Совершенствование технологии строительства природоохранных объектов (на примере г. Кызыла)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Совершенствование технологии строительства природоохранных объектов (на примере г. Кызыла)

Специальность 05.23.08 - Технология и организация строительства

Кысыыдак Алена Санчайевна

Санкт-Петербург

2007

Работа выполнена на кафедре Технологии строительного производства ГУО ВПО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Верстов Владимир Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Евтюков Сергей Аркадьевич

кандидат технических наук Тимощук Олег Александрович

Ведущая организация: Строительная компания «Подземстройреконструкция»

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Неотъемлемым звеном функционирования города как антропогенной экосистемы является образование отходов жизнедеятельности. Объемы отходов растут из года в год и в значительной мере зависят от размеров города. Например, в г. Кызыле при количестве городского населения более 100 тыс. человек ежегодно образуется около 15тыс.т. твердых бытовых отходов, причем объем этих отходов имеет тенденцию роста. Безопасное удаление и переработка отходов становится одной из важнейших проблем современного общества, от решения которой зависит здоровье людей и экология природной среды, решение вопросов вторичного использования материальных ресурсов и энергосбережения.

В диссертационной работе рассматривается проблема обращения с одним из наиболее распространенных видов отходов - твердыми бытовыми отходами (ТБО). В системе обращения с отходами следует выделить способы, предусматривающие их заводскую переработку (сжигание, компостирование), а также складирование отходов на полигонах ТБО, рациональное для малых и средних городов, расположенных на территориях, на которых могут быть выделены участки для строительства таких полигонов. Актуальной является проблема разработки современных экологически безопасных и экономичных технологий при проектировании, строительстве и эксплуатации полигонов по обезвреживанию твердых бытовых отходов, которые при их сооружении не требуют больших капитальных затрат.

Цель работы заключается в совершенствовании строительно-технологических решений при закрытии инженерно не обустроенных свалок и строительстве современных полигонов твердых бытовых отходов с системами экологической защиты и энерго - ресурсосбережения.

Для достижения указанной цели в работе решены следующие задачи:

обоснована результатами патентных исследований по материалам развитых стран мира перспективность захоронения ТБО в грунтовых котлованах и складках местности;

выполнен экспериментальный цикл исследований по установлению возможности эффективного погружения ударным способом в толщу отходов газосборных труб из полимерных материалов;

изучен морфологический состав ТБО г. Кызыла и дан прогноз возможных объемов биогаза при эксплуатации старой свалки и строительстве нового усовершенствованного полигона ТБО, а также экспериментально исследован химический состав биогаза свалки г. Кызыла;

проведен сравнительный технико-экономический анализ различных строительно-технологических решений по утилизации ТБО (поверхностный полигон, полигон котлованного типа, полигон, расположенный в складках местности, учитывающий специфические условия территории Республики Тыва);

предложена рациональная строительно-технологическая схема возведения полигонов ТБО в складках местности с выполнением комплекса природоохранных и энерго - ресурсосберегающих мероприятий;

для достижения высоких технико-экономических показателей возведения полигонов ТБО исследован комплекс вопросов, обеспечивающих эффективность строительства и эксплуатации полигонов за счет устройства бортовой и донной гидроизоляции, оборудования в толще ТБО специальной системы колодцев и трубопроводов сбора и транспортирования дренажных вод полигона (фильтрата) и биогаза (метана);

обоснована целесообразность при складировании ТБО использования для разделения толщи отходов топочного шлака г. Кызыла вместо песка, подтвержденная исследованиями фильтрационных характеристик шлака;

доказана рациональность применения для интенсификации процессов удаления из толщи ТБО фильтрата и сбора биогаза соответственно эрлифтных водоподъемников вместо погружных насосов и системы вакуумирования, подтверждена рациональность использования для изготовления этих систем полимерных материалов;

разработан «Технологический регламент устройства полигонов ТБО как природоохранного и энергосберегающего комплекса (для условий подобных г. Кызылу)».

Объект исследований. Совершенствование технологии строительства полигонов ТБО (на примере г. Кызыла) как природоохранных объектов.

