Утилизация Расчет полигона ТБО

6 РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ФИЛЬТРАЦИОННЫХ  И АТМОСФЕРНЫХ ВОД ПОЛИГОНА

 

В процессе деструкции органического  вещества отходов, уплотнения влажных  отбросов и других процессов в  теле полигона образуется фильтрат, который, при скоплении в чаше полигона, может привести к ожижению нижних слоев отходов, что изменит их физические и прочностные характеристики и повлияет на устойчивость сооружения в целом. Кроме того, гидростатическое давление фильтрата на защитный экран  может привести к изменению его  противофильтрационных свойств.

Для отвода фильтрата в основании  полигона устаивается дренаж из дырчатых труб. Уловленные воды отводятся в  колодец-отстойник.

Суточное  количество фильтрата с полигона определяем по формуле:

 

где - коэффициент, учитывающий влагопоглощающую и испарительную способность ТБО (для полигонов, устроенных по высотной схеме k = 0,1);

 – суммарное количество атмосферных осадков, выпадающих на поверхность осадков, м³/год, определяем по формуле:

 

где - площадь участка складирования, с которого образуется сток,

h – региональная норма осадков, h = 0,711 м/год;

 м³/год

      – суммарное годовое количество прочих вод, распределяемых по поверхности отходов (стоки от мойки мусоровозов и контейнеров, фильтрат и пр.), принимаем

=0 м³/год;

       - число персонала, принимаем =14 чел.

Определяем  суточное количество фильтрата с полигона:

 м³/сут

Кроме фильтрата, на полигоне образуются хозяйственно-бытовые  стоки в количестве 25 л/сут на одного человека, которые совместно  с фильтратом собираются в колодце-отстойнике.

Фильтрат  можно подавать на поверхность полигона, что ускорит процесс его стабилизации и предотвратит самовозгорание в летний период. Для этого в колодце-отстойнике монтируется насос, который закачивает дренажные воды в перфорированные трубы, через которые производится орошение складируемых отходов из расчета 30 м³/сут на 1 га в течение теплых месяцев.

Излишки фильтрата возможно либо локально очищать  непосредственно на полигоне, либо вывозить ассенизационной машиной  на городские очистные сооружения.

 

 

Для отвода потока незагрязненных атмосферных  и талых вод с участка и  предотвращения подтопления полигона устраивается нагорная канава (кольцевой  канал), которая рассчитывается на расход 1 %-й обеспеченности паводка с  прилегающей водосборной площади.

Годовое количество отводимых атмосферных  осадков, м³/год, определяем по формуле: Q_дожд = 10∙К ∙h_{макс.сут}∙ F_вс,

где h_{макс.сут} = 64 мм/сут

      F_вс = 50∙F₁ = 50∙67500=3375000 м²=337,5 га

Q_дожд = 10∙0,1∙64∙337,5 = 21600 м³/сут

Q_час = Q_дожд/2 = 21600/2=10800 м³/ч

Q_сек = Q_час /3,6 = 3000 л/с

Сечение канала для отвода атмосферных осадков находим по [6] при Q= 3000 л/с   h/b = 1,1 и V=1,08 м/c b=1600 мм; i= 0,0005

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Отвод потока незагрязненных атмосферных и талых вод с участка полигона

7 РАСЧЕТ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ  ГАЗОНОСНОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЛИГОНА

В толще складированных на полигоне отходов  под воздействием микрофлоры идет биотермический анаэробный процесс распада органических составляющих. Конечным продуктом этого  процесса является биогаз, основную массу  которого составляют метан и диоксид  углерода. Наряду с названными основными  компонентами, биогаз содержит пары воды, сероводород, аммиак, оксид углерода, оксиды азота и ряд других примесей, вредных для здоровья человека. В зависимости от уровня его выброса и степени разбавления воздухом, биогаз может оказывать токсическое воздействие на живые организмы. При выходе в атмосферу биогаз вытесняет воздух, содержащийся в верхних слоях отходов. В результате у большинства растений, особенно культурных, возникают задержки роста, вплоть до их гибели. Таким образом отвод биогаза на полигонах целесообразен с точки зрения экологии и обеспечения взрывобезопасности объектов.

При максимально благоприятных условиях для жизнедеятельности метанобразующих  бактерий из каждой тонны отходов  образуется до 6 м³ сырого биогаза, выделяющего теплоту до 18900 - 25100 кДж/м³. Установлено, что характер процессов разложения ТБО в толще полигона, скорость их протекания, количество образующегося на разных стадиях биогаза, его состав и продолжительность выделения зависят от множества факторов, главными из которых являются:

- климатические  и геологические условия месторасположения  полигона;

- морфологический  и химический состав завезенных  на полигон отходов;

- условия  складирования отходов (площадь,  объем, глубина полигона);

- влажность,  плотность, реакция рН, температура  в толще полигона.

