Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ существующих способов обезвреживания твердых бытовых отходов (ТБО) 11
1.1. Традиционные способы обезвреживания ТБО, критерии их сравнительной эффективности, рациональные области применения 11
1.2 Сравнительная оценка существующих способов обезвреживания ТБО. Роль и значение системы захоронения отходов на полигонах как природоохранных объектов 25
1.3. Основные конструктивно-технологические решения захоронения отходов на полигонах разного типа и их сравнительный анализ с учетом различных инженерно-геологических условий 31
1.4. Обоснование рациональности сортировки отходов и повторного использования сырья на основе передовых технологий 39
1.5. Природоохранные, экономические и правовые вопросы строительства и эксплуатации полигонов ТБО, в т.ч. для условий г. Кызыла 42
Выводы по первой главе 45
Цель и задачи исследования 47
Глава 2. Научно-методические основы совершенствования строительства полигонов твердых бытовых отходов 50
2.1. Обоснование перспективных технологических решений возведения природоохранных объектов (полигонов ТБО) по результатам патентных исследоваий 50
2.2. Изучение морфологического состава ТБО г. Кызыла, прогнозирование загрязняющих факторов, установление основных рациональных защитных и энергосберегающих мероприятий 58
2.3. Изыскания эффективных технологических решений устройства систем гидроизоляции и дренажа, в том числе на основе использования полимерных материалов 66
2.3.1. Основы эффективного применения геомембран на основе пленок и комбинированных систем 68
2.3.2. Сравнительный анализ технологий устройства контурных противофильтрационных завес 72
2.4. Основные предпосылки разработки эрлифтной системы откачки фильтрата и вакуумной системы для интенсификации сбора биогаза 79
2.5. Исследование возможности использования топочного шлака в качестве инертного материала при устройстве полигонов ТБО на основе фильтрационных испытаний и химических исследований 83
Выводы по второй главе 86
Глава 3. Сопоставительные исследования эффективности различных технологических решений полигонов ТБО (для условий г.Кызыла) 88
3.1. Основные критерии сопоставительного исследования строительно-технологических решений 88
3.1.1. Параметры технологических решений сооружения поверхностного полигона 89
3.1.2. Технологические особенности устройства полигона котлованного типа.90
3.2. Обоснование новых конструктивно-технологических решений полигона в складках местности 91
3.2.1. Технологические преимущества, особенности инженерного оснащения полигона нового типа 91
3.2.2 Особенности расчета параметров процесса удаления фильтрата эрлифтной системой 93
3.2.3. Исследование возможности погружения полимерных перфориро ванных газосборных труб в толщу отходов на действующей свалке ТБО 95
3.2.4. Факторы, определяющие эффективность применения вакуумирования в системе сбора биогаза 98
3.3. Экономические показатели сравниваемых вариантов технологий 99
Выводы по третьей главе 100
Глава 4. Основные положения разработки технологического регламента устройства полигонов ТБО для внедрения результатов исследований в г. Кызыле 102
4.1. Обоснование рациональных параметров различных технологических операций устройства полигонов твердых бытовых отходов в оврагах и складках местности с учетом комплексного решения природоохранных, энергосберегающих и экономических задач 102
4.2. Перспективные решения применения новой технологии устройства полигонов ТБО в оврагах и складках местности, характерных для предгорных районов г. Кызыла 104
4.3. Технико-экономические показатели эффективности использования разработанной на основе исследований технологии 107
Выводы по четвертой главе 111
Основные выводы по работе 112
Список использованной литературы 114
- Основные конструктивно-технологические решения захоронения отходов на полигонах разного типа и их сравнительный анализ с учетом различных инженерно-геологических условий
- Изучение морфологического состава ТБО г. Кызыла, прогнозирование загрязняющих факторов, установление основных рациональных защитных и энергосберегающих мероприятий
- Исследование возможности погружения полимерных перфориро ванных газосборных труб в толщу отходов на действующей свалке ТБО
- Перспективные решения применения новой технологии устройства полигонов ТБО в оврагах и складках местности, характерных для предгорных районов г. Кызыла
Введение к работе
Актуальность работы. Неотъемлемым звеном функционирования города как антропогенной экосистемы является образование отходов жизнедеятельности. Объемы отходов растут из года в год и в значительной мере зависят от размеров города. Например, в г. Кызыле при количестве городского населения более 100 тыс. человек ежегодно образуется около 15тыс.т. твердых бытовых отходов, причем объем этих отходов имеет тенденцию роста. Безопасное удаление и переработка отходов становится одной из важнейших проблем современного общества, от решения которой зависит здоровье людей и экология природной среды, решение вопросов вторичного использования материальных ресурсов и энергосбережения.
