Способ стимулирования дегазации полигона захоронения отходов

Изобретение относится к области сбора биогаза из полигонов твердых коммунальных отходов. Способ состоит в установке предварительно изготовленных дренажных труб–дрен в вертикальном направлении непосредственно в тело полигона отходов. Затем осуществляют соединение указанных дрен через систему труб, расположенную над отходами, размещаемую на поверхности полигона захоронения отходов. Создают изолирующий слой на поверхности полигона захоронения отходов. Установку дрен производят с заданным шагом на плоскости полигона захоронения отходов и на различную глубину, причём меньшее количество дрен с выбранным шагом устанавливают с выполнением предварительного лидерного вибро бурения полигона захоронения отходов на глубину от 10 до 20 м, большую, чем глубина установки остальных дрен, а остальные дрены устанавливают путём продавливания в тело полигона на глубину от 8 до 18 м. Обеспечивается сохранение максимально возможного уровня сбора полигонного газа при наличии в теле полигона смешанных фракций твёрдых коммунальных отходов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Известен аналог – способ сбора и отвода биогаза на полигоне твердых бытовых и промышленных отходов – RU2297287С1, 26.09.2005, включающий подготовку основания, монтаж системы вертикального газового дренажа из сети распределенных по площади полигона скважин с перфорированными стенками и наружной фильтрующей обсыпкой, сформированной при помощи скользящей опалубки, послойную укладку отходов с пересыпкой изолирующими слоями, наращивание скважин на высоту каждого слоя отходов, отвод биогаза из скважин вертикального газового дренажа, отличающийся тем, что отвод биогаза из вертикального газового дренажа осуществляют по трубчатым дренам горизонтального дренажа в основании полигона, при этом нижние звенья труб скважин вертикального газового дренажа присоединяют к дренажным колодцам горизонтальных трубчатых дрен.

Недостатком аналога является невозможность применения способа на уже существующем полигоне, так как способ включает предварительную подготовку полигона перед укладкой отходов и устройство изолирующих слоёв в процессе заполнения полигона отходами.

Известен способ стимулирования дегазации полигона захоронения отходов – WO2010068087, 03.12.2008, принятый в качестве прототипа способа, включающий установку предварительно изготовленных дренажных труб – дрен, путём их вдавливания в вертикальном направлении непосредственно в тело полигона отходов, соединение указанных дрен через систему труб, расположенную над отходами, размещаемую на поверхности полигона захоронения отходов, создание изолирующего слоя на поверхности полигона захоронения отходов.

Недостатком прототипа является низкая производительность способа стимулирования дегазации при наличии в теле полигона смешанных фракций твёрдых коммунальных отходов и строительных отходов. Характерное для полигонов РФ отсутствие сортировки типов отходов значительно снижает эффективность применения описанного способа, так как наличие препятствий в виде строительного мусора при вдавливании дрен делает невозможным их установку на необходимую проектную глубину. Объём выхода газа через дрены, не установленные на проектную глубину, ниже. Множество установленных не на проектную глубину дрен значительно снижает производительность.

Технической задачей изобретения является обеспечение высокой производительности по выходу газа способа стимулирования дегазации при наличии в теле полигона строительных отходов.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в сохранении максимально возможного уровня сбора полигонного газа при наличии в теле полигона смешанных фракций твёрдых коммунальных отходов при средней глубине установки дрен вдавливанием равной 13 метрам. Эти условия соответствуют оптимальному соотношению затрат на осуществление способа к производительности выхода газа.

Технический результат достигается в способе стимулирования дегазации полигона захоронения отходов, включающем установку предварительно изготовленных дренажных труб – дрен в вертикальном направлении непосредственно в тело полигона отходов, соединение указанных дрен через систему труб, расположенную над отходами, размещаемую на поверхности полигона захоронения отходов, создание изолирующего слоя на поверхности полигона захоронения отходов, в котором установку дрен производят с заданным шагом на плоскости полигона захоронения отходов и на различную глубину, причём меньшее количество дрен с выбранным шагом устанавливают с выполнением предварительного лидерного вибро бурения полигона захоронения отходов на глубину от 10 до 20 м, большую, чем глубина установки остальных дрен, а остальные дрены устанавливают путём продавливания в тело полигона на глубину от 8 до 18 м.

