Проектирование полигона ТБО для города Хабаровска

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу: «Проектирование полигонов размещения техногенных отходов»

по теме: «Проектирование полигона ТБО для города Хабаровска»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1 Исходные данные

1.1 Срок эксплуатации полигона – 15 лет.

Этапы жизненного цикла полигона:

2012 г – проектирование;

2013 – 2015 – строительство;

2015 – 2030 – эксплуатация

С 2030 – рекультивация.

1.2 Количество населения.

Хабаровск, второй, после г. Владивостока, по численности населения город Дальнего Востока. На 01. 01. 2012 г. 584 тыс. чел.[3]

К моменту ввода в действии полигона (2015 год) население города с учетом прироста составит 608 тыс. чел., в т.ч. в капитальной застройке 577 тыс. чел., в усадебной застройке – 31 тыс. чел. К концу расчетного срока эксплуатации полигона население города составит 650 тыс. чел., в т.ч. в капитальной застройке 618 тыс. чел., в усадебной застройке – 32 тыс. чел. [4]

1.3 Нормы образования отходов

В соответствии с постановлением мэра города Хабаровска от 29.08.2008 № 2614 "Об утверждении норм накопления бытовых отходов" [4] среднегодовая норма накопления твёрдых бытовых отходов на одного человека принята:

• в жилых домах благоустроенного фонда – 2,15 м³ на одного человека.
• в жилых домах неблагоустроенного фонда (усадебная застройка) – 4 м³

По рекомендации Академии коммунального хозяйства им. Памфилова увеличение массы отходов в год принимается 3-5%. [8] Принимаем 5%.

1.4 Площадь участка, выделенного для размещения полигона – 50 га.

1.5 Коэффициент фильтрации грунтов, залегающих в основании полигона (суглинок, мощность 0,5 м) – 0,00002 м/сут.

 

2 Количество образующихся  отходов с учетом прироста  норм образования отходов

Расчет количества образующихся отходов на начальном и конечном этапе эксплуатации полигона представлен в таблице 1.

Таблица 1

Ориентировочные расчёты образования  ТБО

Население	На 2015 год			На 2030 год
	Численность населения тыс.чел.	Норматив-ное кол-во отходов  м3/год	Проектн. кол-во отходов тыс.м3 в год	Численность населения тыс.чел.	Норматив-ное кол-во отходов  м3/год	Проектн. кол-во отходов тыс.м3 в год
Проживающее в капитальной  застройке	577	2,49	1436,73	618	4,26	2632,68
Проживающее в усадебной  застройке	31	4,63	143,53	32	7,92	253,44
Всего	608		1580,26	650		2886,12

 

3 Мощность и  емкость полигона УЗО.

3.1 Вместимость полигона Е_т на расчетный срок определяется по формуле [8]:

               (1)

где У₁ и У₂ - удельные годовые нормы накопления ТБО по объему на 1-ый и последний годы эксплуатации, м³/чел.год;

Н₁ и Н₂ - количество обслуживаемого полигоном населения на 1-ый и последний годы эксплуатации, чел;

Т - расчетный срок эксплуатации полигона, лет;

К₁ - коэффициент, учитывающий уплотнение ТБО в процессе эксплуатации полигона на весь срок Т (таблица 2);

К₂ - коэффициент, учитывающий объем наружных изолирующих слоев грунтов (промежуточный и окончательный) (таблица 3).

Таблица 2

Значение коэффициента К₁, учитывающего уплотнение ТБО в процессе эксплуатации полигона

Масса бульдозера или катка, т	Полная проектируемая высота полигона, м	К1
3-6	20....30	3
12-14	менее 10	3,7
12-14	20....30	4
20-22	50 и более	4,5

Примечание: Значения К1 приведены  при соблюдении послойного уплотнения ТБО, оседания в течение не менее 5 лет и плотности ТБО в местах сбора р =200 кг/м3.

С учетом применения для уплотнения бульдозера массой 20-22 т при проектируемой высоте полигона более 50 м принимаем К₁=4,5

Таблица 3

Значение коэффициента К₂,  учитывающего объем изолирующих слоев

Общая высота, м	5,25	7,5	9,75	12...15	16...49	40...50	более 50
К2	1,37	1,27	1,25	1,22	1,2	1,18	1,16

Примечание: При обеспечении работ  по промежуточной и окончательной  изоляции полностью за счет грунта, разрабатываемого в основании полигона, К₂=1. Слой промежуточной изоляции принят 0,25 м. При применении катков Км-305 допускается слой промежуточной изоляции 0,15 м.

