|
|
Методичні вказівки до курсового проекту з дисципліни Утилізація та рекуперація відходів
4.7. Внутренний дренаж и система удаления фильтрата. Пример расчета
Система сбора фильтрата решает его отведение по дну котлована в изолированные водоприемные емкости, расположенные за пределами насыпи отходов (площадки складирования), рассчитанные на периодическую их откачку и вывоз на ближайшие очистные сооружения. Компонентами системы сбора фильтрата в основании котлованов являются: рельеф поверхностей котлована; отходы; противофильтрационный экран; трубчатая дренажная сеть с щебеночной обсыпкой; приемные колодцы.
Исходя из опыта проектирования и эксплуатации полигонов захоронения ТБО, параметры дренажной сети принимают конструктивно с последующей проверкой их расчетным путем.
Дренажная сеть состоит из следующих элементов:
системы дрен, уложенных поверху водонепроницаемого экрана, и обсыпанных гравийно-песчаной смесью по методу обратного фильтра, рис.4.14;
дренирующего слоя, отсыпанного между дренажными трубами и по их верху. Систему дрен в котловане устраивают отдельно для каждой очереди эксплуатации полигона первого яруса. Каждая дренажная сеть в котлованах состоит из двух взаимно перпендикулярных коллекторов и входящих в них дрен-собирателей. При этом один из коллекторов соединен с резервуаром накопителем, вынесенным за пределы карт отсыпки, рис. 4.13.
Коллекторы и дрены выполняют из перфорированных труб. Оптимальное расстояние между дренами принимают 50…70 м. Дренажные трубы выполняют из полиэтилена высокого давления, устойчивыми к агрессивной среде фильтра и достаточно прочными, чтобы воспринимали давление выше уложенных отходов и динамическую нагрузку от работающей техники. Использование бетонных труб для устройства дренажа не рекомендуется, так как опыт эксплуатация полигонов показал, что бетон не устойчив в агрессивной среде образующегося фильтрата.
4
5
  
3
  
5
Дрены
   
2
0,005
4
Коллекоры
  
1
3
1
2
Р
 езервуар
н акопитель
Рис. 4.13. Компоновка дренажной сети в котловане первой очереди эксплуатации полигона: 1-1,..,5-6 – горизонтали поверхности дна котлована после устройства противофильтрационного экрана
В процессе разработки грунта в котлованах поверхности оснований выполняют наклонными, сходящимися в одной точке с минимальной отметкой в каждом котловане. Уклон принимают не более 0,005. Далее на спланируемой поверхности основания устраивают нижний противофильтрационный экран и по его верху укладывают дренажные трубы. Диаметр коллекторных труб принимают равным 150 мм, а дренажных труб - 100 мм. Уклоны дрен и коллекторов принимают конструктивно в соответствии со спланированным основанием. Монтаж перфорированных труб ведут вручную параллельно с их щебеночной обсыпкой. Для выполнения щебеночной обсыпки можно использовать легкий одноковшовый погрузчик. Для щебеночной обсыпки следует использовать щебень округлой формы диаметром 40…70 мм.
Дренажные трубы, уложенные по верху противофильтрационного экрана, обсыпают гравийно-песчаной смесью по методу обратного фильтра. Толщина обсыпки должна быть в 2 раза больше диаметра трубы.
Конструкция коллектора и дрены приведена на рис. 4.14.
Далее формируют дренажный слой путем отсыпки крупнозернистого песка между коллекторными и дренажными трубами. По верху дренажного слоя формируют переходный слой из песка. После этого укладывают отходы. Дренажный слой предназначен для быстрого отведения фильтрата к дренажным трубам. Поверхность дренажного слоя параллельна спланированной поверхности дна котлована.
5
     