Установку дрен могут производить с шагом 2..4 м в продольном и поперечном направлениях, причём каждую седьмую дрену в продольном и поперечном направлениях устанавливают на большую глубину, чем остальные, с выполнением предварительного лидерного вибро бурения.

На фиг.1 изображено поперечное сечение полигона захоронения отходов.

На фиг.2 изображён план расположения дрен на полигоне захоронения отходов.

Способ стимулирования дегазации полигона захоронения отходов включает установку предварительно изготовленных дренажных труб – дрен 1, 2, фиг 1, 2, в вертикальном направлении непосредственно в тело полигона отходов 3, соединение указанных дрен 1, 2 через систему труб 4, фиг.1, расположенную над отходами 3, размещаемую на поверхности 5 полигона захоронения отходов 3 или сразу под поверхностью 5, в котором установку дрен 1, 2 производят с заданным шагом A на поверхности 5 полигона захоронения отходов 3 и на различную глубину h и H, фиг.1, причём меньшее количество дрен 2 с выбранным шагом B, фиг.2, устанавливают с предварительным лидерным вибро бурением на большую, чем остальные дрены 1 глубину H=10..20 м, а остальные дрены 1 устанавливают путём продавливания в тело полигона отходов 3 на глубину h от 8 до 18 м. Установку дрен 1, 2 производят с шагом A=3 метра в продольном 6 и поперечном 7 направлениях, причём дрены 2, устанавливаемые на большую глубину H=10..20 м с применением предварительного лидерного вибро бурения, устанавливают с шагом каждая седьмая дрена в продольном 6 и поперечном 7 направлениях. На поверхности 5 полигона захоронения отходов 3 создают изолирующий слой 8.

Заявленный технический результат достигается только в пределах указанных диапазонов.

Рассмотрим пример реализации способа стимулирования дегазации полигона захоронения отходов. Полигон захоронения твердых коммунальных отходов 3 представляет из себя специально отведённое место, куда привозят отходы 3, вывозимые из города. Через три года после начала эксплуатации полигона в теле полигона в результате анаэробного разложения (гниения) органических отходов происходит формирование достаточного для сбора и дальнейшей переработки количества полигонного газа, состоящего из метана (порядка 65%), углекислого газа (порядка 35%) и различных примесей (5%). Активная дегазация полигона отходов 3 подразумевает установку гибких газовых дрен 1, 2. с шагом 3х3 м. Часть дрен 1 устанавливают методом вдавливания. Однако при установке дрен 1 вдавливанием и наличии на пути вдавливания дрены строительного мусора дальнейшее вдавливание становится невозможным, а глубина вдавливания остаётся ниже проектной. По этой причине не все из устанавливаемых вдавливанием дрен 1 будут установлены на максимальную глубину. Поэтому часть дрен 2 устанавливают с осуществлением предварительного лидерного вибро бурения, обеспечивая большую глубину установки дрен. Лидерным бурением компенсируют тот процент потерь недополученного газа, который обусловлен невозможностью установки дрен на максимальную глубину вдавливанием. Под строительными отходами понимаются все промышленные отходы, включая бетон, арматуру, крупные фракции древесины и подобные им отходы повышенной твёрдости. Внешний диаметр применяемого для вибро бурения бура равен от 15 до 20 сантиметров, глубина скважины до 20м. Этот способ позволяет собирать полигонный газ в слоях твердых коммунальных отходов, смешанных со строительными отходами. Во все полученные вибро бурением скважины помещаются гибкие вертикальные дрены 2,. По конструкции аналогичные дренам 1, отличающиеся только длиной. На предпроектном этапе проводится геологическое обследование и мониторинг предполагаемого к дегазации полигона или его части. На основании полученных данных разрабатывается проект дегазации с учетом особенностей конкретного объекта. Расчёт общего и послойного расхода выхода свалочного газа проводят по формуле Q_CH=0,934C₀(0,014T+0,28)ke^-kt, которая позволяет определить послойную генерацию свалочного газа на основании концентрации органики С₀(кг/т), температуры тела полигона T, периода полураспада k и количества лет захоронения отходов t. На основании расчёта дебит на глубине h=0-10м составляет 68% от общего объёма добываемого газа, дебит на глубине 10-20 м составляет 22% от общего объёма добываемого газа. При этом расчётный максимально возможный уровень сбора полигонного газа при средней глубине установки дрен вдавливанием равной 10 метрам составляет 2500 нм³/ч. С коэффициентом запаса 1,5 он достигается при шаге установки дрен 1, 2 равном 3 м в продольном и поперечном направлениях, и при установке каждой седьмой дрены 2 в продольном и поперечном направлениях на большую глубину, чем остальные дрены 1, с выполнением предварительного лидерного вибро бурения.

