Способ и система аэрации свалок твердых бытовых отходов

 

Изобретение относится к технологии и оборудованию для обезвреживания твердых бытовых отходов (ТБО). В способе аэрации свалок и полигонов для захоронения (ТБО) путем организации циркуляции воздуха (ЦВ) в свалочном теле (СТ), (ЦВ) осуществляют в системе последовательно соединенных газопроницаемых приточных, транспортных и вытяжных труб, размещенных в (СТ) путем нагрева выделяющимся в последнем теплом, причем отвод воздуха в атмосферу из вытяжных труб производят на более высоком уровне, чем забор воздуха в приточные трубы. Система аэрации свалок и полигонов для захоронения (ТБО) содержит трубы для подвода воздуха в (СТ), при этом система состоит из последовательно соединенных наклонных приточных, горизонтальных транспортных перфорированных и вертикальных вытяжных труб, причем выходное отверстие вытяжных труб расположено на более высоком уровне, чем заборное отверстие приточных труб. Изобретение обеспечивает по сравнению с неаэрируемыми свалками в 8-10 раз больший выход метана за счет системы указанных труб, что снижает пожароопасность свалок и полигонов. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технологии и оборудованию для обезвреживания твердых бытовых отходов, захороненных на несанкционированных свалках и муниципальных полигонах путем аэрации свалочного тела.

Известен способ аэрации полигонов твердых бытовых отходов путем организации циркуляции воздуха в свалочном теле. Известна также система аэрации полигонов твердых бытовых отходов, содержащая трубы для подвода воздуха в свалочное тело /см. патент США № 6024513, 2000/.

Изобретение по указанному патенту США предназначено для организации преимущественно аэробной ферментации хранящихся на полигонах твердых бытовых отходов путем их принудительной вентиляции. Благодаря этому предотвращается попадание в атмосферу биогаза - продукта анаэробной биохимической ферментации отходов. Биогаз на 30-50% состоит из метана, выделение которого всегда приводит к возникновению пожаров на свалках и полигонах. Кроме того, биогаз является одним из серьезных факторов парникового эффекта, поглощая тепловое излучение Земли в длинноволновой части спектра. Практикующийся в некоторых странах сбор и использование биогаза в качестве топлива в условиях России нерентабелен ввиду сравнительной дешевизны таких ископаемых углеводородных топлив, как, например, природный газ и т.п. В то же время аэробная ферментация отходов по указанному патенту США также обладает рядом существенных недостатков, связанных в основном с необходимостью применения вентиляционных установок для закачивания воздуха в тело полигона. Это значительно усложняет и удорожает технологию и требует существенных расходов электрической или иной энергии на полигонах и делает невозможным применение указанного патента США для дегазации несанкционированных или заброшенных свалок.

Данное изобретение позволяет устранить указанные недостатки. Это достигается тем, что в способе аэрации свалок и полигонов твердых бытовых отходов путем циркуляции воздуха в свалочном теле циркуляцию воздуха осуществляют через систему последовательно соединенных газопроницаемых приточных, транспортных и вытяжных труб, размещенных в свалочном теле, за счет нагрева выделяющимся в последнем теплом, причем отвод воздуха в атмосферу из вытяжных труб производят на более высоком уровне, чем забор воздуха в приточные трубы; система аэрации свалок твердых бытовых отходов, содержащая трубы для подвода воздуха в свалочное тело, состоит из последовательно соединенных наклонных приточных, горизонтальных транспортных перфорированных и вертикальных вытяжных труб, причем выходное отверстие вытяжных труб расположено на более высоком уровне, чем заборное отверстие приточных труб, транспортные трубы расположены в свалочном теле, по крайней мере, двумя ярусами, расстояние между которыми А составляет А/Б=0,3-0,5, где Б - толщина свалочного тела в месте заложения труб и, по крайней мере, двумя рядами с шагом Т, составляющим Т/Б=0,3-0,5, диаметр транспортных труб Д₁, отношение Д₁/Б=0,03-0,1, диаметр вытяжных труб Д₂ и приточных труб Д₄, отношение Д₂/Б=Д₄/Б=0,1-0,15, высота выходного отверстия вытяжной трубы над заборным отверстием приточной трубы К, отношение К/Б=0,3-0,6, причем приточные и транспортные трубы выполнены с перфорированными стенками, диаметр отверстий перфорации Д₃, отношение Д₃/Д₁=Д₃/Д₄=0,143-0,36, угловой шаг отверстий перфорации 45-90, шаг отверстий перфорации Л₁ по длине трубы Л₁/Д₄=Л₁/Д₁=0,08-0,36, погруженная в свалочное тело часть вытяжной трубы выполнена с перфорацией, диаметр отверстий перфорации ₅ составляет Д₅/Д₂=0,48-0,86, угловой шаг 45-90, шаг перфораций по длине Л₂, отношение Л₂/Д₂=0,6-1,07.

На фиг.1 представлен вертикальный продольный разрез тела свалки с элементами системы аэрации по данному изобретению, на фиг.2 - разрез свалки в плане по а-а, на фиг.3 - вертикальный поперечный разрез тела свалки по b-b.

Система аэрации свалок и полигонов твердых бытовых отходов состоит из последовательно соединенных наклонных приточных 1, горизонтальных транспортных 2 перфорированных и вертикальных вытяжных 3 труб, причем выходное отверстие вытяжных труб 3 расположено на более высоком уровне, чем заборное отверстие приточных труб 1. Транспортные трубы 2 расположены в свалочном теле 4, по крайней мере, двумя ярусами, расстояние между которыми А, Б - толщина свалочного тела 4 в месте заложения труб, и, по крайней мере, двумя рядами с шагом Т, диаметр транспортных труб 2 Д₁, а диаметр вытяжных труб 3 Д₂, К - высота выходного отверстия вытяжной трубы над заборным отверстием приточной трубы 1.