4
 
  
7
    
6
3
   
2
1
Рис. 4.14. Конструкция дрены: 1
8
– выравнивающий слой; 2 - противофильтрационный экран, уложенный на выровненную и спланированную поверхность основания под проектный уклон; 3 – защитный слой из крупнозернистого песка; 4 – переходный слой из песка; 5 – отходы; 6, 7 – два слоя гравийно-щебеночная обсыпка дренажных труб по методу обратного фильтра; 8 - дренажная труба;
Фильтрат, образующийся в свалочном теле, по дренам поступает в коллекторы, один из которых соединен с колодцем - приемником фильтрата. Проходка коллектором противофильтрационного экрана показана на рис. 4.15. Приемные колодцы устанавливают вне котлованов и соединяют с коллектором, рис 4.16. Они состоят из типовых железобетонных элементов и чугунных смотровых люков с крышками. Спецификация железобетонных элементов колодцев приведена в табл. 4.5.
При монтаже колодцев используют цементный раствор М200. Для спуска в колодец должно быть предусмотрено устройство лестниц в виде забивных металлических скоб. В крышках колодцев необходимо предусмотреть отверстие диаметром 250 мм для опускания погружного насоса. Колодцы монтируют в заранее подготовленные котлованы.
Все наружные и внутренние железобетонные поверхности колодцев перед их монтажом необходимо покрыть гидроизоляционным материалом, устойчивым к воздействию кислот и щелочей, например специальной кислотоупорной пленкой ПЭНД толщиной 0,5 мм.
Рис. 4.15. Оформление прохода устьевой трубы через многослойный противофильтрационный пленочный экран
Рис 4.16. Конструкция приемного (устьевого) колодца
Таблица 4.5.Спецификация железобетонных изделий колодцев
Наименование изделия
|
Марка изделия
|
Масса, т
|
Размеры изделия
|
Количество
|
изделия
|
|
|
D(d)
|
H(h)
|
C(b)
|
|
Плита перекрытия
|
КЦП1-10-1
|
0,25
|
1160
|
150
|
150
|
4
|
Кольцо стеновое
|
КЦ-10-9
|
0,6
|
1000
|
890
|
80
|
16
|
Плита перекрытия
|
КЦП1-20-1
|
1,28
|
2200
|
150
|
650
|
4
|
Кольцо стеновое
|
КЦ-20-9
|
1,47
|
2000
|
890
|
100
|
8
|
Плита днища
|
КЦ-20
|
1,47
|
2500
|
120
|
|
4
|
4.7.2. Определение объема фильтрата, удаляемого из свалочного тела в период эксплуатации полигона. Пример расчета
Фильтрат образуется на участке захоронения отходов в течение теплого и холодного времен года. В теплый период – осадки в виде дождя. Образование фильтрата в холодное время года связано с таянием снега на поверхности уложенных отходов за счет тепла, выделяемого при разложении органического вещества в толще свалочного тела, а также захоронением значительной части выпавшего снега совместно с укладываемыми отходами. Количество фильтрата, образующегося на полигонах, определяется разницей между величиной выпавших осадков и объемом влаги, расходуемой на испарение, достижение отходами полной влагоемкости и на поверхностный сток, рис.4.17.
:Для определения объема фильтрата, удаляемого из свалочного тела в период эксплуатации полигона, необходимы элементы водного баланса 50%-ной обеспеченности: осадки и испарение с водной поверхности. Например, для АР Крым, в соответствии с исходными данными на курсовое проектирование, осадки составляют О=710 мм; испарение с водной поверхности Е0=404 мм. Таким образом, расчетное значение инфильтрационного питания q(З/В) за зимне-весенний расчетный период можно определить по следующей зависимости:
q(З/В)=[О(З/В) – Е(З/В)] ,
где О(З/В) – осадки за зимне-весенний расчетный период, приведенные к 10%-ной обеспеченности, мм; Е(З/В) – испарение с поверхности полигона за зимне-весенний расчетный период, мм; Т(З/В) – продолжительность зимне-весеннего периода, Т(З/В)=180 дней; - коэффициент, учитывающий долю осадков, впитывающихся в почву в зимне-весенний период, = 0,6.
 
