Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов твердых бытовых и промышленных отходов

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана 

С. Г. Смирнов, Н. Н. Бушуев 

Расчет выбросов загрязняющих веществ  
в атмосферу от полигонов твердых бытовых  
и промышленных отходов 

Учебное пособие 
  
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

УДК 504.06 
ББК 31.391 
 
С50 

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/81/book1568.html 
Факультет «Энергомашиностроение» 
Кафедра «Экология и промышленная безопасность» 

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия 

Рецензент канд. хим. наук П.В. Слитиков 
 
Смирнов, С. Г. 
С50   
Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от полигонов 
твердых бытовых и промышленных отходов : учебное пособие / 
С. Г. Смирнов, Н. Н. Бушуев. — Москва : Издательство 
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. — 35, [5] с. : ил.  
ISBN 978-5-7038-4551-6 
Рассмотрены способы добычи, утилизации и определения количественного 
и качественного состава выделяемого полигонами биогаза, методы 
расчета удельных и валовых выбросов образующегося биогаза в целом 
и по компонентам. Приведен алгоритм выполнения практических работ 
по определению количественного и качественного состава биогаза, 
образующегося на полигонах твердых бытовых отходов, с использованием 
компьютерной программы «Полигоны ТБО» из программного комплекса 
«Интеграл». 
Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по направлению 
подготовки «Техносферная безопасность». Также может быть полезно студентам 
других специальностей при выполнении раздела выпускных работ, 
посвященного экологии и охране труда. 

 
    УДК 504.06 
 
    ББК 31.391 
 
 
 
 

 
  © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016 
 
  © Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-4551-6 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016 

Предисловие 

Объектами профессиональной деятельности специалиста по инженерной 
защите окружающей среды являются источники загрязняющих 
выбросов в атмосферу, потоки твердых и жидких отходов производства 
и потребления, системы размещения, переработки или захоронения 
этих отходов, энергосбережение и использование вторичных энергоресурсов. 
Пособие посвящено одной из глобальных экологических и технических 
проблем, которые предстоит решать обществу в XXI веке, — 
проблеме минимизации негативного воздействия отходов на окружающую 
природную среду. Основной объем таких отходов (свыше 90 %) 
в нашей стране, обладающей обширной территорией и малой плотностью 
населения, подвергается полигонному захоронению, что по понятным 
причинам наносит колоссальный вред природе и ведет к материальным 
издержкам в экономике страны [1, 2]. 
Изучение изложенной в пособии методики расчета количества поступающих 
в атмосферу загрязняющих веществ от полигонов твердых 
бытовых и промышленных отходов (ТБО и ПО) и информации о 
технике сбора и утилизации образующегося на полигонах биогаза — 
важный элемент образовательного процесса инженеров-экологов. 
Пособие может быть использовано при изучении дисциплин, 
предусмотренных учебными планами МГТУ им. Н.Э. Баумана, таких 
как «Отходы производства и потребления», «Переработка и ликвидация 
отходов», «Альтернативные и нетрадиционные источники энергии». 
Оно может быть основой проведения семинаров и практических 
занятий в компьютерных классах, будет полезно при выполнении домашних 
заданий.  
В настоящее время по рекомендациям Научно-методического совета 
по безопасности жизнедеятельности Министерства образования 
и науки РФ в компетенцию бакалавра и магистра по безопасности 
жизнедеятельности должны входить: 
– умение прогнозировать опасности при эксплуатации объектов 
социальной инфраструктуры (например, полигонов отходов), а также 
определять размеры санитарно-защитных зон; 

