книги / Управление метаногенезом на полигонах твердых бытовых отходов

высоту складирования отходов, pH вытяжки из отходов, гидрогеологические условия земельного участка, а также составляют уравнение водного баланса полигона. На осно­ вании перечисленных материалов составляется количе­ ственный прогноз образования биогаза и делается заклю­ чение о целесообразности его утилизации.

В целях получения максимального экономического эф­ фекта полигон разбивают на очерёди эксплуатации с уче­ том обеспечения каждой очередью приема ТБО в течение трех-пяти лет. Каждую очередь эксплуатации делят на рабочие карты площадью 8000—10 000 м2 и высотой 2 м. По вертикали очередь эксплуатации разбивают на газо­ носные зоны высотой 8—10 метров.

Скважины монтируют из сборных железобетонных ко­ лец диаметром 0,7 м типа К-7-10. [25]. На верхний срез нижнего кольца наносят слой цементного раствора и уста­ навливают следующее кольцо и т.д. Предварительно на железобетонных кольцах делают пропилы или перфора­ ционные отверсти я . Внутри колец устанавливаю т перфорированные асбестоцементные трубы диаметром 100—120 мм. Пространство между внутренними стенками колец и перфорированными трубами засыпают щебнем крупных фракций.

Пропилы и перфорационные отверстия располагают в шахматном порядке. Длину пропила принимают равной половине диаметра трубы или кольца, ширину —10—12 мм, расстояние между пропилами - 150-200 мм. Перфораци­ онные отверстия сверлят диаметром 16—18 мм на расстоя­ нии 100—150 мм друг от друга.

К скважинам через каждые 2 м по высоте (толщина ра­ бочего слоя) проводят три-четыре дренажные сети. Длина каждой сети 10—15 м. Дренажную сеть устраивают из пер­ форированных асбестоцементных труб диаметром 50-60 мм, щебня фракции 30—60 мм или хвороста (пластинчатый дренаж). Сверху дренажную сеть засыпают отходами.

На устье газовой скважины монтируют оголовок, кото­ рый обеспечивает герметизацию обсадной трубы и являет­ ся опорой «елки». «Елки» устанавливаются крестовые или тройниковые, в зависимости от применяемой арматуры и места скважины в общем ряду. Пространство между об­ садной трубой и оголовком герметизируют резиновыми

уплотнителями. Газ отбирают через отвод тройника или крестовины и направляют в газосборную сеть.

После цокрытия полигона изолирующим слоем монти­ руют устья скважин, устанавливают запорную арматуру, монтируют промежуточные и магистральные газопроводы. Из скважины биогаз поступает в промежуточный, а затем в магистральный газопровод.

Расстояние между скважинами принимают равным 30-40 м, что позволяет свободно маневрировать мусорово­ зам,. бульдозерам и другой технике.

5.4.4. Системы дегазации на полигонах, закрытых для приема ТБО

Для монтажа скважин в теле закрытого полигона обыч­ но применяют бурение.

Для проходки скважин используется как обычное буро­ вое оборудование, так и специализированная техника, по­ зволяющая сооружать скважины большого диаметра. При этом выбор того или иного оборудования обычно обуслов­ лен экономическими причинами.

При бурении скважин в толще отходов в российских условиях наиболее целесообразно использование шнеково­ го бурения. Оно сравнительно недорого и легкодоступно, так как широко используется в инженерно-геологических изысканиях. При использовании этого вида бурения мак­ симально возможный диаметр скважин составляет 0,5 м. Однако бурение скважин в условиях полигона встречает ряд трудностей, связанных с присутствием большого ко­ личества инородных включений в свалочной толще (ме­ таллических и бетонных конструкций, остатков техники, механизмов и пр.), затрудняющих бурение и приводящих к частой поломке бурового инструмента. Опыт показыва­ ет, что относительно легко могут быть пробурены скважи­ ны диаметром 250—300 мм, что вполне достаточно для до­ бычи биогаза.

Инженерное обустройство скважины включает несколь­ ко этапов. На первом —в скважину опускается перфориро­ ванная стальная или пластиковая труба, заглушенная снизу и снабженная фланцевым соединением в приустьевой час­ ти. Затем в межтрубное пространство засыпается порис­ тый материал (например, гравий) с послойным уплотнени­

ем до глубины 3—4 м от устья скважины. На последнем этапе сооружается глиняный замок мощностью 3—4 м для предотвращения попадания в скважину атмосферного воздуха.

