Расчет необходимой площади отвода участка земли для строительства полигона захоронения ТБО

                                                                                                                       Н_к=2,6м

           D=100мм                                            i =  0,005                                              

                                                                                                                    h_эк

                                                

Рис. 1.17. Расчет притока фильтрата к дрене: O - атмосферные осадки, мм; Е – испарение с поверхности полигона, мм; q_P – расчетное значение инфильтрационного питания мм; q_дв – дефицит влаги, расходуемой на насыщение отходов до достижения ими состояния полевой влагоемкости, мм; ПС- поверхностный сток, мм. 

О_(З/В)=Ор₁,

где О  – среднемноголетнее значение осадков50% обеспеченности, О=744 мм (по заданию); р₁ – процентное распределение элементов водного баланса для осадков зимне-весеннего периода, р₁=0,37 (37%).

     Испарение влаги за зимне-весенний период определяется по формуле:

Е_(З/В) = Е₀р₂,

где Е_(З/В) – испарение с поверхности площадки складирования за зимне-весенний расчетный период, мм; Е₀ – величина испарения влаги с водной поверхности 50%-ной обеспеченности (Е₀ = 432 мм); р₂ – процентное распределение водного баланса для испарения с водной поверхности за зимне-весенний расчетный период, (р₂ = 0,12).

О_(З/В) = 0,744·0,37·= 0,275 м.

Е_(З/В) = 0,432·0,12·= 0,052 м.

Итак, q_(З/В) = (0,6·0,275 – 0,052)/180 = 0,00063 м/сут.

     Аналогично  рассчитывается инфильтрационное питание  за летне-осенний период – q_(Л/О):

q_(Л/О) = [aО_(Л/О) - Е_(Л/О)]

,

где О_(Л/О) – осадки за летне-осенний расчетный период, приведенные к 10%-ной обеспеченности, мм; Е_(Л/О) – испарение с поверхности полигона за летне-осенний расчетный период, мм; Т_(Л/О) – продолжительность летне-осеннего периода, 185 суток; a - коэффициент, учитывающий долю осадков, впитывающихся в почву в летне-осенний период, a = 1.

О_(Л/О) = О×р^*₁ = 0,744×(1 – 0,37) = 0,47 м,

где р^*₁ - процентное распределение элементов водного баланса для осадков в зимне-весеннем периоде, (р^*₁ =1-0,37 =0,63). 

Е_(Л/О) = Е₀×р₂^* = 0,432×(1 – 0,12) = 0,380 м,

где р₂^* - процентное распределение водного баланса для испарения с водной поверхности за зимне-весенний расчетный период, (р₂^* =1-0,12 =0,88).

Т_(Л/О) = 365 – 180 = 185 суток.

     Тогда q_(Л/О) = [aО_(Л/О) - Е_(Л/О)] = [1· 0,47 – 0,38] =0,00049 м/сут._,

     Если считать, что отходы на полигон поступают равномерно в течение всего года, то величину объема образующегося фильтрата в течение года можно определить по следующей зависимости:

Q_ф=[ q_(З/В) Т_(З/В)+ q_(Л/О) Т_(Л/О)]Ф_оч-ΔWP_сут[Т_(З/В)+ Т_(Л/О)] ,

где ΔW - дефицит влажности отходов, т.е. влага, расходуемая на насыщение отходов до полной полевой их влагоемкости; - плотность фильтрата, т/м³.

     Полная  полевая влагоемкость ТБО составляет 30…40 % от объема укладываемых отходов. Вместе с тем, влажность отходов, поступающих на полигоны, в среднем составляет 15…20 % от их объема.

     Следовательно, дефицит влажности отходов DW составит 15% от их объема. Тогда Q_ф=[0,00063·180+0,00049·185]51203,2-0,15·389,3(180+185)1,0=10865,55 м³/год.

     Таким образом, годовая величина инфильтрующих осадков по каждой очереди эксплуатации полигона выше величины водонасыщения отходов, поэтому в проекте необходимо предусмотреть системы откачки фильтрата из приемных колодцев в резервуар накопитель.

1.7. Проектирование системы дегазации полигона.

      В процессе захоронения ТБО на полигонах  в атмосферный воздух выделяются загрязняющие вещества, являющиеся продуктом  разложения органической составляющей отходов (пищевые и древесно-растительные  отходы, макулатура и текстиль). При  максимально благоприятных условиях для жизнедеятельности метанообразующих бактерий из каждой тонны ТБО образуется 80…150 м³ сырого биогаза, имеющего теплотворную способность 18900…25100 кДж/м³ (4500…6000 ккал/м³).

      Установлено, что характер процессов разложения отходов в толще свалочного тела полигона: скорость их протекания, количество образующегося биогаза, его свойства, интенсивность и продолжительность выделения на разных стадиях эксплуатации полигона зависят от множества факторов. Главными факторами являются: климатические и геологические условия; морфологический и химический составы отходов; площадь, объем и глубина (высота) свалочного тела полигона; влажность, плотность, реакция среды рН, температура отходов в теле полигона и другие.

      В соответствие с морфологическим составом ТБО (применительно к центральному району), процент отходов, содержащих органическое вещество, составит: пищевые отходы - 35…45, бумага и картон - 32…35, древесина и листва - 1…2, текстиль - 3…5%. Ежегодное поступление ТБО на полигон составляет 142099,85 т/год. Учитывая морфологический состав поступивших отходов, в их составе, то их ежегодная органосодержащая часть составит G=(0,35+0,32+0,01+0,03)142099,85=100890,89 т/год. Принимая величину удельного образования биогаза g=80м³/т в результате разложения 1 т органосодержащих отходов, ежегодный объем образования биогаза составит: Q_б/г=gG=80·100890,89=8071271,2 м^3/год.

