Мар 04 2004

МЕТОД УЧЕТА МЕТАБОЛИЗМА ПОЛИГОНА ЗАХОРОНЕНИЯ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ ПРИ РАСЧЕТЕ ОБРАЗОВАНИЯ ФИЛЬТРАТА

Опубликовано в 11:53 в категории Сбор и переработка отходов

МЕТОД УЧЕТА МЕТАБОЛИЗМА ПОЛИГОНА ЗАХОРОНЕНИЯ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ ПРИ РАСЧЕТЕ ОБРАЗОВАНИЯ ФИЛЬТРАТА

М.А. Тагилов

Пермский государственный технический университет, Россия.

На основании проведенных нами предварительных исследований [1-5] выявлено, что только комбинация методов моделирования технологических, климатогеографических (в т.ч. внутригодовые сезонные колебания метеорологических параметров) и специфических (биохимическое потребление воды при разложении отходов, потери влаги с выделяющимся из массива отходов биогазом и т.п.) параметров полигона захоронения твердых бытовых отходов (далее – полигона ТБО) позволяет дать адекватную оценку образования фильтрата на полигоне ТБО, а также изменений водного баланса, происходящих в процессе его жизненного цикла [3,4].

Технология эксплуатации полигона оказывает существенное влияние на водный баланс и образование фильтрата [2,5]. Технологические этапы формирования  полигона обусловлены наличием следующей группы факторов: деление полигона на отдельные карты; покрытие заскладированных отходов временным изолирующим покрытием; организация окончательного гидроизолирующего покрытия тела полигона ТБО [2].

Деление полигона на отдельные водосборные элементы - карты, производится с целью снижения инвестиционных затрат на строительство в различные периоды эксплуатации полигона а также временного снижения объемов образующегося фильтрата. Период эксплуатации отдельных карт полигона определяется проектными расчетами в зависимости от площади земельного участка, выделенной под размещение отходов,  срока эксплуатации полигона, решения инвестиционных вопросов и т.д. Количество образующегося фильтрата прямопропорционально эксплуатируемой площади полигона и скачкообразно увеличивается при пуске в эксплуатацию очередной карты.

Временное изолирующее покрытие (грунтовая пересыпка ТБО), в отличии от заскладированных ТБО, аккумулирует значительное количество влаги, способной к испарению, в связи с чем увеличивается количество испарившейся с поверхности влаги и уменьшается количество образующегося фильтрата. Мощность временного изолирующего покрытия составляет 20 см на каждые 2 м заскладированных ТБО.

Окончательное гидроизолирующее покрытие полигона значительно сокращает количество воды, проникающей в тело полигона. Обычно, окончательное покрытие выполняется из гидроизоляционного, почвенного и растительного слоев. Наличие такого покрытия позволяет проводить контролируемый отвод нормативно-чистого поверхностного стока с полигона, а также увеличивает испарение за счет аккумуляции влаги и растительной транспирации. Окончательное покрытие может быть создано не только после полного завершения эксплуатации полигона, но и в период эксплуатации, на отдельных участках, высотные отметки которых достигли проектных  значений. Характеристика отдельных слоев и значения величин площадей полигона, покрытых окончательным покрытием, должны быть приняты в расчет водного баланса по проектным данным.

Таким образом, полигон является динамичной системой, особенно значительно это выражено в эксплуатационный и рекультивационный периоды жизненного цикла, когда производится складирование отходов и устройство окончательного покрытия [5], однако даже после этого система не приходит к равновесию за счет протекающих в нем физико-химических, биохимических, геотехнических и др. процессов [3]. При проведении расчетов водного баланса особенно важное значение имеет процесс заполнения полигона отходами и устройства окончательного покрытия, так как эти параметры в значительной мере способствуют изменениям в формировании водного баланса. При увеличении количества отходов на полигоне пропорционально возрастает биохимическое потребление воды, с ростом массива отходов увеличивается время просачивания инфильтрующейся влаги к основанию полигона. Устройство окончательного (водозащитного, рекультивационного) покрытия на полигоне в значительной степени сокращает инфильтрацию в массив отходов атмосферных вод за счет поверхностного стока ливневых вод, увеличения испарения с поверхности (за счет высадки растений и других факторов) [2]. Основным расчетным элементом полигона, определяющим скорость заполнения полигона отходами является рабочая (суточная) карта. Размеры рабочей карты определяются рядом факторов, основным из которых является интенсивность приема ТБО на полигон.

Заполнение полигона моделируется с использованием приращения площади суточной карты к площади расчетного слоя. Для дальнейшего учета этапов жизненного цикла полигона отслеживается возраст отходов. Использование возраста отходов каждой суточной карты может привести к необоснованной перегрузке расчетов и сложности его проведения, поэтому заполненные слои полигона разбиваются на отдельные, конечные элементы, количество которых соответствует количеству слоев ТБО. В качестве еще одного элемента оптимизации расчета принимается допущение об изоморфности конечных элементов, то есть принимается, что формируемый в процессе заполнения полигона конечный элемент имеет постоянные свойства по всему объему, без учета разницы свойств временного изолирующего покрытия  и отходов.

