Спосіб формування полігону твердих побутових відходів

Спосіб формування полігону твердих побутових відходів, при якому ведуть формування в основі сміттєзвалища базової газогідронепроникної підстилки, нижнього ярусу дренажних тр уб для відводу фільтрату із масиву твердих побутових відходів, утилізацію фільтрату та його рециркуляцію в масив, пошарове складування та ущільнення відходів з ізоляцією кожного шару сміття, формування дегазаційних труб і свердловин в масиві сміття для відводу біогазу, формування на поверхні масиву газогідронепроникного настилу, проведення окультурення території, що рекультивується, а також будівництво систем збору, утилізації біогазу з отриманням, наприклад, електроенергії та тепла на поверхні, який відрізняє ться тим, що, в міру відсипки відходів перед ізоляцією шару сміття в масив закладають регістри труб теплообмінника, систему збору тепла масиву підключають до помпи тепла, а далі — до системи теплохолодопостачання, систему збору тепла виконують модульною і, крім того, з можливістю автономної роботи окремого модуля в режимі холодопостачання. Ю при цьому найбільш інтенсивно біогаз (СН4 і СО2) виділяється протягом перши х 5-7 років, а температура масиву, що утрамбовуєть ся, складає 30°С45°С і забезпечується за рахунок накопичення теплоти, оскільки ізольовані один від одного ша ри твердих побуто вих відхо дів мають достатню теплоізоляцію [3,4]. В основу ви находу проставлено задачу підвищити ефективність способу фор мування полігону твердих побутови х відхо дів шляхом вдосконалення організації процесу утилізації тепла масиву з ефективним використанням енергії на протязі тривалого часу складування відхо дів, а також зменшення температурного впливу полігону на довкілля. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі [2], при якому ведуть формуван (13) 40808 3СН4+3СО2+393 кДж/моль, (11) мікроорганізми С6Н12О6 UA Недоліком такого способу є також те, що при формуванні полігону твердих побутових відхо дів, що триває десятки років, та після його рекультивації не утилі зується тепло масиву сміттєз валища. Було встановлено, що в товщі відхо дів під дією мікроорганізмів відбувається біотермічний розклад органічних речовин побутових відходів, як наслідок анаеробного процесу з виділенням теплоти: (19) Заявляється винахід, який стосується утилізації відхо дів і може бути використаний при формуванні та експлуа тації полігонів твердих побутових відходів (ТПВ) з відводом та використанням тепла масиву, горючого біогазу та фільтрату. Відомим є спосіб складування твердих побутових відходів, при якому ве дуть будівництво водогазонепроникних ізолюючих екранів в основі, в середині та на поверхні масиву зва лища з відводом шкідливого фільтрату та го рючого біогазу на утилізацію [1]. Недоліком даного способу є те, що спосіб не передбачає утилі зацію тепла масиву твердих побутових відходів. Найближчим за технічною суттю до способу, що заявляється, є спосіб формування полігону твердих побутових відходів, при якому в основі сміттєз валища ведуть фор мування базової газогідронепроникної підстилки, нижнього ярусу дренажних тр уб для відводу фільтрату із масиву сміття та утилізацію фільтрату, проводять пошарове складуван ня та ущільнення відходів з ізоляцією кожного шару сміття. В даному способі формують також яруси дегазаційних труб та бурять свердловини для відводу біогазу, на поверхні масиву роблять газогідронепроникний настил, біологічно окультурюють територію, що ре культивуєть ся, а також здійснюють будівництво систем збору утилізації біогазу з отриманням, наприклад, електроенергії та тепла на поверхні [2]. А ____________________ 40808 ня в основі сміттєзвалища базової газогідронепроникної підстилки, нижнього ярусу дренажних тр уб для відводу фільтрату із масиву твердих побутових відхо дів та утилізацію фільтрату, пошарове складування та ущільнення відхо дів з ізоляцією кожного ша ру, фор мування дегазаційних труб і свердловин для відводу біогазу, фор мування на поверхні масиву газогідронепроникного настилу, проведення біологічного окультурення території, що рекультивується, а також будівництво систем збору утилізації біогазу з отриманням, наприклад, електроенергії та тепла на поверхні, згідно з винаходом, в міру відсипки відхо дів перед ізоляцією шару сміття в масив закладають регістри труб теплообмінника, систему збору тепла масиву підключають до помпи тепла, а далі — до систе ми теплохолодопостачання, систему збору тепла виконують модульною і, крім того, з можливістю автономної роботи окремого модуля в режимі холодопостачання. В джерелах патентної і науково-технічної інформації не виявлено нові признаки способу, що заявляється, а са ме: в міру відсипки відхо дів перед ізоляцією шару відходів в масив закладають регістри труб теплообмінника, систе му збору тепла масиву полігону