О Е
 ПС
  
  qр qдв
      
Нк=2,6м
 D=100мм i = 0,005
     hэк
  
Рис. 4.17. Расчет притока фильтрата к дрене: O - атмосферные осадки, мм; Е – испарение с поверхности полигона, мм; qP – расчетное значение инфильтрационного питания мм; qдв – дефицит влаги, расходуемой на насыщение отходов до достижения ими состояния полевой влагоемкости, мм; ПС- поверхностный сток, мм.
О(З/В)=Ор1,
где О – среднемноголетнее значение осадков50% обеспеченности, О=710 мм (по заданию); р1 – процентное распределение элементов водного баланса для осадков зимне-весеннего периода, р1=0,37 (37%).
Испарение влаги за зимне-весенний период определяется по формуле:
Е(З/В) = Е0р2,
где Е(З/В) – испарение с поверхности площадки складирования за зимне-весенний расчетный период, мм; Е0 – величина испарения влаги с водной поверхности 50%-ной обеспеченности (Е0 = 404 мм); р2 – процентное распределение водного баланса для испарения с водной поверхности за зимне-весенний расчетный период, (р2 = 0,12).
О(З/В) = 0,71·0,37·= 0,263 м.
Е(З/В) = 0,404·0,12·= 0,0485 м.
Итак, q(З/В) = (0,6·0,263 – 0,0485)/180 = 0,00061 м/сут.
Аналогично рассчитывается инфильтрационное питание за летне-осенний период – q(Л/О):
q(Л/О) = [О(Л/О) - Е(Л/О)] ,
где О(Л/О) – осадки за летне-осенний расчетный период, приведенные к 10%-ной обеспеченности, мм; Е(Л/О) – испарение с поверхности полигона за летне-осенний расчетный период, мм; Т(Л/О) – продолжительность летне-осеннего периода, 185 суток; - коэффициент, учитывающий долю осадков, впитывающихся в почву в летне-осенний период, = 1.
О(Л/О) = Ор*1 = 0,71(1 – 0,37) = 0,4473 м,
где р*1 - процентное распределение элементов водного баланса для осадков в зимне-весеннем периоде, (р*1 =1-0,37 =0,63).
Е(Л/О) = Е0р2* = 0,404(1 – 0,12) = 0,356 м,
где р2* - процентное распределение водного баланса для испарения с водной поверхности за зимне-весенний расчетный период, (р2* =1-0,12 =0,88).
Т(Л/О) = 365 – 180 = 185 суток.
Тогда q(Л/О) = [О(Л/О) - Е(Л/О)]= [1· 0,4473 – 0,356] =0,00049 м/сут.,
Если считать, что отходы на полигон поступают равномерно в течение всего года, то величину объема образующегося фильтрата в течение года можно определить по следующей зависимости:
Qф=[ q(З/В) Т(З/В)+ q(Л/О) Т(Л/О)]Фоч-ΔWPсут[Т(З/В)+ Т(Л/О)] ,
где ΔW - дефицит влажности отходов, т.е. влага, расходуемая на насыщение отходов до полной полевой их влагоемкости; - плотность фильтрата, т/м3.
Полная полевая влагоемкость ТБО составляет 30…40 % от объема укладываемых отходов. Вместе с тем, влажность отходов, поступающих на полигоны, в среднем составляет 15…20 % от их объема.
Следовательно, дефицит влажности отходов W составит 15% от их объема. Тогда Qф=[0,00061·180+0,00049·185]51136-0,15·167,7(180+185)1,0=1071,2 м3/год.
Таким образом, годовая величина инфильтрующих осадков по каждой очереди эксплуатации полигона выше величины водонасыщения отходов, поэтому в проекте необходимо предусмотреть системы откачки фильтрата из приемных колодцев в резервуар накопитель.
4.8. Проектирование системы дегазации полигона. Пример расчета.
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). При максимально благоприятных условиях для жизнедеятельности метанообразующих бактерий из каждой тонны ТБО образуется 80…150 м3 сырого биогаза, имеющего теплотворную способность 18900…25100 кДж/м3 (4500…6000 ккал/м3).
Установлено, что характер процессов разложения отходов в толще свалочного тела полигона: скорость их протекания, количество образующегося биогаза, его свойства, интенсивность и продолжительность выделения на разных стадиях эксплуатации полигона зависят от множества факторов. Главными факторами являются: климатические и геологические условия; морфологический и химический составы отходов; площадь, объем и глубина (высота) свалочного тела полигона; влажность, плотность, реакция среды рН, температура отходов в теле полигона и другие.
В соответствие с морфологическим составом ТБО (применительно к центральному району), процент отходов, содержащих органическое вещество, составит: пищевые отходы - 35…45, бумага и картон - 32…35, древесина и листва - 1…2, текстиль - 3…5%. Ежегодное поступление ТБО на полигон составляет 61214 т/год. Учитывая морфологический состав поступивших отходов, в их составе, то их ежегодная органосодержащая часть составит G=(0,35+0,32+0,01+0,03)61214=43462 т/год. Принимая величину удельного образования биогаза g=80м3/т в результате разложения 1 т органосодержащих отходов, ежегодный объем образования биогаза составит: Qб/г=gG=80·43462=3476960 м3/год.
