Спосіб консервації відпрацьованих полігонів твердих побутових відходів

Заявляється винахід, який стосується утилізації відходів і може бути використаний при консервації полігонів твердих побутових відходів (ТПВ), що підлягають рекультивації з відводом та використанням горючого біогазу та тепла масиву. Відомим є спосіб експлуатації полігону ТПВ з відводом горючого біогазу на утилізацію [1]. В даному способі формують дегазаційні труби та бурять свердловини для відводу біогазу, на поверхні масиву роблять газогідронепроникний настил, рекультивують територію та утилізують біогаз з отриманням, наприклад, електроенергії та тепла на поверхні. Недоліком даного способу є те, що у способі [1] попередньо не визначають ділянки на полігоні для буріння на них дегазаційних свердловин. Крім того, у відомому способі не проводять утилізацію тепла масиву твердих побутових відходів. Відомим є також спосіб, при якому крім закладки дегазаційних труб та буріння свердловини для відводу біогазу для енергетичної утилізації біогазу з отриманням, наприклад, електроенергії, в масив полігону ТПВ закладають систему збору тепла масиву, після чого територію рекультивують [2]. В даному способі при консервації полігону енергетичне використання масиву ТПВ є більш ефективним, але недоліком способу є також те, що буріння дегазаційних свердловин проводять на випадкових ділянках полігона ТПВ, без врахування аномальних газоутворень в окремих місцях масиву. Це приводить до зайвих витрат при дегазації масиву та низької ефективності процесу. Найближчим за технічною суттю до способу, що заявляється, є спосіб [3] консервації з енергетичним використанням потенціалу масиву полігону твердих побутових відходів, при якому формують ізоляцію поверхні полігону ТПВ температурне зондування та газову зйомку у верхньому шарі відходів з прив'язкою точок дослідження на місцевості. Відомий спосіб включає також проведення якісної та кількісної оцінки газовиділення на поверхні полігону, буріння дегазаційних та теплообмінних свердловин, їх розміщення з врахуванням оптимального радіусу дії свердловин, а також утилізацію енергетичного газу. Відомий спосіб [3] має наступні ознаки, спільні з ознаками пропонованого технічного рішення, а саме: - формування ізоляції поверхні полігону; - проведення температурного зондування та газової зйомки у верхньому шарі відходів з прив'язкою точок дослідження на місцевості; - проведення кількісної оцінки газовиділення на поверхні полігону та якісної оцінки утворення звалищного газу шляхом проведення геохімічних випробувань (наприклад, приповерхневих вод в масиві, насипного ґрунту, встановлення величин вологості та кислотності всередині масиву відходів); - проведення буріння дегазаційних та теплообмінних свердловин, їх будівництво з врахуванням оптимального радіусу дії свердловини; - енергетичне використання масиву ТПВ, тобто здійснення утилізації енергетичного газу та тепла масиву. Згаданий спосіб дозволяє більш ефективно провести консервацію полігону ТПВ та використати енергетичний потенціал масиву, оскільки при його використанні проводять оцінку здатності всього масиву утворювати звалищний газ. Проте недоліком вищезгаданого способу, обраного за прототип, є те, що ефективно вибрати ділянки для буріння на них дегазаційних свердловин є важко. Крім того, практично неможливо зафіксувати деякі процеси, що відбуваються всередині масиву відходів: наприклад, утворення звалищного газу, горіння органічної частини відходів в масиві, догорання метану, що утворився в масиві, тощо. Відсутність достовірної інформації про такі процеси не дають можливість встановити доцільні та раціональні місця буріння свердловин, що зменшує ефективність енергетичного використання масиву полігону твердих побутових відходів. В основу винаходу поставлено задачу підвищити ефективність консервації та енергетичного використання масиву полігону твердих побутових відходів шляхом оптимального розміщення дегазаційних та теплообмінних свердловин та більш якіснішого відокремлювання ділянок, на яких раціонально споруджувати свердловини. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі [3], який включає формування ізоляції поверхні полігону, проведення температурного зондування та газової зйомки у верхньому шарі відходів з прив'язкою точок дослідження на місцевості, проведення кількісної оцінки газовиділення на поверхні полігону та якісної оцінки утворення звалищного газу шляхом проведення додатково геохімічних опробувань, наприклад, приповерхневих вод в масиві, насипного ґрунту, встановлення величин вологості та кислотності всередині масиву відходів, та при якому проводять буріння дегазаційних свердловин, їх будівництво з врахуванням оптимального радіусу дії свердловин, а також здійснюють утилізацію енергетичного газу, згідно винаходу, температурне зондування та газову зйомку проводять одночасно в одних і тих самих точках масиву, у газових пробах визначають відношення вмісту метану та/або оксиду вуглецю до двооксиду вуглецю, за даними розподілу аномальних температур тепломасопереносу, вмісту