Методы исследований - анализ литературных источников, патентных материалов, экспериментальное изучение фильтрационных характеристик топочного шлака и его химических свойств, экспериментальные исследования по установлению возможности погружения в толщу ТБО ударным способом полимерных труб разного химического состава, экспериментальные работы по отбору проб биогаза, статистическая обработка результатов.

Научная новизна работы:

проведены патентные исследования за период с 1980 по 2005г по 15 развитым странам мира; выполнена статистическая обработка полученных данных и установлены аналитические зависимости, характеризующие перспективность выбранного направления разработок по теме диссертации;

получены данные по сравнительным технико-экономическим показателям различных технологических решений при строительстве полигонов ТБО;

предложена и обоснована с учетом специфики решаемой проблемы новая строительно-технологическая схема возведения полигонов ТБО в складках местности для условий г. Кызыла и других подобных территорий, подтвержденная патентом на изобретение;

с учетом критериев технологичности и надежности работы выполнен анализ широкого спектра рулонных полимерных и композитных гидроизоляционных материалов для укладки на дно и откосы складки местности, используемой для захоронения ТБО, определены наиболее эффективные виды материалов;

доказано, что вместо песка для разделения толщи ТБО рационально использовать топочный шлак, обоснованность решения подтверждена фильтрационными испытаниями шлака, а также изучением его химического состава, показавшим отсутствие в нем вредностей с концентрацией выше допустимых;

предложены методики расчета параметров работы эрлифтных водоподъемников фильтрата полигона, а также вакуумных систем, интенсифицирующих отбор биогаза из толщи ТБО;

разработан и утвержден «Технологический регламент устройства полигона ТБО как природоохранного и энергосберегающего комплекса (для условий подобных г. Кызылу)», который принят для практической реализации Агентством жилищно-коммунального хозяйства Республики Тыва.

На защиту выносятся:

результаты сравнительного анализа существующих способов обезвреживания ТБО;

динамичность патентования изобретений, определенная методом регрессионного анализа, при котором кривую патентования по годам описывают уравнением криволинейной однопараметрической регрессии;

результаты анализа эффективности использования гидроизоляционных рулонных и природных материалов, а также технологий их применения;

результаты цикла исследований по погружению в толщу отходов полимерных газосборных труб ударным способом;

результаты исследований биогазового потенциала существующей свалки ТБО г. Кызыла;

новая строительно-технологическая схема возведения полигонов ТБО в оврагах и складках местности.

Практическое значение и реализация работы состоят в следующем:

обосновании расширения применения полигонной технологии захоронения ТБО в оврагах и складках местности, целесообразной в предгорных районах;

доказательстве возможности совмещения процессов удаления фильтрата и сбора биогаза из толщи отходов;

в разработке методики расчета параметров работы эрлифтных водоподъемников фильтрата полигона, а также вакуумных систем, интенсифицирующих отбор биогаза из толщи ТБО;

в разработке технологического регламента устройства полигона ТБО как природоохранного и энергосберегающего комплекса (для условий подобных г. Кызылу), принятого к внедрению.

Достоверность результатов исследований подтверждается современными методами исследований и обработки их результатов; экспериментальными данными.

Для обработки данных и оформления материала использовалось современное программное обеспечение: Microsoft Word и Excel, AutoCad 2004.

Апробация и публикация работы. Основные результаты исследований доложены на: 56, 57, 59, 60-ой международных научно-технических конференциях молодых ученых, аспирантов и докторантров (СПбГАСУ, 2003-2006г.); 60, 61, 62-ой научных конференциях профессоров, преподавателей и научных работников (СПбГАСУ, 2003-2005г.); ІІ Всероссийской научно-практической конференции «Процессы, технологии и оборудование для переработки отходов и вторичного сырья. Полигоны по захоронению отходов» (Самара, 2003г.); научно-методической конференции «Проблемы строительства, реконструкции и капитального ремонта зданий и сооружений на железнодорожном транспорте» (ПГУПС, 2003г.); постоянно действующим межвузовском научно-практическом семинаре «Современные направления технологии строительного производства» (ВИТУ, 2004).