– умение минимизировать уровни опасностей до нормативных 
значений благодаря рациональному использованию ресурсов и применению 
рециклинга. 
В связи с этим предлагаемое вниманию читателей учебное пособие 
может быть полезным при выполнении выпускных квалификационных 
работ бакалавров и магистров. 
В пособии использованы данные статистической обработки результатов, 
полученных Академией коммунального хозяйства (АКХ) 
им. К.Д. Памфилова и другими организациями, в том числе научно-
производственным предприятием (НПП) «Экопром», методами полевых 
замеров на многих полигонах Московской области и лабораторных 
исследований. Эти сведения можно применять при проведении 
инвентаризации выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный 
воздух и разработке проектов нормативов предельно допустимых 
выбросов (ПДВ) от полигонов ТБО и ПО, контроле за соблюдением 
установленных нормативов ПДВ (либо временно согласованных 
выбросов — ВСВ) и при оценке выбросов от полигонов ТБО и 
ПО в предпроектной и проектной документации на размещение новых 
и расширение существующих объектов на всей территории Российской 
Федерации. 
Предлагаемая методика расчета распространяется на основные 
виды газообразных загрязняющих веществ, образующихся в результате 
биотермического анаэробного процесса распада органических 
составляющих ТБО и ПО и выделяющихся с поверхности полигонов 
отходов в атмосферу в любом регионе Российской Федерации. 
В пособии приведены примерный морфологический состав и основные 
характеристики отходов, вывозимых на полигоны, указаны 
способы определения количественного и качественного состава выделяемого 
полигоном биогаза, рассмотрены методы расчета удельных и 
валовых выбросов образующегося биогаза в целом и по компонентам. 
Такие расчеты позволяют оценить энергетический потенциал добычи 
и утилизации биогаза анализируемого полигона. 
Цель работы — изучение проблемы образования биогаза на полигонах 
ТБО и ПО, характера воздействия на атмосферу газообразных 
выбросов, способов утилизации биогаза как дополнительного источника 
энергии, приобретение практических навыков работы с программой «
Полигоны ТБО» из состава программного комплекса «Интеграл». 

Рис. 1–3 пособия выполнены А.А. Жарновой, студенткой кафедры «
Экология и промышленная безопасность». 

1. Проблема добычи и утилизации биогаза* 

В толще твердых бытовых и промышленных отходов (ТБО и 
ПО), захороненных на полигонах, под воздействием микрофлоры 
происходит биотермический анаэробный процесс распада органической 
составляющей отходов. 
Конечным продуктом этого процесса является биогаз. Подсчитано [
3], что из одной тонны ТБО может образоваться 200…300 м3 
биогаза. Основными компонентами биогаза являются: метан 
(50…65 %), оксид углерода II (30…35 %), азот (1…2 %), кислород 
(1…2 %), сероводород (0,2…0,8 %). Другие токсичные соединения, 
такие как ароматические углеводороды, сложные эфиры, обладающие 
вредным для здоровья человека и окружающей среды 
воздействием, содержатся в биогазе в небольших количествах.  
В зависимости от содержания метана биогаз имеет теплоту сгорания 
от 15 до 20 МДж/м3, что соответствует 50 % теплоты сгорания 
природного газа, следовательно, биогаз можно рассматривать как 
альтернативный источник энергии.  
Количественный и качественный состав биогаза зависит от 
многих факторов, в том числе от климатических и геологических 
условий места расположения полигона, морфологического и химического 
состава завозимых отходов, условий складирования 
(площадь, объем, глубина захоронения), влажности отходов, их 
плотности и т. п. Состав биогаза подлежит уточнению в каждом 
конкретном случае, но не ранее двух лет с начала эксплуатации 
полигона. 
Биогаз относится к числу газов, создающих парниковый эффект 
и влияющих на изменение климата Земли в целом. В этой связи добыча 
биогаза обеспечивает улучшение экологической ситуации вокруг 
полигона ТБО и становится источником вторичного энергети-

————— 
* При написании главы 1 использованы материалы учебника [3].  

ческого ресурса. Биогаз является одной из причин возгорания ТБО 
на полигонах и свалках. При содержании в воздухе от 5 до 15 % метана 
и 12 % кислорода образуется взрывопожароопасная смесь. 
Биогаз также оказывает негативное воздействие на растительный 
покров, угнетая растительность на примыкающих к полигонам ТБО 
площадях (механизм влияния связан с насыщением биогазом порового 
пространства почвы и вытеснением из нее кислорода). 
За рубежом в последние десятилетия начинают получать распространение 
технологии добычи и утилизации биогаза. В Германии, 
например, к началу нового тысячелетия добыча биогаза на 
полигонах ТБО позволила ежегодно получать дополнительно 
электроэнергию и экономить более 14 тыс. т/год нефти. 
На российских полигонах и свалках биогаз практически не собирается. 
Первые шаги в этом направлении осуществила фирма 
«Геополис», построившая установки для сбора биогаза на двух 
подмосковных полигонах ТБО (в Мытищах и Серпухове). На каждом 
из этих полигонов, являющихся достаточно типичными для 
Московского региона (площадь 5…7 га, средняя мощность уплотненных 
отходов 10…12 м), образуется 600…800 м3 биогаза в час. 
Количество образующегося биогаза на полигонах для разных регионов 
России сильно различается и зависит от средней температуры 
теплых месяцев в году и продолжительности теплого периода. 
Для сбора биогаза используют вертикальные скважины, газопроводы 
и компрессорные станции, обеспечивающие подачу газа к 
мотор-генераторам для производства электроэнергии. На рис. 1 
показана блок-схема добычи и утилизации биогаза, реализованная 
в Московской области. 

