способ обезвреживания твердых бытовых отходов на полигоне тбо

Формула изобретения

1. Способ обезвреживания твердых бытовых отходов на полигоне ТБО, включающий подготовку основания полигона, устройство ограждающих сооружений, сооружение противофильтрационного экрана, дренажной системы для сбора и очистки фильтрата, а также газосборной системы, послойное размещение отходов с грунтовыми изолирующими слоями, обустройство изолирующего покрытия поверхности сформированного полигона, отличающийся тем, что территорию полигона разбивают на рабочие секции в количестве не менее трех, причем каждую секцию полигона формируют независимой от остальных, при этом заполнение отходами каждой последующей секции начинают по окончании заполнения предыдущей, а извлечение и переработку отходов с площади первой заполненной секции и подготовку ее к повторному заполнению выполняют в период заполнения отходами последней секции, затем на подготовленной площади первой секции производят повторное размещение отходов, одновременно выполняя извлечение и переработку отходов второй секции с подготовкой ее к повторному заполнению, после чего цикл повторяют в последовательности первоначального заполнения секций, при этом соотношение между средней продолжительностью заполнения одной секции и количеством секций находят из формулы

T=T ₁·(n-2),

где T₁ - средняя продолжительность заполнения одной секции, лет;

T - время от окончания заполнения данной секции, соответствующее реализации не менее 97% полного газового потенциала размещенных в секции отходов на дату начала их извлечения, лет;

n - количество секций.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полигон ТБО создают как комплекс сооружений, включающий несколько рабочих секций, единый участок переработки грунтов и отходов с площадками временного складирования грунтов, единую хозяйственную зону с сооружениями очистки стоков и утилизации биогаза, а также единую систему мониторинга состояния объектов окружающей среды.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что площадки переработки отходов и площадки временного складирования грунтов располагают в центре полигона, а хозяйственную зону и рабочие секции по периметру полигона.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что свалочный грунт, отсортированный на участке переработки грунтов и отходов, используют для устройства послойной грунтовой изоляции отходов и изолирующего покрытия поверхности сформированного полигона, а избыточный объем отсортированного свалочного грунта используют для рекультивации нарушенных земель, например карьеров, использовавшихся для строительства полигона.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обезвреживанию твердых бытовых отходов путем захоронения их на полигонах, а именно к способам многократного использования площадок захоронения ТБО.

Известен способ повторного использования площади земельного участка для размещения ТБО [3], заключающийся в извлечении свалочного грунта на месте его хранения, его сортировке и размещении на освободившейся площади вновь завозимых ТБО, причем извлечение свалочного грунта осуществляют экскавацией, на освободившейся площади основания создают или реконструируют гидроизолирующий экран и систему сбора фильтрата, послойно складируют вновь завозимые ТБО с уплотнением и пересыпкой полученным при сортировке грунтом, после чего на поверхности вновь заскладированных ТБО создают из отсортированного грунта водозащитное покрытие.

Недостатками данного способа являются:

- наличие длительных перерывов в технологическом процессе размещения отходов на полигоне, т.к. на время извлечения свалочного грунта размещение вновь завозимых ТБО на той же площади невозможно;

- невозможность эффективного использования всего объема отсортированного свалочного грунта. Для устройства промежуточной пересыпки слоев отходов и водозащитного покрытия требуется грунт в объеме 20-25% от объема складируемых отходов, тогда как объем отсортированного свалочного грунта составляет до 80% от объема складируемых отходов. Следовательно, отсортированный свалочный грунт в количестве 55-60% от объема вновь размещаемых на данной площади отходов не используется, занимая при этом значительные площади.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ обезвреживания твердых бытовых отходов путем их размещения на полигоне ТБО, который включает внешние сети и коммуникации, ограждающие сооружения; площадки складирования отходов (участок захоронения отходов - УЗО); хозяйственная зона; режимная наблюдательная сеть скважин. Полигон ТБО оборудуется системами сбора и очистки фильтрата, дегазации массива отходов, сбора и утилизации биогаза (1, рис.8.15). Заполнение отведенной для размещения отходов площадки ведется в несколько очередей, при этом рабочее тело каждой последующей очереди примыкает к рабочему телу предыдущей очереди, в результате формируется единый массив отходов.

