Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Санитарные правила устройства и содержания полигонов. Оценка воздействия на окружающую среду
• 2. Расчет необходимой вместимости полигона
• 3. Устройство защитных экранов полигонов
• 4. Определение размеров рабочих (суточных) карт складирования отходов и потребности в механизмах
• 4.1 Расчет потребности в бульдозерах
• 4.2 Расчет необходимого количества скреперов для подачи грунта изолирующих слоев
• 5. Расчет грунтовых оснований хранилищ отходов
• 5.1 Расчет деформаций основания
• 5.2 Расчет несущей способности основания полигона
• 5.3 Расчет устойчивости откосов хранилищ
• 6. Расчет количества фильтрационных и атмосферных вод полигона
• 7. Расчет потенциальной газоносной способности полигона
• 8. Рекультивация полигона после закрытия
• 9. Утилизация и вторичное использование отходов деревообработки
• 9.1 Способы получения энергии из древесных отходов
• 9.2 Использование древесных отходов в строительстве
• 9.3 Производство топливных брикетов
• 9.4 Изготовление пеллет (гранул)
• Заключение
• Список используемой литературы
• 

Введение

В решении природоохранных задач одним из основных способов утилизации твердых бытовых и промышленных отходов является складирование их на специально оборудованных полигонах, которые предназначены для изоляции и обезвреживания отходов при обеспечении высокой степени экологической безопасности для окружающей среды и здоровья населения.

Возможный ущерб окружающей природной среде от функционирования полигонов обусловлен следующими факторами:

- выделением мусорного газа, образующегося в результате биологических процессов разложения массы мусора, в атмосферу, что приводит к опасности возникновения взрывов, пожаров, наличия неприятного запаха;

- пожарами при горении мусора;

- загрязнением грунтовых вод при их контакте с дренажными водами полигона;

- выносом мусора ветром за пределы территории полигона;

- размножение крыс, мышей, мух и других паразитов, а также болезнетворных микроорганизмов и простейших.

Меры по уменьшению или нейтрализации вредного действия этих факторов предпринимаются при проектировании, строительстве и эксплуатации полигонов. Кроме того, полигоны должны обеспечивать статистическую устойчивость складируемых отходов с учетом динамики уплотнения, минерализации, газовыделения, а также возможности последующего использования участка после его закрытия и рекультивации.

В данной курсовой работе приведены основные принципы проектирования и строительства полигонов твердых отходов на основе действующих документов в области строительства и охраны окружающей среды.

1. Санитарные правила устройства и содержания полигонов. Оценка воздействия на окружающую среду

полигон защитный экран отходы

Санитарный надзор за устройством и эксплуатацией полигонов на всех стадиях предупредительного и текущего санитарного надзора в соответствии с ежегодными графиками работы осуществляют санитарно-эпидемиологические службы, руководствуясь действующими нормативными документами и оценочными показателями санитарного состояния почвы и грунтовых вод. Они же дают заключение об использовании бывшего полигона.

Запрещается размещение полигонов на территории I и II поясов зон санитарной охраны минеральных источников, охранных зон курортов в местах выклинивания водоносных горизонтов, а также в местах массового отдыха населения и детских оздоровительных учреждений.

Полигоны должны размещаться за пределами границ населенных пунктов с учетом размеров санитарно - защитной зоны.

Для полигонов ПО устанавливаются следующие нормативные размеры санитарно - защитных зон (СЗЗ):

- для вновь строящихся и реконструируемых предприятий - 2000 м;

- для действующих предприятий - 1000 м.

Размеры СЗЗ, при достаточном обосновании, могут быть уточнены расчетом рассеивания в атмосфере вредных выбросов и уменьшены по решению Главного государственного врача.

Размеры СЗЗ участка захоронения токсичных промышленных отходов до населенных пунктов и открытых водоемов, а также до объектов, используемых в культурно - оздоровительных целях, устанавливаются с учетом конкретных местных условий, но не менее 3000 м.

Участки захоронения токсичных промышленных отходов следует размещать на расстоянии не ближе:

- 200 м - от сельскохозяйственных угодий и автомобильных и железных дорог общей сети;

- 50 м - от границ леса и лесопосадок, не предназначенных для использования в рекреационных целях.

В СЗЗ участка захоронения токсичных промышленных отходов разрешается размещение завода по обезвреживанию этих отходов, гаража специализированного автотранспорта и испарителей загрязненных дождевых и дренажных вод.

Для обеспечения контроля высоты стояния грунтовых вод, их физико - химического и бактериологического состава на территории участка захоронения отходов и в его санитарно-защитной зоне необходимо предусматривать створы наблюдательных скважин. В каждом створе должно быть не менее двух скважин.

При уклоне грунтового потока менее 0,1 % створы должны предусматриваться по всем четырем направлениям. При уклоне более 0,1 % контрольные скважины могут размещаться по трем направлениям, исключая направление вверх по течению. При длине сторон участка захоронения не более 200 м следует предусматривать на каждую сторону по одному контрольному створу; при большей длине сторон участка створы следует размещать через 100 -150 м.

Расстояние между наблюдательными скважинами в створе должно приниматься в пределах 50 - 100 м. Одна скважина створа должна размещаться на территории участка захоронения, другая - в санитарно - защитной зоне. Приведенные расстояния могут быть уменьшены с учетом конкретных гидрогеологических условий.

Скважины должны быть заглублены ниже уровня грунтовых вод не менее чем на 5 м. Аналогичные мероприятия следует предусматривать для испарителей загрязненных дождевых и дренажных вод, размещаемых вне участка захоронения токсичных промышленных отходов. Места отбора проб следует предусматривать на сбросе воды из кольцевого канала.

На территории действующего полигона запрещено сжигание мусора. Для предотвращения самовозгорания отходов в период сухой, жаркой погоды полигоны должны быть обеспечены средствами для увлажнения отходов.

Промышленные отходы, допускаемые для совместного складирования с бытовыми, должна иметь: влажность не более 85 %, не быть взрывоопасными, самовоспламеняющимися, самовозгорающимися. Заключение о возможности приема для совместного складирования ПО и ТБО выдается ЦСЭН на основе проведенных анализов.



