Система дегазации полигонов твердых отходов

Изобретение относится к безопасной и экономически эффективной эксплуатации действующих и прекративших прием отходов полигонов твердых бытовых, коммунальных и промышленных отходов, а именно к разделу сбора, транспортировки и обезвреживания биогаза, образующегося в процессе разложения отходов в теле полигона. Система дегазации полигонов твердых отходов содержит вертикальные дренажные гибкие шины, состоящие из пластиковых сердечников, которые обернуты фильтрующим газоводопроницаемым нетканым материалом, состоящим из термически связанных полимерных волокон. Гибкие шины установлены на одинаковом расстоянии друг от друга и соединены в верхней части с закрытой системой горизонтальных труб, имеющих возможность выпуска газа наружу. Система дегазации включает в себя систему поверхностного и заглубленного сбора, систему транспортировки и переработки биогаза, системы подготовки, очистки и утилизации биогаза, систему выработки энергии. Система поверхностного и заглубленного сбора включает в себя вертикальные полимерные ленточные шины с текстурированным сердечником, погруженные в тело полигона на глубину до 35 м. При этом окончания вертикальных шин вынесены за пределы тела полигона на откос либо в вышележащие слои. Вертикальные шины объединены в закрытую газотранспортную систему, изолированную листом, а горизонтальные дренирующие шины-маты соединены по 10-20 вертикальных шин каждая в направлении к центральной линии газосборных площадок. Дренирующие горизонтальные полимерные шины-маты внахлест уложены поверх вертикальных ленточных дрен, выходящих из тела полигона на 0,5 м, по площади газосборного поля и заведены в траншеи, в которых полимерные шины уложены поверх перфорированных коллекторных труб. Траншеи с коллекторным трубопроводом и присоединенными полимерными шинами по всей длине засыпаны гравием и укрыты дренажным геокомпозитом с последующим укрытием гладким полимерным листом. Система транспортировки биогаза включает в себя трубчатую газотранспортную систему, блоки задвижек и отделения конденсата, компрессорные станции, пункт управления всем действующим оборудованием, расположенным в модульном здании или блок-контейнере. Полигон изолирован защитным экраном, состоящим из рекультивационных слоев, образующих герметичную поверхность и препятствующих выходу свалочного газа. Изобретение обеспечивает повышение эффективности извлечения биогаза для стабилизации полигонов хранения твердых отходов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к безопасной и экономически эффективной эксплуатации действующих и прекративших прием отходов полигонов твердых бытовых отходов; твердых коммунальных отходов; промышленных отходов, а именно к разделу сбора, транспортировки и обезвреживания биогаза, образующегося в процессе разложения отходов в теле полигона.

Образование биогаза связано с анаэробным биосинтезом метана, который естественно и постоянно протекает в рыхлых слоях отходов при условии их герметичного хранения на полигонах. Постоянное выделение биогаза в атмосферу вызывает ухудшение экологической обстановки вследствие наличия в нем вредных веществ, таких как метан и углекислый газ. Кроме того, выделение биогаза вызывает постоянное самовозгорание отходов на полигонах их хранения. Выход биогаза на тонну сухого вещества отходов зависит как от термодинамических условий биосинтеза, так и от типа отходов.

Известен способ сбора и отвода биогаза с помощью системы вертикального газового дренажа в виде скважин, оборудованных с поверхности сформированного полигона и дополняемой системой горизонтального газового дренажа в виде развитой сети горизонтальных дрен, прокладываемых под изолирующим покрытием в верхнем слое отходов (Патент ФРГ №3425785, МКИ В09В 1/00, 1986).

Недостаток данного способа заключается в том, что организованный отвод биогаза осуществляется только после достижения толщей отходов проектной высоты, результатом чего является низкая эффективность отбора газа из глубоко залегающих слоев отходов и отсутствие средств дегазации массива отходов по мере его формирования.

