Образование болотного газа (биогаза)

    Болотный  газ представляет собой смесь  газов, образующихся при микробиологическом разложении растительных остатков в  природных условиях без доступа воздуха. Он обладает свойствами горючести, содержит от 20 до 95% метана, в подчиненном количестве присутствуют CO₂ и N₂.

    Процессы  газообразования на территории города происходят как в естественных природных условиях (болотные ландшафты), так и на участках техногенной переработки. В процессе подготовки площадей под застройку нередко происходит засыпка водотоков и свалок с последующим уплотнением поверхностного слоя грунтов бетонными плитами, строительным мусором, твердыми бытовыми отходами, асфальтовым покрытием и т.д., что значительно понижает изначальную проницаемость грунтов. При этом на отдельных фрагментах засыпанной территории (палеореки и озера, болота, каналы, свалки и т.д.) с первоначальным обилием органического вещества и повышенной влажностью грунтов сохраняются благоприятные условия для активного газообразования.

    Если в природных условиях биогаз относительно свободно проникает сквозь вышележащие слои рыхлых отложений и почв в атмосферу, постоянно удаляясь из зоны газогенерации, то в условиях антропогенного преобразования интенсивно образующийся и накапливающийся в грунтах газ не имеет возможности свободного выхода в атмосферу сквозь плотное техногенное перекрытие. В определенный момент времени под давлением биогаз может прорвать вышележащую толщу в ближайшем ослабленном месте, реализуясь в виде газо-грязевого выброса, или же будет накапливаться в близлежащих подземных сооружениях, в том числе и подвалах. При этом особенно опасно накопление метана. Газовые замеры, выполненные на участках газо-грязевых выбросов, подтверждают взрывоопасные содержания метана и высокие концентрации диоксида углерода в приповерхностных грунтах.

    Интенсивная биохимическая переработка органического  вещества в газы может приводить  также к изменению первоначальных свойств грунтов. Это проявляется  в виде их разуплотнения и «текучести», изменения несущей нагрузки. При этом даже небольшое накопление малорастворимых газов (метан) в песчано-глинистых породах может вызвать увеличение их напряженно-деформированного состояния, способствовать разуплотнению и снижению прочности глинистых пород, что проявится уже при малых динамических и вибрационных воздействиях. Высокие же содержания диоксида углерода способствуют повышению агрессивности подземных вод и негативно влияют на подземные сооружения и коммуникации.

    Таким образом, к потенциальным опасностям на участках активного приповерхностного газообразования на застраивающихся территориях города следует отнести:

• возможность спонтанных газо-грязевых выбросов, как результат саморазряжения областей избыточного давления биогаза в зонах активного газообразования при затрудненном обмене с атмосферой;
• разуплотнение и изменение несущей нагрузки газоводонасыщенных грунтов, охваченных процессами биохимической переработки органического вещества в биогаз;
• потенциальная возможность накопления природного газа (и прежде всего метана) в прилегающих к зонам активного газообразования подземных сооружениях или расположенных непосредственно в них (коллекторы, подвалы зданий, люки и т.д.);
• повышение агрессивности подземных вод (высокие содержания диоксида углерода), и, как следствие, усиление биокоррозии строительных материалов, труб, проложенных коммуникаций.

    Проведенные на территории Санкт-Петербурга специальные  исследования (Виноградов, 2001 ф) позволили определить потенциальные области подземного газообразования. Экологическая опасность, обусловленная образованием природного биогаза, появляется при застройке участков, где ранее существовали болота, естественные или искусственные водоемы и водотоки, которые впоследствии были засыпаны. Такая опасность усиливается, если в процессе их засыпки использовался малопроницаемый строительный мусор, твердые бытовые отходы.

    При быстром повышении уровня грунтовых  вод, вызванном обильными дождями в теплое время года или таянием снегов, происходит резкое усиление давления в пластах газообразования, что в значительной степени повышает опасность газогрязевых выбросов.

    Эпицентры интенсивного образования биогаза  в приповерхностных грунтах Санкт-Петербурга приурочены к следующим горизонтам, расположенным на глубинах 1,5-15м от поверхности:

• к засыпанным строительным мусором отдельным элементам водоемов, природной и искусственной гидросети;
• к обогащенным торфом болотным образованиям;
• к участкам рекультивированных свалок;

    Анализ  масштабов опасности, которую представляет для города процесс приповерхностного газообразования, показал, что примерно 3,7% территории города (5315 га) представляет собой засыпанные в прошлом водные объекты. Больше всего таких объектов находится в центральных районах: в Василеостровском районе они занимают 33% территории (555 га), в Центральном районе – 27% (475 га), в Адмиралтейском районе – 23% (310га) и в Петроградском районе – 20% (402га). Для вышеперечисленных районов потенциально опасные территории представлены в основном засыпанными болотами, утраченными водотоками и намывными территориями. Следует также обратить внимание, что осуществляемый в соответствии с Генеральным планом развития Санкт-Петербурга намыв новых территории в Кировском, Приморском, Петроградском и Василеостровском районах увеличит к 2012 году площадь погребенных водотоков и водоемов до 5329 га. Новые намывные территории будут также являться потенциальными зонами риска приповерхностного образования биогаза. На сегодняшний день экологически опасный уровень газообразования в грунтах, создающий аномальные газовые поля в залегающих на этих грунтах почвах, зафиксирован на 954 га.

    Имеющийся опыт показывает, что установление систем разгрузки (газоотводных скважин, шурфов) является наиболее щадящим и экологически оправданным способом нейтрализации очагов скопления биогаза в грунтах в условиях крупного мегаполиса. В настоящее время на территории города оборудовано 52 газоразгрузочных скважины.