Система збирання та утилізації біогазу полігонів ТПВ
3.74 При проектуванні полігонів ТПВ доцільно передбачати утилізацію біогазу, що утворюється при анаеробному розкладанні органічної складової ТПВ.
Біогаз може використовуватись як паливо для енергетичних установок (котлоагрегати, промислові печі, стаціонарні двигуни-генератори) або для заправки в балони. Метод утилізації біогазу визначається під час розроблення технічного завдання на проектування системи збирання й утилізації біогазу для конкретного полігона ТПВ.
Примітка. Приблизний склад біогазу: метан - 40...60 %, діоксид вуглецю - 30...45 %, азот, сірководень. кисень, водень та інші гази - 5...10 %. Теплотворна здатність біогазу - 18...25 МДж/м3. Межі вибухонебезпечності суміші біогазу з повітрям - 5 .. 15 %.
3.75 Прогнозування кількості біогазу, що виділяється, варто робити з урахуванням складу і властивостей ТПВ, місткості і терміну експлуатації полігона ТПВ, схеми і максимальної висоти складування ТПВ, гідрогеологічних умов ділянки складування ТПВ, рН водної витяжки з ТПВ.
3.76 Розрахунок очікуваної кількості біогазу, що виділяється при анаеробному розкладанні 1 т ТПВ, рекомендується виконувати за формулою:
Vр.б = РТПВ · КЛ.О. · (1 - Ζ) · Кр , (3.2)
де Vр.б - розрахункова кількість біогазу, м3;
РТПВ - загальна маса ТПВ, які складуються на полігоні, кг;
КЛ.О. - вміст органіки, що легко розкладається, в 1 т відходів (КЛ.О. = 0,5...0,7);
Ζ - зольність органічної речовини (Ζ = 0,2...0,3);
Кр - максимально можливий ступінь анаеробного розкладання органічної речовини за розрахунковий період (Кр = 0,4...0,5).
3.77 3 урахуванням непередбачених обставин питомий об'єм біогазу, що можна зібрати з 1 τ твердих побутових відходів за весь період експлуатації системи збирання біогазу, визначається за формулою:
V´р.б = Vр.б · Кс · К , (3.3)
де V´р.б - об'єм біогазу, що можна зібрати з 1 т ТПВ, м3;
Кс - коефіцієнт ефективності системи збору біогазу (Кс = 0,5);
К - коефіцієнт поправки на непередбачені обставини (К = 0,65...0,70).
Під час розрахунків слід приймати такі величини:
- вагова кількість біогазу, одержуваного при анаеробному розкладанні, - 1 г біогазу з 1 г розкладеної беззольної речовини ТПВ;
- об'ємна маса біогазу - 1 кг/м3;
- теплотворна здатність біогазу - 5 000 ккал/м3 (~ 21 МДж/м3).
3.78 До проекту системи збирання біогазу, як правило, входять:
- свердловини;
- газозбірні пункти з трубопроводами біогазу від свердловин;
- проміжні і магістральний газопроводи;
- дегазаційна установка для вилучення біогазу зі свердловин (переважно - водокільцеві вакуумні насоси);
- вузол підготування біогазу до утилізації (осушення та очищення);
- накопичувальна місткість біогазу (газгольдер);
- свіча для спалювання біогазу (в аварійних ситуаціях або за наявності надлишку). Проект системи збирання біогазу виконують відповідно до технічного завдання.
3.79 3 урахуванням розпланування території полігона ТПВ на черги, що забезпечують приймання ТПВ протягом 3-5 років кожна, провадиться трасування газопроводів із визначенням місць улаштування свердловин, оптимального розташування газозбірних пунктів, загального магістрального газопроводу, порядку підключення груп свердловин.
3.80 Гідравлічний розрахунок газопроводів слід робити, приймаючи ламінарний режим руху біогазу і швидкість руху по газопроводу в межах 0,5...1 м/с.
3.81 Проектування і будівництво системи збирання біогазу здійснюють за одним із варіантів:
- одночасно зі складуванням ТПВ;
- після заповнення робочої карти, завершивши формування газоносного шару.
3.82 За першим варіантом у основі робочої карти монтують колодязі зі збірних залізобетонних кілець діаметром 0,7...1 м. Нарощування колодязів ведуть у міру заповнення ТПВ робочої карти. У кільцях роблять пропили або перфораційні отвори.
Всередині колодязів встановлюють перфоровані труби (пластмасові або азбестоцементні) діаметром 100...120 мм. Простір між внутрішніми стінками колодязя та перфорованими трубами засипають щебенем фракцій 40...70 мм.
Відстань між колодязями приймають 30...40 м для вільного маневрування сміттєвозів.
3.83 До колодязів через кожні 2 м за висотою, як правило, підводять 3-4 горизонтальні дрени довжина кожної з яких становить 10...15 м. Горизонтальні дрени виконують із перфорованих пластмасових труб діаметром 50...60 мм, покладених на щебеневу основу (щебінь фракції 20...40 мм).