2. Расчет необходимой вместимости полигона

Вместимость ПО определяют по количеству отходов производства, образующихся на предприятии и разрешенных к складированию.

Проектируемую вместимость полигона ТБО на расчетный срок (м³) определяют по формуле:

где - вместимость по приему ТБО, м³;

- вместимость по приему прочих отходов, м³;

Р - средняя годовая удельная норма накопления отходов, м³/(чел·год);

Н - расчетное количество обслуживаемого населения, чел.;

П - среднее годовое поступление слаботоксичных прочих отходов, в том числе промышленных, м³/год;

Т - расчетный срок эксплуатации полигона, год;

К₁ - коэффициент уплотнения ТБО в процессе эксплуатации полигона, за весь срок ;

К₂ - коэффициент объема изолирующих слоев грунта.

Расчетный срок эксплуатации полигона принимаем 20 лет, так как только в этом случае оправдано строительство к нему улучшенной дороги, сберегающей технику, и сооружений обеспечивающих санитарно-гигиенические условия труда эксплуатационного персонала. Расчетный срок эксплуатации разбиваем на очередности (по 5 лет).

Среднюю годовую удельную норму накопления принимаем дифференцированно по очередям. Прирост населения 1%.

Коэффициент зависит от плотности ТБО в местах их сбора, от вида применяемой на полигоне техники и от проектной высоты складирования отходов. Коэффициент определяем по формуле:

где с_упл и с_неупл - соответственно плотность уплотненных и неуплотнееных отходов ТБО.

Коэффициентом учитываем объем грунта, используемого для промежуточной (ежесуточной) и окончательной изоляции поверхности полигона. Для расчетов принимаем, что изолирующий грунт займет 15% толщи полигона, т.е. =1,5.

Расчеты по вместимости полигона представлены в таблице 1.

Таблица 1 Ведомость для определения вместимости полигона

Очередь эксплуатации	Год эксплуатации	Н, тыс. чел.	Р, м3/год	РНТ, тыс. м3	Е1, тыс. м3	П, тыс. м3/год	Е2, тыс. м3	Е, тыс. м3
I	1,00	231,00	1,00	231,00	84,33	34,65	39,85	124,18
	2,00	233,31	1,00	233,31	85,18	35,00	40,25	125,42
	3,00	235,64	1,00	235,64	86,03	35,35	40,65	126,68
	4,00	238,00	1,00	238,00	86,89	35,70	41,05	127,94
	5,00	240,38	1,00	240,38	87,76	36,06	41,47	129,22
II	6,00	242,78	1,00	242,78	88,64	36,42	41,88	130,52
	7,00	245,21	1,00	245,21	89,52	36,78	42,30	131,82
	8,00	247,66	1,00	247,66	90,42	37,15	42,72	133,14
	9,00	250,14	1,00	250,14	91,32	37,52	43,15	134,47
	10,00	252,64	1,00	252,64	92,23	37,90	43,58	135,81
III	11,00	255,17	1,00	255,17	93,16	38,28	44,02	137,17
	12,00	257,72	1,00	257,72	94,09	38,66	44,46	138,54
	13,00	260,30	1,00	260,30	95,03	39,04	44,90	139,93
	14,00	262,90	1,00	262,90	95,98	39,43	45,35	141,33
	15,00	265,53	1,00	265,53	96,94	39,83	45,80	142,74
IV	16,00	268,18	1,00	268,18	97,91	40,23	46,26	144,17
	17,00	270,87	1,00	270,87	98,89	40,63	46,72	145,61
	18,00	273,57	1,00	273,57	99,88	41,04	47,19	147,07
	19,00	276,31	1,00	276,31	100,88	41,45	47,66	148,54
	20,00	279,07	1,00	279,07	101,88	41,86	48,14	150,02
Итого								2734,34

Используя расчетные данные, по прил. 5 [5] определяем ориентировочную площадь полигона (15 га) и максимальную высоту складирования отходов (35 м). Принято считать, что наиболее экономичны земельные участки, близкие по форме к прямоугольнику и допускающие максимальную высоту складирования отходов.

Определяем площадь складирования, м², по формуле:

где - удельные затраты площади при максимальной высоте, м²/чел

N - численность населения на 20-ый год, чел

м²

Наиболее экономичны земельные участки, близкие по форме к прямоугольнику и допускающие максимальную высоту складирования отходов. Исходя из полученной площади, задаем размеры полигона в плане при соотношении сторон (LB) - 11, 1:2, т. о. размеры полигона принимаем BL=440450 м, тогда

= 198000 м²

Н = 35 м (по прил. 5 [5]) Н₁ = 4 м (по прил. 6 [5]), Н₂ = 31 м

Площадь дна котлована составит, м²

= 197856 м²

Площадь верхней площадки составит, м²

м²

Фактическая вместимость котлована полигона по схеме усеченной призмы с углом заложения откосов 1:3 составит

где - площадь сечения в уровне бровки откосов (площадь складирования), м²;

- площадь сечения в уровне дна котлована, м²;

- глубина котлована, м, определяется исходя из необходимого объема изолирующего грунта, м.

м³

Объем усеченной призмы кургана захоронения

где - площадь сечения в уровне бровки откосов, м²;

- площадь в уровне верхней площадки, м²;

- высота кургана, м определяется исходя из необходимости иметь размеры верхней площадки не менее 40 х 80 м, обеспечивающей надежную работу мусоровозов и бульдозеров.

м³

Общая вместимость полигона, м³

V = м³



Потребность в изолирующем материале, м³

где k - коэффициент увеличения грунта изоляции (принимается в зависимости от глубины чаши захоронения.

м³

Объем уплотняемых отходов (м³), складируемых за все время эксплуатации, составит

E = V + = + = 6913558,5 м³

Полученная величина отличается от первоначальной проектируемой вместимости полигона более чем на 5 %, следовательно пересчитываем размеры полигона методом последовательного приближения.

