Разработка проекта полигона твердых бытовых отходов вместимостью 4637500 м3

Биогаз, добываемый на полигонах, наиболее часто используют для производства электроэнергии. В российских условиях из 1м³ биогаза можно получить 1,5 кВт-ч электроэнергии.

В тех случаях, когда  возникают сложности с утилизацией  биогаза (например, из-за больших расстояний до потребителя), собранный биогаз подвергают факельному сжиганию в специальных газовых горелках. Факельное сжигание биогаза следует рассматривать как вынужденную и промежуточную меру, способствующую снижению поступления биогаза в атмосферу и вероятности возгорания ТБО на полигонах.

2. Расчет проектируемого полигона твердых бытовых отходов

Исходные данные (Вариант 6)

 Расчетный срок эксплуатации Т = 20 лет. Годовая удельная ·норма накопления ТБО с учетом жилых зданий и непромышленных объектов на год проектирования У₁ = 1,9 м^э/чел.-год. Количество обслуживаемого населения на год проектирования Н₁ = 200 тыс. чел. прогнозируется через 20 лет Н₂ = 220 тыс. чел. Полигон проектируется на плоском рельефе. Отношение ширины к длине выделенного участка для проектирования полигона ТБО (Ш - Д) составляет 1:3,4. Грунт в основании полигона на 2 м глубины состоит из легких суглинков, далее идут тяжелые суглинки и грунтовые воды - на глубине 3,5 м. Хозяйственная зона занимает до 5,16 % от всей площади полигона.

Фактическая продолжительность  работы бульдозеров на уплотнении отходов на полигоне Тс ⁼ 12 ч; влажность ТБО на полигоне составляет до 32 %.

Преобладающее направление  ветра – северно-восточное; направление  течения подземных вод - с севера-востока на юго-запад .

Расчет полигона. Определим значения параметров, отсутствующих в исходных данных.

2.1.Расчет проектируемая вместимость полигона ТБО

    Вместимость полигона   Е_m (м³) на расчетный срок определяется по формуле:

                                       (1)

где У_{1 ,} У₂ - удельные годовые нормы накопления ТБО по объему на первый и последний годы эксплуатации, м³/чел.-год; Н₁ , Н₂ - количество обслуживаемого полигоном населения на первый и последний годы эксплуатации, чел.; Т - расчетный срок эксплуатации полигона, годы; К₁ - коэффициент, учитывающий уплотнение ТБО в процессе эксплуатации полигона на весь срок; К₂ - коэффициент, учитывающий объем наружных изолирующих слоев грунтов (промежуточный и окончательный).

Определим значение параметров, отсутствующих в исходных данных. Удельная годовая норма накопления ТБО по объему на второй год эксплуатации определяется из условия ее ежегодного роста по объему на 3% (среднее значение по РФ - 3-5 %):

                                       У₂= У₁ · 1,03^Т   ,                                                     (2)                                                                                     

У₂ = 1,34 · (1,03)20 = 1,34 · 1,805 = 3,4 м³/чел. год

В соответствии с табл. 6 выбирается высота проектируемого полигона (Н_п, м) в зависимости от численности обслуживаемого полигоном населения (показатель Н₁ чел.).

Коэффициент К₁ учитывающий уплотнение ТБО в процессе эксплуатации полигона за весь срок Т, принимаем по табл. 5 с учетом применения для уплотнения бульдозера массой 6 т; К₁ = 3 [3].

Таблица 6

Значение коэффициента К_{1 ,}  учитывающее уплотнение ТБО в процессе эксплуатации полигона

Масса бульдозера, т	Полная проектируемая высота полигона, Нп ,м	К1
3-6	Менее 10	3
12-14	10-20	3,7
12-14	20-40	4
20-22	50 и более	4,5

 

Коэффициент К₂, учитывающий объем изолирующих слоев грунта в зависимости от общей высоты Н_п – 9,5м , принимаем по табл. 7 – К₂ ⁼ 1,25.