В диссертационной работе рассматривается проблема обращения с одним из наиболее распространенных видов отходов - твердыми бытовыми отходами (ТБО). В системе обращения с отходами следует выделить способы, предусматривающие их заводскую переработку (сжигание, компостирование), а также складирование отходов на полигонах ТБО, рациональное для малых и средних городов, расположенных на территориях, на которых могут быть выделены участки для строительства таких полигонов. Актуальной является проблема разработки современных экологически безопасных и экономичных технологий при проектировании, строительстве и эксплуатации полигонов по обезвреживанию твердых бытовых отходов, которые при их сооружении не требуют больших капитальных затрат.
Цель работы заключается в совершенствовании строительно-технологических решений при закрытии инженерно не обустроенных свалок и строительстве современных полигонов твердых бытовых отходов с системами экологической защиты и энерго - ресурсосбережения.
Для достижения указанной цели в работе решены следующие задачи: обоснована результатами патентных исследований по материалам развитых стран мира перспективность захоронения ТБО в грунтовых котлова-
нах и складках местности;
выполнен экспериментальный цикл исследований по установлению возможности эффективного погружения ударным способом в толщу отходов газосборных труб из полимерных материалов;
изучен морфологический состав ТБО г. Кызыла и дан прогноз возможных объемов биогаза при эксплуатации старой свалки и строительстве нового усовершенствованного полигона ТБО, а также экспериментально исследован химический состав биогаза свалки г. Кызыла;
проведен сравнительный технико-экономический анализ различных строительно-технологических решений по утилизации ТБО (поверхностный полигон, полигон котлованного типа, полигон, расположенный в складках местности, учитывающий специфические условия территории Республики Тыва);
предложена рациональная строительно-технологическая схема возведения полигонов ТБО в складках местности с выполнением комплекса природоохранных и энерго - ресурсосберегающих мероприятий;
для достижения высоких технико-экономических показателей возведения полигонов ТБО исследован комплекс вопросов, обеспечивающих эффективность строительства и эксплуатации полигонов за счет устройства бортовой и донной гидроизоляции, оборудования в толще ТБО специальной системы колодцев и трубопроводов сбора и транспортирования дренажных вод полигона (фильтрата) и биогаза (метана);
обоснована целесообразность при складировании ТБО использования для разделения толщи отходов топочного шлака г. Кызыла вместо песка, подтвержденная исследованиями фильтрационных характеристик шлака;
доказана рациональность применения для интенсификации процессов удаления из толщи ТБО фильтрата и сбора биогаза соответственно эрлифт-ных водоподъемников вместо погружных насосов и системы вакуумирования, подтверждена рациональность использования для изготовления этих систем полимерных материалов;
разработан «Технологический регламент устройства полигонов
7 ТБО как природоохранного и энергосберегающего комплекса (для условий подобных г. Кызылу)».
Объект исследований. Совершенствование технологии строительства полигонов ТБО (на примере г. Кызыла) как природоохранных объектов.
Методы исследований - анализ литературных источников, патентных материалов, экспериментальное изучение фильтрационных характеристик топочного шлака и его химических свойств, экспериментальные исследования по установлению возможности погружения в толщу ТБО ударным способом полимерных труб разного химического состава, экспериментальные работы по отбору проб биогаза, статистическая обработка результатов.
Теоретическими основами исследования по теме диссертации стали труды следующих ученых: Абрамова Н.Ф., Быкова Д.Е., Букреева Е.М., Вайсмана Я.И., Верстова В.В., Вострецова В.В., Гарибиной Т.А., Грибановой Л.П., Глу-шанковой И.С., Гонопольского A.M., Ендураева Н.Н., Зайнуллина Х.Н., Коми-ной Г.П., Коротаева В.Н., Лифщица А.Б., Лукина В.М., Мариненко Е.Е., Мирного A.M., Мурашова В.Е., Разнощика В.В.,Семина Е.Г., Федорова Л.Г., Чертес К.Л., Щербиной Е.В., Табасарана О., Реттенбергера Г., Даниеля Д., Киссида Д., Битона Н., Коернера Р. и др. ученых.
