Разработка мероприятий по сбору и утилизации биогаза

Для обеспечения работы системы сбора и утилизации биогаза следует предусмотреть контроль таких технологических параметров:

– давления в трубопроводах биогаза;

– температуры биогаза и оборотной воды дегазационной установки;

– расхода биогаза;

– содержания в биогазе метана, диоксида углерода, сероводорода и кислорода[2].

Кроме того, следует установить в помещениях сигнализаторы довзрывоопасных концентраций метана.

На щит технологического контроля необходимо вывести светозвуковую сигнализацию, пре­дупреждающую об образовании опасных концентраций кислорода в трубопроводе биогаза и концен­траций метана в помещениях.

Так как образуется большое количество биогаза на полигоне, то необходимо предусмотреть установку устройства по сбору и временному хранению биогаза – так называемый газгольдер.

Газгольдер (англ. gasholder, от gas — газ и holder — держатель) – стационарное стальное сооружение для приёма, хранения и выдачи газов в распределительные газопроводы или установки по их переработке и применению. Различают – газгольдер переменного (мокрые) и постоянного (сухие) объёма. Большие расходы металла, увлажнение газа, переменный режим давления и трудности эксплуатации в зимнее время — основные недостатки мокрых газгольдеров. К недостаткам поршневых газгольдеров относятся – сложность монтажа и трудность обеспечения герметичности между корпусом и поршнем. Кроме того, на полигоне ТБО необходимо использовать газгольдер переменного объёма, так как биогаз не выделяется постоянно только в определенных количествах. Таким образом – для полигона подходит мокрый газгольдер переменной емкости  [5].

Рекомендуется использовать мокрый газгольдер, который схематически изображен на рисунках 4.1 и 4.2.

1 – резервуар с проточной жидкостью, 2 – конусное днище, 3 – подъемно-опускаемый колокол, 4 – патрубок заполнения резервуара, 5 – патрубок опорожнения резервуара, 6 – патрубок подвода и отвода биогаза, 7 – заборная часть патрубка опорожнения, 8 – патрубок для опорожнения резервуара от жидкости в днище, 9 – люк с крышкой, 10 – съемные грузы.

 

Рисунок 4.1 – Общий вид мокрого газгольдера в разрезе.

 

 

Рисунок 4.2 – Днище газгольдера.

 

Предложенный мокрый газгольдер переменной емкости (рис. 4.1, рис. 4.2) содержит резервуар 1 с конусным днищем 2 и с подъемно-опускаемым колоколом 3. В резервуаре 1 выполнены патрубки заполнения 4 и 5 опорожнения резервуара 1 проточной жидкостью, патрубок (патрубки) подвода и отвода биогаза 6, заборная часть 7 патрубка опорожнения 5 резервуара 1 от проточной жидкости с осадком, выполненная в виде изогнутой трубы, нижний конец которой установлен в центре конусного днища 2, а верхний – вмонтирован в расширенную верхнюю часть изогнутого патрубка опорожнения 5 на расстоянии "Б" от верха резервуара 1 и несколько выше патрубка 5, что обеспечивает слив из резервуара 1 проточной жидкости, вытекающей с осадком с верхнего конца трубы заборной части 7. Для опорожнения резервуара от жидкости в днище 2 выполнен патрубок 8, а для периодической очистки днища 2 раз в 3 – 4 года от осадков снизу в стенке резервуара 1 выполнен люк с крышкой 9. Снизу прикреплены съемные грузы 10, вес которых назначается с учетом диаметра и веса колокола 3 [5].

Эксплуатация предлагаемого мокрого газгольдера переменной емкости должна осуществляться с соблюдением руководства по безопасности использования мокрых газгольдеров, предназначенных для горючих газов. При этом должны быть учтены температура и влажность загружаемой в предлагаемый мокрый газгольдер сброженной массы непрерывно или периодически. Основным экономическим эффектом от использования предлагаемого настоящим изобретением мокрого газгольдера переменной емкости является существенное снижение затрат на его эксплуатацию зимой за счет исключения необходимости применения пароструйных элеваторов и других технических средств подогрева известных мокрых газгольдеров переменной емкости при использовании различного топлива или электроэнергии[5].