В России по Технологическому регламенту получения биогаза с закрытых полигонов [25] требуется устройство буровых скважин минимальным диаметром 150 мм на всю глубину складирования отходов. Обсадные трубы скважи­ ны могут быть асбестоцементными, полиэтиленовыми или полихлорвиниловыми диаметром 100 мм с перфорацион­ ными отверстиями или пропилами, сделанными по анало­ гии с перфорированными трубами, применяемыми для действующих полигонов. В настоящее время используют­ ся железобетонные трубы, которые обладают рядом недо­ статков. Высокий коэффициент внутреннего трения желе­ зобетонных труб, связанные с ним потери напора и не­ большой радиус влияния приводят к увеличению требуемого числа скважин, что мешает работе техники.

Пространство между обсадной трубой и скважиной за­ полняют крупнозернистым материалом и заливают бето­ ном на глубину 0,5 м.

Площадь вокруг скважины на расстоянии 1,5—2 м изо­ лируют слоем глины или цементного раствора толщиной 30—40 см. Это обеспечивает надежное крепление скважи­ ны и сбор биогаза, предохраняет от проникновения в сква­ жину поверхностных воД. Газовая скважина является ос­ новным элементом системы сбора биогаза, и поэтому ее обустройство необходимо выполнять особенно тщательно. Устья газовых скважин монтируются идентично устьям газовых скважин на эксплуатируемых полигонах.

В плане скважины располагают в виде квадратной сет­ ки с минимальным расстоянием друг от друга 30—40 м и соединяют между собой в прямолинейные батареи проме­ жуточными газопроводами, подключаемыми к магистраль­ ному.

Количество скважин принимают в зависимости от пло­ щади и вместимости полигона, а также от мощности по­ требителя. Для предварительных расчетов дебит скважи­ ны на полигоне ТБО, расположенном в средней полосе европейской части России, может быть принят равным 6 -8 м3/час.

Необходимое разрежение в скважине, обеспечивающее надежный сбор газа, составляет 100—150 мм вод. ст.

На заключительной стадии на оголовок скважины ус­ танавливается металлический или пластмассовый короб - для предотвращения несанкционированного доступа к скважине.

В США для монтажа газоизвлекающего оборудования бурятся колодцы диаметром от 30 до 100 см [23, 26]. Про­ странство между колодцем и трубой заполняется битым

.камнем или щебнем крупностью 16/32 с содержанием кар­ бонатов менее 10%, который позволяет увеличить эффек­ тивный диаметр отсоса газа. Скважины связаны между собой коллекторной системой, по которой газ от них пода­ ется в систему очистки и утилизации.

Скважины располагают по периметру свалки и в центре нее. Экстракционные скважины изготавливают из корро­ зионно-устойчивых материалов, к которым относятся: поливинилхлорид (ПВХ), полиэтилен низкого давления (ПНД), стеклопластик, сталь. Диаметр трубы варьирует в пределах от 5 см до 30 см. Низ трубы на три четверти перфорирован. Перфорация имеет характеристики, уста­ новленные стандартами: каждые 15 см по перпендикуляр­ ному сечению длины трубы располагаются отверстия по 1,25 см в диаметре. Трубы с подобной перфорацией также могут быть использованы в конструкции скважины. Диа­ метр колодца, в который устанавливают скважину, состав­ ляет 30—100 см. Из-за разницы диаметров скважины и ко­ лодца образуются пустоты, которые необходимо засыпать щебнем. Засыпка обеспечивает более полное извлечение биогаза, т.е. увеличивает эффективный диаметр скважины.

На полигонах, где противофильтрационный барьер от­ сутствует, основным критерием при определении глубины скважины является уровень грунтовых вод. На экраниро­ ванных свалках этим критерием является целостность эк­ рана, так как при бурении колодца экран не должен быть поврежден. Установленная глубина бурения на экраниро­ ванных полигонах составляет 75% толщи складированных отходов.

Для регулирования давления оголовок каждой скважи­ ны снабжается клапанами различной модификации (мем­ бранные, шаровые и др.). Скважина для активного сбора биогаза показана на рис. 5.7 [26].

Самый надежный способ определения радиуса влияния скважины и необходимого разрежения в газопроводе - проведение испытаний, однако стоимость их высока, по­ этому используются расчетные методы, основанные на моделях переноса газов и моделях биоразложения. Для расчетов необходимы такие данные, как толщина защит­ ных экранов (слоев), свойства биогаза (плотность, вязкость, давление), метановый потенциал отходов, газопроницае­ мость среды, характеристика материалов.