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 12 работах автора, в т.ч. одна статья из перечня ВАК. По теме диссертации соискателем совместно с Верстовым В.В. получен патент на изобретение «Способ сбора и отвода биогаза и фильтрата на полигонах твердых бытовых отходов в оврагах и складках местности», приоритет от 08 июля 2003 г., №2242299.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы, включающего 135 наименований, 2 приложений, 22 таблиц, 32 рисунков. Общий объем диссертации составляет 154 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи и методы исследований, научная новизна и практическая ценность работы. Структура выполнения основных этапов работы представлена на рис. 1.

В первой главе дается анализ существующих способов обезвреживания твердых бытовых отходов в отечественной и зарубежной практике. Рассматриваются традиционные способы обезвреживания ТБО, дается их сравнительная оценка. Приводятся основные конструктивно-технологические решения полигонов ТБО с учетом различных инженерно-геологических условий с целью определения технологических преимуществ и недостатков каждого из рассмотренных способов.



Рис.1. Структурная схема выполнения научных исследований.

Основополагающими для диссертационной работы являются работы: Абрамова Н.Ф., Быкова Д.Е., Букреева Е.М., Вайсмана Я.И., Верстова В.В., Вострецова В.В., Гарибиной Т.А., Грибановой Л.П., Глушанковой И.С., Гонопольского А.М., Ендураева Н.Н., Зайнуллина Х.Н., Коминой Г.П., Коротаева В.Н., Лифщица А.Б., Лукина В.М., Мариненко Е.Е., Мирного А.М., Мурашова В.Е., Разнощика В.В.,Семина Е.Г., Федорова Л.Г., Чертес К.Л., Щербиной Е.В., Табасарана О., Реттенбергера Г., Даниеля Д., Киссида Д., Битона Н., Коернера Р. и др. ученых.

Выбор способа обезвреживания ТБО и типа сооружений в конкретном городе зависит от местных условий в первую очередь от морфологического состава и количества отходов и осуществляется на основе обязательного сравнения технико-экономических показателей ряда вариантов с учетом климатических факторов, инженерно-геологических условий, санитарно-эпидемиологической обстановки, а также численности обслуживаемого населения. При этом учитывается экономическая эффективность, рациональное использование земельных участков и возможность выполнения мероприятий по ресурсо-и энергосбережению.

Основные сравнительные технико-экономические показатели наиболее распространенных и используемых способов обезвреживания и переработки ТБО получены в результате анализа сведений из литературных источников (табл. 1.).

Из табл.1. видно, что минимальными капитальными вложениями, эксплуатационными и энергетическими затратами характеризуется способ складирования отходов на полигонах. В связи с тем, что термические способы, т.е. сжигание и компостирование, требуют значительных капитальных затрат, устройства малых захоронений для продуктов сжигания; для получения компоста высокого качества необходимо проведение сложных операций по сортировке поступающих на обработку отходов и контролю за биохимическими процессами их применения полигоны ТБО до сих пор остаются наиболее распространенным способом утилизации отходов.

Поэтому необходимо совершенствовать строительно-технологические решения, которые позволили бы обеспечить снижение загрязнения окружающей среды, уменьшение стоимости и трудоемкости работ при увеличении природоохранных качеств возводимого объекта.

Вторая глава посвящена рассмотрению основ совершенствования строительства полигонов твердых бытовых отходов. Перспективность выбранного направления исследований определена на основе изучения патентных документов.

Сбор патентно-статистических данных проводился за период с 1980 по 2005 гг. При проведении поиска рассматривались технические и технологические решения в реферативных сборниках, бюллетенях изобретений, сети Интернет. Всего было изучено 647 первоисточников (патенты, авторские свидетельства и заявки).

Ведущее положение по числу выданных патентных документов в области захоронения ТБО на полигонах занимает Германия-149 документов из 647, т. е. 23%. Вслед за Германией идут Япония и США соответственно 145 и 70 патентных документов, т.е. 22,4% и 11%.