Биогаз, хранимый в газгольдерах, можно использовать в качестве отопления помещений, которые находятся на территории полигона. Для этого газ необходимо подводить к котельной. Причем в качестве котлов рекомендуется применять модель типа ДКВР-6,5, со специально оборудованными для биогаза горелками.

Разработанные горелки имеют достаточно большую производительность – 318 м³/ч биогаза и работают без вентиляционного дутья или с дутьем.
Ранее в котле биогаз подавался в подовые горелки, расчитанные на сжигание природного газа. При этом они выходили из строя каждые 1 – 2 месяца, предельная мощность котла не превышала 4 т/ч пара, а КПД: 78 – 80 %, выброс СО в 30 – 50 раз превышал допустимые нормы [6].

Дегазация

В процессе захоронения ТБО на полигонах в атмосферный воздух выделяются загрязняющие вещества, являющиеся продуктом разложения органической составляющей отходов (пищевые и древесно-растительные отходы, макулатура и текстиль. После прекращения эксплуатации полигона и его перекрытия продолжается анаэробное разложения отходов с выделением биогаза. Этот период может составлять около 10 лет. Поэтому необходимо предусмотреть дегазацию полигона. Основные составляющие биогаза –метан и диоксид углерода. В зависимости от уровня его выброса в атмосферу и степени разбавления воздухом, биогаз может оказывать негативное токсическое воздействие на живые организмы. Таким образом, отвод биогаза на полигонах целесообразен с точки зрения экологии и обеспечения взрывобезопасности объектов.

Существует пассивная дегазация (организованный выпуск биогаза в атмосферный воздух) и активная дегазация (путем принудительной его откачки) для последующего использования в энергетических целях. Пассивную дегазацию свалок применяют редко, так как этот метод недостаточно эффективен и требует высокой степени изоляции свалки. Для активной дегазации используют средства, обеспечивающие высококачественный отсос биогаза и предотвращающие его утечку.

Эффективная дегазация возможна при обеспечении существенного разрежения в толще свалки; сведении до минимума подсоса воздуха; стабильности работы сооружения в течение длительного времени; наличии достаточной мощности по отводу газа.

 

 Для последующего использования биогаза в энергетических целях требуется наличие достаточного количества и стабильного давления. Обычно образование биогаза на полигонах характеризуется непостоянством объема и низким давлением (30…40 мм вод ст). Кроме того, при активной дегазации происходит подсос воздуха, что чревато реальной опасностью взрыва газовоздушной смеси.

Принцип строения дегазационного сооружения представлен на рис.4.3 Устройство для добычи газа (например, компрессор) создает пониженное давление для всасывания газа в газовые коллекторы. Газовыми коллекторами служат вертикальные или горизонтальные конструкции (например, газовые колодцы, перфорированные трубопроводы).

 

1- устройство для обезвоживания газа; 2- пламегаситель; 3-газоподающее устройство; 4- газофакельное устройство; 5- газопровод (с повышенным давлением); 6- машинное отделение; 7- газосборный трубопровод (с пониженным давлением); 8- дроссели (для регулирования давления); 9- газовые коллекторы; 10- корпус хранилища.

Рис. 4.3. Схема системы дегазации

Трубопроводы для сбора газа соединяются в сборном пункте, где обычно устанавливаются измерительные, контрольные и регулировочные приборы. При охлаждении теплого, насыщенного влагой газа в системе трубопровода происходит осаждение агрессивного конденсата, поэтому осушительная установка обязательна. После влагоотделения газ попадает в компрессор, а затем утилизируется (сжигается или используется снова).

После соответствующей предварительной обработки газ можно использовать для отопительных котлов; для производства электричества и тепла; для подачи в газовую сеть (после очистки до качества природного газа).