Научная новизна работы:
проведены патентные исследования за период с 1980 по 2005г. по 15 развитым странам мира; выполнена статистическая обработка полученных данных и установлены аналитические зависимости, характеризующие перспективность выбранного направления разработок по теме диссертации;
получены данные по сравнительным технико-экономическим показателям различных технологических решений при строительстве полигонов ТБО;
предложена и обоснована с учетом специфики решаемой проблемы новая строительно-технологическая схема возведения полигонов ТБО в складках местности для условий г. Кызыла и других подобных территорий, подтвержденная патентом на изобретение;
с учетом критериев технологичности и надежности работы выполнен анализ широкого спектра рулонных полимерных и композитных гидроизоляционных материалов для укладки на дно и откосы складки местности, используемой для захоронения ТБО, определены наиболее эффективные виды материалов;
доказано, что вместо песка для разделения толщи ТБО рационально использовать топочный шлак, обоснованность решения подтверждена фильтрационными испытаниями шлака, а также изучением его химического состава, показавшим отсутствие в нем вредностей с концентрацией выше допустимых;
предложены методики расчета параметров работы эрлифтных водоподъемников фильтрата полигона, а также вакуумных систем, интенсифицирующих отбор биогаза из толщи ТБО;
разработан и утвержден «Технологический регламент устройства полигона ТБО как природоохранного и энергосберегающего комплекса (для условий подобных г. Кызылу)», который принят для практической реализации Агентством жилищно-коммунального хозяйства Республики Тыва.
На защиту выносятся:
результаты сравнительного анализа существующих способов обезвреживания ТБО;
динамичность патентования изобретений, определенная методом регрессионного анализа, при котором кривую патентования по годам описывают уравнением криволинейной однопараметрической регрессии;
результаты анализа эффективности использования гидроизоляционных рулонных и природных материалов, а также технологий их применения;
результаты цикла исследований по погружению в толщу отходов полимерных газосборных труб ударным способом;
результаты исследований биогазового потенциала существующей свалки ТБО г. Кызыла;
новая строительно-технологическая схема возведения полигонов ТБО в оврагах и складках местности.
9 Практическое значение и реализация работы состоят в следующем:
обосновании расширения применения полигонной технологии захоронения ТБО в оврагах и складках местности, целесообразной в предгорных районах;
доказательстве возможности совмещения процессов удаления фильтрата и сбора биогаза из толщи отходов;
разработке методики расчета параметров работы эрлифтных водоподъемников фильтрата полигона, а также вакуумных систем, интенсифицирующих отбор биогаза из толщи ТБО;
разработке технологического регламента устройства полигона ТБО как природоохранного и энергосберегающего комплекса (для условий подобных г. Кызылу), принятого к внедрению.
Достоверность результатов исследований подтверждается современными методами исследований и обработки их результатов с применением современного программного обеспечения, вариантным проектированием строительно-технологических решений; результатами экспериментальных данных.
Для обработки данных и оформления материала использовалось современное программное обеспечение: Microsoft Word и Excel, AutoCad 2004.
Апробация и публикация работы. Основные результаты исследований доложены на: 56, 57, 59, 60-ой международных научно-технических конференциях молодых ученых, аспирантов и докторантров (СПбГАСУ, 2003-2006г.); 60, 61, 62-ой научных конференциях профессоров, преподавателей и научных работников (СПбГАСУ, 2003-2005г.); II Всероссийской научно-практической конференции «Процессы, технологии и оборудование для переработки отходов и вторичного сырья. Полигоны по захоронению отходов» (Самара, 2003 г.); научно-методической конференции «Проблемы строительства, реконструкции и капитального ремонта зданий и сооружений на железнодорожном транспорте» (ПГУПС, 2003г.); постоянно действующим межвузовском научно-практическом семинаре «Современные направления технологии строительного производства» (ВИТУ, 2004).
