способ сбора и отвода биогаза на полигоне твердых отходов с многослойным противофильтрационным экраном

Формула изобретения

1. Способ сбора и отвода биогаза на полигоне твердых бытовых и промышленных отходов с многослойным противофильтрационным экраном, включающий подготовку основания, монтаж системы вертикального газового дренажа из сети распределенных по площади полигона скважин, собранных из секций и имеющих перфорированные стенки, послойную укладку отходов, наращивание скважин на высоту каждого слоя отходов с применением скользящей опалубки, перекрытие заглушками верхних концов скважин вертикального газового дренажа в каждом цикле наращивания, отличающийся тем, что отвод биогаза из вертикального газового дренажа осуществляют по трубчатым дренам горизонтального дренажа, расположенного в основании полигона, при этом нижние секции труб скважин вертикального газового дренажа выполняют сплошными и присоединяют к дренажным колодцам горизонтальных трубчатых дрен, а верхний конец нижней секции скважины вертикального газового дренажа располагают выше уровня фильтрата над противофильтрационным экраном.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соединения между секциями выполняют с возможностью взаимных угловых и линейных перемещений секций.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что колодцы, трубы и соединения элементов горизонтального и вертикального дренажа выполняют из антикоррозионных материалов, например из стеклопластика.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обезвреживанию твердых бытовых отходов (ТБО) и допускаемых к размещению с ними промышленных отходов, а именно к способу сбора и отвода биогаза, образующегося в процессе разложения отходов на полигоне ТБО.

Известен способ сбора и отвода биогаза с помощью системы вертикального газового дренажа в виде скважин, оборудованных с поверхности сформированного полигона и дополняемой системой горизонтального газового дренажа в виде развитой сети горизонтальных дрен, прокладываемых под изолирующим покрытием в верхнем слое отходов (Патент ФРГ №3425785; МКИ В09В 1/00, 1986).

Недостаток данного способа заключается в том, что организованный отвод биогаза осуществляется только после достижения толщей отходов проектной высоты, результатом чего является низкая эффективность отбора газа из глубоко залегающих слоев отходов и отсутствие средств дегазации массива отходов по мере его формирования.

Известен способ сбора и отвода биогаза и фильтрата на полигоне ТБО, который включает подготовку основания, монтаж вертикального газового дренажа, послойную укладку отходов с пересыпкой изолирующими слоями, монтаж системы горизонтального газового дренажа, устройство изолирующего покрытия поверхности сформированного полигона, при этом отвод биогаза и фильтрата производят из колодца, верхний конец которого оборудован заглушкой с отверстиями для трубопроводов, при помощи газосборника и эрлифта, установленных внутри колодца (Патент RU №2242299, МКИ В09В 1/00, 3/00; опубл. 20.12.2004).

Недостатками данного способа являются ограниченные технологические возможности, вероятность нарушения стыков на примыканиях горизонтальных дренажей к вертикальному вследствие неравномерных осадок отходов, непригодность для строительства полигонов большой площади.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ сбора и отвода биогаза и фильтрата на полигоне ТБО, который включает подготовку основания, монтаж системы вертикального газового дренажа из скважин с перфорированными стенками. распределенных по площади полигона, формирование горизонтального газового дренажа в виде дрен, расположенных на поверхности каждого завершенного слоя отходов и примыкающих к внешней дренирующей обсыпке скважин, наращивание скважин до отметки, превышающей высоту следующего слоя отходов, и далее повторение цикла до достижения полной высоты полигона, установленной проектом, причем в последнем цикле скважины наращивают выше поверхности сформированного полигона и оборудуют их съемным дефлектором (Патент RU №2198745, МКИ В09В 1/00, Бюл. №5, 2003 г.).

Недостатком данного способа является отсутствие возможности извлечения и отведения биогаза для утилизации до окончания формирования массива отходов, а также ухудшение экологической обстановки при выбросе биогаза в атмосферу.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении вредного воздействия на окружающую среду за счет снижения выбросов в атмосферу и отвода биогаза на утилизацию при эксплуатации полигона ТБО одновременно с размещением отходов и осуществлением мероприятий по регулированию и очистке фильтрата с использованием многослойного противофильтрационного экрана с фильтрующим верхним слоем.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе сбора и отвода биогаза на полигоне твердых бытовых и промышленных отходов, включающий подготовку основания, монтаж системы вертикального газового дренажа из сети распределенных по площади полигона скважин, собранных из секций и имеющих перфорированные стенки, послойную укладку отходов, наращивание скважин на высоту каждого слоя отходов с применением скользящей опалубки, перекрытие заглушками верхних концов скважин вертикального газового дренажа в каждом цикле наращивания. при этом отвод биогаза из вертикального газового дренажа осуществляют но трубчатым дренам горизонтального дренажа, расположенного в основании полигона. При этом нижние секции труб скважин вертикального газового дренажа выполняют сплошными и присоединяют к дренажным колодцам горизонтальных трубчатых дрен, а верхний конец нижней секции скважины вертикального газового дренажа располагают выше уровня фильтрата над противофильтрационным экраном.

Соединения между секциями выполняют с возможностью взаимных угловых и линейных перемещений секций.