 

 

РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИ ПО РЕКУЛЬТИВАЦИИ УЧАСТКА ПОСЛЕ ЗАКРЫТИЯ ПОЛИГОНА ТБО

Рекультивация закрытых полигонов- комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и народно-хозяйственной ценности восстанавливаемых территорий, а также на улучшение условий охраны ОС.

Процесс рекультивации полигонов захоронения отходов начинается после окончания складирования свалочного материала и перехода его в устойчивое состояние. Вид рекультивации полигонов определяется условиями его дальнейшего использования в хозяйственной деятельности.

Наиболее часто территории полигонов используют в сельском хозяйстве, лесном хозяйстве и строительстве. Гражданское строительство (жилые здания, детские и лечебно-профилактические учреждения) на территории закрытого полигона без вывоза свалочного грунта не допускаются. При вывозе свалочного грунта жилищное строительство может быть допущено на территории закрытого полигона только после проведения соответствующих санитарно-бактериологических исследований [7].

Рекультивация полигонов захоронения состоит из 2этапов – технического и биологического. Во время технического этапа рекультивации определяется состояние свалочного материала и его воздействие на ОС, проводится подготовка территории полигона к последующему целевому использованию. Выполняются геологические, гидрогеологические, геофизические, ландшафтно-геохимические исследования. Данный этап включает создание рекультивационного слоя, планировку, формирование откосов, разработку, транспортировку и нанесение почв и потенциально-плодородных пород, строительство дорог, гидротехнических и других сооружений. На биологическом этапе осуществляется работы по восстановлению нарушенных земель.

Для проведения работ по рекультивации полигона должна быть разработана проектно-сметная документация, которая, включает в себя следующие документы:

v исходный план полигона на начало рекультивации;

v генплан полигона после рекультивации;

v вертикальную планировку;

v схему перемещения свалочного грунта;

v технологию проведения рекультивации;

v пояснительную записку, в которой отражается характеристика свалочного грунта на всю глубину;

v данные о виде почв и грунтов, завозимых для рекультивации, номенклатуру строительных изделий и конструкций, качественный и количественный подбор ассортимента видов растений и удобрений;

v сметную документацию.

v Основными исходными данными для выполнения проекта рекультивации являются  [7]:

¾ год закрытия полигона ТБО;

¾ год открытия полигона ТБО;

¾ вид отходов (бытовые, промышленные, строительные), складиро­ванные на полигоне ТБО;

¾ расстояние от полигона ТБО до ближайших градостроительных объектов, км;

¾ общая площадь отчуждения, га;

¾ площадь, занятая непосредственно отходами, га;

¾ общий объем накопления отходов, тыс. м³;

¾ объем поступления отходов по годам эксплуатации, тыс. м³;

¾ высота слоя отходов, в т.ч. над уровнем земли, м;

¾ верхний слой изолирующего материала (грунт, шлак, и т.д.);

¾ толщина верхнего слоя изоляции, м;

¾ местность, где расположен полигон ТБО (лес, поле, овраг, карьер);

¾ ведомственная принадлежность прилежащих земель;

¾ предполагаемое использование данной территории в дальнейшем;

¾ расстояние от места погрузки растительного грунта до закрытого полигона, км;

¾ самозаростание полигона ТБО, %;

¾ вид растений, кустов, деревьев;

¾ густота травостоя, %;

¾ возраст деревьев, лет.

К процессам технического этапа рекультивации относятся стабилизация, выполаживание и террасирование, сооружение системы дегазации, создание рекультивационного многофункционального покрытия, передача участка для проведения биологического этапа рекультивации.

Технический этап рекультивации закрытых полигонов, как правило, включает следующие операции:

- завоз грунта и его планировку;

- выполаживание откосов купола покрытия;

- устройство газоотводных систем;

- устройство многофункционального купола покрытия;

- устройство слоя из растительного грунта.