 

Рис. 1. Блок-схема добычи и утилизации биогаза 

Вакуум-компрессор должен создавать на стороне всасывания 
некоторое разряжение для более эффективного захвата биогаза из 
скважины. При этом на стороне нагнетания давление этого газа, 
поступающего в двигатель внутреннего сгорания, должно быть 
избыточным (не менее 0,4 кПа). При полной загрузке двигателя 
мощностью 50 кВт требуется в среднем 32,5 м3 биогаза в час с содержанием 
60 % метана. Теплотворная способность биогаза составляет 
около 22 МДж/м3 (природного газа — 35…43 МДж/м3).  

Необходимо помнить, что 1 м3 биогаза соответствует примерно 
0,5 кг дизельного топлива и по опытным данным ФРГ в зависимости 
от КПД выпускаемых мотор-генераторов от этого количества 
газа можно получить 1,5…1,9 кВт  ч электроэнергии. В Европе 
фирмы Plenbacherverke (Австрия) и Maschinenverke (ФРГ), производящие 
мотор-генераторы, серийно выпускают агрегаты мощностью 
от 30 до 2200 кВт.  
В российских условиях, как показала практика, наиболее целесообразно 
шнековое бурение скважин диаметром 250…300 мм  
(в Швеции, Франции практикуется бурение скважин диаметром 
150…200 мм). По европейским данным, выход биогаза из пробуренной 
скважины глубиной 10 м обычно составляет 10…20 м3/ч. 
Подсчитано, что для обеспечения работы генератора мощностью 
1 МВт требуется 15–20 пробуренных в теле полигона газовых 
скважин. Регулирование выхода биогаза с полигона осуществляется 
путем регулирования числа оборотов компрессора. 
Расстояние между газовыми скважинами на участке сбора биогаза 
обычно составляет 30…50 м. Если число газовых скважин на 
полигоне оптимально, а откосы полигона уплотнены, извлечение 
биогаза составляет до 80 % его образующегося объема. На рис. 2 
показан общий вид скважины для добычи биогаза на подмосковных 
полигонах.  
Инженерное обустройство скважины включает несколько этапов. 
На первом этапе в пробуренную в толще отходов скважину 
(диаметр до 300 мм) опускают перфорированную стальную, асбестоцементную 
или пластмассовую трубу (диаметр 100 мм), заглушенную 
снизу и снабженную фланцевым соединением в верхней 
части. Затем в межтрубное пространство засыпается крупный гравий. 
После этого приступают к установке и креплению оголовка 
скважины. Оголовок представляет собой трубу с металлическим 
цилиндром в верхней части, снабженным газозапорной арматурой, 

регулировкой подачи и контроля состава газа, а также патрубком 
для присоединения скважины к газопроводу. 
На следующем этапе скважину заполняют глиной, образуя глиняный 
замок глубиной 2…3 м. Для предотвращения попадания в систему 
трубопроводов атмосферного воздуха верхнюю часть укрепляют 
бетонным раствором. Схема примерного размещения газовых 
скважин на высоконагруженном полигоне показана на рис. 3. 
Температура образующегося биогаза соответствует температуре 
тела полигона, которая при анаэробном разложении органических 
фракций ТБО повышается до 50…85 С. Поскольку для отходов 
характерна высокая влажность (35…40 %), биогаз насыщается 
парами воды. При снижении температуры движущегося по газопроводу 
биогаза в системе образуется до 20 мл/м3 конденсата. На 
установке мощностью 1 МВт ежесуточно образуется 100 л конденсата. 
Этот конденсат необходимо удалять из системы сбора биогаза 
и направлять на обезвреживание, поскольку по химическому 
составу он во многом аналогичен фильтрату самого полигона. Для 
удаления влаги из системы устанавливают конденсатоотводчики 
(стальные резервуары с гидрозатворами). 

