3.2.1 Модель затухания первого порядка

Выбросы метана

Модель ЗПП основывается на экспоненциальной функции, описывающей ту часть разложимого органического вещества, захороненных в течение ряда лет отходов, которая каждый год распадается на CH₄ и CO₂. Часть образованного при этом метана окисляется в верхних слоях СТО, либо может быть рекуперирована с целью получения энергии или сжигания в факельной установке. Таким образом, количество метана, выброшенного в атмосферу непосредственно со СТО, будет значительно меньше количества образовавшегося CH₄. Выбросы CH₄, образующиеся от мест захоронения твердых отходов, могут быть оценены с помощью уравнения 3.1.

Уравнение 3.1

Выбросы CH₄ от СТО

где:

Выбросы CH₄ = CH₄, выброшенный в атмосферу от СТО, Гг;

CH₄образованный_i,j = CH₄, образованный на определенном типе СТО (потенциал образования метана) от категории/вида отходов i, в год, Гг;

i = категория/вид отходов, принятые для расчета выбросов;

j = тип СТО;

R_j = рекуперированный CH₄ на определенном типе СТО, в год, для которого выполняется инвентаризация, Гг;

OX_j = коэффициент окисления на определенном типе СТО в год, для которого выполняется инвентаризация (дробь).

В зависимости от наличия исходных данных и удобства проведения расчетов, они могут проводиться как с использованием информации по видам отходов (пищевые, текстиль и т.д.), так и по более крупным их категориям (твердые бытовые отходы, промышленные отходы и др.). Так как расчеты для всех категорий/видов отходов и типов свалок и полигонов являются одинаковыми, то индексирование по ним (по i и по j) во всех представленных ниже уравнениях (3.2 - 3.7) не используется.

Количество метана, образующегося из биологически разложимых компонентов отходов, можно рассчитать через уравнение 3.2.

Уравнение 3.2

Потенциал образования CH₄

CH₄ образованный = DDOCm decomp · F · 16/12,

где:

CH₄ образованный = количество CH₄, образованного в год, учитываемый в кадастре, Гг;

DDOCm decomp = масса разложимого органического углерода, распавшегося в год, для которого выполняется инвентаризация, Гг;

F = доля CH₄, по объему, в образованном на свалках газе;

16/12 = соотношение молекулярного веса CH₄/C (соотношение).

Процесс разложения отходов

Общее уравнение ЗПП отражает активность протекания реакции разложения, которая пропорциональна количеству остающегося реагента, то есть массе нестойкого органического углерода отходов, находящегося в благоприятных для разложения условиях (DDOCm). При этом масса такого вещества, которая останется неразложенной за определенный период времени, в общем виде может быть выражена через уравнение 3.3.

Уравнение 3.3

Уравнение затухания первого порядка

DDOCm_t = DDOCm₀ · e^-kt,

где:

DDOCm_t = масса способного к разложению органического углерода, который останется ко времени t на СТО, Гг;

DDOCm₀ = масса нестойкого DOC, помещенного на свалку на момент начала реакции (во время 0), Гг;

k = постоянная реакции;

t = время, прошедшее с момента начала реакции, года.

Так как нас интересует метан, выделившийся в течение 1 расчетного года, то в общем случае значение DDOCm, разложившегося на CH₄ и CO₂ за период T в промежутке между (t-1) и t, выражено в уравнении 3.4.

Уравнение 3.4

Ddocm, разложившийся за год т

DDOCm decomp_T = DDOCm₀ - [e^-k(t-1) - e^-kt],

где:

DDOCm decomp_T = масса органического углерода (DDOCm), разложившегося в период между (t-1) и t, Гг;

T = означает год, для которого производится расчет, относительно начального года 0;

DDOCm₀ = масса DOC, помещенного на СТО на момент начала реакции (во время 0), Гг;

k = постоянная реакции;

t = время, прошедшее с момента начала реакции, года.

В последующие десятилетия потенциал образования CH₄ (и, соответственно, его выброс) от размещенной ранее порции отходов будет постепенно снижаться. При этом следует учитывать, что размещение на СТО новых порций отходов (которые так же начинают разлагаться) происходит постоянно в течение времени действия свалки.