Нормативный угол откосов купола покрытия устанавливается в зависимости от целевого использования полигона и имеет следующие уклоны:

- для возделывания сельскохозяйственных культур, в том числе в полеводстве - не более 2-3%;

- для лугов и пастбищ - не более 5-7%;

- для садов - не более 11%;

- для посадки леса (кустарников и деревьев) - не более 18%;

- для организации зон отдыха, лыжных горок и т.д. - не более 25-30%.

Для предотвращения вредного влияния биогаза полигонов ТБО на окружающую природную среду, выход газа с поверхности полигона и распространение его на прилегающей к полигону территории
необходимо блокировать или уменьшить до минимума.

Для сбора биогаза по системе пассивной дегазации проектируется газовый дренаж, состоящий из песчаной постели, перфорированных дренажных труб диаметром 125 – 150 мм в обсыпке из гравия или щебня. Дренажный слой сверху перекрывается малопроницаемым покрытием толщиной 0,5 м из свя­занных грунтов с коэффициентом фильтрации не более 10^-9 м/с [1].

Для увеличения площади, с которой собирается биогаз, рекомендуется использовать ком­бинацию из вертикальных и горизонтальных дренажных элементов. Горизонтальные дренажные эле­менты, соединенные с дренажным слоем из гравия или щебня, могут выполнять функцию радиальной дегазации.

Биогаз, собираемый с помощью промежуточных и магистральных трубопроводов, следует использовать в энергетических целях. Из-за невозможности такого использования, при соответствую­щем технико-экономическом обосновании биогаз должен сжигаться только на специальной высокотем­пературной факельной установке.

Защитный экран поверхности полигона ТБО устраивается для сбора и отвода поверхностной (чистой) воды и уменьшения количества фильтрата, сбора и утилизации биогаза.

Защитный (постоянный) экран поверхности полигона ТБО устраивается после его закрытия и прекращения усадки тела полигона ТБО, т. е. достижения им стабильного состояния.

Защитный экран устраивается поверх технологического экрана, который был сооружен при эксплуатации полигона ТБО и, как правило, состоит из таких слоев (рисунок 5.1):

– рекультивационный слой толщиной не менее 1 м, имеющий слой плодородного грунта толщиной 30 – 50 см;

– дренажный слой толщиной не менее 30 см;

– защитный мелкопесчаный слой толщиной не менее 20 см;

– слой синтетической гидроизоляции толщиной не менее 3 мм, устойчивый к химической и биологической агрессии, а также к повреждению грызунами;

– минеральный гидроизоляционный слой, состоящий не менее чем из двух слоев уплотненной глины, общей толщиной 1 м. (Общий коэффициент фильтрации гидроизоляционных слоев (синтетического и минерального) должен быть не более (10^-9 м/с);

– выравнивающий слой и газовый дренаж общей толщиной не менее 0,5 м.

Для сбора и отвода биогаза по выравнивающему слою должен быть предусмотрен слой, выпол­няющий специальную функцию газового дренажа. Минимальная толщина газового дренажа, выпол­няемого из природных минеральных материалов, должна быть не менее 30 см. Содержание карбоната кальция в материале газового дренажа должно быть не более 10 % (по массе) [1].

 

 

1 – рекультивационный слой; 2 – дренажный слой; 3 – защитный слой; 4 – синтетическая гидроизоляция; 5 – минеральный гидроизоляционный слой;  6 – выравнивающий слой, газовый дренаж; 7 – захороненные ТБО.

Рисунок 5.1 – Принципиальная схема рекомендуемой конструкции защитного экрана поверхности полигона ТБО.

 

Данная схема может корректироваться для конкретного полигона в зависимости от норм осадков.

Таблица 5.1 – Рекомендуемое устройство верхнего рекультивационного слоя

Вид рекультивации	Высота рекультивационного слоя, см
	Подстилающий слой	Высота насыпного слоя плодородной земли, по регионам
		Южный регион	Северный регион
Посев многолетних трав	70	30	30
Пашня	50-60	50	40-50
Кустарники	70	30	30
Деревья	70	40-50/30	40-50/30
Примечание: В числителе – высота слоя в посадочной яме, в знаменателе – высота слоя на рекультивированном участке.