Тенденции изобретательской активности можно определить на основе изучения динамичности патентования изобретений. Для этого нами использовался метод регрессионного анализа, при котором кривую патентования по годам описывают уравнением криволинейной однопараметрической регрессии в виде экспоненциальной функции:

,

где: - число патентов (авторских свидетельств) за каждый интервал исследуемого периода;

- число патентов, соответствующее году, взятому за начало отсчета;

- основание натурального логарифма;

- показатель динамичности направления (tg угла наклона касательной к кривой динамики патентования);

- временной аргумент.

В полулогарифмической системе координат уравнение регрессии представляет уравнение прямой:

, где

Для практических расчетов показатель динамичности можно определить из следующего выражения:

,

где: - последовательные номера временных интервалов; - число патентов, соответствующих временному интервалу.

Тогда, следуя формулам представленным выше:

; ; ;

Через точки с координатами строим линию регрессии под углом

- угол который, характеризует интенсивность (темп роста) изобретательской активности в области конструктивных и технологических решений по захоронению ТБО на полигонах;

- среднее значение периода, за который выполнен сбор патентно-статистических данных.

На графике (рис.2) представлен темп роста изобретательской активности по решению проблемы захоронения ТБО на полигонах по странам мира

природоохранный экологический полигон отход

Рис.2. Темп роста изобретательской активности по захоронению ТБО на полигонах.

1 - все страны; 2-Германия; 3-Япония; 4-Россия.



Рис.3. Динамика роста патентов за последние 16 лет в области полигонной технологии захоронения ТБО и по видам инженерных систем

Динамика выдачи патентов по всем странам и различным видам работ (гидроизоляционные работы, системы сбора биогаза, системы сбора и удаления фильтрата) за последние 16 лет показана на рис.3..

Установленные зависимости патентования изобретений в развитых странах мира по строительно-технологическим решениям захоронения ТБО на полигонах (поверхностных или в грунтовых котлованах) свидетельствуют о перспективности работ решения проблемы в рассматриваемом направлении.

Результаты экспериментальных исследований морфологического состава ТБО г. Кызыла представлены в табл.2.. Сортировочный анализ проводился на суточном объеме накопления ТБО. По принятой в РФ стандартной классификации при изучении состава ТБО учитывались следующие компоненты: бумага, пищевые отходы, текстиль, кожа, резина, дерево, пластмасса, металл, стекло и др. Группы материалов взвешивались раздельно, полученные результаты, отнесенные к общей массе, суммировались из однотипных фракций. Содержание каждой составной части отходов определялось в процентном соотношении по массе.

Таблица 2. Морфологический состав ТБО г. Кызыла

Изученные нами тенденции роста объемов ТБО г. Кызыла приведены на рис.4.

Рис.4 Тенденции роста объемов ТБО г. Кызыла за 6 лет.

Особенность состава ТБО г. Кызыла характеризуется большим содержанием отходов твердого топлива - топочного угля. Отопительный сезон в г. Кызыле продолжается 7 месяцев, за этот период отходы твердого топлива складируются вместе с ТБО. В связи с этим нами рассмотрена возможность отдельного сбора отходов твердого топлива и применение их в качестве разделяющего (инертного) материала в толще ТБО вместо песка, что является экономически выгодным.

Для обоснования возможности замены песка на шлак изучались фильтрационные и химические характеристики топочного шлака г. Кызыла.

Средний фракционный состав исследуемого топочного шлака: частиц размером, мм: > 10 - 34%; 10 - 14%; 2 - 5 - 14%; 1 - 2 - 10%; 0,5 - 1 - 6%; 0,25 - 0,5 - 9%; 0,1 - 0,25 - 13%; 0 - 0,1 - 1%.

В лабораторных условиях был определен коэффициент фильтрации шлака. Установлено, что по фильтрационным характеристикам шлак можно приравнять к средне и мелкозернистым пескам. По данным экспериментов коэффициент фильтрации шлака Кф = 11,85м/сут. при плотности ? = 740 кг/м3.

Рис.5. Прибор для определения коэффициента фильтрации КФ-1

1-цилиндр со шлаком; 2-нижняя подставка для цилиндра; 3-крышка цилиндра; 4-мерный сосуд Мариотта; 6-пластмассовый сосуд; 7-гайка; 8-подвижная площадка.