3.84 Заповнення робочої карти провадиться шарами, із пересипанням (грунтом, глиною) через кожні 2 м за висотою до завершення формування газоносного шару загальною висотою 8...10 м. Після цього верхня частина ТПВ ізолюється шаром глини товщиною 1 м.
3.85 За другим варіантом для збирання біогазу на полігоні ТПВ після заповнення карти до проектної відмітки й влаштування покрівлі, буровим способом споруджують свердловини з кроком 30...40 м.
Свердловину бурять до основи полігона ТПВ. Для буріння використовують установки обертального буріння з діаметром бура 200...300 мм.
3.86 Для облаштування газових свердловин рекомендується використовувати перфоровані полімерні труби діаметром 100... 150 мм. Перфорація труб провадиться свердлом діаметром 18 мм по колу через 60°. відстань між отворами 50 мм. Верхня частина труби довжиною 1,5...2 м повинна бути суцільною, без перфорації.
Нижня частина свердловини висотою до 0,5 м засипається щебенем фракцій 40...70 мм. Простір між трубою і стінкою свердловини засипається щебенем фракцій 20...40 мм.
Верхня частина свердловини заливається бетоном на глибину 0,8...1 м. На поверхню виводиться неперфорована частина труби заввишки 0,7...0,8 м. Оголовки свердловини захищають від механічних ушкоджень залізобетонними кільцями діаметром 1...1,5 м (рис. 3.5).
Рисунок 3.5 - Поздовжній розріз рекомендованого улаштування вертикальної газозбірної свердловини
1 - залізобетонний колодязь; 2 - люк, 3 - кришка люка; 4 - відвідна труба; 5 - покрівля; 6 - збірна труба; 7 - сифон з отворами для зливання води; 8 - шар ТПВ; 9 - фільтр: 10 - фільтрова колона
3.87 Газозбірні свердловини з'єднують горизонтальними полімерними трубопроводами діаметром 50...80 мм, по яких біогаз надходить у камери первинного збирання (газозбірні пункти), розташовані на поверхні полігона ТПВ, які об'єднують по 8-12 свердловин. Труби прокладають із невеликим ухилом (3 %) до газозбірних пунктів для стікання сконденсованої вологи біогазу, у нижніх точках газопроводу встановлюють конденсатозбірники.
Трубопроводи від газозбірних пунктів об'єднують у магістральний трубопровід, по якому біогаз надходить до дегазаційної уставовки, розміщеної в господарській зоні полігону ТПВ.
3.88 Проміжні і магістральні газопроводи доцільно прокладати на шарі твердих побутових відходів, з часу укладання яких минуло щонайменше 6 місяців. Труби вкладають на металеві (швелер № 14 - 20) або залізобетонні (бордюрний камінь) підкладки довжиною 40...50 см із кроком 2,5...3 м.
3.89 Прокладати газопроводи на поверхні полігона ТПВ необхідно у футлярах або обсипці з теплоізоляційних матеріалів.
3.90 Для обладнання газових свердловин і транспортування біогазу, як правило, застосовують труби з поліетилену низького тиску з маркіруванням "газ", типу "С". З'єднання труб виконуються зварюванням. Рознімні з'єднання поліетиленових труб зі сталевими трубами, компенсаторами і запірною арматурою виконуються на переходах під фланець.
3.91 Труби повинні бути випробувані гідравлічним тиском не нижче 0,6 МПа або мати запис у сертифікаті про гарантовану величину гідравлічного тиску, що відповідає вимогам стандартів або технічних умов на труби. З'єднувальні частини і деталі повинні бути заводського виготовлення і відповідати вимогам державного стандарту.
3.92 Для ущільнення фланцевих з'єднань варто застосовувати прокладки з пароніту (марки ПМВ) завтовшки 4 мм або гуми олієбензостійкої завтовшки 3...5 мм.
3.93 У газозбірних пунктах установлюють запірно-регулюючу арматуру і передбачають відбірні устрої на трубопроводах від свердловин для контролю хімічного складу біогазу При виборі запірної арматури слід враховувати умови її експлуатації за тиском і температурою (таблиця 3.3).
Таблиця 3.3 - Рекомендований вибір запірної арматури
|
Матеріали запірної арматури |
Умови застосування |
|
|
|
Тиск газу. МПа (кгс/см2), не більше |
Температура, °С |
|
Ковкий чавун |
1,6(16) |
не нижче мінус 35 |
|
Вуглецева сталь |
1,6(16) |
не нижче мінус 40 |
|
Легована сталь |
1,6(16) |
нижче мінус 40 |
|
Латунь, бронза |
1,6(16) |
не нижче мінус 35 |
3.94 Вентилі, крани, засувки поворотні повинні бути призначені для газового середовища. Конструкція регуляторів тиску біогазу повинна задовольняти таким вимогам:
- зона пропорційності не повинна перевищувати 20 % верхньої межі настроювання вихідного тиску для комбінованих регуляторів;
- зона нечутливості не повинна становити більше 2,5 % верхньої межі настроювання вихідного тиску;
- постійна часу (час перехідного процесу регулювання при різких змінах витрати газу або вихідного тиску) не повинна перевищувати 60 с.