Недостатками данного способа являются:

- необходимость изыскания под полигон ТБО новой площадки через каждые 15-20 лет;

- большие капитальные затраты на здания и сооружения хозяйственной зоны и инженерную инфраструктуру полигона при малом сроке их эксплуатации;

- большие текущие затраты на обезвреживание фильтрата, дегазацию полигона и мониторинг состояния окружающей среды в постэксплуатационный период после закрытия полигона, не имеющие покрытия за счет доходов от приемки отходов.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности использования земельных площадей под полигоны ТБО и увеличении сроков их эксплуатации за счет многократного использования отведенных территорий и повторного использования свалочного грунта.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе обезвреживания твердых бытовых отходов (ТБО), включающем подготовку основания полигона, устройство ограждающих сооружений, сооружение противофильтрационного экрана, дренажной системы для сбора и очистки фильтрата, а также газосборной системы, послойное размещение отходов с грунтовыми изолирующими слоями, обустройство изолирующего покрытия поверхности сформированного полигона, территорию полигона разбивают на рабочие секции в количестве не менее трех, причем каждую секцию полигона формируют независимой от остальных, при этом заполнение отходами каждой последующей секции начинают по окончании заполнения предыдущей, а извлечение и переработку отходов с площади первой заполненной секции и подготовку ее к повторному заполнению выполняют в период заполнения отходами последней секции, затем на подготовленной площади первой секции производят повторное размещение отходов, одновременно выполняя извлечение и переработку отходов второй секции с подготовкой ее к повторному заполнению, после чего цикл повторяют в последовательности первоначального заполнения секций, при этом соотношение между средней продолжительностью заполнения одной секции и количеством секций находят из формулы:

T=T ₁ ·(n-2),

где T₁ - средняя продолжительность заполнения одной секции, лет;

Т - время от окончания заполнения данной секции, соответствующее реализации не менее 97% полного газового потенциала размещенных в секции отходов на дату начала их извлечения, лет.

n - количество секций.

При этом полигон ТБО создают как комплекс сооружений, включающий несколько рабочих секций, единый участок переработки грунтов и отходов с площадками временного складирования грунтов, единую хозяйственную зону с сооружениями очистки стоков и утилизации биогаза, а также единую систему мониторинга состояния объектов окружающей среды.

Площадки переработки отходов и площадки временного складирования грунтов располагают в центре полигона, а хозяйственную зону и рабочие секции по периметру полигона.

Свалочный грунт, отсортированный на участке переработки грунтов и отходов, используют для устройства послойной грунтовой изоляции отходов и изолирующего покрытия поверхности сформированного полигона, а избыточный объем отсортированного свалочного грунта используют для рекультивации нарушенных земель, например карьеров, использовавшихся для строительства полигона.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - общая схема комплекса сооружений полигона ТБО; на фиг.2 - общая схема производственного цикла; на фиг.3 - график зависимости площади полигона от его мощности.

На фиг.1 показаны: 1 - рабочие секции полигона (1.1, 1.2, ..., 1.n-1, 1.n); 2 - хозяйственная зона полигона; 3 - участок переработки грунтов и отходов; 4 - скважины режимной наблюдательной сети (сети мониторинга); 5 - внешний контур полигона на полное развитие; 6 - начальный контур полигона с одной рабочей секцией.

Способ осуществляется следующим способом.

На площади полигона, рассчитанной на его полное развитие, намечаются рабочие секции в количестве не менее трех, хозяйственная зона, участок переработки грунтов и отходов. С целью экономии земельных ресурсов, общий контур полигона на полное развитие должен быть близок к квадрату.

Оптимальное количество рабочих секций, размеры отдельной секции и всего полигона на полное развитие устанавливаются, исходя из планируемой мощности полигона по размещению отходов (тыс. тонн в год) и требований по остаточной биологической активности свалочного грунта, при которой допускается его переработка и использование для целей рекультивации. В качестве критерия остаточной активности предлагается использовать остаточный потенциал генерации биогаза в % от первоначального газового потенциала массива отходов данной секции. Величина этого показателя соответствует содержанию неразложившейся (биологически активной) органики в составе отходов. Оптимальное расположение рабочих секций, хозяйственной зоны, участка переработки грунтов и отходов, соответствующее этому условию, представлено на фиг.1. В хозяйственной зоне 2 располагают установки очистки стоков и утилизации биогаза, здания производственного и административно-бытового назначения (гараж, мастерские, энергоблок, АБК и др.).

На территории участка переработки грунтов и отходов 3 располагают площадки сортировки и переработки отходов, площадки резервов грунтов для строительства сооружений и обеспечения эксплуатационных нужд (устройство грунтовой изоляции слоев отходов).

Участок переработки грунтов и отходов 3 технологически наиболее выгодно располагать в центре полигона, т.к. при этом обеспечивается минимизация транспортных издержек при перемещении больших масс природных и свалочных грунтов. Хозяйственная зона 2, из условий обеспечения безопасности персонала, должна располагаться на периферии полигона, с его наветренной стороны.

Первоначально оформляется отвод земельного участка в контуре 6 (фиг.1) и создается полигон с одной рабочей секцией 1.1, включая подготовку ее основания, устройство ограждающих сооружений, гидроизолирующего экрана, дренажных систем для сбора фильтрата и биогаза, послойную укладку отходов с пересыпкой грунтовыми изолирующими слоями, устройство систем очистки фильтрата, утилизации биогаза, мониторинга состояния окружающей среды.

После обустройства полигона осуществляют заполнение ТБО первой секции. На заключительном этапе заполнения отходами первой рабочей секции 1.1 начинают устройство водозащитного покрытия сформированного на ней массива отходов, а также выполняют комплекс мероприятий по подготовке второй рабочей секции 1.2, заполнение которой начинают по окончании заполнения первой секции 1.1.

Одновременно с начальным этапом заполнения отходами второй секции заканчивают устройство водозащитного покрытия массива отходов первой секции. Системы, обеспечивающие экологическую безопасность первой секции - противофильтрационной защиты (экран, дренаж), дегазации массива отходов, отведения дренажного стока (фильтрата) на очистку, сбора и отведения биогаза на установку утилизации - по окончании заполнения секции и устройства водозащитного покрытия продолжают действовать и выполнять свои функции.

Далее описанные операции по подготовке, заполнению и закрытию очередной рабочей секции повторяются.

На заключительном этапе заполнения последней секции освобожденную от первоначально складированных отходов площадку первой секции подготавливают к повторному заполнению. При ее подготовке выполняют ревизию и при необходимости - ремонт или реконструкцию существующих систем противофильтрационной защиты и дегазации, отведения стоков на очистку и биогаза на утилизацию.

С началом заполнения последней секции начинается извлечение отходов первой секции. В результате процессов биохимической деструкции за время от окончания заполнения первой секции до начала ее разборки, складированные в ней отходы минерализуются, способность генерировать биогаз снижается до 2-3% от первоначального газового потенциала, концентрации загрязнений в фильтрате снижаются на 1-2 порядка. Масса отходов по сухому веществу за этот период уменьшается на 12-13%, в основном за счет преобразования органики в биогаз.

Извлечение отходов очередной секции можно считать допустимым, если к моменту начала извлечения складированных отходов реализация их газового потенциала составит не менее 97% (остаточный потенциал не более 3%). При соблюдении этого условия эмиссия биогаза и концентрации вредных веществ в фильтрате на момент начала извлечения будут в 25-30 раз ниже их максимальных значений на дату окончания размещения отходов в данной секции. Указанный критерий достигается, если время от окончания размещения отходов в данной секции до начала их извлечения составляет Т=50-60 лет. Соотношение между средней продолжительностью заполнения одной секции и количеством секций находят из формулы:

Т=Т₁·(n-2),

где T₁ - средняя продолжительность заполнения одной секции, лет;

Т - время от окончания заполнения данной секции, соответствующее реализации не менее 97% полного газового потенциала размещенных в секции отходов на дату начала их извлечения, лет.

n - количество секций.

Общая продолжительность цикла, лет, между датами начала первичного и повторного заполнения секции составит

При этом, например (см. фиг.1), общее количество рабочих секций составит n=7, средняя продолжительность заполнения одной секции, как следует из формулы (1) при Т=55 лет, T ₁=11 лет, общая продолжительность цикла по формуле (2) Т_ц=77 лет. График производства работ, соответствующий этому случаю, приведен на фиг.2. Для этого же примера на фиг.3 представлен график зависимости площади полигона от его мощности (11 - верхняя кривая - общая площадь полигона на полное развитие, 12 - нижняя кривая - необходимая начальная площадь полигона с одной рабочей секцией, составляющая 30-35% от площади на полное развитие).

В период повторного заполнения отходами первой секции производят извлечение отходов, складированных во второй секции, с выполнением описанной сортировки и переработки извлеченной массы и подготовкой второй секции к повторному заполнению. Далее описанный цикл повторяют, с ротацией заполнения и разборки секций в последовательности их первоначального заполнения. Общая схема производственного цикла представлена в виде графика, где на фиг.2 показаны: 7 - период подготовки секции к приему отходов; 8 - период заполнения рабочей секции отходами; 9 - период устройства водозащитного покрытия; 10 - период разборки и переработки накопленных отходов.

Полученную при извлечении отходов массу направляют на участок переработки грунтов и отходов 3, где выполняют ее сортировку с выделением утильных фракций (металл, стекло, пластик), строительных отходов (бетон, железобетон) и собственно свалочного грунта. Выделенные утильные фракции направляют на дальнейшую переработку в качестве вторичных материальных ресурсов. Строительные отходы перерабатывают на месте с производством дорожно-строительных материалов. Грунтовые материалы (свалочный грунт) используют для устройства грунтовой изоляции и водозащитного покрытия отходов, размещаемых в это время на последней (1.n) секции, а также для рекультивации нарушенных земель, в т.ч. карьеров, использовавшихся ранее для обеспечения грунтами строительных и эксплуатационных потребностей предыдущих секций.

Отличительными особенностями предлагаемого способа являются:

- территориальная обособленность каждой рабочей секции;

- независимое друг от друга функционирование защитных систем (противофильтрационный экран, дренаж стоков, газовый дренаж) каждой секции в сочетании с возможностью использования общих магистральных коллекторов, отводящих дренажные стоки на очистку, биогаз на утилизацию;

- единая для всех рабочих секций инфраструктура, действующая на постоянной основе (очистка стоков, утилизация биогаза, переработка грунтов и отходов, здания производственного и административно-бытового назначения, инженерные сети, система мониторинга состояния окружающей среды);

- использование избыточного объема отсортированного свалочного грунта, сверх потребностей на устройство грунтовой изоляции и водозащитного покрытия отходов, для рекультивации нарушенных земель, в т.ч. карьеров.

Реализация предлагаемого способа обеспечивает следующие преимущества по сравнению с известными способами обезвреживания ТБО путем их захоронения на полигонах со сроком службы 15-20 лет.

1. Сокращение суммарной потребности в площади земель под полигоны ТБО в 2 раза за период одного полного цикла по предлагаемой схеме (75-80 лет).

2. Обеспечение стабильной работы установок очистки стоков и утилизации биогаза в течение многих десятилетий благодаря выравниванию расходов и состава суммарных потоков фильтрата и биогаза, поступающих от секций с различным возрастом отходов.

3. Исключение ситуации постэксплуатационного периода, когда потоки фильтрата и биогаза близки к максимальным, но при этом вследствие прекращения приема отходов отсутствует финансовая основа поддержания систем их сбора и очистки (утилизации).

4. Обеспечение сортировки, переработки и использования свалочного грунта после практического (не менее чем на 97%) завершения процессов биохимической деструкции органической составляющей отходов, происходящей в анаэробных условиях массива отходов в течение 50-60 лет.

5. Наиболее полное использование отсортированного свалочного грунта за счет его использования для рекультивации нарушенных земель, например карьеров.

6. Повышение эффективности использования энергетического потенциала ТБО благодаря непрерывному функционированию систем сбора и утилизации биогаза.

7. Обеспечение утилизации до 10% от первоначальной массы размещенных на полигоне отходов путем использования биогаза, образующегося при разложении органической составляющей ТБО, для выработки электрической и тепловой энергии.

8. Возможность ревизии, ремонта, реконструкции, при необходимости полной замены защитных устройств, включая противофильтрационные экраны и дренажи, в процессе извлечения отходов и подготовки секции к повторному заполнению. Необходимость их периодической модернизации обусловлена тем, что для большей части материалов, используемых в защитных устройствах, расчетный срок службы по данным изготовителей составляет до 50 лет.

Источники

1. Вайсман Я.И., Петров В.Ю. Полигоны депонирования твердых бытовых отходов (ТБО). ПГТУ, Пермь, 1996 г.

2. Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов. Минстрой РФ, АКХ им. К.Д.Памфилова, М., 1998 г.

3. Вайсман Я.И. и др. Способ рекуперации площадок захоронения твердых бытовых отходов. Пат. РФ №2243040; МКП: В09В 1/00.