BL=320300 м

= 96000 м²

Н = 35 м (по прил. 5 [5]) Н₁ = 4 м (по прил. 6 [5]), Н₂ = 31 м

Площадь дна котлована составит, м²

= 95856 м²

Площадь верхней площадки составит, м²

м²

Фактическая вместимость котлована полигона

м³

Объем усеченной призмы кургана захоронения

м³

Общая вместимость полигона, м³

V = м³

Потребность в изолирующем материале, м³

м³

Объем уплотняемых отходов (м³), складируемых за все время эксплуатации, составит

E = V + = + = 781709 м³

Полученная величина отличается от первоначальной проектируемой вместимости полигона более чем на 5 %, следовательно продолжаем пересчитывать размеры полигона методом последовательного приближения.

Размеры полигона принимаем BL=270250 м, тогда

= 67500 м²

Н = 35 м (по прил. 5 [5]) Н₁ = 4 м (по прил. 6 [5]), Н₂ = 31 м

Площадь дна котлована составит, м²

= 67356 м²

Площадь верхней площадки составит, м²

м²

Фактическая вместимость котлована полигона

м³

Объем усеченной призмы кургана захоронения

м³

Общая вместимость полигона, м³

V = м³



Потребность в изолирующем материале, м³

м³

Объем уплотняемых отходов (м³), складируемых за все время эксплуатации, составит

E = V + = + = 2743521,07 м³

Полученная величина отличается от первоначальной проектируемой вместимости полигона менее чем на 5 %, принимаем размеры полигона равные BL=270250 м.

Для обоснования требуемой площади участка складирования отходов определяют общую вместимость полигона, исходя из расчетной схемы (рис. 1). Согласно схеме, полигон состоит из котлована чаши захоронения и кургана захоронения.

Рис. 1 Схема полигона отходов



3. Устройство защитных экранов полигонов

Особые требования с точки зрения окружающей среды должны предъявляться к защитным противофильтрационным экранам хранилищ отходов, так как охрана почвы и грунтовых вод требует надежной защиты для создания барьера против распространения загрязнения. Хранилища отходов могут иметь естественный либо искусственный водонепроницаемый экран. Согласно действующим нормативным документам установлены максимальные коэффициенты фильтрации глинистых грунтов естественного сложения, залегающих в основании полигонов отходов, в которых разрешается осуществлять захоронение отходов различных классов опасности без специальных мероприятий по устройству противофильтрационных экранов. Для отходов IV класса опасности, к которому относятся отходы, захороняемые на полигоне ТБО коэффициент фильтрации должен быть не более 10^-5 см/с.

Для проектируемого полигона коэффициент фильтрации основания грунтов равен 2?10^-5 см/с, следовательно необходимо устраивать искусственный противофильтрационный экран (по прил. 8 [5]), который будет состоять из слоя в 5 мм из отходов нефтедобывающей промышленности, который создаст водонепроницаемую пленку, и укрытием сверху 0,3 м грунта.

При норме разлива связующего в 50 т/га, общее количество связующего составит 336 т.



4. Определение размеров рабочих (суточных) карт складирования отходов и потребности в механизмах

Правильный расчет размеров суточных карт позволит обеспечить своевременное уплотнение и изоляцию отходов, что предотвратит разнос отходов с полигона, выплод мух, грызунов, а также позволит осуществить мероприятия против их пыления и самовозгорания.

Для расчета размеров рабочих карт необходимо определить дневную норму приема ТБО.

Объем ТБО, разгружаемых одновременно, м³, составит

где - дневная норма приема ТБО, определяется по табл. 1.

Учитывая вместимость одного мусоровоза, =10 м³, определяем количество одновременно разгружаемых машин

Площадь участка разгрузки, необходимая для одного мусоровоза составляет 50 м², тогда площадь для всех мусоровозов составит 450 м² для первого года эксплуатации полигона и 550 м² для 20 года эксплуатации.

В чашах захоронения отходы складируются послойно, с общей высотой рабочего слоя 2 м и систематически выравниваются слоями толщиной 0,25-0,5 м и уплотняются 2 - 4 кратными проходами катка - уплотнителя или бульдозера до общей высоты рабочего слоя 2 м.

С учетом высоты суточного уплотненного слоя ТБО на карте, равной 2 м, требуемая площадь карты (м²) определяется по формуле

где - дневная норма приема ТБО, м³/сут

- плотность отходов, поступающих на полигон, кг/м³

- плотность отходов после уплотнения бульдозерами, кг/м³

По вычисленной площади принимаем размеры рабочей карты для первого года эксплуатации 525 м, =125 м², а для 20 - ого года - 5,5 м, =137,5 м². Участок перед рабочей картой принимаем равным первого года эксплуатации 1825 м, а для 20 - ого года - 2027,5 м.

Для предотвращения пыления и самовозгорания ТБО в летний период осуществляется полив рабочей карты. Расход воды принимается 10 л на 1 м³ ТБО. Тогда суточная потребность в поливочной воде, м³

Для полива могут быть использованы фильтрационные воды полигона, образующиеся за счет выделения влаги из самих отходов в процессе деструкции органической части отходов, а также за счет просачивания через толщу полигона атмосферных осадков, выпадающих на его поверхность.



4.1 Расчет потребности в бульдозерах

Бульдозеры используют для сдвигания разгрузочных мусоровозами отходов на рабочую карту, а также на операциях по уплотнению слоя отходов по карте. Как правило, для этих целей используются бульдозеры на базе трактора мощностью 100 л.с. Производительность бульдозеров по сдвиганию ТБО на рабочую карту соответствует показателям грунта 1-й группы.

На технологической операции по уплотнению отходов на рабочей карте используется бульдозер, массой 14 т, ширинов гусениц 0,5 м.

Потребность в бульдозерах, шт, на одной технологической операции уплотнения определяется по формуле

где - площадь рабочей карты, м²,

- площадь участка разгрузки, м²,

- эксплуатационная скорость работы бульдозера, принимается равной 3000 м/с

- ширина зоны полного уплотнения, м, приходящаяся на одну ходку бульдозера, определяемая по формуле

где Ш - ширина гусеницы, м

n - число ходок, необходимых для уплотнения, принимается равным 4

- толщина уплотненного слоя, 0,25 м

- фактическое время работы бульдозера за сутки, час. Принимается при двухсменной работе равным 11,54 ч.

4.2 Расчет необходимого количества скреперов для подачи грунта изолирующих слоев

Для отсыпки изолирующего грунта используется землеройно-транспортная машина - скрепер, основным рабочим органом которого является ковш, вместимостью 0,6-0,75 м³.