Как показала практика эксплуатации полигонов ТБО, в первоначальный период их эксплуатации продолжительностью до 2…3 лет, разложение отходов происходит в аэробных условиях с преимущественным образованием СО2, и только по истечении этого срока процесс разложения органического вещества становится анаэробным с выделением биогаза.
В процессе эксплуатации полигона часть образующегося в свалочном теле биогаза, по мере его накопления и повышения пластового давления выходит на поверхность полигона. 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. Существует пассивная дегазация (организованный выпуск биогаза в атмосферный воздух) и активная дегазация (путем принудительной его откачки) для последующего использования в энергетических целях.
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.
По этому при выполнении окончательной рекультивации полигона перед созданием верхнего полупроницаемого экрана необходимо предусмотреть устройство дренажной системы для сбора и удаления биогаза в атмосферу через специальные вертикальные выпуски. Дренажная сеть представляет собой газосборные каналы, устраиваемые в верхней толще уложенных отходов последней очереди эксплуатации полигона. Поперечное сечение траншей назначают конструктивно из условия обеспечения скорости движения газа в дренажном газопроводе не выше 0,1 м/с. Учитывая ежегодный объем образования биогаза 3476960 м3/год и допустимую скорость движения биогаза 0,1 м/с, определяем суммарное сечение газосборных траншей: F= =1,1 м. Принимая сечение газосборной траншеи прямоугольной формы (глубиной - 0,5 м и шириной - 0,4 м), потребуется устройство n= =5,5 (6) траншей. Трассировку траншей выполняют в двух взаимно перпендикулярных направлениях: вначале прокладывают две взаимно перпендикулярные траншеи по середине полигона и по две траншеи, отстоящие от средних, на расстоянии L= =80 м. В местах пересечения газосборных траншей устраивают специальные вертикальные выпуски высотой не менее 5 м.
4.9. Проектирование нагорных каналов. Пример расчета
С целью исключения поступления на территорию полигона поверхностного стока со стороны водосбора устраивают нагорные каналы. Длину нагорных каналов принимают из условия защиты территории полигона с нагорной стороны, рис.4.1. Поверхностный сток, собираемый нагорными каналами, отводят в ливневую канализацию. При наличии благоприятных гидрогеологический условий на территории полигона (неглубокое залегание водопроницаемых горных пород и низкое залегание уровня грунтовых вод) и незначительном загрязнении поверхностного стока используют водопоглощающие колодцы.
Поперечное сечение нагорного канала принимают трапециидальной формы. В курсовом проекте ширину канала по дну (вк) можно принимать вк=0,5…1,0 м, в зависимости от ожидаемого расхода воды. Глубину канала (hк) определяют расчетным путем. Заложение откосов канала (m) принимают в зависимости от их устойчивости. При заложении откосов канала m =1,5 и вида грунта их устойчивость обеспечивается. При m=1,5; вк/hк=0,61. Тогда hк=  вк/0,61= =0,98 м.
Уклон дна нагорного канала принимают с учетом рельефа местности, но не менее 0,003. В курсовом проекте можно принять i=0,003.
Для равнинных районов при водосборной площади бассейна 0,5 км2 расчетный расход поверхностного стока определяют по формуле:
QСТОКА = 0,56 hF,
где h – толщина слоя поверхностного стока при продолжительности ливня 30 мин, h = 24 мм; F – площадь водосборного бассейна, F = 0,2 км2; - коэффициент расплывания паводка, = 1; - коэффициент неравномерности выпадения осадков, = 1; - коэффициент озёрности бассейна, = 0,8.
QCTOKA = 0,56240,2110,8 = 2,15 м3/с.
Далее определяют скорость течения воды ( ) в канале и пропускную его способность (Qк) запроектированного сечения канала (вк=0,6м, hк=0,98м и m=1,5), продольном уклоне i=0,003 и коэффициенте шероховатости n=0,025.
Скорость течения воды , коэффициент Шези по формуле Манинга  = ,
где - скорость течения воды в канале, м/c; - коэффициент Шези; R – гидравлический радиус, м; у – показатель степени (у= =0,167).
Гидравлический радиус R определяется по формуле:
R= =0,54 м
 - площадь живого сечения, м2;  - смоченный периметр живого сечения канала, м.
Рассчитав скорость течения воды= = 1,06 м/сек, определяют пропускную способность канала Qк= =2,03·1,06=2,15 м3/с.
Сравнивая QCTOKA = 2,15 м3/с и Qк = 2,15 м3/с, можно сделать вывод о том, что запроектированное сечение канала обеспечивает отвод расчетного объема поверхностного стока.
|
|
|
Скачать 1.15 Mb.