Коэффициента фильтрации

, см/с

где -объем профильтровавшейся воды, см3; -площадь прибора, см2; -гидравлический градиент; -продолжительность фильтрации, сек.

Отдельный цикл исследований был посвящен изучению химического состава шлака с целью выявления возможных компонентов вредности для окружающей среды.

Установлено, что химический состав шлака (по массе) характеризуется содержанием следующих компонентов основных оксидов: SiO2 - 17,94%; CaO -7,96%; MgО - 3,78%. Преимуществом исследуемого шлака является незначительное содержание выявленных компонентов вредностей

Стоимость 1 м3 песка в г. Кызыле составляет 24 рубля. Проведенные исследования показали возможность и экономическую целесообразность применения техногенного сырья - шлака вместо природного материала - песка.

В НИИОСП и ОАО «Испат-Кармет» была изучена проблема использования доменных шлаков при строительстве оградительных дамб. После исследований физико-механических свойств шлаков установили, что продолжительность их слеживаемости составляет до 10 лет и более, что подтверждает целесообразность нашего предложения о замене песка на шлак для разделения складируемой толщи ТБО.

Вследствие необходимости выполнения на полигоне ТБО гидроизоляционных работ выполнен анализ широкого спектра геосинтетических рулонных материалов на полимерной и минеральной основе.

В таблице 3 представлены физико-механические показатели геомембран на основе полиэтилена высокого давления, которые мы считаем перспективными для полигонов ТБО г. Кызыла.

Другое направление состоит в использовании гидроизоляционных бентонитовых экранов, выполненных на основе бентонитовой глины. Однако эти изоляционные системы по сравнению с полимерными геомембранами являются более дорогими.

С целью изучения особенностей и скорости погружения полимерных труб (табл. 4.) в толщу ТБО на полигоне проведены экспериментальные исследования, которые показали (рис.6.), что механическая прочность труб из поливинилхлорида и полиэтилена низкого давления позволяет воспринимать ударные нагрузки молота. Трубы из ПВХ по сравнению с трубами из ПНД с точки зрения механической прочности и потерь энергии на внутреннее рассеяние в материале более пригодны для ударного погружения в толщу отходов по сравнению с трубами из ПВД. Исходные данные проведенных экспериментов содержатся в табл.5

Физико-механические характеристики полимерных труб, использованных в опытах при устройстве газосборных скважин



Рис. 6. График изменения скорости погружения полимерных труб в толщу ТБО из разных материалов.

Третья глава посвящена исследованию различных строительно-технологических решений устройства полигонов ТБО для условий г. Кызыла.

Рассмотрены три варианта устройства полигонов. Первый вариант предусматривает поверхностное расположение укладываемых отходов (рис.7.). Днище карты в этом случае сооружается на слое песка.



Рис.7. Вариант поверхностного решения устройства полигонов ТБО.

1-грунтовая обваловка; 2-противофильтрационная завеса; 3-дренаж для щелочного гидролизата (фильтрата); 4-слой инертного материала; 5-толща отходов.

Котлованный тип устройства полигона ТБО (второй вариант) предполагает заглубленное исполнение (рис.8). Преимуществом заглубленного варианта устройства полигона является возможность укладки большего объема ТБО на единице площади полигона и как следствие больший срок его службы и снижение удельных материальных затрат.

Рис.8. Вариант заглубленного устройства (котлованного) полигонов ТБО

1-дренаж; 2-скважина для отбора биогаза; 3-контрольные скважины; 4-противофильтрационная завеса; 5-слои инертного материала; 6-толща ТБО; 7-дренаж для отбора щелочного гидролизата (фильтрата); 8-система водопонижения.

Вариант предусматривает четырехкратную защиту грунтовых вод и окружающих территорий от проникновения в них химических загрязнений: - сбор и удаление фильтрата путем сооружения дренажа в непосредственно под уложенными ТБО;- выполнение днища из водонепроницаемого материала; - возведение противофильтрационной завесы, заглубленной в водоупорный слой, вокруг всей площади полигона;- создание градиента давления, направленного внутрь изолированной зоны за счет искусственного водопонижения.