Процесс разложения ТБО в начальный период обычно носит кислый характер. Он наблюдается  в верхних слоях отходов и  протекает в аэробных условиях за счет кислорода, содержащегося в  пустотах и проникающего из атмосферы. В дальнейшем, по мере естественного  и механического уплотнения отходов, усиливаются анаэробные процессы разложения с постоянным образованием биогаза. Затем, если не нарушаются условия складирования ТБО, стабилизируется процесс анаэробного разложения отходов с постоянным по объему выделением биогаза, фактически одного газового состава. Характерным признаком наступления этой фазы является наличие более 50 % метана в пробах биогаза. Продолжительность периода образования биогаза составляет 10 —30 лет.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

Фактически  количество биогаза в зависимости от состава и условий складируемых отходов принимается в пределах 2 - 5 м³/т в год. Максимальный его выход наблюдается на 5 - 10 год от начала эксплуатации.

Зная  удельный выход биогаза и количество ТБО, завезенных на полигон, определяем максимальный годовой объем выделившегося биогаза по формуле:

V = q ∙ E,

где q - удельный выход биогаза, q = 2 м³/т;

Е — количество завозимых на полигон отходов, Е = 2734340 · 0,240 = 656241600 кг = 656,2 т

V = 2 ∙ 656,2 = 1312,4 м³/год

Затем определяем суточный и секундный объем выделившегося биогаза (V_сут = 3,6 м³/сут, V_сек = 0,4·10^-4 м³/с).

Количественный  выход, т/год, при средней плотности 1,248 кг/м³ определяем по формуле:

М = 1,248 ∙ V = 1,248 ∙ 1312,4 = 1638 кг/год = 1,638 т/год.

Валовые выбросы вредных веществ определяются с учетом среднего коэффициента неравномерности  образования биогаза в теплое и холодное время года.

Для исключения скопления биогаза в  теле полигона предусмотрен его отвод  через сеть дегазационных колодцев (рис. 3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Схема сбора и утилизации

биогаза.

1 – покрытие; 2 – вентиль; 3 – культурный слой; 4 – глубина промерзания; 5 – песок; 6 – глина; 7 – коллектор; 8 – гибкий рукав; 9 - бетонное кольцо; 10 – перфорированная труба; 11 - гравий, 12 – буровая скважина; 13 – уровень фильтрата; 14 – тройник; 15 – насадка

  Колодцы устанавливаются в центре каждой чаши (по 4 штуки) полигона захоронения отходов. За основу конструкции приняты сборные железобетонные колодцы диаметром 1500 мм по ТП 3.900-3.87.

Первоначально на поверхности защитного экрана устанавливается плита днища  ПН - 20 диаметром 2,0 м, затем на ней  монтируются кольца КС - 15 на общую  высоту первого снизу слоя отходов  с учетом изолирующего слоя (2,0 + 0,25 м). Монтаж колец производится без заделки стыков. Фиксация колец в поперечном направлении осуществляется путем засыпки внутренней полости кольца крупным щебнем. Для устройства наружной фильтрующей обсыпки используется инвентарная скользящая опалубка из металлической трубы. Скользящая опалубка устанавливается на плиту днища соосно с кольцами, без прикрепления к плите. Пространство между опалубкой и кольцами колодца заполняется фильтрующей обсыпкой. После укладки каждого слоя уплотненных отходов конструкции колодцев наращивают на высоту следующего слоя. На такую же высоту поднимается кольцо скользящей опалубки с засыпкой внешней полости фильтрующим материалом. Перед укладкой промежуточных изоляционных слоев в теле отходов укладываются радиальные газопроводы из полиэтиленовых труб диаметром 300 мм с выводом их в дегазационные магистральные (вертикальные) колодцы. Законченный колодец сверху перекрывают шатровой крышей с газовыпуском.

Принцип работы газовыпуска следующий. Разогретый внутри массива отходов до 40 - 50°С биогаз легче воздуха. Из толщи отходов через фильтрующую обсыпку по горизонтальным трубопроводам и неплотности железобетонных колец колодцев он проникает во внутреннюю полость магистральных колодцев, затем по порам внутренней засыпки поднимается вверх и выводится через газовыпуски. В случае неперспективности сбора образующегося биогаза отвод его в атмосферу может осуществляться через дефлекторы.