Колодцы, трубы и соединения элементов горизонтального и вертикальною дренажа выполняют из антикоррозионных материалов, например из стеклопластика.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где изображено сечение скважины вертикального газового дренажа с примыкающими горизонтальными трубчатыми дренами.

Полигон твердых бытовых и допускаемых для совместного с ними размещения промышленных отходов (полигон ТБО) оборудован многослойным противофильтрационным экраном. Полигон состоит из подготовленного грунтового основания 1; многослойного противофильтрационного экрана с нижним водоупорным слоем 2; дренажного прослоя 3 с трубчатыми дренами 12, верхнего фильтрующего слоя 4 и защитного слоя 5, системы распределенных по площади полигона фундаментов 10, на которых монтируют дренажные колодцы 11 с открытым верхним концом.

К колодцам 11 примыкают горизонтальные трубчатые дрены 12, по которым биогаз и фильтрат отводят к газосборному и дренажному коллекторам в направлении 13. К каждому дренажному колодцу 11 присоединены скважины вертикального газового дренажа, набираемые из секций (звеньев труб) 15, 18 с дренажной обсыпкой 16 вокруг них, создаваемой при помощи трубчатой скользящей опалубки 19, верхний конец которой перекрывают съемным колпаком-заглушкой 20.

Нижнюю секцию (нижнее звено трубы) 15 скважины вертикального газового дренажа выполняют сплошной без дренажных отверстий (без перфорации стенок) и герметично присоединяют к дренажному колодцу 11, а соединения между секциями скважины вертикального газового дренажа выполняют с возможностью взаимных угловых и линейных перемещений секций.

Слои уплотненных отходов находятся в водонасыщенной зоне 6 (ниже уровня фильтрата 7) и в ненасыщенной зоне 8 (выше уровня фильтрата).

При разложении органической составляющей отходов образуется биогаз. Сбор и отвод биогаза на полигоне ТБО производят следующим образом.

На территории полигона ТБО подготавливают основание 1, на котором монтируют распределенные по площади полигона фундаменты 10, на каждом из которых оборудуют дренажный колодец 11 с открытым верхним концом. На подготовленное основание 1 укладывают многослойный противофильтрационный экран с нижним водоупорным слоем 2, дренажным прослоем 3 с трубчатыми дренами 12, верхним фильтрующим слоем (мембраной заданной проницаемости) 4 и защитным слоем 5. В дренажном прослое 3 многослойного противофильтрационного экрана укладывают горизонтальные трубчатые дрены 12, примыкающие к дренажным колодцам 11 и предназначенные для отвода фильтрата. При этом нижние секции скважины вертикального газового дренажа совмещают с дренажными колодцами трубчатых дрен горизонтального дренажа в основании полигона. Ствол каждой скважины вертикального газового дренажа набирают звеньями 15, 18 и наращивают по мере формирования слоев отходов, при этом нижнее звено 15 выполняют сплошным, без дренажных отверстий (без перфорации стенок) и присоединяют к открытому верхнему концу дренажного колодца 11 с обеспечением герметичности соединения 14, а соединения 17 звеньев между собой выполняются с возможностью взаимных угловых и линейных перемещений секций (т.е. податливыми). Это позволит избежать деформаций (поломок) звеньев в процессе уплотнения отходов. Вокруг ствола скважины устраивают фильтрующую обсыпку 16 при помощи скользящей опалубки 19, представляющей собой отрезок трубы большого диаметра, верхний конец которой перекрывается съемным колпаком-заглушкой 20.

После укладки очередного слоя уплотненных отходов выполняют наращивание скважины вертикального газового дренажа: снимают колпак-заглушку 20, монтируют очередное звено трубы 18, приподнимают опалубку 19 на высоту наращивания, в кольцевое пространство между звеном 18 ствола скважины и опалубкой 19 засыпают материал фильтрующей обсыпки 16, устанавливают на верхнем конце скользящей опалубки и герметично уплотняют колпак-заглушку 20.

Под действием избыточного давления в теле полигона биогаз через фильтрующую обсыпку 16 и отверстия в стенках труб 15, 18 скважины вертикального газового дренажа проникает в ее внутреннюю полость, затем в дренажный колодец 11, откуда но горизонтальной трубчатой дрене 12 в направлении 13 биогаз отводится к газосборному коллектору и далее для утилизации на газоэнергетическую установку или на факел. При необходимости для повышения эффективности удаления биогаза из массива отходов в полости скважины вертикального газового дренажа понижают давление относительно атмосферного известными способами, например при помощи газодувки.

Далее описанные циклы послойного наращивания повторяют до достижения проектной высоты полигона.

Применение предлагаемого способа сбора и отвода биогаза на полигоне ТБО позволяет обеспечить эффективное и безопасное хранение твердых бытовых и промышленных отходов, снижает загрязнение атмосферы за счет постоянного отвода и утилизации биогаза на протяжении всего срока эксплуатации полигона за счет использования для отвода биогаза надэкрановой дренажной системы, предназначенной для сбора и отвода фильтрата. Такое решение обеспечивает устойчивость газосборной системы независимо от осадок массива отходов, позволяет производить дегазацию массива отходов и отбор биогаза на утилизацию с момента начала образования биогаза параллельно с продолжением работ по складированию отходов.