Biogaz ze względu na swoją wybuchowość przede wszystkim zagraża zdrowiu i życiu ludzi obsługujących instalacje gazowe. Może również powodować eksplozję wybuchów atmosferycznych w instalacjach i urządzeniach biogazowych, wywoływanych zmiennymi parametrami podstawowych składników biogazu, takich jak: metanu (CH4), dwutlenku węgla (CO2), siarkowodoru (H2S), tlenu (O2) i tlenków azotu (NOx), co skutkuje zniszczeniem obiektów instalacji biogazowych. Ponadto istnieje niebezpieczeństwo eksplozji biogazu migrującego z wysypisk komunalnych posadowionych na nieuszczelnionych podłożach ziemnych. Gaz ten może penetrować przez pory warstwy ziemnej nawet na duże odległości.
Rys. 1. przedstawia biogazową eksplozję w podpiwniczeniu budynku. Migrujący biogaz przez warstwę ziemi okrywającej wierzchowinę odpadów komunalnych korpusu wysypiska może również ograniczać dostęp tlenu do korzeni krzewów i roślin, co powoduje ich więdnięcie (rys. 2.).
Zakres eksplozyjnej wybuchowości trzech głównych komponentów gazowych: metanu, dwutlenku węgla i tlenu atmosferycznego pokazano na rys. 3. [4]. Biogaz o składzie: 11,5% objętości metanu (CH4), 7,5% dwutlenku węgla (CO2) i 81% powietrza może powodować wybuchy atmosferyczne. Za groźną sytuację wybuchową uznaje się stężenie metanu poniżej 30% objętości, a tlenu (O2) powyżej 3% [2, 6]. W przypadkach, gdy stężenie CH4 dochodzi do ≤ 25%, a O2 ≥ 6% należy wyłączyć instalację sprężarki gazowej, gdyż alarmowa zmiana składu biogazu może doprowadzić do spalania wybuchowego i zniszczenia instalacji.
Natomiast biogaz o składzie 55% CH4, 40% CO2 i 5% O2 nie jest wybuchowy. Zakres trzech substancji powodujących zagrożenia wybuchami wynika z rys. 3. Z innych zagrożeń biogazowych wymienia się efekty wzmagające efekt cieplarniany powodowany: CO2, CH4, N2O i CFC. Obecnie szacuje się, że 10% metanu sprzyjającego powstawaniu efektu cieplarnianego pochodzi z wysypisk odpadów komunalnych i biogazowni energetycznych.
Zagrożenia zdrowia i życia personelu
Instalacje eksploatowane na wysypiskach odpadów w oczyszczalniach ścieków oraz w bioreaktorach fermentacji metanowej odpadów rolniczych i spożywczych mogą zagrażać zdrowiu lub życiu ludzi w różnych sytuacjach. W zamkniętych pomieszczeniach: pompowni, kontroli i regulacji składu gazu może dochodzić do wypierania tlenu z powietrza atmosferycznego przez wzrastające stężenie dwutlenku węgla.
W normalnych warunkach udział tlenowej części w powietrzu atmosferycznym dochodzi do 21% objętości powietrza. Przy spadku tlenu do 17% objętości w powietrzu pomieszczenia instalacji gazowych należy liczyć się z zagrożeniem zdrowia personelu obsługowego. Natomiast przy spadku tlenu poniżej 14% w powietrzu wdychanym powstaje zagrożenie uduszenia. Bezpośrednim powodem uduszenia są wysokie stężenia dwutlenku węgla w powietrzu wdychanym przez operatora instalacji, przy równoczesnym małym stężeniu tlenu.
Stopniowanie zagrożeń wynikających z narastania stężeń CO2 w powietrzu wdychanym przedstawiono w tab. 1.
Drugim, toksycznym komponentem biogazu jest siarkowodór (H2S), który poza instalacjami biogazowymi występuje w ściekach komunalnych, w gnojowicy hodowlanej oraz w odpadach wysypisk.
Charakterystyka wybuchów atmosferycznych biogazu
Podstawowymi komponentami biogazów energetycznych, powodującymi zagrożenia wybuchowe są metan (CH4) i wodór (H2). Parametry ww. wybuchów wg PN-72/E-08110 [10] są następujące:
- temperatura samozapłonu metanu wynosi 650°C, a wodoru 580°C, przy czym granice wybuchowości mieszanin metanu lub wodoru z powietrzem atmosferycznym, jak poniżej: granica dolna metanu przy 4,9% objętości metanu oraz przy 4% objętości wodoru,
–granica górna 15,4% objętości metanu i przy 75% objętości wodoru, - przy dolnej granicy wybuchowości biogazu może dochodzić do temperatury samozapłonu,
- w zakresie pomiędzy dolną i górną granicą wybuchowości, biogaz doprowadzany do temperatury samozapłonu pali się w tzw. atmosferze wybuchowej; poniżej górnej granicy wybuchowości gaz pali się płomieniem; do wywołania zapłonu lub wybuchu biogazu niezbędny jest czynnik inicjujący płomień, np. iskra elektryczna lub mechaniczna albo efekt tarcia metali.
 |
| Tabela 2.Wzrost stężeń siarkowodoru w powietrzu wdychanym i jego oddziaływanie na zdrowie i życie |