Основные положения диссертационной работы опубликованы в 12 работах автора, в т.ч. одна статья из перечня ВАК. По теме диссертации соискателем совместно с Верстовым В.В. получен патент на изобретение «Способ сбора и отвода биогаза и фильтрата на полигонах твердых бытовых отходов в оврагах и складках местности», приоритет от 08 июля 2003 г., №2242299.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы, включающего 135 наименований, 4 приложений, 19 таблиц, 40 рисунков. Общий объем диссертации составляет 150 стр.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА ПРИРОДООХРАННЫХ ОБЪЕКТОВ (на примере г. Кызыла)
Основные конструктивно-технологические решения захоронения отходов на полигонах разного типа и их сравнительный анализ с учетом различных инженерно-геологических условий
В результате анализа литературных источников и изучения инженерно-геологических условий площадки строительства принимают принципиальные конструктивно-технологические решения по проектируемому полигону (поверхностный, котлованный, в складках местности, степень загруженности карт и их количества и т. д.) [21,23,115].
Инженерно-геологические условия площадки строительства с учетом технологического ограничения при инженерном обустройстве полигонов ТБО сведены к трем вариантам [115]: 1) участки под строительство полигонов представлены однородными водонепроницаемыми грунтами (глинами, тяжелыми суглинками) коэффициентом фильтрации Кф=10 7 + 10"8 см/с, выходящими на поверхность; 2) наличие водоупорного слоя по всей площади полигона с Кф=10"6-Ч0 7см/с, мощностью не менее 1 м на глубине до 20м; вышерасположенные грунты имеют Кф=10"2 + 10 5 см/с, могут быть водонасыщенными и включать заболоченные участки; 3) водоупорный слой находится на глубине более 20 м; до отметки 20 м расположены грунты с коэффициентом фильтрации Кф 10"5 см/с; высокий уровень грунтовых вод (включая выход на поверхность).
Первый вариант грунтовых условий допускает любое заглубление котлованов под складирование ТБО, а также закрытие полигона при достижении верхним уровнем складируемых отходов дневной поверхности. При втором варианте глубина котлована определяется из расчета водоупорного слоя на устойчивость, фильтрационную прочность и сопротивление разрушению от действия напорных вод. Третий вариант требует устройства поверхностных полигонов, так как сооружение котлованов с надежной гидроизоляцией до водоупорного слоя, расположенного на отметках более 20 м, в отечественной практике не представляется возможным [17,21,115].
В процессе проектирования полигона ТБО, рассматривая возможные варианты, к ним предъявляют требования по защите атмосферы, почвы, грунтовых и поверхностных вод от загрязнения различными вредностями, образующимися на полигонах при разложении ТБО, а также по сбору и факельному сжиганию или использованию биогаза - метана в энергетике города или населенного пункта.
Мероприятия по обеспечению охраны от загрязнения подземных вод и грунта при проектировании полигонов ТБО в зависимости от объема складируемых отходов и особенностей гидрогеологических условий в результате отражены в таблице, разработанной ВНИИГС (табл. 1.7.) [115]. Предусмотрен для различных сочетаний грунтовых условий, объема складируемых ТБО и степени заглубления котлована выбор расчетного числа ступеней защиты окружающей среды от загрязнения. В каждом конкретном случае число степеней защиты определяется на стадии проектирования предусмотренными инженерными защитными мероприятиями с учетом технико-экономических возможностей.
По общему объему складируемых отходов (потенциальной суммарной нагрузке на геологическую среду) полигоны ТБО условно можно подразделить на три типа: крупные - п-106 м3; средние - п-104 м3 и мелкие - 104 м3, где п -1-4 0. При выборе участка для полигона по гидрогеологическим показателям мероприятия, направленные на защиту окружающей среды в зависимости от типа полигона, должны быть следующими [19,21,23, 69,115,122]: - для крупных полигонов - в зоне аэрации обязательно присутствие глинистых грунтов. Исключается подтопление толщи отходов. Инженерные мероприятия должны включать отведение поверхностных вод, в большинстве случаев гидроизоляция бортов и основания, глубокий дренаж, контурные завесы; - для средних полигонов - наличие суглинков в зоне аэрации и буферных водоносных горизонтов, перекрывающих эксплуатируемых, в большинстве случаев допускается отсутствие подстилающих экранов; - для мелких полигонов - разрешается использование участков с любым геологическим строением, исключая подтопляемые заболоченные территории, участки непосредственного залегания песчаных грунтов на трещиноватых породах. Методология выбора участка для средних и мелких полигонов базируется на рассредоточении загрязняющих веществ и на осуществлении сорбцион-ных процессов в грунтах, разбавлении и дисперсии в водоносных горизонтах, которые должны обеспечивать интенсивное очищение. Крупные полигоны рекомендуется оборудовать двухслойными экранами с промежуточными дренажными слоями, фрагменты которых показаны на рис. 1.6 [115]. Средние полигоны устраивают с однослойными экранами, а мелкие можно использовать без гидроизоляционных экранов. Роль водонепроницаемого экрана выполняют слои глины с коэффициентом фильтрации не более 10"7 см/с или пленка из синтетического материала. Толщину пленки подбирают из условия обеспечения сплошности по допускаемым напряжениям при растяжении, но не менее 0,2 мм.
