Проектирование полигоны твердых бытовых отходов

Система сбора и утилизации биогаза полигонов ТБО

3.74 При проектировании полигонов ТБО целесообразно предусматривать утилизацию биогаза, образующегося при анаэробном разложении органической составляющей ТБО.

Биогаз может использоваться в качестве топлива для энергетических установок (котлоагрегаты, промышленные печи, стационарные двигатели-генераторы) или для заправки в баллоны. Метод ути­лизации биогаза определяется при разработке технического задания на проектирование системы сбора и утилизации биогаза для конкретного полигона ТБО.

Примечание. Примерный состав биогаза: метан - 40...60 %, диоксид углерода - 30...45 %, азот, сероводород, кислород, водород и пр. газы - 5...10 %. Теплотворная способность биогаза - 18...25 МДж/м³. Пределы взрыво­опасное смеси биогаза с воздухом - 5...15 %.

Прогнозирование количества выделяющегося биогаза целесообразно проводить с учетом сос­тава и свойств ТБО, емкости и срока эксплуатации полигона ТБО, схемы и максимальной высоты скла­дирования ТБО, гидрогеологических условий участка складирования ТБО, рН водной вытяжки из ТБО.

Расчет ожидаемого количества биогаза, выделяющегося при анаэробном разложении 1 т ТБО, рекомендуется выполнять по формуле:

V_р.б = Р_ТБО  K_л.о  (1-Z) K_р , (3.2)

где V_р.б - расчетное количество биогаза, м³;

Р_ТБО - общая маса ТБО, складируемых на полигоне, кг;

K_л.о - содержание легкоразлагаемой органики в 1 т отходов (K_л.о = 0,5...0,7);

Z - зольность органического вещества (Z = 0,2...0,3);

К_р - максимально возможная степень анаэробного разложения органического вещества за расчет­ный период (К_р = 0,4...0,5).

3.77 С учетом непредвиденных обстоятельств удельный объем биогаза, который можно собрать из 1 т твердых бытовых отходов за весь период эксплуатации системы сбора биогаза, определяется по фор­муле:

V_p.б = V_p.б К_с  К, (3.3)

где V_p.б - объем биогаза, который можно собрать из 1 т ТПВ, м³;

К_с - коэффициент эффективности системы сбора биогаза (К_с = 0,5);

К - коэффициент поправки на непредвиденные обстоятельства (К = 0,65.. .0,70).

При расчетах надлежит принимать такие величины:

весовое количество биогаза, получаемого при анаэробном разложении, - 1 г биогаза с 1 г разло­женного беззольного вещества ТБО;

объемная масса биогаза - 1 кг/м³,

теплотворная способность биогаза - 5000 ккал/м³ (~21 МДж/м³).

3.78 В проект системы сбора биогаза, как правило, входят:

скважины;

газосборные пункты с трубопроводами биогаза от скважин;

промежуточные и магистральный газопроводы;

дегазационная установка для извлечения биогаза из скважин (преимущественно - водокольцевые вакуумные насосы);

узел подготовки биогаза к утилизации (осушка и очистка);

накопительная емкость биогаза (газгольдер);

свеча для сжигания биогаза (в аварийных ситуациях или при наличии излишка).

Проект системы сбора биогаза должен выполняться в соответствии с техническим заданием.

С учетом распланировки территории полигона ТБО на очереди, обеспечивающие прием ТБО в течение 3-5 лет каждая, проводится трассирование газопроводов с определением мест устройства сква­жин, оптимального расположения газосборных пунктов, общего магистрального газопровода, порядка подключения групп скважин.

Гидравлический расчет газопроводов следует выполнять, принимая ламинарный режим дви­жения биогаза и скорость движения по газопроводу в пределах 0,5...1 м/с.

3.81 Проектирование и строительство системы сбора биогаза проводят по одному из вариантов:

одновременно со складированием ТБО;

после заполнения рабочей карты, по завершению формирования газоносного пласта.

3.82 По первому варианту в основе рабочей карты монтируют колодцы из сборных железобетон­ных колец диаметром 0,7... 1 м. Наращивание колодцев ведут по мере заполнения ТБО рабочей карты. В кольцах производят пропилы или перфорированные отверстия.

Внутри колодцев устанавливают перфорированные трубы (пластмассовые или асбестоцементные) диаметром 100... 120 мм. Пространство между внутренними стенками колодца и перфорированными трубами засыпают щебнем фракций 40...70 мм.

Расстояние между колодцами принимают 30...40 м для свободного маневрирования мусоровозов.