Таблица 7

Значение коэффициента К_{2 ,}  учитывающего объем изолирующих слоев

Общая высота ,м	5,25	7,5	9,75	12-15	16-39	40-50	более 50
К2	1,2	1,27	1,25	1,22	1,2	1,18	1,16

 

Е_т = (1,1 + 1,34) - (200 000 + 220000) · 20 ·1,25: (4 ·3) = 4 637 500 м³.

2.2. Расчет требуемой  площади земельного участка полигона

Площадь участка складирования  ТБО (м²) определяется по формуле

                          S_у._с= 3·Е_т :Н_п ,                                                              (3)                                  

где 3 — коэффициент, учитывающий  заложение внешних откосов 1:4; Ет - вместимость полигона, м³; Н_п - высота проектируемого полигона, м.

    Sу.с = 3·4 637 500/9,5 = 1 464 474 м²,

Требуемая площадь полигона (S, м²) рассчитывается по следующей формуле:

                          S=1,1·S_у._с ,                                                               (4)                                

где 1,1 - коэффициент, учитывающий  полосу вокруг участка складирования;  S_доп - площадь участка хозяйственной зоны и площадки мойки контейнеров, м².

Для расчета требуемой  площади полигона необходимо найти  площадь хозяйственной зоны. Площадь участка хозяйственной зоны S_доп рассчитывается на основании площади участка складирования с учетом (1,1· S_у._с).

100% - 1 464 474,   S_доп = 117 158 м²,

8%     - S_доп

S = 1,1 · 1 464 474 = 1 610 921 м²

2.3.Расчет длины  и ширины полигона и участка  складирования твердых бытовых  отходов

 длина полигона (м) определяется по формуле

Д_п= ,                                                    (5)                               

Д_п =

где S — площадь проектируемого полигона, м²; п — отношение ширины к длине проектируемого полигона

 Ширина полигона (Шп, м) находится как частное от деления всей требуемой площади на длину:

Ш_п= S/ Д_{п  ,}                                                                              (6)

Ш_п = 1 610 921/2340 = 688 м

Аналогичным образом  рассчитываем длину Д_{у с} и ширину участка складирования Ш_у.с. под ТБО (без учета хозяйственной зоны) на основании величины S_{у. с} , которые необходимы в дальнейшем для расчета фактической вместимости полигона.

Д_у.с.= ,                                                (6)

Д_у.с.=

= 2231м

Ш_у.с.= S/ Д_у.с.,                                                   (7)

Ш_{у.с =} 1464474/2231 = 656м

Полигон должен быть размещен с подветренной стороны, чтобы при эксплуатации в близлежащем населенном пункте не фиксировались превышения ПДК по выделяющимся газам с тела полигона и отсутствовал неприятный запах.

2.4. Расчет фактической  вместимости полигона

Высота полигона Н_п определяется из условия заложения внешних откосов 1:4 и необходимости иметь размеры верхней площадки (Ш^в), обеспечивающие надежную работу мусоровозов и бульдозеров:

Ш^в = Ш_у.с -  Н_п ·  8,                                          (8)

Ш^в = 656 – 9,5 ·  8 = 580 м

Длина верхней площадки рассчитывается следующим образом:

                                Д^в = Ду.с. - Нп ·  8,                                       (9)                                 

Д^в = 2231 – 9,5 ·  8= 2155 м

Вместимость котлована в основании полигона не учитывается, так как весь грунт из него идет на изоляцию ТБО. В этих условиях Е_ф будет равно объему уплотненных ТБО. Фактическая вместимость полигона Е_ф (м³) с учетом уплотнения рассчитывается по формуле усеченной пирамиды:

Е_ф  = ,                               (10)

где S_{у. с} - площадь основания полигона, м², S^В - площадь верхней площадки полигона, м².

