljen-dioksida ( 55% metana I 45% CO 2 ). Metan je eksplozivan u granicama od 5-15% smese sa vazduhom. Metan se razvija oko 10 godina, a svi degradacioni procesi organskih materijala zavrsavaju se nakon 30 godina.

SISTEM ZA ODVAJANJE DEPONISKIH GASOVA TRNOVANJE1. Kako se vri sakupljanje deponijskog bio gasa? Sisteme za ekstrakciju deponijskog bio gasa moemo uslovno podeliti na sisteme sa vertikalnim i hoizontalnim gasnim bunarima. Vertikalni bunari su perforirane PVC cevi koje su postavljene vertikalno ili horizontalno u telu deponije. Radom pumpi u bunarskim sistemima uspostavlja se potpritisak i na taj nain se generisani deponijski gas evakuie do povrine deponije. Gasni bunari su meusobno povezani horizontalnim cevima sa sistemom za odvajanje deponijskog kondenzata. Potom deponijski gas moe proi kroz vie razliitih nivoa dodatnog preiavanja, ali to u svakom sluaju zavisi od planirane upotrebe deponijskog gasa. 2. Koja je mogua upotreba deponijskog gasa?

Realizac

Mogun

Deponijski gas, tanije njegova metanska komponenta, poseduje energetsku vrednost reda veliine 38 MJ/ m3, to ga ini zadovoljavajuim gorivom za pogon gasnih motora specijalno razdvojenih za tu upotrebu, odnosno za dobijanje elektrine struje. Ovo je prisutna praksa na preko 730 lokacija u Evropi. Instalisani kapaciteti se kreu izmedju 350 kW do 1,2 MW. U isto vreme na oko 180 lokacija u svetu izgraena su i kogenerativna postrojenja, kod kojih se iskoriava i otpadna toplotna energija od hlaenja gasnih motora. Kada se napomene da je stepen korisnog dejstava jednog kogenerativnog postrojenja reda 87 % a da je stepen korisnog dejstva gasnog motora koji proizvodi elektrinu energiju reda 37 %, jasna je prednost sistema za kogeneraciju. Deponijski gas se moe koristiti za dobijanje toplotne energije putem njegovog sagorevanja u raznim tehnikim sistemima ili sistemima daljinskog grejanja. Takvih sistema u svetu ima oko 270. Mogua je direktna upotreba deponijskog gasa kao izvora toplotne energije u industriji cementa ili ciglanama. Deponijski gas se moe koristiti i kao gorivo za preiavanje deponijskih procednih voda u procesu evaporacije. Pomenuta primena deponijskog gasa prisutna je na 17 lokacija u svetu. Na 13 lokacija u svetu, dodatnim preiavanjem deponijskog gasa i njegovim poboljanjem, omoguena je isporuka istog u postojee mree za distribuciju prirodnog gasa. Treba napomenuti da instalacija postrojenja za dodatno preiavanje deponijskog gasa iziskuje inicijalno visoka investiciona stredstva. Primera radi, u Holandiji, u funkciji su etiri postrojenja toga tipa. Postoji nekoliko lokacija gde se preien i komprimovan deponijski gas koristi za pogon deponijskih kompaktora, kamiona za sakupljanje otpada, autobusa i automobila. 3. Koji su pozitivni efekti instalisanja sistema za ekstrakciju i korienje deponijskog gasa na ivotnu sredinu ? Metan generisan iz vrstog otpada i otpadne vode putem anerobne dekompozicije predstavlja 20 % ukupnih antropogenih emisija metana. U isto vreme je metan 21 put reaktivniji od ugljen dioksida, to znai da je uticaj jedne tone metana u atmosferi na proces ubrzavanja globalnog zagrevanja jednak uticaju 21 tone ugljen dioksida. Onda je jasno i koliko su znaajni uspostavljeni procesi sakupljanja i korienja deponijskog gasa. Poznato je koliko je deponijski gas eksplozivan, koliko je teko ispratiti njegovu migraciju u telu deponije i perifernim delovima deponije, tako da bi se sakupljanjem istog rizik od mogue eksplozije znaajno smanjio. Ekstrakcijom deponijskog gasa smanjilo bi se i aerozagadjenje, kao i irenje neprijatnih mirisa sa deponije. Iskoriavanje deponijskog gasa za tretmane procednih voda direkno utie na smanjenje negativnog uticaja na podzemne vode. Ako posmatrano regionalno, samo regionalna deponija Lovanja u blizini Kotora u R. Crnoj Gori poseduje sistem za tretman procednih voda, dok u isto vreme sva ostala odlagalita otpada ne poseduju reenje za problem tretmana procednih voda.