 

Рис. 2. Общий вид скважины для добычи биогаза: 
1 — оголовок; 2 — бетон; 3 — грунт; 4 — глиняный замок; 
5 — гравий; 6 — перфорированная труба; 7 — от- 
  
ходы; 8 — дренажные трубы; 9 — гидроизоляция 
 

Биогаз, добываемый на полигонах, наиболее часто используют 
для производства электроэнергии. В российских условиях из 1 м3 

биогаза можно получить 1,5 кВт  ч электроэнергии. В ряде 
случаев электроэнергия, произведенная из биогаза, частично или 
полностью используется для нужд самого предприятия, эксплуатирующего 
полигон ТБО. К сожалению, большой энергетический 
потенциал полигонов в настоящее время не используется. В предлагаемой 
методике расчета выбросов биогаза от полигонов определяют 
величины, выраженные в массовых долях, килограммах в 
секунду, килограммах на тонну отходов, тоннах в год, тогда как 
энергетический потенциал оценивают объемом в кубических метрах 
сожженного биогаза. Объем биогаза Vбг в кубических метрах 
определяют из выражения 

 
бг
бг

1 ,
V
 
  
(1) 

где ρбг — плотность биогаза, кг/м3. 
В тех случаях, когда возникают сложности с утилизацией биогаза (
например, по причине больших расстояний до потребителя), 
собранный биогаз сжигается в факельных горелках. Эта вынужденная 
мера способствует снижению поступления биогаза в атмосферу 
и вероятности возгорания ТБО на полигонах.  

 

Рис. 3. Примерная схема размещения  
  
газовых скважин на полигоне 
 

2. Общая характеристика полигонов отходов 

На большей части полигонов Российской Федерации склади-
руются как бытовые, так и промышленные отходы (до 30 % по 
массе), разрешенные в установленном порядке для захоронения 
совместно с бытовыми. 
По усредненным данным исследований АКХ им. К.Д. Памфилова, 
ТБО, складируемые на полигонах Москвы и Московской области, 
имеют следующий морфологический состав (% по массе): 
бумага и картон — 38,0, пищевые отходы — 30,0, дерево — 1,5, 
текстиль — 5,5, кожа и резина— 1,3, полимерные материалы — 5,5, 
кости — 0,7, черный металл — 2,5, цветной металл — 0,5, стекло — 
4,3, камни, керамика — 1,4, отсев менее 16 мм — 8,8. 
Морфологический состав ТБО для различных регионов РФ примерно 
одинаков и мало отличается от состава ТБО, полученного по 
усредненным данным исследований по Московскому региону.  
Плотность отходов составляет 0,2…0,3 т/м3, влажность колеблется 
от 40 до 55 %, содержание органического вещества (без учета 
влагосодержания) может достигать 70 %. 
Что же касается ПО, их состав зависит от профиля промышленных 
предприятий того или иного региона и подлежит уточнению 
в каждом конкретном случае при обследовании полигона, но 
не ранее двух лет с начала его эксплуатации. В расчетах по данной 
методике промышленные отходы не учитываются. 
Обследование полигона ТБО и ПО рекомендуется проводить 
не ранее двух лет с начала его эксплуатации. 
По общепринятой технологии захоронения отходов предусматривается 
планировка и уплотнение завозимых отходов, а также 
регулярная изоляция грунтом рабочих слоев отходов. 
В начальный период (около года) процесс разложения отходов 
носит характер их окисления, происходящего в верхних слоях, за 
счет кислорода воздуха, содержащегося в пустотах и проникающего 
из атмосферы. Затем по мере естественного и механического 
уплотнения отходов и изолирования их грунтом усиливаются 
анаэробные процессы с образованием биогаза, являющегося конечным 
продуктом биотермического анаэробного распада органической 
составляющей отходов под воздействием микрофлоры. 
Биогаз через толщу отходов и изолирующих слоев грунта выделя-