Изучение морфологического состава ТБО г. Кызыла, прогнозирование загрязняющих факторов, установление основных рациональных защитных и энергосберегающих мероприятий
Эксперименты по определению морфологического состава проводились в осенний период года на источниках их первоначального образования, т.е. на двух контейнерных площадках благоустроенного и частного жилого фондов. Сортировочный анализ морфологического состава проводился на суточном объеме накопления ТБО, который обслуживает более 500 чел. По принятой в РФ стандартной классификации при изучении состава ТБО учитывались следующие компоненты: бумага, пищевые отходы, текстиль, кожа, резина, дерево, пластмасса, металл, стекло и др. Образец брался из контейнера объемом 0,75 м3 и сортировался в ручную. Группы материалов взвешивались раздельно, полученные результаты, отнесенные к общему весу, суммировались из однотипных фракций. Содержание каждой составной части отходов определялось в процентном соотношении по весу и результат сбора данных представлен в таблице 2.2. Изучение морфологического состава ТБО выявило увеличение содержания пищевых отходов более 38% осенью (благоустроенный жилой фонд), с большим употреблением овощей в рационе питания. Особенность состава ТБО частного жилого фонда характеризуется большим содержанием отходов твердого топлива, т.е. угля в связи с наступлением отопительного сезона. Отопительный сезон продолжается 7 месяцев, и за этот период отходы твердого топлива складируются вместе с ТБО. В таком случае есть возможность рассмотрения отдельного сбора отходов твердого топлива от остальных отходов и применение его в качестве разделяющего (инертного) материала вместо песка, что является экономически выгодным, чем привозить грунт для изоляции из других мест. Основной задачей оздоровления экологической обстановки компонентов геологической среды должны быть направлены на разработку комплекса мер для снижения степени загрязненности. Для предотвращения загрязнения грунтового основания необходимо исключить проникновение в него вредных веществ, т. е устройства контурного и горизонтального противофильтрационных экранов и системы сбора и отвода фильтрата и биогаза. Основным источником загрязнения территорий, окружающих полигоны, является фильтрат, мигрирующий через ложе и откосы полигона. Фильтрат, образующийся в теле полигона, представляет собой сложный насыщенный высокоминерализованный водный раствор различных загрязнителей. С целью выявления характера воздействия существующего полигона ТБО на естественно - природные условия были проведены в 2005 году исследования по определению химического состава фильтрата (табл. 23.). В ходе наблюдений, которые ведутся на территории полигона из наблюдательных гидрогеологических скважин № 326 и 327, которые действуют с 1991 года, в грунтовых водах периодически выявляется содержание тяжелых металлов в больших концентрациях, особенно весной и осенью. Около 50% всех отходов минерализуется и разлагается на простейшие органические вещества, мигрирующие в подземных водах. Характер и продукты разложения близки к окислительным условиям - подземные воды обогащаются хлоридами, марганцем, нитратами, гидрокарбонатами и др. Среднегодовые уровни подземных вод по скв.326, 327 на городской свалке составили соответственно 6,01м и 13,66м, что ниже прошлогодних на 0,11 - 0,40 м и многолетних на 0,6 - 1,29м [129,130]. Минимумы уровней отмечались - весенний в марте - апреле (6,66-13,69м), осенний в ноябре (6,0-13,77м), максимумы - в июне (5,56-13,46м) при годовом размахе колебаний 0,31-1,1м. Приблизительную геологию территории полигона ТБО можно представить на основе разреза наблюдательной гидрогеологической скважины для контроля состояния подземных вод. Разрез скважины представлен переслаиванием песчаников, алевролитов. До глубины 12,5м залегают супеси маловлажные с дресвой (5-10%), песчаник залегает до глубины 17м с толщиной слоя 4,5м. На глубине 17м с мощностью слоя 10,3м залегает алевролиты. С глубины 27,3м до 70м залегают переслаивание углистых тонкослоистых алевролитов и песчаников с углистыми прослойками 1-2мм. Глубина залегания подземных вод по скважине 13,35м [129,130]. По геологоэкологическим исследованиям выяснили загрязнения не только атмосферного воздуха, грунтов зоны аэрации и подземных вод, но и грунтовых условий. Продукты разложения отходов с ветром и атмосферными осадками переносятся на прилегающие к полигону (свалке) территории, но основная масса разложившихся веществ мигрирует вниз по логу, направленную в сторону города. Из таблицы 2.3.