С учетом высоты полигона (более 50 м) принимаем К₂=1,16.

Таким образом, проектируемая вместимость полигона Е_т составит:

 тыс. м³

3.2 Площадь участка складирования ТБО определяется по формуле:

Ф_у.с=3×Е/Н_п,                                                     (2)

где 3 - коэффициент, учитывающий заложение  внешних откосов 1:4;

Ф_у.с=3×8561670/60 = 428083 м²=42,81 га

Требуемая площадь полигона составит:

Ф=1,1*Ф_у.с.+ Ф_доп.,                                              (3)

где 1,1 - коэффициент, учитывающий полосу вокруг участка складирования;

Ф_доп. - площадь участка хозяйственной зоны и площадки мойки контейнеров.

Ф=1,1*42,81+1,0=48,09 га

4 Схема генерального плана полигона

Полигон проектируется на плоском  рельефе. Фактически отведенная площадь  участка составила 50 га, в том числе собственно под полигон 49,3 га и 0,7 га под подъездную дорогу от автомагистрали длиной 0,7 км. Грунт в основании полигона на 0,5 м глубины состоит из легких суглинков, далее тяжелые суглинки, грунтовые воды на глубине 6 м.

Принимается решение полностью  обеспечить потребности в грунте для промежуточной и окончательной  изоляции за счет рытья котлована  в основании полигона.

Реальный участок складирования  ТБО в проекте имеет прямоугольную  форму длиной 680 м, шириной 640 м (рис. 1). Все размеры на рис. 1 указаны в м.

Рис. 1. План и разрез высоконагруженного полигона на плоском рельефе

I-V - очереди строительства и эксплуатации полигона; 1 - кавальер грунта; 2 - граница полигона; 3 - граница участка складирования ТБО; 4 - временная дорога на участке складирования; 5 - граница очередей эксплуатации; 6 - существующая автомагистраль; 7 - подъездная дорога; 8 - хозяйственная зона; 9 - верхний изолирующий слой; 10 - котлован в основании полигона.

 

Высота полигона Н определяется из условия заложения внешних  откосов 1:4 и необходимости иметь  размеры верхней площадки, обеспечивающие надежную работу мусоровозов и бульдозеров:

Н=Ш/8-н,                                                     (4)

где Ш - ширина участка складирования ,м;

8 - двойное заложение откосов  (4×2);

н - показатель снижения высоты полигона, обеспечивающий оптимальные размеры  плоской верхней площадки, м.

Минимальная ширина верхней площадки определяется удвоенным радиусом разворота мусоровозов и соблюдением правила размещения мусоровозов не ближе 10 м от откоса:

Ш_в=9×2+10×2=38 м.

Для удобства работ на верхней площадке принимаем ее ширину равной 160 м.

Показатель снижения высоты будет:

н=160:8=20 м.

Высота полигона составит:

Н=640/8-20=60 м.

Фактическая вместимость полигона с учетом уплотнения рассчитывается по формуле усеченной пирамиды:

                                      (5)

где С₁ и С₂ - площади основания и верхней площадки, м²

Вместимость котлована в основании полигона не учитывается, так как весь грунт из него идет на изоляцию ТБО. В этих условиях Е_ф равно Б_у - объему уплотненных ТБО.

Для верхней плоской  площадки составляет:

680-60×8=200 м.

Ширина верхней площадки будет:

640-60*8=160 м.

 

По формуле (4) рассчитываем фактическая вместимость:

 м³.

Потребность в изолирующем материале  определяется по формуле:

В=В_у×(1-1/К₂)                                               (6)

Для изоляции 11704203 м³ уплотненных ТБО потребуется грунт в объеме:

В_г=11704203×(1-1/К₂)=11704203×(1-1/1,18) = 1785387 м³.

В рассматриваемых условиях В_г - емкость котлована.

Средняя проектируемая глубина  котлована в основании полигона определяется по формуле:

Н_к=1,1×В_г/С₁,                                              (7)

где 1,1 - коэффициент, учитывающий откосы и картовую схему котлована;

Н_к=1,1×1785387/(640×680)=4,51 м

Площадь участка складирования  разбивается на четыре очереди эксплуатации с габаритами 320×340 м и площадью 108800 м² – 10,88 га.