4. Zakonski okvir EU i Republike Srbije u pomenutoj oblasti? Zemlje Evropske unije su nizom direktiva uredile oblast upravljanja otpadom, pa i segment upravljanja deponijskim gasom. Kompanije koje upravljaju deponijama imaju obavezu sakupljanja generisanog deponijskog gasa i njegovog pretvaranja u elektrinu energiju ili njegovog spaljivanja. U isto vreme, vlade zemalja Evropske Unije, putem razliitih podsticajnih mehanizama, subvencioniraju proizvodnju elektrine energije iz deponijskog gasa. Zakonski okvir R. Srbije koji ureuje oblast deponovanja komunalnog otpada predvideo je obavezu komunalnih preduzea da na odlagalitima otpada postave biotrnove za otplinjavanje tela odlagalita u cilju spreavanja nastajanja eksplozija deponijskog gasa i poara. Zakonom o energiji definiu se povlaeni proizvoai elektrine i toplotne energije, sa pravom na odgovarajue subvencije i povlastice, a to su oni proizvoai koji koriste obnovljive izvore energije, u koje spada i biogas, ali sam podsticajni sistem nije uspostavljen. 5. Da li su sistemi za sakupljanje i korienje deponijskog gasa prisutni na odlagalitima otpada u Republici Srbiji?

Nerazumevanje potencijala deponijskog gasa i ekonomska situacija u kojoj se nalaze komunalna preduzea, dovei su do toga da u Republici Srbiji ne postoje sistemi sa sakupljanje i spaljivanje deponijskog gasa ili dobijanje elektrine struje. Naalost, sporadino su na odlagalitima komunalnog otpada postavljani i biotrnovi, putem kojih deponijski gas slobodno odlazi u atmosferu. 5. Zakljuna razmatranja Potreba za elektrinom energijom u Republici Srbiji i regionalno postoji. Izvori emisije deponijskog gasa, odnosno metana, takoe postoje - to su primera radi odlagalita Ni, Kragujevac, Beograd, odlagalite Vina sa 1000 tona odloenog komunalnog otpada dnevno, Novi Sad, Subotica. Podsticajni mehanizmi za subvencioniranje od strane vlade Republike Srbije ne postoje. To navodi na zakljuak da komunalna preduzea, kao operatori odlagalita samo u skladu sa tehno-ekonomskom logikom mogu da pristupe investiranju u sisteme za sakupljanje i korienje deponijskog gasa za dobijanje elektrine struje, to je, mora se priznati, malo verovatno. Evropska iskustva pokazuju da deponije sa minimum 200 tona odloenog komunalnog otpada dnevno, sa prijemnim kapacitetom od 500 000 m3 otpada, sa vremenom odlaganja otpada blizu 10 godina i visinom odloenog otpada od minimum 10 m, uz prisutnu trinu cenu isporuene elektrine energiji reda 0.05 eura za kWh mogu biti osnov za investiciono ulaganje u sistem za sakupljanje deponijskog gasa i proizvodnju elektrine energije. U sluaju zemalja potpisnica Kjoto protokola, protokolom su definisani mehanizmi koji omoguavaju implementaciju projekata putem Mehanizma istog razvoja (Clean Development Mechanism). Pomenutim projektnim mehanizmom omogueno je da industrijski razvijene zemlje, investiciono, putem transfera tehnologija implementiraju projekte na teritoriijama zemalja u razvoju, uz odobrenje tih zemalja, sa glavnim ciljem redukcije emisije gasova sa efektom staklene bate, u koje, kao sto smo naveli spada i metan u deponijskom gasu. U sluaju komunalnih preduzea u Republici Srbiji, to je jo jedan prihvatljiv put za reavanje negativnog uticaja nezaobilaznog generisanja deponijskog gasa na kvalitet vazduha, podzemnih voda i prisutnu globalnu promenu klime kojoj smo svi mi svakodnevni svedoci.