2015-04-12
1327
Твёрдые бытовые отходы (ТБО) – непригодные для дальнейшего использования пищевые продукты и предметы быта, выбрасываемые человеком.
Наиболее распространенными сооружениями по обезвреживанию ТБО являются полигоны. Современные полигоны ТБО – это комплексные природоохранные сооружения, предназначенные для обезвреживания и захоронения отходов. Полигоны должны обеспечивать защиту от загрязнения отходами атмосферного воздуха, почвы, поверхностных и грунтовых вод, препятствовать распространению грызунов, насекомых и болезнетворных микроорганизмов.
Размеры земельных участков, отводимых под полигон, рассчитываются из условия 0,02…0,05 га на 1000 т ТБО. Теоретическая вместимость полигона на расчетный срок эксплуатации (15…30 лет) определяется по формуле:
VП = (У 1+ У 2) (Н 1+ Н 2) Т К 2/ 4 К 1,
где У 1, У 2 – удельные годовые нормы накопления отходов в первый и последний годы эксплуатации полигона, т/чел.;
Н 1, Н 2 – численность населения, обслуживаемого полигоном, на первый и последний годы эксплуатации, чел.;
|
|
|
Т – расчетный срок эксплуатации полигона, годы;
К 1 – коэффициент уплотнения ТБО, равный отношению плотности ТБО после уплотнения к плотности ТБО, доставляемых мусоровозами на полигон (зависит от массы грунтоуплотняющей машины и толщины изолирующего слоя);
К 2 – коэффициент, учитывающий увеличение объема полигона за счет устройства наружных и внутренних изолирующих слоев (зависит от изолирующего материала – грунта, забираемого из основания полигона, или привозного).
а (при соотношении длины и ширины полигона 2:1; б (при соотношении более 3:1; 1 (подъездная автодорога; 2 (хозяйственная зона; 3 (нагорный канал; 4 (ограждение; 5 (зеленая зона; 6 (кавальер минерального грунта для изоляции слоев ТБО; 7 (участки складирования отходов; I, II, III (очереди эксплуатации
Рисунок 3 – Схема размещения основных сооружений полигона (Хомич, 2002)
Удельная годовая норма накопления ТБО по объёму за 2-й год эксплуатации определяется из условия ежёгодного роста её по объёму на 3 %, то есть У 2 = У 1 + (1,03) Т.
Коэффициент К1, учитывающий уплотнение ТБО в процессе эксплуатации полигона за весь срок Т определяется по таблице с учётом массы бульдозера или катка:
Таблица 22 – Возможные значения коэффициента К1
| Масса бульдозера или катка, т | Полная проектируемая высота полигона, м | К1 |
| 3-6 | 20-30 | 3,0 |
| 12-14 | менее 20 | 3,7 |
| 12-14 | 20-30 | 4,0 |
| 20-22 | 50 и более | 4,5 |
П р и м е ч а н и е. Значения K1 приведены при соблюдении послойного уплотнения ТБО, оседания в течение не менее 5 лет и плотности ТБО в местах сбора P1 = 200 кг/м3.
Коэффициент К2, учитывающий объём изолирующих слоёв грунта, в зависимости от общей высоты, определяется по таблице 23.
|
|
|
Таблица 23 – Возможные значения коэффициента К2
| Высота, м | 5,25 | 7,50 | 9,75 | 12-15 | 16-39 | 40-50 | Более 50 |
| К2 | 1,37 | 1,27 | 1,25 | 1,22 | 1,20 | 1,18 | 1,16 |
Площадь участка складирования ТБО определяется по формуле:
SУ.С. = 3 VП / Н,
где Н – проектируемая высота полигона, м.
Требуемая площадь полигона составит:
S = 1,1 SУ.С. + Sдоп,
где Sдоп – площадь участка хозяйственной зоны и площадки мойки контейнера (в среднем Sдоп = 1,0 га).
Нормируемый размер санитарно-защитной зоны полигона составляет 500 м. Создание полигонов и СЗЗ вокруг них требует отчуждения больших земельных площадей (40…200 га). Полигоны нельзя размещать ближе 15 км от аэропортов. Не допускается размещение полигонов на территории 1-го и 2-го поясов зон санитарной охраны водоисточников, в местах массового отдыха населения и оздоровительных учреждений.
При выборе участка для размещения полигона учитывают гидрологические условия местности. Грунтовые воды на участке полигона должны залегать на глубине более 2 м. Нельзя использовать под полигоны болота, затопляемые территории, районы геологических разломов. Предпочтение отдается участкам залегания водоупорных пород – глин, суглинков.
На количественную характеристику выбросов загрязняющих веществ с полигонов отходов влияет большое количество факторов, среди которых:
– климатические условия;
– рабочая (активная) площадь полигона;
– сроки эксплуатации полигона;
– количество захороненных отходов;
– мощность слоя складированных отходов;
– соотношение количеств завезённых бытовых и промышленных отходов;
– морфологический состав завезённых отходов;
– влажность отходов;
– содержание органической составляющей в отходах;
– содержание жироподобных, углеводоподобных и белковых веществ в органике отходов;
– технология захоронения отходов.