На основании опыта проектирования полигонов [2] нами была проведена классификация технологических параметров с разделением их на исходные технологические параметры (определяемые на стадии предпроектных разработок), постоянные технологические параметры (определяемые при проектировании) и динамические технологические параметры. Исходные технологические параметры.  Исходными данными для проведения расчета динамических технологических параметров являются параметры, задаваемые при проектировании полигонов: интенсивность завоза отходов, т/с; толщина слоя отходов , м; плотность отходов в массиве полигона , кг/м3; общая высота полигона , м; толщина слоя временного изолирующего покрытия,  м; значение отношения высоты откоса к ее проекции на горизонтальную площадь (внутренний уклон откоса) ; длина стороны полигона , м; длина стороны полигона , м. Постоянные технологические параметры. Постоянными расчетными технологическими параметрами являются  величины, определяемые при проектировании полигонов, которыми являются: срок эксплуатации полигона (, сут); емкость полигона (, т); количество слоев отходов (, шт.); площадь суточной карты полигона (, м2); площади оснований слоев отходов (, м2); сроки завершения эксплуатации отдельных слоев (, сут); приращение площади отходов (площадь суточной карты), (, м2).

,

(1)

где - срок эксплуатации полигона, сут.;          - емкость полигона, т.;   - интенсивность завоза отходов, т/сут.

,

(2)

где - толщина слоя отходов, м;         - плотность отходов в массиве полигона, кг/м3;        - номер текущего слоя отходов (целое число);  - общее количество слоев отходов полигона, шт.;  - площадь основания текущего слоя отходов, м2.

,

(3)

где - общая высота полигона, м; - толщина слоя временного изолирующего покрытия, м.

,

(4)

где - общая площадь полигона, м;  - значение отношения высоты откоса к ее проекции на горизонтальную площадь (внутренний уклон откоса);    - длина стороны полигона, м; - длина стороны полигона, м.

,

(5)

,

(6)

Динамические технологические параметры. Для проведения расчетов водного баланса используются следующие текущие технологические параметры объекта: расчетные параметры текущих слоев полигона; расчетные параметры конечных элементов полигона. К расчетным параметрам относятся: площади расчетных поверхностей, высота, объемы отходов, средний возраст верхнего слоя отходов и средний возраст всего объема отходов.

Для периода эксплуатации полигона выделяется три расчетных этапа: 1) заполнение 1-го слоя отходов; 2) заполнение промежуточных слоев отходов; 3) заполнение последнего слоя отходов.

Заполнение 1-го слоя отходов ():

,

(7)

где - текущая площадь открытых отходов, м2; - текущий день расчета; - текущая площадь полигона без отходов

,

(8)

,

(9)

При эксплуатации последующих слоев () производится поэтапное разделение массива отходов на текущие слои полигона и конечные элементы (см. рис.3.3). Выделение (i-1)-го конечного элемента производится в последний день эксплуатации  i-го слоя, то есть в разряд «конечных элементов» переходит закрытый слой отходов (в последний день эксплуатации i+1-го слоя). Каждый текущий слой и конечный элемент характеризуется своей высотой ( , м), площадью поверхности (=, м2), средним возрастом i-го слоя отходов (, дней) и средним возрастом отходов всего  элемента (, дней).

При эксплуатации i-того слоя производится постоянное «закрытие» (водозащитным покрытием) i-1-го слоя отходов на площади имеющей окончательные проектные отметки, интенсивность закрытия этого слоя прямопропорциональна интенсивности заполнения i-того слоя отходами (т.е. приему отходов на полигон) и отношению закрываемой площади этого слоя к его площади основания следующего слоя:

(10)

где  - площадь i-1-го слоя, имеющая окончательные отметки

(11)

(12)

Закрытие последнего слоя отходов () производится одновременно с его заполнением, т.е.:

(13)

Средний возраст создания i-го слоя элемента (, дней) определяется по ф.:

(14)

Средний возраст отходов всего элемента (, дней) определяется по ф.:

(15)

Результаты настоящих  исследований могут быть использованы как основа для построения модели образования фильтрата полигона, учитывающей климатогеографические факторы района размещения полигона и специфические факторы водного баланса, характерные для полигонов захоронения ТБО.

Литература

1. Тагилов М.А., Лапшин Д.А. Разработка программного обеспечения для расчета количества фильтрата полигона захоронения ТБО. // Тезисы докладов научно-практической конференции "Экологическая безопасность регионов Урала и Западной Сибири", г. Екатеринбург, 1998 г., с. 111-112.

2. Вострецов С.П., Тагилов М.А. Опыт проектирования полигонов ТБО в Пермской области. // Материалы второй всероссийской научно-практической конференции "Отходы-2000". г. Уфа, 2000 г., ч. III, с. 11-15.

3. Тагилов М.А., Коротаев В.Н. Жизненный цикл полигонов ТБО. // Материалы второй всероссийской научно-практической конференции "Отходы-2000". г. Уфа, 2000 г., ч. III, с. 26-28.

4. Тагилов М.А. Основные принципы моделирования водного баланса полигонов ТБО. // Тезисы докладов 2-го международного конгресса по управлению отходами ВЭЙСТТЭК-2001.  Издание ЗАО «Фирма СИБИКО Интернэшнл», г. Москва, 2001 г., стр. 163 – 164.

5. Тагилов М.А. Использование метода водного баланса для прогноза образования фильтрата на полигоне ТБО г. Чайковского Пермской области. // Тезисы докладов 2-го международного конгресса по управлению отходами ВЭЙСТТЭК-2001.  Издание ЗАО «Фирма СИБИКО Интернэшнл», г. Москва, 2001 г., стр. 162 – 163.

6. Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для ТБО. - АКХ им. К.Д. Памфилова. - М., 1998.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.