підключають до помпи тепла, а далі - до системи теплохоло допоста чання, виконують модульною і, крім того, з можливістю автономної роботи окремого модуля в режимі холодопостачання. Отже, можна стверджувати, що спосіб формування полігону твер дих побутових відхо дів, що заявляється, відповідає критерію "новизна". Крім того, відрізняючі ознаки способу, що надають йому нових властивостей: високу ефективність формування полігону та організацію в масиві системи збору та теплохолодопостачання, а також зменшення температурного впливу полігону на довкілля, - відповідають критерію "суттєві відзнаки". Крім того, виконання систе ми збору тепла модульною шляхом відповідної закладки в масив системи регістрів труб теплообмінника дозволяють одночасно отримувати для утилізації теплоносій на протязі тривалого часу будівництва та формування полігону, а також працювати систе мі автономно в режимі холодопостачання при під'єднанні до неї помпи тепла. Таким чином, 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 буде ефективно утилізовано тепло масиву полігону твер дих побуто вих відхо дів та зменшено "парниковий ефект." Спосіб пояснюється кресленням, на якому показано сформований полігон твердих побутових відхо дів. Спосіб реалізують наступним чином. На вибраній під будівництво полігону ТПВ дільниці на рельєфі з нахилом 7% проводять геологічні та гідрогеологічні пошукові роботи: досліджують порядок напластування, потужність та склад порід в основі полігону, а також визначають рівень залягання ґрунтових вод. Виз начають кое фіцієнт фільтрації (k) ґрун тів в основі полігону та приступають до формування базової гідронепроникної підстилки 1 (екрану). При k більше 0,00864 м/добу створюють водостійку основу, наприклад, з поліетиленової плівки товщи ною 2 мм, стабілізованою сажею та покладеною на вирівняний шар піску. Ви ходячи з економічної доцільності (наприклад, при близькому розташуван ні гудрононакопичува чів - ставкових відхо дів від діяльності нафто переробної промисловості тощо), базову екранну підстилку виготовляють, використовуючи відхо ди нафтопереробки. Потім над плівкою по гравійній підложці вздовж основи полігону з ук лоном прокладають дренажні перфо ровані труби 2 діаметром 200-300 мм. Труби покривають шаром ґрунту та сполучають з фільтратозбірником 3, звідки шкідливий фільтрат в подальшому відкачують на утилі зацію або повторно подають, рециркулюючи його, в масив полігону. На сформовану базову водостійку підстилку складують тверді побутові відхо ди, ущільнюючи їх механізмами. Ущільнення відходів зменшує їх об'єм в 3-4 рази та покращує експлуатацію полігону. При досягненні першого прошарку 4 відходів висоти 2м на їх поверхні прокладають горизонтальну систему дегазаційних труб (на фіг. не показано) та бурять свердловини 5 або шур фи-колодязі для відводу біогазу. Свердловини 5 та шурфи-колодязі в міру відсипки відхо дів нарощують. Одночасно на цьому рівні закладають систему збору низькопотенційного тепла масиву полігону твердих побутових відходів, для чо го використовують теплопомпову систему теп лохоло допостачання (ТХП). Така система є ефективна для утилізації тепла та дозволяє отримати 2,5-3,5 кВт корисного тепла на 1кВт затраченої електроенергії, що необхідна для роботи теплової помпи [5]. Систе ма збору тепла представляє собою дільницю полігону з прокладеними в масиві ТПВ регістрами труб 6 теп лообмінника (переважно горизонтального розміщення) та включає наступні основні елементи: - помпу 7 для вимушеної циркуляції теплоносія в теплообміннику; - ділянку теплотраси 8, яка з'єднує систему теплозбору з випарювачем теплопомпової системи ТХП. Вибір конструкції регістрів труб 6 залежить від потужностей теплопомпової системи ТХП; регістри виготовляють із пластмасових тр уб діаметром 30-50 мм; крок S між трубами вибирають 1-2 м із врахуванням їх взаємовпливу; загальну довжину труб Lтр масивного теплообмінника визначають за формулою: Lтр = Q , q× S де Q — потрібна потуж ність систе ми теплопостачання, кВт; q — питомий теплозбір з одиниці площі дільниці полігону, Вт/м 2; S — крок між трубами. В якості теплоносія використовують, наприклад, нетоксичний антифриз, застосовуючи для його перекачки хімічні центробіжні помпи, а виконання теплотраси, контроль за температурою, тиском, 2 40808 швидкістю руху теплоносія здійснюють на виході та вхо ді системи збору теп ла масиву. Регістри 6 труб теплообмінника з'єднують в послідовно-паралельні групи та передбачають можливість їх автономної роботи: відключення окремих секцій у ви падку поломки без відключення всієї системи ТХП. Таке виконання регістрів труб 6 дає також можливість експлуатува ти також одночасно одну гр упу модулів теплообмінника в режимі теплопостачання, а іншу — в режимі холодопостачання. Розміщен ня ТХП-систем в різних ша рах складованих відхо дів повторюють. Після