Использование теоретических моделей расчета радиуса влияния требует оценки ряда параметров: характера по­ ступающих отходов; типа покрытия; свойств газа (плот­ ность, вязкость); проницаемости свалочного грунта; исполь­ зуемых в покрытии или при прокладке систем сбора и ути­ лизации биогаза; давления в теле полигона. Собрать такой объем информации не всегда возможно, поэтому Агент­ ством по защите окружающей среды США было принято расчетное значение радиуса влияния 60 м.

Из всех параметров наиболее непредсказуемым являет­ ся проницаемость свалочного грунта, которая меняется в пределах тела свалки от 10'7 до 1012 см2.

Расчетное давление в устье скважины определяется раз­ ностью давлений внутри свалки и атмосферного давления. При высоком уровне газогенерации и непроницаемости покрытия величина расчетного давления может достигать 375 мм водного столба.

Факторы, оказывающие влияние на количество сква­ жин, включают радиус влияния скважины, размеры свал­ ки, пространственную структуру. Перекрывание зон влия­ ния скважин желательно для повышения эффективности контроля и сбора газа. Уровень генерации газа и радиус влияния скважины находятся в прямой связи. Необходи­ мо принять во внимание факт, что поток биогаза, а значит и радиус влияния скважины, может быть скорректирован при введении в эксплуатацию системы очистки биогаза.

Оголовок системы сбора биогаза соединяется с экстрак­ ционной скважиной посредством подвижных труб. Оголо­ вок скважины изготавливается из поливинилхлорида (ПВХ) или полиэтилена низкого давления (ПНД). Размеры труб оголовка зависят от показателей газового потока и могут быть 15—60 см в диаметре.

Врегионах с холодным климатом оголовок располага­ ют между поверхностью свалки и ее покрытием, так как незащищенный оголовок подвергается периодическому воз­ действию отрицательных температур, что негативно ска­ зывается на функционировании всей системы.

Втеплом климате оголовок располагают прямо над поверхностью свалки. Трубы изготавливают из стойких материалов —поливинилхлорида (ПВХ) или полиэтиле­ на низкого давления (ПНД). Оголовок, расположенный на поверхности полигона, обеспечивает беспрепятствен­ ный доступ к трубе, что важно при эксплуатационных и ремонтных работах.

Уклон труб должен быть рассчитан на весь срок жизни полигона. Установленный минимальный уклон составляет

2%.

ВГермании для активной дегазации полигонов исполь­

зуется другая конструкция скважины (рис. 5.8) [27]. После заполнения полигона сооружаются газоотводя­

щие колодцы с диаметром бурового отверстия 600 мм. Буровые отверстия охватывают все газообразующие слои отходов.

Прежде чем вставить фильтрующую трубу, буровое от­ верстие заполняется на высоту приметно 1 метр не содер­ жащим известь материалом крупностью 16—32 мм. Эта зона служит емкостью для просочившейся конденсатной вла­ ги. В качестве фильтрующей трубы используется перфо­ рированная труба из полиэтилена высокой плотности (PEHD). Выбранный диаметр трубы учитывает возможность использования дренажного насоса, а также осмотра. Меж­ ду стенкой бурового колодца и трубой скважины также насыпается гравий крупностью 16/32 мм (содержание кар­ бонатов менее 10%).

Чтобы компенсировать силы растяжения-сжатия вследствие оседания тела полигона, фильтрующая тру­ ба в зоне оголовка колодца телескопически заводится в трубу из полиэтилена высокой плотности (PEHD). Уп­ лотнение производится с помощью кольца с круглым сечением.

Труба входит в отходы на глубину до 2,4 метра под ниж­ ней кромкой верхнего изолирующего слоя и по всей длине уплотняется перемычкой из способного к набуханию мате-

риала, чтобы избежать бесконтрольного поступления воз­ духа. Дополнительно поверх минерального уплотнения в радиусе 5 метров наносится гидроизоляционный матери­ ал, который сваривается с крепежной трубой.

На расстоянии около 0,5 метра над минеральным уп­ лотнением на крепежную трубу устанавливается оголовок колодца, состоящий из трубы (PEHD) с измерительной и контрольной позицией и боковым выходом. Оголовок ко­ лодца защищен бетонной шахтной конструкцией. Шахт-

Рис. 5.9. Газосборная часть скважины активной дегазации для закрытого полигона