Проектирование системы удаления биогаза (дегазация полигонов). Пример расчета.
Газ, образующийся на полигоне (свалочный газ), входит в одну из ключевых групп продуктов, являющихся результатом биологического разложения органической фракции отходов, складируемых на полигоне. В течение жизненного цикла определенного объема отходов на полигоне (т.е. контролируемого объема с технической точки зрения), происходящие в его теле процессы разложения переходят от аэробной к анаэробной стадии. Переходу от аэробного к анаэробному разложению, сопровождающемуся образованием свалочного газа. Характерной чертой свалочного газа, образующегося на полигонах в промышленно развитых странах, является соотношение СН4 к СО2 от 40:60 до 60:40. В процессе эксплуатации полигона часть образующегося в свалочном теле биогаза, по мере его накопления и повышения пластового давления выходит на поверхность полигона. После прекращения эксплуатации полигона и его перекрытия продолжается анаэробное разложение отходов с выделением биогаза. Этот период может составлять около 10 лет. Поэтому необходимо предусмотреть дегазацию полигона. Существует пассивная дегазация (организованный выпуск биогаза в атмосферный воздух) и активная дегазация (путем принудительной его откачки) для последующего использования в энергетических целях.
Для последующего использования биогаза в энергетических целях требуется наличие достаточного количества и стабильного давления. Обычно образование биогаза на полигонах характеризуется непостоянством объема и низким давлением (30…40 мм вод ст). Кроме того, при активной дегазации происходит подсос воздуха, что чревато реальной опасностью взрыва газовоздушной смеси.
Скорость и объем образования газа зависят от характеристик складируемых отходов, а также от специфических условий, преобладающих на полигоне. К ним относятся температура, рН, влагоемкость и размер частиц отходов. Условия в теле полигона могут варьировать с течением времени в зависимости от проектного решения и условий эксплуатации полигона, а также от возраста складируемых отходов. Учитывая, что характеристики отходов и условия полигона существенно варьируют в различных регионах, скорость выделения свалочного газа также колеблется в широком диапазоне. Так по имеющимся оценкам (согласно расчетам или измерениям) общий объем образующегося свалочного газа варьирует от 64 до 440 м3/т складируемых отходов. Годовой объем суммарных газов (СН4 и СО2;) оценивается от 1,19 до 6,8 м3 газ/кг в год складируемых отходов.
В большинстве случаях управление свалочным газом, образующимся на полигонах, включает:
· Предотвращение миграции газа на прилегающие участки земельных угодий и сооружения, находящиеся на территории полигона;
· Пассивная вентиляция газа через систему изоляции полигона;
По этому, при выполнении окончательной рекультивации полигона перед созданием верхнего полупроницаемого экрана необходимо предусмотреть устройство дренажной системы для сбора и удаления биогаза в атмосферу через специальные вертикальные выпуски. Для предотвращения произвольной миграции газа создаются зоны высокой проницаемости в теле полигона, которые самостоятельно заполняются газом. Это обычно обеспечивается путем устройства проницаемого слоя для вентиляции газа и системы сбора газа в окончательном (верхнем) покрытии (рис.3.20.).
Рис 3.20. Вентиляционный слой и вертикальные вытяжные трубы.
Для пассивного выпуска газа в атмосферу вентиляционный слой имеет вытяжные отверстия с трубами, проникающими сквозь верхнее покрытие.
Как правило, одна поверхностная вентиляционная труба устанавливается на площади 4000 м2 при предположительно свободном движении газа и высокой проницаемости слоев, на площади 1000 м2 при затрудненном продвижении газа к коллекторам.
Окончательный выбор числа газовых скважин и их размещение определяется рядом факторов, наиболее важными из которых являются:
- вид, состав и объем отходов;
- метод депонирования, уплотнения;
- высота (глубина) участка;
- геометрия участка;
- покрытие участка.
Радиус утилизации между газовыми скважинами определяется по зависимости:
R = (Еф-Vг)/πxγхНхq)0,5 , где
Еф – фактическая вместимость полигона, м3;
Vг- объем минерального грунта, м3;
γ – объемный вес свалочного грунта;
Н – высота складирования ТБО, м;
q – общий объем образования биогаза на полигоне, q=64-440 м3/т
Для нашего случая: Еф=3297193 м3 Vг=527551 м3 γ=0,8 т/м3 Нпл=24,6 м qср=100 м3/т
Определим радиус утилизации газовой скважины:
R= [(3297193-527551)/(3,14´0,8´24,6´100)]0,5= 21,2 м
Расстояние между газовыми скважинами (с учетом перекрытия) принимаем 40 м.
Схема размещения газовых скважин по площади полигона приведена на рис. 3.21
Рис. 3.21. Схема размещения газовых скважин по площади полигона