S^В = 580 ·  2155 = 1249900 м²

Е_{ф  =}  12746726 м³

2.5. Потребность в изолирующем материале

По мере необходимости рабочий слой отходов покрывается с последующим уплотнением промежуточным изолирующим слоем высотой 0,25 м, обеспечивающим полное покрытие колющих и выступающих из отходов твердых предметов, незакрытой должна оставаться только минимальная рабочая поверхность. В конце рабочего дня оставшуюся массу отходов необходимо засыпать землей и уплотнить.

Промежуточная и окончательная  изоляция уплотненного слоя ТБО осуществляется грунтом. При складировании ТБО на открытых, незаглубленных картах промежуточная изоляция в теплое время года проводится ежесуточно, в холодное время года с интервалом не более 3 сут. Слой промежуточной изоляции составляет 0,25 м, при уплотнении ТБО катками КМ-305 - 0,15 м. Разработка грунта и доставка его на рабочую карту производится скреперами.

В зимний период в качестве изолирующего материала разрешается  использовать шлаки ТЭЦ, строительные отходы, отходы производств (отходы извести, мела, соды, гипса, графита, асбестоцемента, шифера, алюмосиликатный шлам). В виде исключения в зимний период допускается применять для изоляции снег, подаваемый бульдозерами с ближайших участков[3].

В весенний период с установлением  температуры свыше 5 °С площадки, где была применена изоляция снегом, покрываются слоем грунта. Укладка следующего яруса ТБО на изолирующий слой из снега недопустима.

Потребность в изолирующем  материале (м³) определяется по формуле

В_г = Е_ф(1 – 1/ К₂ ),                                                  (11)                       

В_г  = 12746726 ·  (1- 1/1,25) = 2549345  м³                             

где Е_ф - объем уплотненных ТБО, м³; К₂ - коэффициент, учитывающий объем изолирующих слоев грунта в зависимости от общей высоты

Средняя проектируемая  глубина котлована (м) в основании  полигона определяется по формуле

Н_К=1,1 ·  В_Г: S_{у. с},                                            (12)

Н_К= 1,1 ·  2549345/1463536 = 2м 

где 1,1 — коэффициент, учитывающий откосы и картовую схему котлована.

С учетом рассчитанной площади S_у.с. участок складирования необходимо поделить на равноценные очереди складирования (I, II, III, и если необходимо, то и IV очередь складирования). Каждая из этих очередей эксплуатируется с учетом укладки нескольких рабочих слоев ТБО, т.е. 2 м ТБО и 0,25 м грунта. Общая высота (м) составит:

Н^/ = 2,25 ·  n,                                                 (13)

где п - число слоев.

n=9,5-1/2,25= 4 ,                                             (14)

В том числе над  поверхностью земли высота насыпи для  каждой очереди составит (м)

 Н^// = Н^/ ·  Н_{к ,}                                                                             (15)

Н^//= 9,5·  2 = 7,5 м   

Объем котлована одной  очереди будет равен

Е₀ = В_Г / N,                                                      (16)

Е₀  = 2549345/4= 637336 м³

где N - число очередей эксплуатации полигона.

Наращивание высоты с  отметки Н^// до Н_П и окончательная изоляция от 1,0 до 1,5 м составит последнюю очередь эксплуатации. Срок эксплуатации каждой очереди в среднем четыре года.

Грунт из котлована первой очереди складируется в кавальер для использования при окончательной изоляции полигона. Кавальер размещается по внешней границе трех очередей складирования. Длина кавальера (общая протяженность) L_К может быть на 10-30 м больше длины участка складирования ТБО, вдоль которого размещается грунт.

       Площадь поперечного сечения (м²) кавальера будет составлять:

S_П.С.К. ⁼ Е₀/L_К ,                                                         (17)

L_{К =} Д _у.с. +10 +   Ш _у.с. +15 = (2231+10) + (656+15)= 2912 м

S_П.С.К. ⁼ 637336/2912= 219 м²

    Площадь поперечного сечения необходимо уточнить следующими расчетами. Кавальер принимается в форме трапеции с шириной основания (Шок) от 12 до 30 м, шириной по верху (Ш_в.к.)от 3 до 6 м и высотой (Я_к) 6-12 м.