К колодцам через каждые 2 м по высоте, как правило, подводят 3-4 горизонтальные дрены длина каждой из которых составляет 10...15 м. Горизонтальные дрены выполняют из перфорированных пласт­массовых труб диаметром 50...60 мм, положенных на щебеночную основу (щебень фракции 20.. .40 мм).

Заполнение рабочей карты проводится слоями, с пересыпкой (грунтом, глиной) через каждые 2 м по высоте до завершения формирования газоносного слоя общей высотой 8...10 м. После этого верхняя часть ТБО изолируется слоем глины толщиной 1 м.

По второму варианту для сбора биогаза на полигоне ТБО после заполнения карты до проектной отметки и устройства кровли, буровым способом сооружают скважины с шагом 30...40 м.

Скважину бурят до основы полигона ТБО. Для бурения используют установки вращательного бурения с диаметром бура 200...300 мм.

3.86 Для устройства газовых скважин рекомендуется использовать перфорированные полимерные трубы диаметром 100...150 мм. Перфорация труб проводится сверлом диаметром 18 мм по кругу через 60°, расстояние между отверстиями 50 мм. Верхняя часть трубы длиной 1,5...2 м должна быть сплошной, без перфорации.

Нижнюю часть скважины высотой до 0,5 м засыпают щебнем фракций 40...70 мм. Пространство между трубой и стенкой скважины засыпают щебнем фракций 20...40 мм.

Верхняя часть буровой скважины заливается бетоном на глубину 0,8...1 м. На поверхность выво­дится неперфорированная часть трубы высотой 0,7...0,8 м. Оголовки скважины защищают от механи­ческих повреждений железобетонными кольцами диаметром 1...1,5 м (рис. 3.5).

3.87 Газосборные скважины соединяют горизонтальными полимерными трубопроводами диаметром 50...80 мм, по которым биогаз поступает в камеры первичного сбора (газосборные пункты), распо­ложенные на поверхности полигона ТБО, объединяющие по 8-12 скважин. Трубы прокладывают с небольшим уклоном (3 %) к газосборным пунктам для стекания сконденсированной влаги биогаза, в нижних точках газопровода устанавливают конденсатосборники.

Трубопроводы от газосборных пунктов объединяют в магистральный трубопровод, по которому биогаз поступает в дегазационную установку, размещенную в хозяйственной зоне полигона ТБО.

Промежуточные и магистральные газопроводы целесообразно прокладывать на слое ТБО, со вре­мени захоронения которых истекло не менее 6 месяцев. Трубы укладывают на металлические (швеллер № 14...20) или железобетонные (бордюрный камень) подкладки длиной 40...50 см с шагом 2,5…3 м.

Прокладывать газопроводы на поверхности полигона ТБО необходимо в футлярах или обсыпке из теплоизоляционных материалов.

Для оснащения газовых скважин и транспортирования биогаза, как правило, применяют трубы из полиэтилена низкого давления с маркировкой "газ", типа "С". Соединение труб выполняются сваркой. Разъемные соединения полиэтиленовых труб со стальными трубами, компенсаторами и запорной арматурой выполняются на переходах под фланец.

Трубы должны быть испытаны гидравлическим давлением не ниже 0,6 МПа или иметь запись в сертификате о гарантированной величине гидравлического давления, соответствующей требованиям стандартов или технических условий на трубы. Соединительные части и детали должны быть заводского изготовления и отвечать требованиям госстандарта.

Рисунок 3.5 - Продольный разрез рекомендуемого устройства вертикальной газосборной скважины

1 - железобетонный колодец; 2 - люк, 3 - крышка люка; 4 - отводная труба; 5 - кровля; 6 - сборная труба; 7 - сифон с отверстиями для слива воды; 8 - слой ТБО; 9 - фильтр; 10 - фильтровая колонна

Для уплотнения фланцевых соединений целесообразно применять прокладки из паронита (марки ПМВ) толщиной 4 мм или резины маслобензостойкой толщиной 3...5 мм.

В газосборных пунктах устанавливают запорно-регулирующую арматуру и предусматривают отборные устройства на трубопроводах от скважин для контроля химического состава биогаза. При выборе запорной арматуры следует учитывать условия ее эксплуатации по давлению и температуре (табл. 3.3).

Таблица 3.3 - Рекомендуемый выбор запорной арматуры

Материалы запорной

арматуры

Условия применения

Давление газа, МПа (кгс/см²), не более

Температура, °С

Ковкий чугун

1,6(16)

не ниже минус 35

Углеродная сталь

1,6(16)

не ниже минус 40

Легированная сталь

1,6(16)

ниже минус 40

Латунь, бронза

1,6(16)

не ниже минус 35

3.94 Вентили, краны, задвижки поворотные должны быть предназначены для газовой среды. Конст­рукция регуляторов давления биогаза должна удовлетворять таким требованиям;

зона пропорциональности не должна превышать 20 % верхнего предела настройки выходного давления для комбинированных регуляторов;

зона нечувствительности не должна быть более 2,5 % верхнего предела настройки выходного давления;

постоянная времени (время переходного, процесса регулирования при резких изменениях расхода газа или выходного давления) не должна превышать 60 с.