      Как показала практика эксплуатации полигонов  ТБО, в первоначальный период их эксплуатации продолжительностью до 2…3 лет, разложение отходов происходит в аэробных условиях с преимущественным образованием СО₂, и только по истечении этого срока процесс разложения органического вещества становится анаэробным с выделением биогаза. 

      В процессе эксплуатации полигона часть  образующегося в свалочном теле биогаза, по мере его накопления и повышения пластового давления выходит на поверхность полигона. После прекращения эксплуатации полигона и его перекрытия продолжается анаэробное разложения отходов с выделением биогаза. Этот период может составлять около 10 лет. Поэтому необходимо предусмотреть дегазацию полигона.  Существует пассивная дегазация (организованный выпуск биогаза в атмосферный воздух) и активная дегазация (путем принудительной его откачки) для последующего использования в энергетических целях.

      Для последующего использования биогаза  в энергетических целях требуется  наличие достаточного количества и  стабильного давления. Обычно образование  биогаза на полигонах характеризуется  непостоянством объема  и низким давлением (30…40 мм вод ст). Кроме того, при активной дегазации происходит подсос воздуха, что чревато реальной опасностью взрыва газовоздушной смеси.

      По  этому при выполнении окончательной  рекультивации полигона перед созданием  верхнего полупроницаемого экрана необходимо предусмотреть устройство дренажной системы для сбора и удаления биогаза в атмосферу через специальные вертикальные выпуски. Дренажная сеть представляет собой газосборные каналы, устраиваемые в верхней толще уложенных отходов последней очереди эксплуатации полигона. Поперечное сечение траншей назначают конструктивно из условия обеспечения скорости движения газа в дренажном газопроводе не выше 0,1 м/с. Учитывая ежегодный объем образования биогаза  8071271,2 м^3/год и допустимую скорость движения биогаза 0,1 м/с, определяем суммарное сечение газосборных траншей: F= =2,56 м. Принимая сечение газосборной траншеи прямоугольной формы (глубиной - 0,5 м и шириной - 0,4 м), потребуется устройство n= =12,8 (13) траншей. Трассировку траншей выполняют в двух взаимно перпендикулярных направлениях: вначале прокладывают две взаимно перпендикулярные траншеи по середине полигона и по две траншеи, отстоящие от средних, на расстоянии L= =68,15 м. В местах пересечения  газосборных траншей устраивают специальные вертикальные выпуски высотой не менее 5 м.

1.8. Проектирование нагорных каналов.

     С целью исключения поступления на территорию полигона поверхностного стока  со стороны водосбора устраивают нагорные каналы.  Длину нагорных каналов принимают из условия защиты территории полигона с нагорной стороны, рис.4.1. Поверхностный сток, собираемый нагорными каналами, отводят в ливневую канализацию. При наличии благоприятных гидрогеологический условий на территории полигона (неглубокое залегание водопроницаемых горных пород и низкое залегание уровня грунтовых вод) и незначительном загрязнении поверхностного стока используют водопоглощающие колодцы.

     Поперечное  сечение нагорного канала принимают  трапециидальной формы. В курсовом проекте ширину канала по дну (в_к) можно принимать в_к=0,5…1,0 м, в зависимости от ожидаемого расхода воды. Глубину канала (h_к) определяют расчетным путем. Заложение откосов канала (m) принимают в зависимости от их устойчивости. При заложении откосов канала m =1,5 и вида грунта их устойчивость обеспечивается. При m=1,5; в_к/h_к=0,61. Тогда h_к= в_к/0,61= =0,9 м.

Уклон дна нагорного канала принимают  с учетом рельефа местности, но не менее 0,003.  В курсовом проекте можно принять i=0,003.

     Для равнинных районов при водосборной  площади бассейна < 0,5 км² расчетный расход поверхностного стока определяют по формуле: 
 

Q_СТОКА = 0,56 hFbgs,

где h –  толщина слоя поверхностного стока  при продолжительности ливня 30 мин, h = 24 мм; F – площадь водосборного бассейна, F = 0,2 км²; b - коэффициент расплывания паводка, b = 1; g - коэффициент неравномерности выпадения осадков, g = 1; s - коэффициент озёрности бассейна, s = 0,8.  

Q_CTOKA = 0,56×24×0,2×1×1×0,8 = 2,15 м³/с.

     Далее определяют скорость течения воды ( ) в канале и пропускную его способность (Q_к) запроектированного сечения канала (в_к=0,5м, h_к=0,9м и m=1,5), продольном уклоне i=0,003 и коэффициенте шероховатости n=0,025.

Скорость  течения воды , коэффициент Шези по формуле Манинга = ,

где - скорость течения воды в канале, м/c; - коэффициент Шези; R – гидравлический радиус, м; у – показатель степени (у= =0,167).

     Гидравлический  радиус R определяется по формуле:

R= =0,497 м

- площадь живого сечения, м²; - смоченный периметр живого сечения канала, м.

Рассчитав скорость течения воды = = 1,375 м/сек, определяют пропускную способность канала Q_к= =1665·1,0375=2,29 м³/с.

     Сравнивая Q_CTOKA = 2,15 м³/с и Q_к = 2,29 м³/с, можно сделать вывод о том, что запроектированное сечение канала обеспечивает отвод расчетного объема  поверхностного стока.