следует вывод, что за годы эксплуатации полигона выявили некоторые тяжелые металлы превышающие предельно допустимую концентрацию. Данные таблицы 2.3 свидетельствуют о необходимости рассмотрения систем сбора, отведения и обработки фильтрата, образующегося на полигоне ТБО для предотвращения дальнейшего загрязнения. Основные факторы, влияющие на количество, образующегося на полигоне ТБО фильтрата: - состав и способ укладки отходов, и их влажность (В Респ. Тыва зимой выпадает много снега и в весенний период при таянии снега влажность в теле полигона увеличивается, что существенно влияет на состав и объем образующегося фильтрата); - объем атмосферных осадков и защитный изоляционный слой поверхности полигона; - объем проникающих в тело полигона грунтовых и поверхностных вод, а также вод, попадающих в тело полигона с прилегающих территорий; - мероприятия по гидроизоляции полигона; - наличие изоляционного слоя основания полигона; - движение фильтрата в теле полигона, сбор и отвод из тела полигона. При функционировании полигона ТБО помимо фильтрата в окружающую среду поступают и газовые выделения. В процессе биологического разложения отходов в верхних слоях тела полигона образуется биогаз (примерно на 95-98%, состоящий из метана с примесями газов, обладающих токсичными свойствами неприятным запахом).
Исследование возможности погружения полимерных перфориро ванных газосборных труб в толщу отходов на действующей свалке ТБО
Водоподъемные и воздушные трубы опускают в колодец до расчетной глубины. Глубина загрузки эрлифтных труб должна быть не менее чем в 1,8 раза больше, чем расстояние от динамического уровня до излива. Чем больше отношение глубины загрузки воздуходувных и водоподъемных труб к полной высоте подъема эмульсии, тем меньше расход воздуха [16,81, 82,83, 84,90].
Следующий прием использованной нами в ходе разработки поставленной задачи состоит в применении вакуумной системы для интенсификации сбора биогаза. Под вакуумом понимается такое состояние разреженного газа, которому соответствует область давлений ниже 105 Па, т.е. ниже атмосферного давления. Вакуумирование - технологический прием, позволяющий производить откачку газа и осуществлять эффект вакуумирования. Процесс зависит от ряда факторов: величины разряжения в вакуум-сосуде, времени и режима вакуумирования [25,32,34,46, 91]. Для получения и поддержания вакуума служат вакуумные системы, представляющие собой совокупность устройств для создания вакуума, приборов для вакуумных измерений, а также сосудов и связывающих их трубопроводов. Наиболее важными элементами, составляющими основу вакуумной системы, являются устройства для создания вакуума, называемые вакуумными насосами и служащие для удаления газа из откачиваемого сосуда. В основу получения вакуума могут быть положены два принципа: удаление газа из откачиваемого сосуда за пределы вакуумной системы; связывание газа в вакуумной системе. Перемещение массы газа можно производить периодически, отдельными порциями, и непрерывно. Для удаления порции газа необходимо изолировать в рабочей камере насоса определенный объем газа, переместить его от входного патрубка насоса к выходному, сжать его в процессе перемещения до давления, большего, чем давление в выходном сечении насоса и вытолкнуть газ за пределы насоса [32,46,91]. Область применения вакуумных насосов определяется их характеристиками. К основным параметрам вакуумных насосов относятся предельное остаточное давление, быстрота действия, производительность, наибольшее давление запуска, наибольшее рабочее давление и наибольшее выпускное давление. Вакуумную технологию впервые использовали в промышленных масштабах в производстве ламп накаливания, а затем и электровакуумных радиоламп. Особенности протекания физических и физико-химических процессов в вакууме (по сравнению с процессами при атмосферном давлении): увеличение в десятки - сотни раз скорости испарения материалов, интенсификация в десятки раз выделения растворенных в них газов, уменьшение