Каждая из этих очередей эксплуатируется  с учетом укладки пяти рабочих  слоев ТБО (2 м ТБО и 0,25 м грунта). Общая высота составит:

2×5+0,25×5=11,25 м

В том числе над поверхностью земли (черных отметок) высота насыпи за каждую очередь составит:

11,25-4,51=6,74 м.

Объем котлована одной очереди  будет:

1785387/4=446347 м³

Наращивание высоты с отметки  7 до 59 и окончательная изоляция слоем 1 м составит 5 очередь эксплуатации. Срок эксплуатации каждой очереди в среднем 4 года.

Грунт котлована 1 очереди складируется в кавальер для использования  при окончательной изоляции полигона. Кавальер размещается по внешней  границе I, III и IV очередей. Длина кавальера составляет: 660+760=1420 м. Площадь поперечного сечения кавальера будет:

446347/1420=314,3 м².

Примем кавальер в форме трапеции с шириной основания 60 м, шириной по верху 20 м и высотой 7,8 м. Площадь поперечного сечения составляет: (20+60)×7,8/2=312 м².

Площадь, занимаемая кавальером грунта, составляет:

1420×60=85200 м²=8,52 га.

Планировка хозяйственной зоны с примыкающими к ней сооружениями приведена на рис. 3.

Рис. 3. План хозяйственной зоны и примыкающих сооружений

1 - подъездная дорога; 2 - ограждение полигона; 3 - площадка  для складирования сборно-разборных временных дорог; 4 - трансформаторная подстанция; 5 - административно-бытовое здание; 6 - транспортный поток прибывающих и убывающих машин; 7 - ворота полигона; 8 - площадка для дезинфекции; 9 - противопожарный резервуар; 10 - навес (помещение) для машин и механизмов; 11 и 12 - ворота и ограждение хозяйственной зоны; 13 - склад ГСМ.

 

5 Конструкция участка захоронения отходов (УЗО)

Современный полигон захоронения ТБО представляет собой сложное инженерное сооружение, обеспечивающее защиту объектов биосферы от загрязнений. Для снижения гидростатического напора фильтрата на основание карты полигона, а также с целью минимизации объемов его просачивания в грунтовые воды и предотвращения растекания фильтрата за пределы ограждающей дамбы предусматривается устройство гидротехнических сооружений - системы противофильтрационной защиты основания, состоящей из следующих элементов: противофильтрационного экрана; системы сбора и отвода фильтрата. Типовая схема системы противофильтрационной защиты основания представлена на рис. 4.

Рис. 4. Система противофильтрационной  защиты основания

 

Противофильтрационный экран предназначается для покрытия всей площади основания полигона с целью предотвращения поступления  фильтрата в подземные горизонты.

В соответствии c нормативно-методическими требованиями, предъявляемыми к полигону [8], основание котлована должно иметь слой связанного грунта, к таким относятся глины в естественном состоянии с коэффициентом фильтрации воды не более 10^-5см/с (0,0086 м/сут.) и толщиной не менее 0,5 м. Для грунтов, характеризующихся коэффициентом фильтрации более 10^-5см/с, необходимо предусматривать устройство искусственных непроницаемых экранов. В нашем случае коэффициент фильтрации суглинка толщиной 0,5 м составляет 0,00002 м/сут, а значит, такой глиняный экран можно применять даже для размещения некоторых видов отходов II-III классов опасности. [5] Принимая во внимание последние тенденции, направленные на обеспечение экологической безопасности при проектировании полигонов ТБО в современном мире, а также учитывая вероятность размещения на полигоне отходов III класса опасности, усиливаем гидроизоляцию основания полигона за счет применения синтетических материалов – экрана из полиэтиленовой пленки, стабилизированной сажей.

Таким образом, двухслойный экран состоит из подстилающего слоя -глинистого грунта толщиной 0,5 м, слоя полиэтиленовой пленки, стабилизированной сажей, толщиной 0,2 мм. Поверх пленки устраивается защитный слой (h = 0,5 м) песчаного грунта.

Промежуточная и окончательная  изоляция уплотненного слоя ТБО осуществляется грунтом. Слой промежуточной изоляции составляет 0,25 м.

В зимний период в качестве изолирующего материала разрешается  использовать строительные отходы, отходы производства (отходы извести, мела, соды, гипса, графита и т.д.).

Верхнее изолирующее покрытие для полигона сооружается, как правило, многослойным. Базовый проект верхнего изолирующего покрытия состоит из четырех основных слоев: 1) рекультивационный слой; 2) дренажный защитный слой; 3) минеральный гидроизоляционный слой; 4) выравнивающий газодренажный слой.