Третий вариант устройства полигонов ТБО (рис 9), защищенный патентом на изобретение № 2242299, предполагает сооружение хранилищ отходов в естественных складках местности, что для предгорных районов Республики Тыва и других подобных территорий является наиболее рациональным. Преимуществом такого варианта является максимальное использование преимуществ рельефа местности, что сокращает расходы на земляные работы.

Для всех рассмотренных вариантов нами определены сравнительные технико-экономические показатели (табл. 6).

Сравнительные технико-экономические показатели устройства полигонов ТБО

Разработана методика расчета параметров процесса удаления фильтрата эрлифтной установкой, а также интенсификации отбора биогаза вакуумной системой.

В отличие от других водоподъемников (насосы) эрлифтная установка (рис.10) более экономична, проста в монтаже и эксплуатации, не подвержена вредному влиянию химической агрессии. Установку рассчитывают в каждом конкретном случае применительно к характеристике трубчатого колодца и интенсивности поступления фильтрата.

К основным параметрам расчета эрлифта следует отнести коэффициент погружения форсунки , который определяется как отношение глубины погружения форсунки к высоте подъема фильтрата.

Рис.9.Схема устройства полигона ТБО в складках местности новым способом сбора и отвода биогаза и фильтрата

а) разрез вертикального колодца и горизонтальных труб вдоль оврага; б) разрез вертикального поперек оврага, заполненного ТБО; в) разрез вдоль оврага в период заполнения третьего слоя слоя первой карты; г) план устройства вертикальных

1-дно оврага; 2-откосы оврага; 3-гидроизоляция дна; 4-уплотненный водонепроницаемый слой грунта; 5-первое кольцо колодца из полимерного листового материала; 6-днище колодца из полимерного материала; 7-вертикальный колодец для отвода и удаления биогаза и фильтрата; 8-заглушка вертикального колодца; 9-слои ТБО; 10-горизонтальные перфорированные трубы для сбора биогаза и фильтрата; 11-постоянная заглушка на концах горизонтальных дренажных труб; 12-разделяющий слой из инертного материала; 13-наружная изоляция поверхности полигона;14-фильтрат; 15-полимерная труба для транспортирования фильтрата; 16-погружной водоподъемник-эрлифт; 17-газосборник; 18-канава.

Основные зависимости для расчета параметров работы эрлифтной системы

Количество поднятой жидкости на высоту в м3/час;

Коэффициент погружения форсунки ; Количество воздуха для подъема воды, м3/мин; ; Производительность компрессора, м3/мин; ; Пусковое давление, кг/см2; ; Рабочее давление, кг/см2; ; Скорость жидкости у форсунки, м/сек; ; Скорость эмульсии у излива, м/сек; где: - удельный расход воздуха в м3/мин; 60 - переводной коэффициент часовой производительности эрлифта в минуту; -живое сечение водоподъемной трубы, дц2; 10- переводной коэффициент для пересчета в м; 0,1 -переводной коэффициент для пересчета в атм; 1,1- коэффициент изменения производительности компрессора от перемены температуры, влажности, давления атмосферного воздуха и износа.

Рис. 10.Схема работы эрлифтной установки для откачки фильтрата.

1-манометр; 2-воздухопроводная труба от компрессора; 3- труба для подъема фильтрата; 4-сепаратор; 5-форсунка; Н - глубина погружения верха форсунки; h0 - статический уровень; h - динамический уровень; a - высота подъема эмульсии над проектным уровнем отходов.

Для интенсификации процесса выхода биогаза из толщи нами предлагается применить вакуумную систему, примерная схема которой представлена на рис.11.

Основные зависимости для расчета параметров вакуумной системы

Производительность откачки газа, м3/сек; ; Быстрота действия насоса, м3/сек; ; Проводимость трубопроводов, м3/сек; . где: ?pi - заданный перепад давлений между коллектором и откачиваемыми колодцами; Q -поток газа, Па м3/сек.



Рис.11. Схема работы системы для интенсификации отбора биогаза из толщи ТБО на полигоне

1- вакуум насос; 2-7 - сборные колодцы; 8- коллектор; 9- трубопроводы; Ѕн - быстрота действия насоса; Q - поток газа; U - проводимость трубопровода;p - давление; ? - длина трубопровода; ?к - длина коллектора; L - расстояние от колодца до коллектора.