Известен способ стимулирования биологического разложения и дегазации площадок для переработки отходов, содержащий следующие этапы: устанавливают дренажные трубы на площадке для переработки отходов посредством вдавливания полого направляющего копья, в котором расположена дренажная труба, в направлении вертикально вниз в площадку для переработки отходов, причем нижняя часть копья выполнена с отделяемой пластиной, к которой прикреплена дренажная труба, при этом пластина смещает отходный материал на участке захоронения отходов и остается на ней, когда копье удаляют с участка захоронения отходов, на глубине, на которой дренажная труба установлена в нижней части площадки для переработки отходов; размещают дренажный слой на отходах, присутствующих у поверхности участка захоронения отходов, так что газ как из вертикальных дренажных труб, так и от поверхности отходов собирается в пористых полостях или каналах в дренажном слое, устанавливают верхнюю изоляцию для газа и воды сверху дренажного слоя для предотвращения выхода газов в атмосферу и поступления кислорода в указанную систему сбора биогаза и устанавливают систему труб, которая выпускает газ из дренажного слоя наружу. Причем в качестве дренажной трубы используют гибкую пластиковую секцию, причем эта секция окружена фильтрующим материалом по своей наружной окружности, при этом предпочтительно фильтрующий материал содержит термически связанные полипропиленовые волокна, а дренажные трубы устанавливают на расстоянии 1-7 м друг от друга, по вертикали менее 4 м от нижней изоляции площадки для переработки отходов и дренажной системы, причем предпочтительно дренажные трубы устанавливают на площадке для переработки отходов на такой глубине, что дренажные трубы образуют соединение с дренажной системой, которая уже присутствует на площадке для переработки отходов. Верхняя изоляция содержит слой минерального изолирующего материала, при этом дренажный слой выбирают из слоя пористого материала, дренажного мата и дренажного канала из пористого материала, причем дренажный слой выполнен с возможностью поддерживания пониженного давления в указанном дренажном слое, при этом дренажный слой выполнен с возможностью подачи воды к дренажным трубам. Причем система труб выполнена с возможностью поддерживания пониженного давления в дренажных трубах, установленных на площадке для переработки отходов, при этом система труб выполнена с возможностью подачи воды к дренажным трубам (см. патент ЕА №027813, МПК В09В 1/00, 2011 г).

Недостатками системы, реализованной в способе, являются: низкая эффективность извлечения биогаза, как по объему, в связи с неоптимальным расположением дрен, так и с точки зрения качества извлекаемого биогаза, т.к. фильтрующий материал, располагающийся по всей длине дренажной трубы, снижает эффективность пониженного или повышенного давлений, что, в свою очередь, ведет к ухудшению экологии окружающей среды; отсутствие возможности регулирования качественного состава биогаза на выходе, т.к. его качество разное в различных местах участка захоронения отходов; необходимость частого удаления конденсата, образующегося в трубах, т.к. конденсат образуется по всей длине магистральной трубы.

Известен способ стимулирования дегазации полигона захоронения отходов (патент России №2696886, В09В 1/00, 19.03.2019), суть которого заключается в погружении в тело полигона большого количества гибких вертикальных скважин, которые на поверхности увязываются между собой газосборными горизонтальными гибкими дренами, транспортирующими собранный газ к системе его утилизации. Данный способ используется в голландской технологии Multriwell (https://www.multriwell.com/).

Недостатком системы является ограничение средней глубины установки вертикальных дрен до 13 м., что не позволяет качественно собирать свалочный газ на полигонах высотой более 20 м. и ограничивает влияния на фильтратные линзы находящиеся в теле полигона, что не позволяет равномерно распределять влагу внутри тела полигона, приводит к увеличению гидравлического напора в теле полигона и увеличению образования фильтрата. Так же слой удаления сероводорода в описанном изобретении является малоэффективным т.к. в свалочном газе содержания углекислоты значительно выше, чем содержание сероводорода и первичным протекает реакция образования карбоната кальция, реакция разложения сероводорода происходит в минимальном объеме.

Известен способ сбора, отвода и обезвреживания биогаза на площадках для размещения ТБО и ТКО (патент России №2713700, В09В 1/00, 11.06.2019), принятый в качестве прототипа, заключающийся в том, система активной дегазации полигонов твердых бытовых отходов и твердых коммунальных отходов, содержит вертикальные дренажные гибкие дрены (шины), состоящие из пластиковых сердечников, обернутых фильтрующим газо- водо- проницаемым нетканым материалом, состоящим из термически связанных полимерных волокон, установленные на одинаковом расстоянии друг от друга и соединенные в верхней части с закрытой системой горизонтальных труб, которые соединены с конденсато - сборниками, компрессором, газовым компрессором, факельной системой, при этом система снабжена станцией автоматической регулировки потока биогаза от каждого газосборного кластера и автоматизированной системой управления.

Недостатком системы является: отсутствие защитного экрана поверхности полигона, препятствующего поступлению атмосферных осадков в тело полигона и выходу свалочного газа в атмосферный воздух.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение эффективности извлечения биогаза для стабилизации полигонов хранения твердых отходов, улучшение экологии окружающей среды, обеспечение подачи заданного состава биогаза потребителям, снижение частоты удаления конденсата.

Технический результат от применения изобретения заключается в повышении эффективности извлечения биогаза для стабилизации полигонов хранения твердых отходов.