Количество грунт а изолирующего слоя, м³,на одну захватку (рабочую карту)

0,25 - высота изолирующего слоя, м.

м³

м³

Требуемое количество скреперов зависит от сменной производительности одного скрепера и определяется по формуле

- производительность одного скрепера в смену, м³.

5. Расчет грунтовых оснований хранилищ отходов

Важнейшим этапом проектирования хранилищ является расчет грунтового основания. Это связано с тем, что гарантия обеспечения устойчивости грунтового основания хранилища в процессе его длительной эксплуатации является основной задачей строительства полигонов, предназначенных для защиты окружающей среды от вредных отходов производства и потребления.

Грунтовые основания хранилищ отходов рассчитывают согласно [4] и включают в себя расчет несущей способности основания, расчет по деформации и расчет устойчивости откосов хранилища, как на момент строительства, так и этапе эксплуатации.

Как было отмечено, основным природоохранным элементом полигона является противофильтрационный экран, который занимает всю площадь полигона депонирования отходов. Защитные экраны - достаточно тонкие конструктивные элементы, больше всего подверженные разрушению. Действующие нагрузки на грунтовое основание полигонов, как правило, невысоки и не превышают 1-2 кг/см² (100-200 кПа), исключение составляют высоконагружаемые полигоны. Однако осадки от действующих нагрузок могут оказаться больше допустимых, оговоренных в [4], либо могут значительно различаться по своим величинам на разных участках полигона, что приведет в конечном итоге к разрушению защитного экрана и нарушению герметичности хранилища.

5.1 Расчет деформаций основания

При расчете деформаций основания с использованием указанной расчетной схемы среднее давление под подошвой полигона не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания , кПа (тс/м²), которое определяем по формуле:

где - коэффициенты условий работы, = 1,25, = 1,0;

- коэффициент, равный 1,1;

- коэффициенты, принимаемые по [5, прил. 10] в зависимости от угла внутреннего трения ц_к = 22 град, равные соответственно 0,61; 3,44; 6,04;

- коэффициент при b>10 м определяем по формуле:

,

где =8 м;

- ширина подошвы полигона, м, = 250 м.

- осредненное среднее значение удельного веса грунтов, залегающих непосредственно под экраном (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды), для суглинок =2,71 т/м³ или

= 2,71•9,81 = 26,59 кН/м³;

- то же, залегающих выше экрана полигона, = 0,755•9,81= 7,41 кН/м³;

= 4 м;

- расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего ниже подошвы экрана, для суглинок = 28 кПа.

Определяем сопротивление грунта основания:

Среднее давление, кПа, под подошвой полигона определяем по формуле:

где с - плотность складируемых отходов с учетом уплотнения, с=0,755 т/м³;

Н - средняя высота складирования отходов, Н = 35 м.

Поскольку среднее давление под подошвой полигона Р = 259,23 кПа не превышает расчетное значение сопротивления грунта основания R = 1377,08 кПа делаем вывод о том, что деформации основания полигона не произойдет.

5.2 Расчет несущей способности основания полигона

Расчет основания полигона по несущей способности важен с точки зрения устойчивости полигона не только на период эксплуатации, но и после его закрытия, так как после рекультивации территории предусматривается хозяйственное использование участка.

Расчет грунтового основания по несущей способности производится исходя из условия:

где - расчетная нагрузка на основание, F = P = 259,23 кПа;

- предельное сопротивление основания, ;

- коэффициент условий работы, принимаемый по [5], для пылевато-глинистых грунтов в нестабилизированном состоянии =0,85;

- коэффициент надежности по назначения сооружения, принимаемый по [5], для зданий и сооружений I класса =1,2.

259,23 ? 975,43

По результату расчета делаем вывод о том, что сооружение будет устойчиво на период эксплуатации и после закрытия.

5.3 Расчет устойчивости откосов хранилищ

Предполагаем, что для складирования отходов с = 0, тогда угол откоса котлована полигона будет равен углу внутреннего трения, т.е. б ? ц, или tg б ? tg ц. ц = 43°, а угол заложения откосов котлована по схеме усеченной призмы составляет 1:3, следовательно tg б = 0,3, следовательно условие выполняется (0,3 ? 0,93) и откосы будут устойчивы.



6. Расчет количества фильтрационных и атмосферных вод полигона

В процессе деструкции органического вещества отходов, уплотнения влажных отбросов и других процессов в теле полигона образуется фильтрат, который, при скоплении в чаше полигона, может привести к ожижению нижних слоев отходов, что изменит их физические и прочностные характеристики и повлияет на устойчивость сооружения в целом. Кроме того, гидростатическое давление фильтрата на защитный экран может привести к изменению его противофильтрационных свойств.

Для отвода фильтрата в основании полигона устаивается дренаж из дырчатых труб. Уловленные воды отводятся в колодец-отстойник.

Суточное количество фильтрата с полигона определяем по формуле:

где - коэффициент, учитывающий влагопоглощающую и испарительную способность ТБО (для полигонов, устроенных по высотной схеме k = 0,1);

- суммарное количество атмосферных осадков, выпадающих на поверхность осадков, м³/год, определяем по формуле:

где - площадь участка складирования, с которого образуется сток,

h - региональная норма осадков, h = 0,711 м/год;

м³/год

- суммарное годовое количество прочих вод, распределяемых по поверхности отходов (стоки от мойки мусоровозов и контейнеров, фильтрат и пр.), принимаем

=0 м³/год;

- число персонала, принимаем =14 чел.

Определяем суточное количество фильтрата с полигона:

м³/сут

Кроме фильтрата, на полигоне образуются хозяйственно-бытовые стоки в количестве 25 л/сут на одного человека, которые совместно с фильтратом собираются в колодце-отстойнике.

Фильтрат можно подавать на поверхность полигона, что ускорит процесс его стабилизации и предотвратит самовозгорание в летний период. Для этого в колодце-отстойнике монтируется насос, который закачивает дренажные воды в перфорированные трубы, через которые производится орошение складируемых отходов из расчета 30 м³/сут на 1 га в течение теплых месяцев.