Продуктом анаэробного разложения органической составляющей отходов является биогаз, представляющий собой в основном смесь метана и углекислого газа. Система сбора биогаза состоит из нескольких рядов вертикальных колодцев (газодренажных скважин) или горизонтальных траншей. Последние заполнены песком или щебнем и перфорированными трубами.
Удельный выход биогаза за период его активной стабилизированной генерации при метановом брожении применительно к абсолютно сухому веществу отходов определяется по уравнению:
где Q – удельный выход биогаза за период его активной генерации, кг/кг отходов;
R – содержание органической составляющей в отходах, %;
Ж – содержание жироподобных веществ в органике отходов, %;
У – содержание углеводоподобных веществ в органике отходов, %;
Б – содержание белковых веществ в органике отходов, %.
R, Ж, У и Б определяются анализами забираемых проб отходов.
В реальных условиях отходы содержат определённое количество влаги, которая сама по себе биогаз не генерирует. Следовательно, выход биогаза, отнесённый к единице веса реальных влажных отходов, будет меньше, чем отнесённый к той же единице абсолютно сухих отходов в 10-2 (100 – W) раз, так как в весовой единице влажных отходов абсолютно сухих отходов, генерирующих биогаз, будет всего 10-2 (100 – W) от этой единицы (здесь W – фактическая влажность отходов, %, определённая анализаторами проб отходов).
С учётом вышесказанного уравнение выхода биогаза при метановом брожении реальных влажных отходов принимает вид:
где сомножитель 10-2 (100 – W) учитывает, какова доля абсолютно сухих отходов в общем количестве реальных влажных отходов.
Количественный выход биогаза за год (кг/т отходов в год), отнесённый к одной тонне отходов, определяется по формуле:
,
где tсбр – период полного сбраживания органической части отходов, лет, опрелеляемый по приближённой эмпирической формуле:
|
|
|
где tср.тепл – средняя из среднемесячных температура воздуха в районе полигона твёрдых бытовых и промышленных отходов (ТБО и ПО) за тёплый период года (t > 0), oC;
Tтепл – продолжительность тёплого периода года в районе полигона ТБО и ПО, дни; 10248 и 0,301966 – удельные коэффициенты, учитывающие термическое разложение органики.
Для определения плотности биогаза, кг/м3, применяется формула:
где Сi – концентрация i -го компонента в биогазе, мг/м3.
Используя полученные анализами концентрации компонентов и биогазе и рассчитанную его плотность, определяется весовое процентное содержание этих компонентов в биогазе:
По рассчитанным количественному выходу биогаза за год, отнесённому к 1 тонне отходов и весовым процентым содержаниям компонентов в биогазе определяются удельные массы компонентов, кг/тонн отходов в год, по формуле:
Для расчёта величин выбросов подсчитывается количество активных отходов, стабильно генерирующих биогаз, с учётом того, что период стабильного активного выхода биогаза в среднем составляет 20 лет и что фаза анаэробного стабильного разложения органической составляющей отходов наступает спустя в среднем 2 года после захоронения отходов, то есть отходы, завезённые в последние два года, не входят в число активных.
Таким образом, если полигон функционирует менее 20 лет, то учитываются все отходы, за исключением завезённых в последние 2 года, а если полигон функционирует более 20 лет, то учитываются только отходы, завезённые в последние 20 лет, за исключением отходов, ввезённых в последние 2 года.
Максимальные разовые выбросы i -го компонента биогаза с полигона, г/с, определяются по формуле:
где
где Σ D – количество активных, стабильно генерирующих биогаз отходов, т;
Ттепл – продолжительность тёплого периода года в районе полигона ТБО, дней.
Биогаз образуется неравномерно в зависимости от времени года. При отрицательных температурах процесс «мезофильного сбраживания» (до 55 0С) органической части ТБО и ПО прекращается, происходит т. н. «законсервирование» до наступления более тёплого периода года (tср.мес. > 0 0С).
|
|
|
Приведённая формула для вычисления максимального разового выброса i -го компонента справедлива только в тёплый период года (tср.мес. > 8 0С). При обследовании в более холодное время (0 < tср.мес. ≤ 8 0С), что нецелесообразно хотя бы из-за дополнительных погрешностей измерения, в формуле следует применять повышающий коэффициент неравномерности образования биогаза 1,3.
С учётом коэффициента неравномерности валовые выбросы i -го загрязняющего вещества с полигона, т/год, определяются по формуле:
где а и b – периоды, соотвественно, тёплого и холодного периода года в месяцах (а при tср.мес. > 8 0С, b – при 0 < tср.мес. ≤ 8 0С).
Вопросы для самоконтроля:
1. Что такое твёрдые бытовые отходы?
2. Полигон ТБО и его характеристики.
3. Какие факторы влияют на выбросы загрязняющих веществ с полигонов?
4. Методика расчета выброса биогаза с полигона ТБО и отдельных его компонентов.