Это достигается за счет того, что система дегазации полигонов твердых отходов, содержащая вертикальные дренажные гибкие шины (дрены), состоящие из сердечников, которые обернуты фильтрующим газо-водопроницаемым нетканым материалом, состоящим из термически связанных полимерных волокон, установленных на одинаковом расстоянии друг от друга; соединенных в верхней части с закрытой системой горизонтальных труб, имеющих возможность выпуска газа наружу, согласно изобретению, включает в себя систему поверхностного и заглубленного сбора, транспортировки и переработки биогаза, систему выработки энергии, при этом система поверхностного и заглубленного сбора включает в себя прокладку в виде гибких шин (дрен) с текстурированным сердечником, окончании шин вынесены за пределы тела полигона на откос либо в вышележащие слои, гибкие шины объединены в закрытую газотранспортную систему изолированную листом, газотранспортная система из гибких шин подключена через разделительные колодцы к трубчатой газотранспортной системе, скважины, образованные проколами стиччера, оснащены гибкими шинами. Скважины, образованные проколами стиччера, оснащены гибкими шинами, забуриваемая обсадная труба являются опцией в случае, когда встречается препятствие в теле полигона, которое не может пройти игла стиччера. Скважины могут быть оснащены обсадными трубами в том числе с перфорацией. В типовой ситуации вместо обсадных труб и скважин в теле полигона делают проколы и погружает в них гибкие вертикальные дрены (не оснащают обсадными трубами). Выходящие из скважин гибкие шины соединены в закрытую газотранспортную систему, изолированную листом. Газотранспортная система из гибких шин подключена через разделительные колодцы к трубчатой газотранспортной системе. Система транспортировки биогаза включает в себя трубчатую газотранспортную систему, блоки задвижек и отделения конденсата, компрессорную станцию. В системы подготовки, очистки и утилизации биогаза опционно входит компрессор-воздуходувка, адсорбер, осушитель газа, скруббер, факельная установка, автоматизированная система газоанализаторов, газопоршневая блочная теплоэлектростанция, пункт управления всем действующим оборудованием расположенном в модульном здании или специальном блок-контейнере.

Существенные отличия изобретения от известных технических решений:

- газосборные коммуникации в свалочном теле осуществляются при помощи гибких полимерных шин, которые компенсируют естественные просадки свалочного тела и сохраняют целостность и работоспособность системы;

- допускается применение гибких полимерных шин, как в вертикальных скважинах, так и при прокладке в теле действующего полигона;

- позволяет использовать любые типы скважин, количество, тип и глубина зависит от морфологии свалочного тела.

- представляет из себя замкнутую систему переработки как газов, так и жидких отходов.;

- позволяет получать товарные продукты (электроэнергию и пар) из отходов.

- позволяет устанавливать систему на действующем полигоне, наращивать ее в процессе эксплуатации и получать биогаз (Свалочный газ, Метан) также после закрытия полигона.

На Фиг. 1 показана система дегазации полигонов твердых отходов, узел вертикальной дренажной гибкой дрены

На Фиг. 2 - то же, узел горизонтальной дренажной гибкой дрены.

Позиции обозначают: вертикальная ленточная шина (дрены) 1; лист 2; разделительный колодец 3; трубчатая газотранспортная система 4; блок задвижек и отделения конденсата 5; дренирующая горизонтальная шина-мат 6; дренажный геокомпозит 7; георешетка 8; выравнивающий слой инертного материала 9; рекультивационный слой 10; растительной слой 11.

Изобретение относится к безопасной и экономически эффективной эксплуатации действующих и прекративших прием отходов полигонов ТБО (Твердых бытовых отходов); ТКО (Твердых коммунальных отходов); ПО (Промышленных отходов); и полигонов со смешанным типом отходов. А именно к разделу сбора и использования биогаза (Свалочного газа, Метана), образующегося в процессе разложения отходов в теле полигона, получению электроэнергии; получению технического пара, как в раздельном, так и в комбинированном процессе.

Изобретение включает в себя: систему поверхностного и заглубленного сбора, систему транспортировки и переработки биогаза, систему выработки электроэнергии или технического пара пригодных к реализации сторонним потребителям.

Система поверхностного и заглубленного сбора для действующих полигонов включает в себя прокладки в виде гибких полимерных шин 1 в текстурированным сердечником в процессе эксплуатации полигона, вывод окончаний шин 1 за пределы тела полигона на откос либо в вышележащие слои. Соединены гибкие шины 1 в закрытую газотранспортную систему, изолированную листом 2 полимерным толщиной не менее 0,2 мм. Газотранспортная система из гибких полимерных шин 1 подключается через разделительные колодцы 3 к трубчатой газотранспортной системе 4. Далее биогаз транспортируется к оборудованию по переработке.

Система транспортировки биогаза (Свалочного газа, Метана) включает в себя: трубчатую газотранспортную систему 4, блоки задвижек и отделения конденсата 5, систему осушки биогаза, систему очистки биогаза на основе скрубберов и/или сорбентных газовых фильтров, компрессорные станции.