Излишки фильтрата возможно либо локально очищать непосредственно на полигоне, либо вывозить ассенизационной машиной на городские очистные сооружения.

Для отвода потока незагрязненных атмосферных и талых вод с участка и предотвращения подтопления полигона устраивается нагорная канава (кольцевой канал), которая рассчитывается на расход 1 %-й обеспеченности паводка с прилегающей водосборной площади.

Годовое количество отводимых атмосферных осадков, м³/год, определяем по формуле:

Q_дожд = 10•К •h_{макс.сут}• F_вс,



где h_{макс.сут} = 64 мм/сут

F_вс = 50•F₁ = 50•67500=3375000 м²=337,5 га

Q_дожд = 10•0,1•64•337,5 = 21600 м³/сут

Q_час = Q_дожд/2 = 21600/2=10800 м³/ч

Q_сек = Q_час /3,6 = 3000 л/с

Сечение канала для отвода атмосферных осадков находим по [6] при Q= 3000 л/с h/b = 1,1 и V=1,08 м/c b=1600 мм; i= 0,0005



7. Расчет потенциальной газоносной способности полигона

В толще складированных на полигоне отходов под воздействием микрофлоры идет биотермический анаэробный процесс распада органических составляющих. Конечным продуктом этого процесса является биогаз, основную массу которого составляют метан и диоксид углерода. Наряду с названными основными компонентами, биогаз содержит пары воды, сероводород, аммиак, оксид углерода, оксиды азота и ряд других примесей, вредных для здоровья человека. В зависимости от уровня его выброса и степени разбавления воздухом, биогаз может оказывать токсическое воздействие на живые организмы. При выходе в атмосферу биогаз вытесняет воздух, содержащийся в верхних слоях отходов. В результате у большинства растений, особенно культурных, возникают задержки роста, вплоть до их гибели. Таким образом отвод биогаза на полигонах целесообразен с точки зрения экологии и обеспечения взрывобезопасности объектов.

При максимально благоприятных условиях для жизнедеятельности метанобразующих бактерий из каждой тонны отходов образуется до 6 м³ сырого биогаза, выделяющего теплоту до 18900 - 25100 кДж/м³. Установлено, что характер процессов разложения ТБО в толще полигона, скорость их протекания, количество образующегося на разных стадиях биогаза, его состав и продолжительность выделения зависят от множества факторов, главными из которых являются:

- климатические и геологические условия месторасположения полигона;

- морфологический и химический состав завезенных на полигон отходов;

- условия складирования отходов (площадь, объем, глубина полигона);

- влажность, плотность, реакция рН, температура в толще полигона.

Процесс разложения ТБО в начальный период обычно носит кислый характер. Он наблюдается в верхних слоях отходов и протекает в аэробных условиях за счет кислорода, содержащегося в пустотах и проникающего из атмосферы. В дальнейшем, по мере естественного и механического уплотнения отходов, усиливаются анаэробные процессы разложения с постоянным образованием биогаза. Затем, если не нарушаются условия складирования ТБО, стабилизируется процесс анаэробного разложения отходов с постоянным по объему выделением биогаза, фактически одного газового состава. Характерным признаком наступления этой фазы является наличие более 50 % метана в пробах биогаза. Продолжительность периода образования биогаза составляет 10 --30 лет.

Фактически количество биогаза в зависимости от состава и условий складируемых отходов принимается в пределах 2 - 5 м³/т в год. Максимальный его выход наблюдается на 5 - 10 год от начала эксплуатации.

Зная удельный выход биогаза и количество ТБО, завезенных на полигон, определяем максимальный годовой объем выделившегося биогаза по формуле:

V = q • E,

где q - удельный выход биогаза, q = 2 м³/т;

Е -- количество завозимых на полигон отходов, Е = 2734340 ? 0,240 = 656241600 кг = 656,2 т

V = 2 • 656,2 = 1312,4 м³/год

Затем определяем суточный и секундный объем выделившегося биогаза (V_сут = 3,6 м³/сут, V_сек = 0,4?10^-4 м³/с).

Количественный выход, т/год, при средней плотности 1,248 кг/м³ определяем по формуле:



М = 1,248 • V = 1,248 • 1312,4 = 1638 кг/год = 1,638 т/год.

Валовые выбросы вредных веществ определяются с учетом среднего коэффициента неравномерности образования биогаза в теплое и холодное время года.

Для исключения скопления биогаза в теле полигона предусмотрен его отвод через сеть дегазационных колодцев (рис. 3).

Рис. 2 Схема сбора и утилизации биогаза: 1 - покрытие; 2 - вентиль; 3 - культурный слой; 4 - глубина промерзания; 5 - песок; 6 - глина; 7 - коллектор; 8 - гибкий рукав; 9 - бетонное кольцо; 10 - перфорированная труба; 11 - гравий, 12 - буровая скважина; 13 - уровень фильтрата; 14 - тройник; 15 - насадка

Колодцы устанавливаются в центре каждой чаши (по 4 штуки) полигона захоронения отходов. За основу конструкции приняты сборные железобетонные колодцы диаметром 1500 мм по ТП 3.900-3.87.

Первоначально на поверхности защитного экрана устанавливается плита днища ПН - 20 диаметром 2,0 м, затем на ней монтируются кольца КС - 15 на общую высоту первого снизу слоя отходов с учетом изолирующего слоя (2,0 + 0,25 м). Монтаж колец производится без заделки стыков. Фиксация колец в поперечном направлении осуществляется путем засыпки внутренней полости кольца крупным щебнем. Для устройства наружной фильтрующей обсыпки используется инвентарная скользящая опалубка из металлической трубы. Скользящая опалубка устанавливается на плиту днища соосно с кольцами, без прикрепления к плите. Пространство между опалубкой и кольцами колодца заполняется фильтрующей обсыпкой. После укладки каждого слоя уплотненных отходов конструкции колодцев наращивают на высоту следующего слоя. На такую же высоту поднимается кольцо скользящей опалубки с засыпкой внешней полости фильтрующим материалом. Перед укладкой промежуточных изоляционных слоев в теле отходов укладываются радиальные газопроводы из полиэтиленовых труб диаметром 300 мм с выводом их в дегазационные магистральные (вертикальные) колодцы. Законченный колодец сверху перекрывают шатровой крышей с газовыпуском.

Принцип работы газовыпуска следующий. Разогретый внутри массива отходов до 40 - 50°С биогаз легче воздуха. Из толщи отходов через фильтрующую обсыпку по горизонтальным трубопроводам и неплотности железобетонных колец колодцев он проникает во внутреннюю полость магистральных колодцев, затем по порам внутренней засыпки поднимается вверх и выводится через газовыпуски. В случае неперспективности сбора образующегося биогаза отвод его в атмосферу может осуществляться через дефлекторы.



8. Рекультивация полигона после закрытия

После закрытия и рекультивации полигона участок предполагается использовать под лесопосадки (береза, тополь, клен). Для этого слой изолирующего грунта должен быть толщиной 25 см, период выдержки участка между закрытием полигона и использованием должен быть не менее 1 года, причем необходим полив участка первые 3 года.

Таблица 2 Морфологический состав твердых бытовых отходов полигона для южной климатической зоны, % массы

Компонент	Содержание
Бумага, картон	20-28
Пищевые отходы	35-45
Дерево	1-2
Металл черный	1,5-2
Металл цветной	0,2-0,3
Текстиль	4-7
Кости	1-2
Стекло	3-6
Кожа, резина	1-3
Камни	1-2
Пластмасса	1,5-2,5
Прочее	1-2
Отсев (менее 15 мм)	10-18

Таблица 3 Химический состав твердых бытовых отходов полигона для южной климатической зоны, % массы

Показатель	Содержание
Органическое вещество	56-80
Зольность	20-44
Общий азот	1,2-2,7
Кальций	4-5,7
Углерод	28-39
Фосфор	0,5-0,8
Общий калий	0,5-1,1
Сера	0,2-0,3
pH	5-6,5
Влажность, % общей массы	40-70



9. Утилизация и вторичное использование отходов деревообработки

9.1 Способы получения энергии из древесных отходов

В последние годы во всем мире энергетическое использование древесной биомассы и, в частности, древесных отходов, рассматривается как желанная альтернатива традиционным видам топлива. Это связано с тем, что древесные отходы являются CO₂ -нейтральными, имеют низкое содержание серы, относятся к возобновляемым источникам энергии. Все это привело к тому, что технологии получения энергии из древесных отходов в последние годы развиваются и совершенствуются. Основными технологиями являются: Сжигание, Быстрый пиролиз и Газификация.

Сжигание древесных отходов базируется на нескольких методах сжигания, в том числе:

· Прямое сжигание,

· Сжигание в кипящем/циркулирующем слое,

· Газификация/Сжигание газов во вторичной камере сгорания,

· Сжигание пылевидного топлива.

Прямое сжигание происходит в топках с горизонтальной, конусообразной, наклонной или подвижной колосниковой решеткой. Данный метод используется в водогрейных котлах и печах малой мощности (менее 20 МВт) для сжигания древесного топлива, в том числе с высокой влажностью: кусковых и длинномерных отходов, щепы, коры, опилок, топливных брикетов и гранул и т.д. Для автоматизированного сжигания измельченных отходов также используются трубчатые горелки со шнековой подачей. Обычное использование тепла - для сушки древесины в сушильных камерах, в водогрейных котлах для обогрева производственных и/или жилых помещений. Для выработки электрической энергии отходы сжигаются в паровом котле с последующим использованием пара в паровой турбине. Эта технология имеет низкий электрический к.п.д. порядка 8-13% (для мини-ТЭЦ мощностью 600-1000 кВт), который повышается благодаря использованию более совершенных методов сжигания, таких как сжигание в кипящем/циркулирующем слое или сжигание пылевидного древесного топлива. Однако эти методы используются в электростанциях мощностью не менее 5 МВт, строительство которых требует больших капитальных затрат. Недостатком этого метода является низкая эффективность и высокий уровень эмиссии отходов горения в дымовых газах.

Сжигание в кипящем/циркулирующем слое позволяет достичь большей эффективности и экономичности за счет почти 100%-го сгорания топлива при меньшем уровне эмиссии отходов горения по сравнению с прямым сжиганием. При использовании данного метода измельченное древесное топливо подается в «кипящий» слой, созданный путем продувания воздуха или газа через слой инертного материала, например, песка. Количество инертного материала существенно больше количества топлива, поэтому процесс горения протекает стабильно с высокой эффективностью. В зависимости от скорости продувки частицы инертного слоя остаются в нем или же выносятся из слоя вместе с продуктами горения и собираются с помощью циклонов, после чего возвращаются в кипящий слой (метод циркулирующего слоя). Метод сжигания в кипящем слое используется в коммерческих или муниципальных котельных и ТЭЦ в диапазоне мощностей от 5 до 600 МВт для получения электрической и тепловой энергии. Дополнительным достоинством данного метода является возможность сжигания различных видов топлива (всего до 70 видов), включая низкосортный уголь, торф, твердые бытовые отходы, отходы ЦБК и т.д

Газификация/Сжигание газов во вторичной камере сгорания (газогенераторная топка) представляет собой двухэтапный процесс. На первом этапе топливо подается шнековым питателем на наклонную решетку в первичной камере (предтопке), где оно нагревается до такой температуры, при которой происходит процесс газификации. Перегретый и смешанный со вторичным воздухом древесный газ сгорает во вторичной камере практически без остатка. Продукты сгорания используются в котле или печи для получения горячей воды, пара или воздуха. В когенерационном режиме пар может использоваться в паровой турбине для получения электроэнергии. Диапазон мощностей систем сжигания такого рода от 150 кВт до 30 МВт. Недостаток - высокая стоимость. Сжигание пылевидного топлива осуществляется с помощью специальных горелок, предназначенных для сжигания древесной пыли, образующейся в процессе производства или в результате измельчения древесных отходов в пыль. Весь процесс от исходных древесных отходов, измельчения в пыль с влажностью порядка 8%, подачи и сжигания пыли - полностью автоматизирован. Получение энергии с использованием только древесной пыли используется достаточно редко; обычно это топливо используется в котельных или ТЭЦ, работающих на пылевидном угле и/или торфе. Стоимость комплектного оборудования для сжигания древесной пыли также высока.

Быстрый пиролиз

Быстрый пиролиз представляет собой процесс, при котором сухие (<10% влажности), измельченные в порошок древесные отходы, включая опилки, кору и т.д., быстро нагреваются в кипящем слое инертного материала внутри реактора до температуры 450 - 500 °С при отсутствии воздуха.

Продуктами пиролиза являются частицы древесного угля, неконденсирующийся газ, конденсирующиеся пары и аэрозоли. Частицы древесного угля отделяются в циклоне, а летучие вещества подвергаются быстрому охлаждению, в результате которого образуется жидкость - синтетическое жидкое топливо (пиротопливо), поступающее в накопительный резервуар.

Пиролизный газ сжигается в горелке реактора, однако, этого тепла недостаточно для поддержания процесса. Поэтому требуется дополнительный источник тепла, например, природный газ. Основной продукт пиролиза - синтетическое жидкое топливо (пиротопливо) - имеет калорийность, составляющую примерно 55% от калорийности дизельного топлива. Используется путем сжигания в газотурбинных установках (ГТУ) или дизельных двигателях. Несмотря на высокую эффективность и удобство использования жидкого синтетического топлива, отсутствие отходов, пиролиз только недавно вышел из стадии исследований и опытных разработок (максимальная производительность действующей пилотной установки составляет 10 тонн в сутки), что обусловливает высокую стоимость используемого оборудования.

Газификация

Газификация представляет собой процесс высокотемпературного превращения древесины (и других видов биомассы, а также угля и торфа) при нормальном или повышенном давлении в газ, называемый древесным или генераторным газом, а также небольшое количество золы, в специальных реакторах (газогенераторах) с ограниченным доступом воздуха или кислорода.

Генераторный газ имеет температуру 300 - 600 °С и состоит из горючих газов (CO, H₂, CH₄), инертных газов (CO₂ и N₂), паров воды, твердых примесей и пиролизных смол. Из 1 кг древесной щепы получают около 2.5 Нм3 газа с теплотой сгорания 900 - 1200 Ккал/Нм3. Эффективность газификации достигает 85-90%. Благодаря этому, а также удобству применения газа, газификация является более эффективным и чистым процессом, чем сжигание.

Наиболее подходящей технологией получения электро- и тепловой энергии из древесных отходов для малых и средних предприятий, а также небольших городов и поселков, использующих котельные на жидком топливе, является процесс газификации в Газогенераторах древесных отходов в составе Газогенераторных электростанций и Газогенераторных тепловых станций.



9.2 Использование древесных отходов в строительстве

Технический прогресс коснулся главным образом механизированного производства столярных и древесно-волокнистых плит, деревобетона (арболита), древесностружечных плит, щитов и др., из отходов практически любых размеров. Такие плиты и многие другие изделия анизотропны по свойствам, не коробятся, не усыхают и как полуфабрикат используются при производстве красивых фанерованных дверей, встроенной мебели, облицовочных панелей, перегородок, теплоизоляционных изделий и деталей, стеновых блоков и панелей (из арболита), паркета и кровли и т. п. И, тем не менее, на многих лесосеках и заводах продолжает скапливаться огромное количество отходов.

Из кусковых отходов лесопиления и деревообработки могут быть изготовлены клееные панели, щиты и плиты, щитовый паркет, дверные коробки, кровельная и штукатурная дрань, кровельная плитка и гонт, заготовки для столярного производства, арболит и стеновые блоки и панели из него, древесноволокнистые и древесно-стружечные плиты и др. Они с успехом заменяют деловую древесину. Среди них особой известностью в строительстве пользуются древесно-волокнистые плиты, которые являются современным строительным и отделочным материалом. Для их получения разработаны специальные технологические линии на заводах и комбинатах строительных материалов. Особо ценные сорта плит используют для отделки стен, перегородок, дверных проемов, встроенной мебели, для облицовки кухонной мебели и других элементов в жилых, общественных и промышленных зданиях. Плиты для декоративных целей обрабатывают с получением необходимой окраски их поверхности, тиснения и пр.

Опилкобетон

Из опилок и стружек материалы и изделия изготавливают либо на основе вяжущих веществ (опилкобетон, ксилолит, термиз, термопорит, гипсопилочные блоки и др.), либо без применения специальных вяжущих (лигноуглеводные пластики, вибролит и др.).

При изготовлении опилочных конгломератов с введением в них вяжущих веществ, кроме опилок вносятся в смесь песок, гравий, минерализаторы (жидкое стекло, известковое молоко, раствор фтористого натрия и др.). Опилки используются не только свежие, но и лежалые. В качестве вяжущих -- цемент, известь, гипс, каустический магнезит и др. Так, например, для приготовления ксилолитовой смеси при производстве плит (для устройства полов) используют каустический магнезит, затворяемый на водном растворе хлористого магния. В полуторном или двойном количестве (по общему) по отношению к магнезиту добавляются в смесь опилки влажностью не более 8%, а при необходимости получения жесткого покрытия (а не пластичного) вносится еще небольшая часть кварцевого песка. В так называемые твердые опилочные плиты в качестве связующего вносятся аммиак, смолы или смесь смолы с аммиаком, а при производстве листового тырсолита толщиной от 1,5 до 8 мм используют карбамидную смолу с примесью отвердителя (контакта Петрова).

Наиболее ответственный режим на стадии горячего прессования ведется при давлении 1... 5 МПа и температуре 160... 170С с последующим охлаждением плит пресса до 20°С. Имеет значение порода исходной древесной смеси. Для этих пластиков пригодны ель, лиственница, сосна, береза и осина. Готовые изделия (пластики) используют в качестве конструкционно-отделочного материала; они покрываются в технологический период облицовочным шпоном. Сходными в производстве являются пьезотермопластики -- плитный или плиточный материал, изготовляемый при высоких давлениях и температуре из древесных отходов, особенно опилок, без добавления связующих веществ.

Фибролит

Из коры и сучьев получают материалы и изделия на основе вводимых вяжущих или без их применения. Так, например, с применением гипсового вяжущего предложено получать королит. С этой целью подсушенная, измельченная и просеянная кора загружается в смеситель, заливается растворами антисептика (например, оксидифенил натрия) и ингибитора (например, казеина, буры, мездрового клея). Смесь объединяется с гипсовым вяжущим веществом, перемешивается до однородного состояния и в формах уплотняется при давлени. Королит применяют как утеплитель полов и стен. Вместо гипса используют портландцемент и цементно-песчаный раствор.

Среди других изделий с применением коры и сучков с добавлением или без добавления связующих следует отметить изоляционные плиты, плиты из цельной коры, сучкоблоки и др. В изоляционных плитах пресс-масса из измельченной коры ели, гидрофобизатора и антипирена обрабатывается связующим в виде сульфитной барды (отхода производства целлюлозы по сульфитному способу) с последующим формованием и горячим прессованием плит.

Арболит

Кроме рассмотренных выше материалов и изделий из древесных отходов имеется большое количество освоенных промышленностью и широко применяемых традиционных органических теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов. Они получаются с применением растительного сырья и отходов лесного и сельского хозяйства. Среди них древесно-стружечные плиты, древесно-волокнистые плиты, фибролит, арболит, камышитовые плиты, торфяные плиты и др.

Материалы и изделия с применением отходов древесины, часть которых была указана выше, являются, как правило, типичными представителями строительных конгломератов, получаемых на искусственных или естественных (лигнин, полисахариды) связующих веществах. Несомненно, что при оптимальных структурах они обладают комплексом наилучших показателей свойств, поэтому их состав следует определять с учетом ранее изложенных общих закономерностей. Вместе с тем на их примере очевидна некоторая условность границы при разделении строительных материалов на искусственные и естественные, тем более с конгломератным типом структуры. [11]

Древесно--стружечные плиты (ДСП). Наиболее распространенным в России мебельным материалом являются древесно--стружечные плиты, которые изготавливаются из отходов лесопиления, деревообработки и фанерного производства. В качестве связующих веществ используются при горячем прессовании плит преимущественно карбамидоформальдегидные смолы. Производство ДСП зародилось в конце 1930-х годов прошлого века в Германии и Швейцарии -- странах, бедных собственными лесными ресурсами и поэтому особенно заинтересованных в максимальном использовании древесных отходов. Из ДСП изготовляют конструкционные элементы мебели, стенки и полки шкафов, боковые и горизонтальные поверхности столов, столешницы.

Древесно--волокнистые плиты ДВП -- листовой материал, изготовляемый в процессе горячего прессования массы из древесных волокон, сформированных в виде ковра. Эти волокна получают путем пропарки и размола древесного сырья. Они представляют собой отдельные клетки тканей, их обрывки или группы клеток древесины. Сырьем служат отходы лесопиления и деревообработки, технологическая щепа и дровяная древесина. Для улучшения эксплуатационных свойств в массу добавляют упрочняющие вещества (например, синтетические смолы), парафин, церезин, антисептики и др. Формирование ковра может осуществляться в водной среде с получением плит односторонней гладкости (мокрый способ производства) или в воздушной среде с получением плит двусторонней гладкости (сухой способ). [9]

ЭДНП - экологически чистые дешевые древесно-наполненные пластмассы на основе отходов древесины и полимеров, способны заменить широко используемые в мебельном производстве и жилищном строительстве древесностружечные и древесноволокнистые плиты (ДСП, ДВП, МДФ), применение которых вредно для человека из-за постоянного выделения токсичных веществ - свободного формальдегида и фенола. Продукция: Из ЭДНП могут быть получены изделия широкой номенклатуры в зависимости от способа промышленной переработки- прессования и экструзии. Плитные изделия:

простая или филенчатая отделочная мебельная доска;

столешницы, подоконник и другие плиты;

дверные полотна;

облицовка, элементы строительных конструкций;

опалубка.

Исходным материалом для получения ЭДНП служат древесные опилки, стружка, стебли тростника, бамбука, шелуха риса и другие отходы древесно-растительного происхождения, а в качестве полимерного связующего применяются термопласты (полиэтилен, полипропилен) и их отходы. [12]

9.3 Производство топливных брикетов

Получение готовой продукции из древесины сопряжено с огромными потерями, которые принято называть отходами. Типичная лесопилка превращает около 60% древесины в доски, при этом 12% уходит в отпил, 6%-концевые обрезки и 22% - горбыль и обрезки кромок. Объем интересующего нас сырья (отпила и стружки) на этапе деревообработки достигает 12% от исходного сырья. Одним из основных направлений утилизации древесных отходов является их использование для получения тепловой и электрической энергии. Технологии переработки опилок и древесных отходов способны сделать деревообрабатывающее производство безотходным и экологически чистым. Переработка древесных отходов в топливные брикеты решает многие проблемы, связанные со вторичной переработкой отходов древесины в процессе производства.

Брикеты - спрессованные изделия цилиндрической, прямоугольной или любой другой формы, их длина обычно 100 - 300 мм не должна превышать в пять раз их диаметр, который является большим, чем 25 мм, а обычно 60 - 75 мм.

Схема мини-завода [10] для производства топливных брикетов из древесных отходов представлена на рис.7. На схеме показан набор оборудования, необходимый для организации производства топливных брикетов из кусковых древесных отходов. Оборудование мини-завода смонтировано в контейнерах, что делает возможным перемещение мини-завода с одного места работы на другое без существенных денежных и временных затрат.

Рис.3 Схема мини-завода для производства биотоплива из древесных отходов или торфа (один из вариантов). 1 - Контейнер 10 - Топливный бункер теплогенератора 2 - Транспортер 11 - Топочное устройство теплогенератора 3 - Рубительная машина 12 - Камера дожига теплогенератора 4 - Автоматизированный склад 13 - Смесительная камера теплогенератора 5 - Транспортер 14 - Бункер-накопитель сушильного агрегата 6 - Дробилка 15 - Сушильный агрегат 7 - Вентилятор пневмотранспорта 16 - Материалопровод 8 - Материалопровод 17 - Бункер-дозатор брикетировочного пресса 9 - Циклон 18 - Брикетировочный пресс 19 - Линия охлаждения готовой продукции 20 - Устройство фасовки готовой продукции 21 - Мешок 10 - 30 кг 22 - Главный шкаф управления

...