3.95 Для изготовления гнутых и сварных компенсаторов следует использовать трубы, равноценные принятым для соответствующего газопровода. Применение сальниковых компенсаторов на газопроводах не допускается.

Сброс избыточной воды, образовавшейся в циркуляционной системе водокольцевого вакуум- насоса дегазационной установки, и периодически сменяемой циркуляционной воды дегазационной ус­тановки, а также удаление конденсата из конденсатосборников и влагоотделителя должно осуществляться в систему сбора и отвода фильтрата полигона ТБО.

Для дегазации (очистки от растворенного метана) сбрасываемой жидкости рекомендуется ис­пользовать емкость с гидрозатвором и отводом на свечу выделяющегося газа.

В зависимости от варианта использования биогаз должен подвергаться той или иной степени осушки и очистки. Узел подготовки биогаза в общем случае может включать:

осадитель капельной влаги (влагоотделитель);

блок осушителя-очистителя (адсорберы);

накопительную емкость биогаза (газгольдер).

Для энергетической установки, сжигающей биогаз (котлоагрегаты, промышленные печи), блок осу­шителя-очистителя биогаза может не предусматриваться.

3.99 При использовании биогаза в качестве моторного топлива для стационарных двигатель-гене­раторов необходима более высокая степень его осушки и очистки.

В связи с повышенной взрывоопасностью систем сбора и транспортирования биогаза поли­гонов ТБО к ним предъявляются особые требования.

Помещения, в которых работают установки сбора и транспортирования биогаза полигонов ТБО, следует относить к категории А (НАПБ Б.07.005).

Электрооборудование приводов и других элементов данной системы согласно требованиям к взрывобезопасности ДНАОП 0.00-1.32:

класс 1

колодцы оголовков скважин, - газосборные пункты,

камеры управления газгольдерами,

- помещение, где установлены дегазационные установки, влагоотделители и газоочистное обору­дование,

газорегуляторные установки класс 2

дегазационные установки, размещенные под навесом,

газгольдеры.

3.103 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.

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

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

Система сбора и обеззараживания фильтрата

3.105 При проектировании полигона ТБО следует предусматривать мероприятия, направленные на
уменьшение количества фильтрата: временные противофильтрационные завесы, дамбы, а также пре­дусматривать такие схемы складирования ТБО, при которых обеспечивается минимальное поступление
воды с незаполненной площади карт ТБО.

3.106 Для сбора и отвода фильтрата с площадок складирования ТБО проектируется дренажная система, состоящая из послойного дренажа (галька или щебень) и дренажных труб. Материалы, ис-

пользуемые для устройства послойного дренажа и дренажных труб, должны быть химически и био­логически стойкими и должны подбираться таким образом, чтобы химико-физические свойства фильтрата и механическое действие ТБО не приводили бы к отказу в работе системы.

Для устройства водоотводного слоя должны применяться промытые материалы. Преимущество следует отдавать материалам округленной формы с размером частиц 16...32 мм. Содержание карбоната кальция в материале водоотводного слоя не должно превышать 20 % от общего веса материала.

Для отвода фильтрата используются трубы, поверхность которых на 2/3 должна быть пер­форированной или иметь прорезы. Диаметр труб должен быть не меньше 300 мм. Трубы следует укла­дывать на поверхности гидроизолирующего слоя таким образом, чтобы фильтрат отводился со всего основания полигона ТБО. Несущая способность труб должна определяться специальным расчетом.

Расчет дренажной системы проводится согласно СНиП 2.01.28.

Дренажная система должна быть запроектирована таким образом, чтобы обеспечить возможность контроля и промывания ее во время эксплуатации.

3. 109 Количество фильтрата, образующегося на полигоне ТБО, зависит от многих факторов и может быть определено из уравнения водного баланса полигона ТБО.

Для предварительных расчетов среднегодовой объем фильтрата W£ можно определить по формуле:

, (3.4)

где - среднегодовой объем атмосферных осадков;

- среднегодовой объем поверхностных стоков;

- среднегодовой объем влаги, испаряющейся с поверхности ТБО;

- среднегодовой объем влаги, испаряющейся с поверхности контрольно-регулирующих прудов, прудов-испарителей;