 

Плодородные земли завозятся автотранспортом на закрытые полигоны ТБО с мест временного складирования грунта или других возможных мест их образования. Планировка поверхности до нор­мативного уклона проводится бульдозером.

По окончании технического этапа рекультивации участок передается для проведения био­логического этапа рекультивации земель, занятых под полигон ТБО. Этот этап длится 4 года и включает следующие работы: подбор ассортимента многолетних трав, подготовку почвы, посев и уход за посевами.

Через 4 года после посева трав территория рекультивированных земель полигона ТБО пере­дается соответствующему ведомству для последующего целевого использования в сельскохозяйственном, лесохозяйственном или других направлениях [1].

 

Выводы и рекомендации

Во время выполнения курсового проекта я определила:

- фактическую площадь полигона ТБО = 55278м²;

- основные параметры полигона ТБО;

- фактическую вместимость полгона;

- ориентировочно штатное расписание работников (14 человек);

- перечень необходимых зданий и сооружений на территории полигона;

- количество выделяемого фильтрата и его утилизация;

- количество выделяемого биогаза, его утилизация и использование;

Актуальность исследований условий размещения отходов не вызывает сомнения: везде, где существуют населенные пункты, появляются полигоны, (или свалки) бытовых отходов. В последние годы проблеме обращения с отходами уделяется большое внимание. Но, как правило, средства на строительство и модернизацию ТБО выделяются в последнюю очередь и не всегда в необходимом объеме, а  количество мусора все непрерывно возрастает.

После заполнение полигонов, необходима их рекультивация, то есть – комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и народно-хозяйственной ценности восстанавливаемых территорий. Территории захоронения отходов могут быть использованы под гражданское строительство, под лесное и даже под сельское хозяйство, что требует дополнительных расходов, но цены на землю, в настоящее время, дорогие – поэтому рекультивация полигонов ТБО представляет собой дорогое, но оправданное, как с экологической, так и с экономической точек зрения мероприятие.

Использование на полигоне ТБО газгольдеров с дальнейшим распределением биогаза в котельную – непосредственно способствуют уменьшению расходов на эксплуатацию полигона. Газгольдер обеспечивает сбор и хранение биогаза, а котельная – обогрев различных помещений на территории полигона. Хотя использование газа как биотоплива представляет отдельные трудности, но это экономически выгодно.

По окончанию заполнения полигона можно выгодно использовать выделяющийся биогаз – в качестве топлива для котельной, которая будет отапливать здания или другие городские близлежащие постройки.

 

 

Перечень ссылок

1. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу: «Экология городско среды»/Сост.: В. А. Давиденко, С. Ю. Арсенюк, - Алчевск: ДонГТУ, 2008. – 61 с.

2. А. А. Бартоломей, Х. Брандл, А. Б. Пономарев: Основы проектирования и строительства хранилищ отходов. М.: Изд. АВС, 2004

3. СНиП 2.04.02. Водоснабжение наружной сети и сооружения.

4. СНиП 2.05.07. Промышленный транспорт.

5. Андрюхин Т. Я. Патент № RU2244203. МОКРЫЙ ГАЗГОЛЬДЕР ПЕРЕМЕННОЙ ЕМКОСТИ, 2003.07.28  

6. И.Я. Сигал, А.В. Марковский, Э.П. Домбровская, Е.С. Кернажицкая: Особенности сжигания биогаза полигонов в котлах. Институт газа НАН Украины, г. Киев

7. Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов/АКХ им. К. Д. Памфилова, М., 1996 г.

8. http://www.ecoindustry.ru

9. http://v-variant.lg.ua

10. ДБН А.2.2-3-2004 Состав, порядок разработки, согласования и утверждения проектной документации для строительства

11. ДБН А 2.2-1-2003 Состав и содержание материалов оценки воздействий на окружающую среду(ОВОС) при проектировании и строительстве предприятий, зданий и сооружений.