3.95 Для виготовлення гнутих і зварюваних компенсаторів варто використовувати труби, рівноцінні прийнятим для відповідного газопроводу. Застосування сальникових компенсаторів на газопроводах не допускається.
3.96 Скидання надлишкової води, що утворюється в циркуляційній системі водокільцевого вакуум-насоса дегазаційної установки, і періодично замінної циркуляційної води дегазаційної установки, а також видалення конденсату з конденсатозбірників і вологовідділювача повинно здійснюватися в систему збирання і відведення фільтрату полігона ТПВ.
3.97 Для дегазації (очищення від розчиненого метану) рідини, що скидається, рекомендується застосовувати місткість із гідрозатвором і відводом на свічу газу, що виділяється.
3.98 Залежно від варіанта використання біогаз повинен піддаватися тому чи іншому ступеню сушіння й очищення. Вузол підготування біогазу в загальному випадку може мати:
- осаджувач краплинної вологи (вологовідділювач);
- блок осушувача-очисника (адсорбери);
- накопичувальну місткість біогазу (газгольдер).
Для енергетичної установки, де спалюється біогаз (котлоагрегати, промислові печі), блок осушувача-очисника біогазу може не передбачатися.
3.99 При використанні біогазу як моторного палива для стаціонарних двигунів-генераторів необхідним є більш високий ступінь його осушення й очищення.
3.100 Через підвищену вибухонебезпечність систем збирання І транспортування біогазу полігонів ТПВ до них ставляться особливі вимоги.
3.101 Приміщення, в яких працюють установки збирання і транспортування біогазу полігонів ТПВ, слід відносити до категорії А (НАПБ Б.07.005).
3.102 Електроустаткування приводів і інших елементів даної системи згідно з вимогами до вибухонебезпечності ДНАОП 0.00-1.32:
клас 1
- колодязі оголовків свердловин,
- газозбірні пункти,
- камери керування газгольдерами,
- помешкання, де встановлені дегазаційні установки, вологовідцільники і газоочисне
устаткування,
- газорегуляторні установки
клас 2
- дегазаційні установки, розміщені під навісом,
- газгольдери.
3.103 Для забезпечення роботи системи збирання й утилізації біогазу слід передбачити контроль таких технологічних параметрів:
- тиску в трубопроводах біогазу;
- температури біогазу та оборотної вода дегазаційної установки;
- витрати біогазу;
- вмісту в біогазі метану, діоксиду вуглецю, сірководню і кисню.
Крім того, слід встановити в приміщеннях сигналізатори довибухонебезпечних концентрацій метану.
3.104 На щит технологічного контролю необхідно вивести світлозвукову сигналізацію, яка попередить про утворення небезпечних концентрацій кисню в трубопроводі біогазу і концентрацій метану в приміщеннях.
Система збирання і знезараження фільтрату
3.105 При проектуванні полігона ТПВ слід передбачати заходи, спрямовані на зменшення кількості фільтрату: тимчасові протифільтраційні завіси, дамби, а також передбачати такі схеми складування ТПВ, при яких забезпечується мінімальне надходження води з незаповненої площі карт ТПВ
3.106 Для збирання і відведення фільтрату з майданчиків складування ТПВ проектують дренажну систему, яка складається з шарового дренажу (галька або щебінь) та дренажних труб. Матеріали, які використовують для улаштування шарового дренажу і дренажних труб, повинні бути хімічно і біологічно стійкими і підбиратися так, щоб хімічно-фізичні властивості фільтрату та механічна дія ТПВ не приводили б до відмови в роботі системи.
3.107 Для улаштування водовідвідного шару повинні застосовуватися промиті матеріали. Перевагу слід віддавати матеріалам округленої форми з розміром часток 16...32 мм. Вміст карбонату кальцію у матеріалі водовідвідного шару не повинен перевищувати 20 % від загальної ваги матеріалу.
3.108 Для відведення фільтрату використовують труби, поверхня яких на 2/3 має бути перфорованою або мати прорізи. Діаметр труб має бути не менше 300 мм. Труби слід укладати на поверхні гідро-Ізолювального шару так, щоб фільтрат відводився зі всієї основи полігона ТПВ. Несуча здатність труб повинна визначатися спеціальним розрахунком.
Розрахунок дренажної системи провадиться згідно зі СНиП 2.01.28.
Дренажна система повинна бути запроектована так, щоб забезпечити можливість контролю і промивання її під час експлуатації.
3.109 Кількість фільтрату, що утворюється на полігоні ТПВ, залежить від багатьох факторів і може бути визначена з рівняння водного балансу полігона ТПВ.
Для попередніх розрахунків середньорічний об'єм фільтрату Wрф можна визначити за формулою:
