устройство для сбора и разделения фильтрата и биогаза на полигоне твердых бытовых отходов

Формула изобретения

Устройство для сбора и разделения фильтрата и биогаза на полигоне твердых отходов, содержащее водосборный колодец, подводящую трубчатую дрену горизонтального дренажа в основании полигона, входное отверстие которой расположено выше уровня жидкости в колодце, отводящие трубопроводы фильтрата и биогаза, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено узлом разделения газо-водяной смеси, расположенным на входе трубчатой дрены горизонтального дренажа в колодец и работающим по принципу гидрозатвора, при этом узел разделения выполнен в виде тройника и оборудован отводящими патрубками, верхним патрубком, отводящим биогаз, и нижним водоотводящим патрубком, нижний конец которого погружен в жидкость и заглублен относительно лотка трубы сборного коллектора фильтрата на величину b=k _б·h_и,

где h_и - расчетная величина максимального избыточного давления биогаза в трубчатой дрене горизонтального дренажа в случае отсутствия принудительного удаления биогаза;

k_б - коэффициент безопасности,

при этом входное отверстие трубчатой дрены в колодец расположено выше уровня жидкости в нем и превышение ее лотка относительно лотка трубы сборного коллектора фильтрата определяют из соотношения а=h_к+k_б·h_в,

где h_к - глубина воды в сборном коллекторе фильтрата при максимальном расчетном расходе дренажного стока;

h _в - расчетная максимальная величина вакуума, создаваемого в патрубке отвода биогаза;

k_б - коэффициент безопасности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для сбора и разделения газов и жидкостей и может быть использовано при разделении газоводяной смеси фильтрата и биогаза на полигоне ТБО и раздельном их отводе.

Известен способ совместного отвода фильтрата и биогаза из тела полигона ТБО, в котором сбор и отвод биогаза на полигоне твердых бытовых и промышленных отходов осуществляют системой вертикального газового дренажа, а отвод биогаза и фильтрата из скважин вертикального газового дренажа осуществляют по трубчатым дренам горизонтального дренажа в основании полигона, при этом нижние звенья скважин вертикального газового дренажа присоединяют к дренажным колодцам горизонтальных трубчатых дрен, а верхние концы скважин вертикального газового дренажа перекрывают заглушками (Патент Российской Федерации № 2320426, МПК⁷ В09В 1/00, 3/00).

Недостатком указанного способа является то, что отсутствует разделение потоков фильтрата и биогаза на выходе трубчатых дрен горизонтального дренажа из тела полигона ТБО.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является 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 Российской Федерации № 2242299, МПК В09В 1/00; 3/00).

Недостатками данного способа являются ограниченные технологические возможности, вероятность нарушения герметичности на примыканиях горизонтальных дренажей к вертикальному вследствие неравномерных осадок отходов, низкая степень дегазации фильтрата.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении вредного воздействия на окружающую среду, обеспечении безопасных условий эксплуатации полигона ТБО за счет эффективного сбора и разделения фильтрата и биогаза на полигоне.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для сбора и разделения фильтрата и биогаза на полигоне твердых отходов, содержащее водосборный колодец, подводящую трубчатую дрену горизонтального дренажа в основании полигона, входное отверстие которой расположено выше уровня жидкости в колодце, отводящие трубопроводы фильтрата и биогаза, при этом устройство дополнительно снабжено узлом разделения газоводяной смеси, расположенным на входе трубчатой дрены горизонтального дренажа в колодец и работающим по принципу гидрозатвора, при этом узел разделения выполнен в виде тройника и оборудован отводящими патрубками, верхним патрубком, отводящим биогаз, и нижним водоотводящим патрубком, нижний конец которого погружен в жидкость и заглублен относительно лотка трубы сборного коллектора фильтрата на величину

b=k_б·h_и,

где h_и - расчетная величина максимального избыточного давления биогаза в трубчатой дрене горизонтального дренажа в случае отсутствия принудительного удаления биогаза;

k_б - коэффициент безопасности,

при этом входное отверстие трубчатой дрены в колодец расположено выше уровня жидкости в нем и превышение ее лотка относительно лотка трубы сборного коллектора фильтрата определяют из соотношения

a=h_к+k_б·h_в,

где h_к - глубина воды в сборном коллекторе фильтрата при максимальном расчетном расходе дренажного стока;

h_в - расчетная максимальная величина вакуума, создаваемого в патрубке отвода биогаза;

k _б - коэффициент безопасности

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где изображено устройство для сбора и разделения фильтрата и биогаза.

Предлагаемое устройство содержит: 1 - водосборный колодец, оснащенный гидравлическим затвором; 2 - дренажную трубу (дрену) горизонтального дренажа; 3 - сборный коллектор фильтрата; 4 - сборный коллектор биогаза; 5 - узел разделения фильтрата и биогаза, выполненный в виде тройника, состоящего из вертикального верхнего патрубка 7 для отвода биогаза, вертикального нижнего патрубка 6 для отвода фильтрата и свободного горизонтального патрубка, перекрытого заглушкой 8; 9, 10 - направления движения фильтрата и биогаза; 11, 12 - минимальный и максимальный уровни в патрубке отвода фильтрата; 13 - уровень воды в колодце при минимальном расходе дренажных стоков, соответствующий отметке лотка трубы сборного коллектора фильтрата; 14 - уровень заполнения колодца и трубы сборного коллектора фильтрата при максимальном расходе дренажных стоков; 15 - глубина h_к воды в сборном коллекторе фильтрата при максимальном расчетном расходе дренажного стока; 16 - расстояние (а) между нижними точками лотка дренажной трубы (дрены) и лотка трубы сборного коллектора фильтрата; 17 - заглубление (b) нижнего конца патрубка отвода фильтрата относительно лотка трубы сборного коллектора фильтрата.

Устройство для сбора и разделения фильтрата и биогаза на полигоне ТБО работает следующим образом.

При разложении органической составляющей бытовых отходов образуются фильтрат и биогаз. Фильтрат под действием силы тяжести просачивается к основанию полигона, перехватывается горизонтальными трубчатыми дренами 2. Под действием избыточного давления в теле полигона биогаз через скважины вертикального газового дренажа поступает в горизонтальные трубчатые дрены 2. Потоки фильтрата и биогаза движутся параллельно по трубчатой дрене 2 горизонтального дренажа, при этом более тяжелый фильтрат располагается в нижней части трубчатой дрены, более легкий биогаз - в верхней части трубчатой дрены. Газоводяная смесь поступает в водосборный колодец 1, снабженный гидравлическим затвором, через узел разделения 5, устроенный в виде в виде тройника, и делится на два потока - фильтрат и биогаз.

Фильтрат через вертикальный нижний патрубок 6 тройника отводится в сборный коллектор фильтрата 3 и далее на очистку.

Биогаз, выделившийся в узле разделения, через водосборный колодец 1 поступает в сборный коллектор биогаза 4 и далее для утилизации на газоэнергетическую установку или на факел. Свободный горизонтальный патрубок тройника перекрывают заглушкой 8.

Таким образом, основная идея предлагаемого изобретения заключается в обеспечении раздельного вывода фильтрата и биогаза при помощи узла разделения, конструктивное решение которого основано на использовании принципа гидрозатвора и выполненного в виде тройника, включающего патрубок отвода фильтрата 6, патрубок отвода биогаза 7 и заглушку 8. В колодце 1 поддерживают уровень воды на отметке 13 лотка трубы сборного коллектора фильтрата 3.

Свободный выпуск газоводяной смеси из трубчатой дрены в дренажный колодец не допускается, так как:

а) может привести к образованию взрывоопасной газовоздушной смеси в полости колодца и в сборном коллекторе фильтрата;

б) значительно усложняет дальнейшую транспортировку биогаза к месту его утилизации.

Для обеспечения безопасных условий эксплуатации ТБО и повышения эффективности использования биогаза потоки фильтрата и биогаза, движущиеся параллельно по трубчатой дрене горизонтального дренажа, необходимо разделить и изолировать друг от друга в дренажном колодце и далее направить: фильтрат на очистку - по сборному коллектору фильтрата, биогаз на утилизацию - по сборному коллектору биогаза.

Для повышения эффективности удаления биогаза из массива отходов в полости скважины вертикального газового дренажа понижают давление относительно атмосферного известными способами, например при помощи газодувки. Соответственно понижается давление газа и в трубчатой дрене горизонтального дренажа, при этом уровень воды в патрубке отвода фильтрата поднимается относительно уровня воды в водосборном колодце с гидравлическим затвором. Максимальный уровень 12 в патрубке отвода фильтрата устанавливается при максимальной величине h_в понижения давления относительно атмосферного. Если принудительное удаление биогаза не осуществляется, в скважинах вертикального газового дренажа и в горизонтальных дренах устанавливается избыточное (относительно атмосферного) давление, при этом уровень воды в патрубке отвода фильтрата понижается относительно уровня воды в водосборном колодце. Минимальный уровень 11 в патрубке отвода фильтрата устанавливается при максимальной величине h _и избыточного давления относительно атмосферного.

Для исключения затопления трубчатой дрены горизонтального дренажа 2 обеспечивают превышение ее лотка на входе в колодец 1 относительно лотка трубы сборного коллектора фильтрата 3 на величину

a=h_к+k_б·h_в,

где h_к - глубина воды в сборном коллекторе фильтрата при максимальном расчетном расходе дренажного стока;

h_в - расчетная максимальная величина вакуума (разрежения относительно атмосферного давления), создаваемого газооткачивающей установкой (газодувкой);

k_б - коэффициент безопасности.

Например, если h_к=200 мм, h_в=150 мм водяного столба, k_б=1,20, то а=200+1,2·150 мм=380 мм=0,38 м.

Для исключения выхода биогаза в воздушное пространство водосборного колодца 1 и сборного коллектора фильтрата 3 нижний конец патрубка отвода фильтрата 6 заглубляют относительно лотка трубы сборного коллектора фильтрата 3 на величину

b=k_б·h _и,

где h_и - расчетная величина избыточного (сверх атмосферного) давления биогаза в случае отсутствия его откачки;

k_б - коэффициент безопасности.

Например, если h_и=500 мм водяного столба, k_б=1,20, то b=1,2·500 мм=600 мм=0,60 м.

Величины h_в и h_и находят расчетами газового дренажа, значение коэффициента безопасности k_б устанавливают в соответствии с правилами безопасности при эксплуатации газовых хозяйств.

Применение предлагаемого устройства для сбора и разделения фильтрата и биогаза на полигоне твердых отходов позволяет обеспечить безопасные условия эксплуатации полигона ТБО за счет эффективного сбора и разделения фильтрата и биогаза и повысить эффективность использования биогаза.