в десятки -сотни раз скорости окисления, рост скорости диффузии, электросопротивления и уменьшение теплопроводности разреженных газов, взаимодействие нейтральных и заряженных частиц в вакууме и др. Эти особенности открыли огромные возможности в интенсификации многих технологических процессов, в повышении качества получаемых материалов и создании новых материалов с новыми свойствами, в создании новых приборов, аппаратов и машин, в проведении научных исследований. В настоящее время трудно назвать отрасль промышленности, науки и техники, на развитие которой не оказало прогрессивного влияния использование вакуума. Важно отметить, что вакуумная технология по своей сущности относится к наиболее экологически чистым. Приведем несколько примеров, с которыми нам приходится сталкиваться при изучении вакуумной техники [25,32, 34,46,91]: - свойством газообразных веществ занимать весь предоставленный им объем пользуются для извлечения их из какого-либо сосуда; - свойство газообразных веществ проникать друг в друга (взаимная диффузия) использовано для разработки так называемых диффузионных насосов, позволяющих с большой скоростью получать предельно низкие давления; - тепловым движением частиц воздуха объясняется «натекание» вакуумных систем, т.е. проникновение атмосферного воздуха внутрь вакуумной системы через неуплотненное место; - тепловым движением объясняется такие важные свойства газообразных веществ, как теплопроводность, т.е. перенос (молекулами) тепла от более нагретого к менее нагретому телу в газовой среде, как внутреннее трение или вязкость газа, т.е. передача количества движения от одного слоя газа к другому, и многие другие.
В процессе откачки количество газа в вакуумной системе непрерывно уменьшается, при этом объем системы и температура газа остаются неизменными, то уменьшение количества газа сопровождается понижением его давления в вакуумной системе. Рассматривая различные конструкции рабочих систем, необходимо определить некоторые параметры, которые позволяют провести полезные сравнения между отдельными конструкциями. Параметры, часто используемые для этой цели это наибольшее выпускное давление, предельный вакуум, быстрота откачки [13,25,32,38,91]. Наибольшее выпускное давление это верхний предел диапазона давлений, в котором может работать данное устройство. Наибольшее выпускное давление, не может быть ниже давления, создаваемого следующей ступенью более высокого давления. Предельный вакуум это нижний предел рабочего диапазона давлений насоса, откачивающего замкнутую систему.
Перспективные решения применения новой технологии устройства полигонов ТБО в оврагах и складках местности, характерных для предгорных районов г. Кызыла
Существенное преимущество нового варианта устройства состоит в том, что предлагаемая технология строительства полигонов ТБО в оврагах и складках местности обладает следующими преимуществами перед известными решениями аналогичного назначения: - максимально эффективно использовать рельеф местности; -сокращается объем земляных работ по сравнению с котлованными и поверхностными вариантами устройства полигонов; -достигается снижение уровня вредного воздействия выделяемого газа в атмосферу вследствие постоянной откачки метана вакуумными системами для полезного использования; -достигается снижение вредного воздействия образованного фильтрата на грунты, донные отложения, поверхностные и подземные воды за счет периодической откачки эрлифтными водоподъемниками, подсоединенного к компрессорной станции. Строительство полигонов ТБО в складках местности и оврагах расширяет круг используемых способов и технологий, снижает объем земляных работ. Технология сбора и отвода биогаза и фильтрата в таких полигонах упрощается и осуществляется в следующей последовательности. Площадь оврага по основанию разбивают на рабочие карты, на дно и склоны (откосы), оврага укладывают слои гидроизоляционного пленочного материала. На рис. 4.2. и 4.3. представлена схема устройства гидроизоляционного экрана по дну и откосам оврага или складки местности из полимерных рулонных материалов. При большой площади днища оврага раскатку рулонов осуществляют механизированным способом с помощью экскаваторов, снабженных траверсой. На траверсу крепится рулон материала, и экскаватор