С реакцией первого порядка количество продукта (здесь DDOCm decomp) всегда пропорционально количеству реактивного материала (здесь DDOCm). Это означает, что количество образующегося за год CH₄ соответствует не количеству помещенных в этот период отходов, а общему количеству оставшегося неразложенным к этому году на свалке DDOCm. Таким образом, если известно количество разлагающегося органического вещества на СТО в начале года, то при оценке выбросов каждый год может рассматриваться, как год номер 1. В этом случае в уравнениях общего вида 3.3 и 3.4 t=1, и расчеты могут быть произведены с помощью двух уравнений 3.5 и 3.6.

Уравнение 3.5

Масса способного к разложению органического углерода,

накопленного в конце года т

DDOCma_T = DDOCmd_T + (DDOCma_T-1 · e^-k),

Уравнение 3.6

Масса способного к разложению органического углерода,

разложившегося в год T

DDOCm decomp_T = DDOCma_T-1 · (1 - e^-k),

где:

DDOCm decomp_T = DDOCm, разложившийся до CH₄ в расчетный год T, Гг;

T = год, для которого производится расчет (учитываемый исторический год);

DDOCma_T = DDOCm, накопленный на СТО к концу года T, Гг;

DDOCma_T-1 = DDOC_m, накопленный на СТО к концу года предыдущего года (Т-1), Гг;

DDOCmd_T = DDOC_m, удаленный на СТО в год T, Гг;

k = постоянная реакции.

Следует обратить внимание, что такие расчеты должны быть проведены для каждого года из ряда исторических лет, учитываемых в расчете выбросов метана. Количество таких лет зависит от длительности периода полураспада компонентов, размещаемых на СТО отходов (см. разделы 3.3 и 3.4.6).

В уравнениях 3.5 и 3.6 расчетный год, принятый за начальный для всей серии расчетов по годам (год размещения первой порции отходов на СТО), считается нулевым. Последний расчетный год - это последний год, для которого производится инвентаризация.

На большинстве СТО отходы удаляются непрерывно в течение всего года, часто на ежедневной основе. Однако известно, что образование CH₄ начинается не сразу после помещения отходов на свалку. Значение времени задержки изменяется в зависимости от состава отходов и климатических условий. В представленном здесь методе предполагается, что реакция распада и образование CH₄ из всех отходов, удаленных в течение расчетного года, начинается по 1 января следующего года, когда среднее время хранения отходов на СТО до начала реакции (ее задержка) составляет шесть месяцев. В реальности отходы, помещенные в начале года, начнут выделять CH₄ раньше, а отходы, помещенные на свалку в конце года, - позже. Однако считается, что ошибка, возникающая из-за наличия таких допущений в используемой методике, является незначительной по сравнению с другими неопределенностями в параметрах.

Разложимый органический углерод

Основой расчета является оценка массы разложимого органического углерода (DOCm) в отходах, удаляемых на СТО (уравнение 3.7). Его значение зависит как от исходного количества захороненных отходов и их состава, так и от условий их размещения, определяющих возможность разложения органического вещества. В зависимости от выбранного способа проведения расчетов эти данные определяются на основании информации по захоронению различных категорий отходов и/или их компонентного состава.

Уравнение 3.7

Масса разложимого DOC в отходах, помещаемых на СТО в год Т

DDOCm_T = W_T · DOC_T · DOC_f · MCF_T,

где:

DDOCm_T = масса захороненного на СТО в год T разложимого органического вещества (DOC), Гг;

T = год, для которого производится расчет (учитываемый исторический год);

W_T = масса захороненных в год T на СТО отходов, Гг;

DOC_T = доля способного к разложению органического углерода в отходах, размещаемых в год T;

DOCf = доля DOC, способного к разложению (дробь);

MCF_T = поправочный коэффициент CH₄ для анаэробного разложения в год T (дробь).

При проведении расчетов следует учесть, что при подразделении СТО на управляемые и неуправляемые типы с различными значениями MCF, оценку выбросов от них следует производить отдельно, а результаты суммировать.

Расчет по формуле 3.7 проводится для всех лет, которые учитываются при расчете выбросов парниковых газов от захоронения отходов на СТО.