Пункт управления (на фиг. не показано) всем действующим оборудованием расположенном в модульном здании или специальном блок-контейнере.

Осуществление работы системы. Рабочая поверхность полигона разбивается на газосборные поля (ориентировочная площадь поля должна составлять 1000 - 3000 м², точный размер определяется в соответствии с параметрами свалочного тела). Основным элементом системы являются вертикальные полимерные ленточные шины (дрены) 1, которые погружаются в тело полигона через каждые 2-3-4 метра (в зависимости от геометрии полигона), на глубину до 35 м., что позволяет не только извлекать свалочный газ из тела полигона, но и равномерно распределять фильтрат, проникая в малодоступные участки массива отходов.

Дренирующие горизонтальные полимерные шины-маты 6 в нахлест укладывают поверх вертикальных ленточных дрен 1, (выходящих из тела полигона на 0,5 м.), по площади газосборного поля и заводят в траншеи, в которых полимерные шины укладываются поверх перфорированных коллекторных труб, по которым биогаз транспортируется к газоконденсатосборным колодцам. Засыпанные гравием траншеи с коллекторным трубопроводом и присоединенными полимерными шинами, по всей длине укрываются дренажным геокомпозитом с последующим укрытием гладким полимерным листом.

Горизонтальные дренирующие шины-маты 6, соединены по 10-20 вертикальных шин каждая, поступают к центральной линии газосборных площадок. Газосборный перфорированный коллекторный полиэтиленовый трубопровод соединяется с газоконденсатосборными колодцами. По газоконденсатосборным колодцы свалочный газ транспортируется из коллекторных трубопроводов на внешнюю поверхность, где попадает в газотранспортный трубопровод. По газотранспортным трубопроводам, свалочный газ поступает в коллектор, а дальше по магистральному трубопроводу к газосборной станции, затем на станцию обезвреживания. На необходимых низших точках газотранспортных трубопроводах выделяющийся конденсат собирается в сифоны. Сток выделяющегося конденсата в трубопроводе стекает в зависимости от направления уклона по течению или против течения биогаза к сборникам конденсата. Для кондесатосборников предусмотрен обратный дренаж, в тело полигона, в систему сбора фильтрата.

После монтажа системы отвода свалочного газа проводятся работы по изоляции полигона защитным экраном, состоящим из рекультивационных слоев, состав и вид которых может меняться в зависимости от морфологии и геометрии полигона, образующих герметичную поверхность и препятствующих выходу свалочного газа.

1. Система дегазации полигонов твердых отходов, содержащая вертикальные дренажные гибкие шины, состоящие из пластиковых сердечников, которые обернуты фильтрующим газоводопроницаемым нетканым материалом, состоящим из термически связанных полимерных волокон, установленных на одинаковом расстоянии друг от друга, соединенных в верхней части с закрытой системой горизонтальных труб, имеющих возможность выпуска газа наружу, отличающаяся тем, что включает в себя систему поверхностного и заглубленного сбора, систему транспортировки и переработки биогаза, системы подготовки, очистки и утилизации биогаза, систему выработки энергии, при этом система поверхностного и заглубленного сбора включает в себя вертикальные полимерные ленточные шины с текстурированным сердечником, погруженные в тело полигона на глубину до 35 м, окончания вертикальных шин вынесены за пределы тела полигона на откос либо в вышележащие слои, вертикальные шины объединены в закрытую газотранспортную систему, изолированную листом, горизонтальные дренирующие шины-маты, соединенные по 10-20 вертикальных шин каждая, в направлении к центральной линии газосборных площадок, дренирующие горизонтальные полимерные шины-маты внахлест уложены поверх вертикальных ленточных дрен, выходящих из тела полигона на 0,5 м, по площади газосборного поля и заведены в траншеи, в которых полимерные шины уложены поверх перфорированных коллекторных труб, траншеи с коллекторным трубопроводом и присоединенными полимерными шинами по всей длине засыпаны гравием и укрыты дренажным геокомпозитом с последующим укрытием гладким полимерным листом, система транспортировки биогаза включает в себя трубчатую газотранспортную систему, блоки задвижек и отделения конденсата, компрессорные станции, пункт управления всем действующим оборудованием, расположенным в модульном здании или блок-контейнере, полигон изолирован защитным экраном, состоящим из рекультивационных слоев, образующих герметичную поверхность и препятствующих выходу свалочного газа.

2. Система дегазации полигонов твердых отходов по п. 1, отличающаяся тем, что в системы подготовки, очистки и утилизации биогаза опционно входят адсорбер, осушитель газа, скруббер, факельная установка, автоматизированная система газоанализаторов, газопоршневая блочная теплоэлектростанция.