по мере своего движения перемещают рулон в направлении на себя. Рабочие раскатывают рулоны и контролируют точность нахлеста стыков, являющейся наиболее ответственной операцией при производстве гидроизоляционных работ с обеспечением полной непроницаемости экрана. После укладки рулонов места стыков свариваются с использованием сварочных машин, формирующих двойной шов с воздушным каналом в центре. Канал позволяет тестировать швы на проницаемость под высоким давлением. Концы рулонных гидроизоляционных материалов закрепляют на поверхности оврага в анкерной канаве, с помощью обратной засыпки. Затем устраивают котлованы, распределенные по площади оврага, уплотняют днище и стенки котлована водонепроницаемым грунтом, устанавливают в котлован первое кольцо из полимерной трубы с глухими стенками и днищем из полимерного листового материала, на которое наращивают колодец вертикального газового дренажа из полимерного перфорированного гофрированного кольца. Верхний конец колодца заделывают заглушкой, снабженной отверстиями для прохода вертикальных труб, через которые отводится и удаляется биогаз и фильтрат. Начинают заполнение первого слоя I карты отходами, причем отходы укладывают до уровня отверстий в стенках колодца для монтажа горизонтальных перфорированных труб газового дренажа, концы этих труб заделывают постоянными заглушками, после чего продолжают укладку отходов до достижения проектной высоты слоя, поверх которого укладывают разделяющий слой из инертного материала, например, шлака. Далее заполняют первый слой следующих карт отходами с пересыпкой разделяющими слоями, повторяя эти циклы до достижения отходами проектной высоты полигона. Поверхность последнего слоя отходов покрывают слоем наружной изоляции из пленочного или иного материала. На всех стадиях работы полигона ТБО организованно собирают и отводят биогаз и фильтрат. Фильтрат собирается в ниж ней части колодца и транспортируется на поверхность по полимерному трубопроводу с помощью эрлифта, подсоединенного к компрессорной станции, а биогаз собирают газосборником внутри колодца и отводят из него с помощью вакуумной системы.
Технико-экономические показатели эффективности использовании разработанной технологии определялись при сравнении трех вариантов устройства полигонов ТБО котлованный вариант, поверхностное расположение и овражный тип устройства полигонов ТБО.
Экономический эффект строительства полигонов ТБО в оврагах определялся по: - трудоемкость устройства конструктивных элементов; - трудозатраты на производство земляных работ.
Значения показателей, установленные в настоящем исследовании, обоснованы созданием эффективных гидроизоляционных систем полигона, возможностью получения вторичных энергоресурсов (биогаза), а также заменой песка на топочный шлак при разделении слоев отходов.
Отработка технологии в производственных условиях проводилась на существующей свалке по захоронению отходов г. Кызыла (полигон ТБО). Имея на своем балансе все необходимое оборудование: транспорт, строительную технику и инвентарь база МУЛ «Кызылпецсервис» явилась удачным местом для производственной апробации технологии с раздельным сбором шлака и бытовых отходов, применения шлака в качестве разделяющего слоя между отходами. В связи с этим сократились расходы на доставку инертного материала песка. На экспериментальном участке размером 10x10м, на полигоне ТБО г. Кызыла вместо песка для разделения слоев отходов был уложен топочный шлак в объеме 5125м , в результате этого сэкономлено около 15т. руб на їм3 с учетом доставки материала.
Из сравнения вариантов видно, что разработанная технология позволяет существенно снизить как стоимость, так и трудоемкость работ устройства полигонов ТБО в оврагах и складках местности.
При расчете проектируемой вместимости учитываются годовая удельная норма накопления ТБО с учетом жилых зданий и непромышленных объектов, количество обслуживаемого населения 150-200тыс. чел., высота складирования отходов 20м. На основании расчетов на новом полигоне в складке местности объемом 1275411,25м можно уложить 1635411,25м (т.е. фактическая вместимость) отходов за 20 лет эксплуатации. Для разделения слоев отходов требуется 261665м3 шлака, таким образом, за все годы эксплуатации полигона можно сэкономить 6279979,2 руб.