закладки дегазаційних труб (на фіг. не показано) та регістрів труб 6 теплообмінника на них досипають шар відходів до досягнення проектної висоти — 2,5 м та здійснюють поверхневу ізоляцію першого прошарку (ярусу) 9, що заскладований на водостійку основу. Для ізоляції використовують інертний матеріал, наприклад, глину, яку укладають на висоту 0,2 м та утрамбовують. На цій стадії робіт в масив відходів бурять також дегазаційну свердловину 5, гирло якої підключають до витяжного вентилятора 10. На поверхні поза площею складування відходів влаштовують також теплову помпу 7 та відповідні комунікації для утилізації енергії масиву складування, а саме: - технологічну лі нію дегазації масиву під'єднують до блоку 11 силової установки, який складається, наприклад, із шестициліндрового дви гуна внутрішнього спалювання та електричного газогенератора, які розміщують в контейнері. Біогаз подають компресором на спалювання і при витраті біогазу, наприклад, 120 м 3/год, установка вироблятиме на протязі експлуа тації полігону 15-20 років до 1 млн кВт електроенергії. Части ну га зу спалюють у во догрійному котлі 12, отримуючи теплу воду, яку подають, наприклад, у теплицю 13. - технологічну лінію використання тепла масиву підключають до помпи тепла 7, яка складається із компресора, теплообмінників, один із яких ви конує роль скраплювача, а інші — відпарювача та декомпенсатора. Тепло передається скраплювачем до споживача тепла-теплиці 13. В процесі скраплювання теплоносій відбирає тепло із джерела — масиву твердих побутових відхо дів. Для роботи помпи тепла 7 (таких складових як компресор, циркуляційної помпи живлення, системи керуван ня помпою) необхідну енергію для споживання отримують від електричного газогенератора, що працює на біогазі, який отримують при дегазації полігону. Одночасно для електричного живлення помпи тепла підключають вітровий генератор 14 електричного струму, роботу якого корегують із роботою контейнерної електростанції, що працює на біогазі. В залежності від потреб споживача помпу тепла 7 переводять також в режим роботи холодопостачання. Наприклад, коли влітку теплиці 13 використовують як овочесхо вища, їх приміщення служать для помпи 7 джерелом тепла. Тоді переводять помпу 7 в режим холодопостачання: відбирають тепло з приміщення, зменшуючи температуру в ньому до потрібного рівня та накопичуючи тепло в масиві. Після завершення формування першо го прошар ку 4 відхо дів приступають до складуван ня наступ ного ярусу 15 . Операції фор мування полігону повторюють. При досягненні відхо дами проектної висоти складуван ня приступають до завершальних етапів робіт, що передбачають рекульти вацію те риторії з її екологічним окультуренням. Для цього на поверхні масиву створюють газогідронепроникний настил 4 із шару утрамбованої гли ни висотою 0,5 м (як альтер натива є можливим ви користання поліетиленових плівок, утрамбованої суміші відхо дів на фтопереробки з відповідними наповнювачами тощо). Повер х насипають родючий шар гр унту. При експлуа тації поліго ну ТПВ постійно відводять шкідливий фільтрат та зби рають його у фільтратозбірнику 3 для подальшої утилі зації. За певних умов, враховуючи вологість масиву складуван ня, фільтрат закачують повторно в масив, рециркулюючи його, де він проходить до даткову біо логічну очистку. Крім того, відбувається зволоження полігону складування ТПВ, що сприяє процесам утво рення біогазу та ущіль нення відхо дів. Завершують рекульти вацію те риторії її ок ультуренням, засаджуючи її деревами і кущами. На протязі формування полігону твер дих побуто вих відходів, що триває згідно санітарних норм та правил не менше 15 років та після його рекультивації, постійно дегазують масив та відбирають з нього тепло. Цим не тільки зменшують шкідливий вплив полігону на довкілля, але й отримують економічний та екологічний ефект від використання електроенергії та теплоносія, зменшуючи парниковий ефект. Таким чином, спосіб формування полігону твердих побуто вих відхо дів забезпечує виконання поставленої те хнічної задачі. ЛІТЕРАТУРА 1. Н. Oeltzschner, D. Mutz. Guidelines for an appropriate management of domestic sanitary landfill sites; GTZ GmbH, Eschborn, 1994, p. 27-39. 2. Указания по организации и усовершенствованию контролируемых свалок /полигонов/ для городов УССР. РДКУ 204 УССР 025-81: МЖКХ УССР, г.Киев, 1981. — С. 6-18. — ПРОТОТИП. 3. Утилизация отходов, организация и контроль полигонов. Сб. научн. ст. — ОЦН ТЕИ, Одесса, 1999.—С. 142-146. 4. В.В.Разнощик. Усовершенствованные полигоны для обезвреживания городских отходов. — ГОСИНТИ, ПБГ, № 31-71, 1971. — С. 5-7. 5. Инструкция по комплексному использованию геотермальных вод для теплохладоснабжения зданий и сооружений. — ВСН 36-77, Гражданстрой, М.: 1978. — С. 34-40. 3 40808 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 4