8 РЕКУЛЬТИВАЦИЯ  ПОЛИГОНА ПОСЛЕ ЗАКРЫТИЯ

 

После закрытия и рекультивации полигона участок предполагается использовать под лесопосадки (береза, тополь, клен). Для этого слой изолирующего грунта должен быть толщиной 25 см, период выдержки участка между закрытием полигона и использованием должен быть не менее 1 года, причем необходим полив участка  первые 3 года.

Морфологический состав твердых бытовых отходов  полигона для южной климатической  зоны, % массы

Компонент	Содержание
Бумага, картон	20-28
Пищевые отходы	35-45
Дерево	1-2
Металл черный	1,5-2
Металл цветной	0,2-0,3
Текстиль	4-7
Кости	1-2
Стекло	3-6
Кожа, резина	1-3
Камни	1-2
Пластмасса	1,5-2,5
Прочее	1-2
Отсев (менее 15 мм)	10-18

 

Химический  состав твердых бытовых отходов  полигона для южной климатической  зоны, % массы

Показатель	Содержание
Органическое вещество	56-80
Зольность	20-44
Общий азот	1,2-2,7
Кальций	4-5,7
Углерод	28-39
Фосфор	0,5-0,8
Общий калий	0,5-1,1
Сера	0,2-0,3
pH	5-6,5
Влажность, % общей массы	40-70

 

 

9 УТИЛИЗАЦИЯ И ВТОРИЧНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ ДЕРЕВООБРАБОТКИ

9.1 Способы получения энергии из древесных отходов

В последние  годы во всем мире энергетическое использование  древесной биомассы и, в частности, древесных отходов, рассматривается  как желанная альтернатива традиционным видам топлива. Это связано с  тем, что древесные отходы являются CO₂ -нейтральными, имеют низкое содержание серы, относятся к возобновляемым источникам энергии. Все это привело к тому, что технологии получения энергии из древесных отходов в последние годы развиваются и совершенствуются. Основными технологиями являются: Сжигание, Быстрый пиролиз и Газификация.

 

Сжигание

 

 

 

Рис. 4. Схема Сжигания древесных отходов

Сжигание  древесных отходов базируется на нескольких методах сжигания, в том  числе:

• Прямое сжигание,
• Сжигание в кипящем/циркулирующем слое,
• Газификация/Сжигание газов во вторичной камере сгорания,
• Сжигание пылевидного топлива.

Прямое сжигание происходит в топках с горизонтальной, конусообразной, наклонной или подвижной  колосниковой решеткой. Данный метод используется в водогрейных котлах и печах малой мощности (менее 20 МВт) для сжигания древесного топлива, в том числе с высокой влажностью: кусковых и длинномерных отходов, щепы, коры, опилок, топливных брикетов и гранул и т.д. Для автоматизированного сжигания измельченных отходов также используются трубчатые горелки со шнековой подачей. Обычное использование тепла - для сушки древесины в сушильных камерах, в водогрейных котлах для обогрева производственных и/или жилых помещений. Для выработки электрической энергии отходы сжигаются в паровом котле с последующим использованием пара в паровой турбине. Эта технология имеет низкий электрический к.п.д. порядка 8-13% (для мини-ТЭЦ мощностью 600-1000 кВт), который повышается благодаря использованию более совершенных методов сжигания, таких как сжигание в кипящем/циркулирующем слое или сжигание пылевидного древесного топлива. Однако эти методы используются в электростанциях мощностью не менее 5 МВт, строительство которых требует больших капитальных затрат. Недостатком этого метода является низкая эффективность и высокий уровень эмиссии отходов горения в дымовых газах.

Сжигание  в кипящем/циркулирующем слое позволяет  достичь большей эффективности  и экономичности за счет почти 100%-го сгорания топлива при меньшем  уровне эмиссии отходов горения  по сравнению с прямым сжиганием. При использовании данного метода измельченное древесное топливо  подается в «кипящий» слой, созданный  путем продувания воздуха или  газа через слой инертного материала, например, песка. Количество инертного  материала существенно больше количества топлива, поэтому процесс горения  протекает стабильно с высокой  эффективностью. В зависимости от скорости продувки частицы инертного  слоя остаются в нем или же выносятся  из слоя вместе с продуктами горения  и собираются с помощью циклонов, после чего возвращаются в кипящий  слой (метод циркулирующего слоя). Метод  сжигания в кипящем слое используется в коммерческих или муниципальных  котельных и ТЭЦ в диапазоне  мощностей от 5 до 600 МВт для получения электрической и тепловой энергии. Дополнительным достоинством данного метода является возможность сжигания различных видов топлива (всего до 70 видов), включая низкосортный уголь, торф, твердые бытовые отходы, отходы ЦБК и т.д