В четвертой главе обобщены результаты исследований, обоснованы рациональные параметры различных технологических операций устройства полигонов твердых бытовых отходов в оврагах и складках местности оценены сравнительные технико-экономические показатели с учетом комплексного решения природоохранных, энергосберегающих и экономических задач.

Одной из основных технологических операций устройства полигонов ТБО в оврагах и складках местности является устройство гидроизоляционной системы дна и склонов оврага. Следующая операция - устройство вертикальных колодцев для совмещенного сбора и удаления фильтрата и биогаза. Колодец сооружают из полимерных перфорированных труб в следующей последовательности. Площадь складки местности по основанию разбивают на рабочие карты (размер карт устанавливают, исходя из ширины и длины оврага, измеряемых по его основанию), затем устраивают в грунте выемки для размещения в них нижней глухой секции трубы вертикального колодца. Верхний торец колодца обустраивают заглушкой, снабженной отверстиями для вертикальных труб фильтрата и биогаза. По мере заполнения карты отходами в стенках колодца монтируют горизонтальные перфорированные трубы газового дренажа. Фильтрат собирается в нижней части колодца и транспортируется на поверхность по полимерному трубопроводу с помощью эрлифта, подсоединенного к компрессорной станции, биогаз собирают газосборником внутри колодца и отводят из него с помощью вакуумной системы.

Технико-экономические показатели эффективности использования разработанной технологии устройства полигонов ТБО определены при сравнении трех вариантов (см. табл. 6). Значения показателей, установленные в настоящем исследовании, обоснованы созданием эффективных гидроизоляционных систем полигона, возможностью получения вторичных энергоресурсов (биогаза), а также заменой песка на топочный шлак при разделении слоев укладываемых ТБО.

Разработан «Технологический регламент устройства полигона ТБО как природоохранного и энергосберегающего комплекса (для условий подобных г. Кызылу)», который утвержден и принят для практической реализации Агентством жилищно-коммунального хозяйства Республики Тыва.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ показал, что складирование отходов на полигонах требует минимальных капитальных вложений, эксплуатационных затрат по сравнению с заводскими технологиями. Необходимость отведения для строительства полигонов ТБО свободных территорий для многих регионов России, в том числе и Тывы вполне возможна.

2. Актуальность и перспективность выбранного направления диссертационной работы установлена на основе патентного исследования за 26 лет по развитым странам мира. Показано, что рост числа патентных документов по строительно-технологическим решениям захоронения отходов на полигонах неизменно увеличивается.

3. Выявлены технологические процессы на полигонах - гидроизоляционные работы, сбор фильтрата и биогаза, которые позволяют с учетом рекомендуемых автором рациональных материалов строить полигоны ТБО, отвечающие выполнению требований по охране окружающей природной среды и получению вторичных энергоресурсов.

4. В результате экспериментальных исследований на существующем полигоне ТБО г. Кызыла (свалке) установлено загрязнение воздушного бассейна биогазом, определен биогазовый потенциал полигона, сформулированы основные экологические и энергосберегающие задачи. Намечены рациональные строительно-технологические мероприятия по закрытию действующей свалки.

5. Выполнено сравнение эффективности строительства и эксплуатации разных вариантов устройства современных полигонов ТБО по критериям экономичности и решению природоохранных и энергосберегающих задач.

6. На основе изучения фильтрационных характеристик и химических свойств топочного шлака г. Кызыла обоснована целесообразность его использования в качестве инертного слоя вместо песка в процессе формирования толщи ТБО.

7. В результате сравнения трех вариантов конструктивно-технологических решений устройства полигонов ТБО для условий г. Кызыла по показателям экономичности и эффективности признан рациональным способ захоронения отходов в складках местности с оборудованием полигона необходимыми инженерными системами.

8. Выполнены экспериментальные исследования возможности погружения полимерных труб в толщу ТБО из разных материалов на существующем полигоне с целью устройства газового дренажа из толщи отходов после закрытия свалки. Установлено, что более пригодны для этой цели трубы из поливинилхлорида.