Приведенные выше оптимальные параметры системы получены в результате расчетов и натурных экспериментов, проведенных главным образом на крупном полигоне для захоронения твердых бытовых отходов в Солнечногорском районе Московской области. На экспериментальном участке полигона были пробурены разного диаметра шурфы в свалочном теле толщиной 2,5-5 метров под углом 15, 30, 45 и 90 к горизонтальной плоскости. Диаметр шурфов соответствовал диаметру приточных и вытяжных асбоцементных труб. Для укладки транспортных труб были прорыты траншеи в свалочном теле, которые после укладки труб были завалены теми же отходами. Данные экспериментов сопоставлялись с соответствующими данными по контрольному участку, идентичному экспериментальному по характеру захороненных отходов, размерам и рельефу местности. В результате экспериментов был установлен указанный выше оптимальный диапазон относительных диаметров труб и параметров перфорации, который при рациональной технологии прокладки шурфов обеспечивает приемлемое гидравлическое сопротивление воздушного тракта.

Способ аэрации свалочного тела согласно данному изобретению осуществляется следующим образом.

Происходящие в свалочном теле сложные микробиологические и биохимические процессы приводят к выделению тепла, газов и паров, в результате чего протекающий по трубам 1, 2, 3 воздух, кислород которого подавляет жизнедеятельность анаэробных микроорганизмов и обеспечивает аэробный характер процессов, разогревается и насыщается газообразными продуктами реакций. При этом в системе труб создается конвективная тяга, обеспечивающая устойчивое течение воздуха из атмосферы по трубам 1, 2, 3 с выхлопом обратно в атмосферу. Величина этой тяги и скорость воздуха в трубах пропорциональна степени подогрева воздуха и разности высот входа труб 1 и выхода труб 3. Оптимальная разность высот входа и выхода, а также указанные выше параметры, характеризующие многоярусный вариант системы, были получены в результате обработки экспериментальных данных из условия достижения минимальной долгосрочной эмиссии метана. При этом приточные и транспортные трубы выполнены с перфорированными стенками таким образом, что параметры перфорации - диаметры и шаг отверстий соответствуют своим оптимальным значениям.

Для обеспечения максимально быстрой дегазации, что необходимо при освобождении от биогаза во время эвакуации полигона, погруженная в свалочное тело часть вытяжной трубы выполняется с перфорацией, диаметр отверстий перфорации Д₅, отношение Д₅/Д₂=0,048-0,86, угловой шаг 45-90, шаг отверстий перфорации по длине Л₂, отношение Л₂/Д₂=0,6-1,07.

При этом перфорация выполняется также на приточных и транспортных трубах, а система должна быть одноярусной.

В процессе экспериментов было установлено, что при аэрации свалочного тела по предлагаемому способу с использованием описанной системы, по мере ферментации отходов в свалочном теле выделение метана прекращается через 8-13 месяцев (в то время как на неаэрируемых свалках и полигонах этот процесс занимает около 10 лет), а суммарный выход метана уменьшается в 8-10 раз (см. фиг.4). В то же время пропорционально возрастает эмиссия углекислого газа, и он балластирует все свалочное тело. Благодаря этому уменьшается пожароопасность свалок и полигонов, а их вклад в возникновение парникового эффекта Земли уменьшается в десятки раз.

Формула изобретения

1. Способ аэрации свалок твердых бытовых отходов путем циркуляции воздуха в свалочном теле, отличающийся тем, что циркуляцию воздуха осуществляют в системе последовательно соединенных газопроницаемых приточных, транспортных и вытяжных труб, размещенных в свалочном теле, путем нагрева выделяющимся в последнем теплом, причем отвод воздуха в атмосферу из вытяжных труб производят на более высоком уровне, чем забор воздуха в приточные трубы.

2. Система аэрации свалок твердых бытовых отходов, содержащая трубы для подвода воздуха в свалочное тело, отличающаяся тем, что система состоит из последовательно соединенных наклонных приточных, горизонтальных транспортных перфорированных и вертикальных вытяжных труб, причем выходное отверстие вытяжных труб расположено на более высоком уровне, чем заборное отверстие приточных труб.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что транспортные трубы расположены в свалочном теле, по крайней мере, двумя ярусами, отношение расстояний между которыми А к толщине свалочного тела Б в месте заложения труб составляет 0,30,5 и, по крайней мере, двумя рядами с шагом Т между ними, составляющим 0,30,5 от толщины свалочного тела Б в месте заложения труб, при этом отношение диаметра транспортных труб Д1/Б=0,030,1, отношение диаметра вытяжных труб Д2/Б и приточных труб Д4/Б=0,10,15, приточные и транспортные трубы выполнены с перфорированными стенками, при отношении диаметра отверстий перфорации Д3/Д1, равном Д3/Д4=0,1430,36, угловой шаг отверстий перфорации 4590, отношение шага отверстий перфорации по длине трубы Л1/Д4=Л1/Д1=0,080,36.

4. Система по п.2, отличающаяся тем, что погруженная в свалочное тело часть вытяжной трубы выполнена с перфорацией, при этом отношение диаметра отверстий перфорации Д5/Д2=0,480,86, угловой шаг 4590, отношение шага перфораций по длине Л2/Д2=0,61,07.

5. Система по любому из пп.2-4, отличающаяся тем, что отношение высоты выходного отверстия вытяжной трубы над заборным отверстием приточной трубы К/Б=0,30,6.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4