Комплекс работ при осуществлении способа стимулирования дегазации полигона захоронения отходов включает следующие работы. Сначала осуществляют подготовительные технологические операции - выравнивание (возможно отходами) и отсыпку поверхности 5 площадки под дегазацию песком (пескогрунтом или близким по характеристикам материалом) для создания угла наклона площадки не более 3-х градусов для нормальной работы техники (стичера и крана с навесным бурильным оборудованием). Далее осуществляют разметку (3х3м), бурение и проколы поверхности тела полигона с последующим монтажом вертикальных дрен 1, 2. Возможна различная сетка бурения - от 2 до 4 метров, в среднем 3 метра. Дрены 1 устанавливают вдавливанием с применением стичера – навесного оборудования на 45 тонный экскаватор. После этого проводят рытье траншей под газколлекторные трубы 4, с отсыпкой щебнем. Далее осуществляют соединение оголовков вертикальных дрен 1, 2 с горизонтальными газколлекторными трубами 4, производят укладку и соединение газколлекторных труб 4 с выводом на общий коллектор для дальнейшего использования в соответствии с проектом. Осуществляют засыпку щебнем фракции 20-40 и укрытие щебня геотекстилем или другим подобным материалом, для предотвращения возможного смешивания песка (песко-грунта) с щебнем и проникновения мелких фракций инертного материала в прорези газколлекторных труб. На заключительной стадии производят обратную засыпку песком (песко-грунтом) поверх установленной системы активного газового дренажа перед укладкой газо-водо-непроницаемой мембраны 8. Производят укладку и сварку газо – водонепроницаемой мембраны 8. Производят укрытие газо – водонепроницаемой мембраны 8 слоем песка, пескогрунта, грунта или иного инертного материала в соответствии с целями дальнейшего использования согласно проекту.

Создание изолирующего слоя 8 на всей поверхности полигона осуществляют для отсечения возможного попадания естественных осадков в тело полигона и создание газо- водо-непроницаемого барьера, препятствующего последующему образованию полигонного фильтрата и выбросу в атмосферу полигонного газа. Дальнейшее возможное использование газа: сжигание на факельной установке при температуре от 1800-2500С, генерация электроэнергии, использование тепла или получение товарных фракций метана и углекислого газа.

Описанный способ апробирован и адаптирован к условиям захоронения отходов на полигонах Российской Федерации.

1. Способ стимулирования дегазации полигона захоронения отходов, включающий установку предварительно изготовленных дренажных труб–дрен в вертикальном направлении непосредственно в тело полигона отходов, соединение указанных дрен через систему труб, расположенную над отходами, размещаемую на поверхности полигона захоронения отходов, создание изолирующего слоя на поверхности полигона захоронения отходов, отличающийся тем, что установку дрен производят с заданным шагом на плоскости полигона захоронения отходов и на различную глубину, причём меньшее количество дрен с выбранным шагом устанавливают с выполнением предварительного лидерного вибро бурения полигона захоронения отходов на глубину от 10 до 20 м, большую, чем глубина установки остальных дрен, а остальные дрены устанавливают путём продавливания в тело полигона на глубину от 8 до 18 м.

2. Способ стимулирования дегазации полигона захоронения отходов по п.1, отличающийся тем, что установку дрен производят с шагом 2...4 метра в продольном и поперечном направлениях, причём каждую седьмую дрену в продольном и поперечном направлениях устанавливают на большую глубину, чем остальные, с выполнением предварительного лидерного вибро бурения.