9. Определены рациональные параметры, обеспечивающие периодическую откачку фильтрата эрлифтными подъемниками из дренажных колодцев, а также постоянный сбор биогаза с использованием вакуумных систем для интенсификации процесса.

10. Обоснована новая конструктивно-технологическая схема возведения полигонов ТБО в оврагах и складках местности с учетом применения современных гидроизоляционных систем, экологически безопасных способов откачки и сбора фильтрата и биогаза. Рассчитана вместимость нового полигона и сделан прогноз количества откачиваемого биогаза.

11. На основе результатов выполненных исследований и производственной апробации отдельных элементов предложенных строительно-технологических решениий разработан «Технологический регламент устройства полигонов ТБО как природоохранного и энергосберегающего комплекса (для условий подобных г. Кызылу)», который принят к внедрению Агенством по ЖКХ Республики Тыва.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Обоснование необходимости повышения экологической безопасности полигона ТБО г. Кызыла с применением современных технологий // Докл. 60-й науч. конф. профессоров, преподавателей, научных работников и аспирантов ун-та. - СПб: СПбГАСУ, 2003. - Ч.I. - С.161-162.

2. Особенности развития строительных технологий захоронения твердых бытовых отходов в грунтовых котлованах // Проблемы строительства, реконструкции и капитального ремонта зданий и сооружений на железнодорожном транспорте / Науч.-метод. конф. - СПб: ПГУПС, 2003. - С.13-15.

3. Технологии полигонного захоронения твердых бытовых отходов и тенденции их развития // Процессы, технологии и оборудование для переработки отходов и вторичного сырья. Полигоны по захоронению отходов / Труды II Всероссийск. науч.-практ. конф. Самара - 2003. - С.57-59.

4. Результаты исследований физико-механических характеристик топочного шлака в качестве инертного материала при устройстве полигонов ТБО в котлованах // Докл. 61-й науч. конф. профессоров, преподавателей, научных работников и аспирантов ун-та. - СПб: СПбГАСУ, 2004. - Ч.I - С.146-147.

5. Обоснование рациональных технологий и материалов для сооружения полигонов твердых бытовых отходов // Современные направления технологии строительного производства. Вып.7 / постоянно действ. межвуз. науч.-практ. семинар: статьи и тез. докл. - СПб:ВИТУ, 2004 - С.101-105.

6. Результаты патентных исследований по обоснованию технологических строительных решений по устройству полигонов твердых бытовых отходов в котлованах // Докл. 56-й междунар. науч.-технич. конф. молодых ученых, аспирантов, докторантов и студентов. - СПб: СПбГАСУ, 2004. - Ч.I. - С.116-119.

7. Технологии гидроизоляционных работ при устройстве полигонов твердых бытовых отходов // Докл. 57-й междунар. науч.-технич. конф. молодых ученых, аспирантов, докторантов и студентов. - СПб: СПбГАСУ, 2004. - Ч.I - С.99-103 (соавтор Пустов Г.А.).

8. Основные направления совершенствования технологии сооружения полигонов твердых бытовых отходов // Технология и организация строительного производства. Межвузовский тематический сборник трудов. / СПб: СПбГАСУ, 2005. - С.16-24 (соавтор Верстов В.В.).

9. Современные материалы и технологии изоляции источников загрязнения окружающей среды // Технология и организация строительного производства. Межвузский тематический сборник трудов. / СПб: СПбГАСУ, 2005. - С.52-58; (соавтор Минчукова М.Е.).

10. Технологические решения гидроизоляционных и энергосберегающих систем при устройстве полигонов твердых бытовых отходов // Научно-исследовательская работа в СПбГАСУ/ сб. докл., СПб 2006, С.15-23; (соавтор Пустов Г.А.).

11. Технология устройства изоляционной системы полигонов твердых бытовых отходов // Строительные материалы. / М. - 2007, № 3. С. 2-4. (из списка ВАК).

12. Патент №2242299 РФ. Способ сбора и отвода биогаза и фильтрата на полигонах твердых бытовых отходов в оврагах и складках местности / Соавтор: Верстов В.В. // Б.И. - 2004. - № 35.

Размещено на Allbest.ru