метану в пробах та оптимального співвідношення СН4/СО2 та/або СО/СО2 виокремлюють енергетичне потенційні ділянки, після чого на них проводять буріння свердловин. Причинно-наслідковий зв'язок між ознаками, що відрізняють та характеризують винахід, і технічним результатом, який буде досягнуто, полягає в тому, що: проведення температурного зондування та газової зйомки одночасно в одних і тих самих точках масиву дозволяє достовірно оцінити динаміку процесу газоутворення та спрогнозувати розвиток чи затухання процесу в масиві, що важливо при визначенні місць розташування експлуатаційних свердловин; відношення вмісту метану та/або оксиду вуглецю до двооксиду вуглецю, що визначають у газових пробах, вказує на наявність цих газів всередині масиву відходів, що важливо також при розміщенні свердловин. Наприклад, наявність надмірної кількості двооксиду вуглецю у пробах, що не властиво при анаеробному чи аеробному розкладі органічної частини ТПВ, свідчить про протікання процесу низькотемпературного горіння (окислення) всередині масиву. На основі цього стає можливим приймати відповідне рішення щодо вибору місця буріння свердловин, бо в деяких випадках може виникати потреба по облаштуванню свердловин, через які необхідно гасити джерело горіння в масиві. Крім того, за відношенням СО/СО2 визначають температуру в джерелі горіння [4] всередині масиву полігону, а за відношенням СН4/СО2 та абсолютною величиною вмісту метану стверджують, чи відбувалось догорання СН4 в масиві (наприклад, при малому вмістові СН4 і великому вмістові СО2),чи визначають стадію процесу розкладу органіки, що є першочерговим фактором при виборі місця буріння експлуатаційних свердловин; з наведеного вище надзвичайно важливим є виокремлення енергетичне потенційних ділянок, тільки після чого раціонально проводити на них буріння свердловин. В джерелах патентної і науково-технічної інформації не виявлено нові признаки способу, що заявляється, а саме: температурне зондування та газову зйомку проводять одночасно в одних і тих самих точках масиву, у газових пробах визначають відношення вмісту метану та/або оксиду вуглецю до двооксиду вуглецю, за даними розподілу аномальних температур тепломасопереносу, вмісту метану в пробах та оптимального співвідношення СН4/СО2 та/або СО/СО2 виокремлюють енергетичне потенційні ділянки, після чого на них проводять буріння свердловин. Отже, можна стверджувати, що спосіб консервації з енергетичним використанням масиву полігону твердих побутових відходів, що заявляється, відповідає критерію "новизна". Крім того, відрізняючи ознаки способу, що надають йому нових властивостей: високу ефективність консервації полігону твердих побутових відходів з енергетичним використанням масиву шляхом оптимального розміщення дегазаційних та теплообмінних свердловин та більш якісного відокремлювання (визначення) ділянок, на яких раціонально потім облаштовувати свердловини - відповідають критерію "суттєві відзнаки". Таким чином, ознаки нового способу, що відрізняють його від способу - прототипу і надають йому нових властивостей, а також послідовність їх здійснення є суттєвими для реалізації способу та достатніми для досягнення технічного результату, який забезпечує винахід, отже відповідають критерію "суттєві відзнаки". Отже, пропоновані ознаки нового способу та послідовність їх здійснення є суттєвими для його реалізації. Техніко-економічними та екологічними перевагами нового способу можна вважати те, що при його впровадженні для народногосподарських потреб з найменшими витратами буде проведено консервацію та дегазацію масиву ТПВ за рахунок раціонального розміщення експлуатаційних свердловин, а також ефективно утилізовано тепло масиву, що зменшить "парниковий ефект." Отже, впровадження пропонованого технічного рішення є економічно та екологічно доцільним. Спосіб реалізують наступним чином. Наприклад, на полігоні твердих побутових відходів, що підлягає консервації, формують ізоляцію його поверхні насипним шаром глини, поверх якої насипають родючий шар ґрунту. Потім за відомою методикою, яка використовується при пошуках корисних копалин, проводять температурне зондування поверхні полігону для оконтурювання локальних температурних аномалій та визначення характерних ділянок, які відповідають температурному стану полігону За даними розподілу температур виокремлюють ділянки з аномальним тепломасопереносом та найбільш сприятливі за температурним режимом для утворення звалищного газу (активність виділення газу залежить від температури: при надто низькій або високій температурі виділення звалищного припиняється - оптимальна температура становить 35-45°С). Такі ділянки з максимальною міграцією звалищного газу вважають перспективними для облаштування на них дегазаційних свердловин. Геотермічне зондування дає можливість визначити також наявність чи відсутність джерела горіння всередині масиву. Підвищений температурний фон на поверхні масиву ТПВ вказує на протікання в ньому процесу низькотемпературного окислення, або на проходження процесу горіння. Дані температурних вимірів відображають графічно у вигляді поверхневих ізотерм, які використовують потім при облаштуванні експлуатаційних свердловин. Одночасно в точках заміру температури відбирають газові проби. Пробовідбирач, у вигляді перфорованої труби, всередині якої розміщений п'єзокварцовий давач температури, підключають до вакуум - помпи та вводять в масив на глибину 1,5м. Проводять заміри дебіту звалищного газу, а при експрес-аналізі газових проб визначають вміст метану СН4 (основного енергоносія), двооксиду вуглецю СО2, оксиду вуглецю СО, водню Н2 та сліди інших газів. На різних ділянках полігону вміст цільового газу СН4 є різним, тому що для процесу утворення енергетичного звалищного газу в масиві необхідні такі умови, як відсутність кисню, відповідні температури, кислотність середовища і вологість (наприклад, оптимальна вологість речовини, що розкладається з виділенням газу, становить 50-60%, при цьому збільшення вологості шляхом додавання води погіршує процес газоутворення), відсутність токсичних речовин, тощо. Тому на стадії проведення моніторингу масиву відходів додатково здійснюють геохімічні опробування, наприклад, приповерхневих вод в масиві, насипного ґрунту із визначенням в них газів, встановлюють величини вологості та кислотності на різних ділянках в приповерхневому шарі масиву відходів, з прив'язкою точок дослідження на місцевості. Таким чином, проведення температурного зондування та газової зйомки, а також геохімічного опробування приповерхневого шару відходів, одночасно в одних і тих самих точках масиву дозволяє достовірно оцінити динаміку процесу газоутворення в масиві відходів та спрогнозувати розвиток чи затухання процесу, що важливо при визначенні місць розташування експлуатаційних свердловин. Відношення вмісту метану та/або оксиду вуглецю до двооксиду вуглецю, що визначають у газових пробах, вказує на наявність цих газів всередині масиву відходів. Наприклад, наявність надмірної кількості двооксиду вуглецю у пробах свідчить про горіння всередині масиву. Тоді на такій ділянці облаштовують свердловину, через яку вводять робочу речовину для гасіння джерела горіння в масиві. За відношенням СО/СО2, визначають температуру в джерелі горіння всередині масиву полігону, а за відношенням СН4/СО2 та абсолютною величиною вмісту метану стверджують, чи відбувається догорання СН4 в масиві. Наприклад, при малому вмістові СН4 і великому вмістові СО2 є підстава стверджувати, що процес допалу метану всередині масиву відбувається внаслідок надмірної кількості в ньому кисню. В іншому випадку за даним співвідношенням в інших місцях полігону визначають стадію процесу розкладу органічної частини відходів, що є важливим та першочерговим фактором при виборі місця буріння свердловин. На прикінцевій стадії проведення моніторингу полігону за даними розподілу локальних аномальних температур тепломасопереносу, вмісту метану в пробах та оптимального співвідношення СН4/СО2 та/або CO/CO2, а також враховуючи умови вологості, кислотності масиву, виокремлюють енергетично потенційні ділянки для буріння на них дегазаційних та теплообмінних свердловин. Дегазаційні свердловини облаштовують на виокремлених ділянках полігону, враховуючи їх радіус дії. При використанні окремих свердловин для видобутку звалищного газу оптимальний радіус дії дорівнює половині відстані між свердловинами. При цьому в порожнину дегазаційної свердловини для утилізації тепла масиву влаштовують теплообмінну систему, яку підключають до помпи тепла, після чого свердловину через магістральні трубопроводи підключають до споживача як тепла, так і енергетичного газу. В залежності від результатів проведених опробувань на окремих ділянках полігону облаштовують тільки дегазаційні або тільки теплообмінні свердловини. Закінчують консервацію полігону з енергетичним використанням масиву відходів рекультивацією поверхні, постійно дегазуючи масив та утилізуючи тепло. Таким чином, за рахунок раціонального розміщення експлуатаційних свердловин з найменшими витратами для народногосподарських потреб проводять консервацію полігону ТПВ. Техніко-економічними та екологічними перевагами нового способу є ефективне енергоресурсовикористання: отримання додаткової енергії з одночасним зменшенням шкідливого впливу відходів на довкілля. Джерела інформації: 1. Указания по организации и усовершенствованию контролируемых свалок /полигонов/ для городов УССР. РДКУ 204 УССР 025-81: МЖКХ УССР, г.Киев, 1981. -С.6-18. 2. Деклараційний патент України №40808, 7 E21F17/16 / Гвоздевич О.В. Спосіб формування полігону твердих побутових відходів. - опубл. 2001р. Бюл.№7. 3. І.М.Онисковець, М.С.Яворський, О.В.Муха та ін. Перспектива експлуатації Львівського міського сміттєзвалища з вилученням та комерційним використанням біогазу / Утилізація відходів, організація і контроль полігонів. Сб. науч. тр., ОЦНТЕІ - Одеса, 1999р. -С.142-146. - прототип. 4. Чекалюк Э.Б. Определение температуры подземного очага горения по содержанию СО и СО 2 в продуктах окисления // Нефтяная и газовая промышленность. - 1973.-№1.-С.23-25.