3.8. Проектирование нагорных каналов

С целью уменьшения поступления на территорию полигона поверхностного стока со стороны водосбора устраивают нагорные каналы. Длину нагорных каналов принимают из условия защиты территории полигона с нагорной стороны, рис.3.1. Поверхностный сток, собираемый нагорными каналами, отводят в сторону от полигона. В случае благоприятных гидрогеологический условий на территории полигона (неглубокое залегание водопроницаемых горных пород и низкое залегание грунтовых вод) при незначительном загрязнении поверхностного стока, применяют сброс собираемых поверхностных вод нагорным каналом в водопоглощающие колодцы, размещающие в хвостовой части нагорных каналов.

Поперечное сечение нагорного канала принимают трапецеидальной формы (рис. 3.19).

Рис. 3.19. Поперечное сечение нагорного канала

В курсовом проекте ширину канала по дну (в_к) можно принимать равной ширине рабочего органа экскаватора в_к=0,5…1,0 м, и в зависимости от ожидаемого расхода воды. Глубину канала (h_к) определяют расчетным путем. Заложение откосов канала (m) принимают в зависимости от их устойчивости.

При заложении незакрепленных откосов канала m=1,5 отношение =0,61.

Тогда h_к= = =0,98 м.

Уклон дна нагорного канала принимают с учетом рельефа местности, но не менее 0,003.

Для равнинных районов при водосборной площади бассейна  0,5 км² расчетный расход поверхностного стока определяют по формуле:

Q_стока = 0,56 hF,

где h – толщина слоя поверхностного стока при продолжительности ливня 30 мин, h = 24 мм; F – площадь водосборного бассейна, F = 0,2 км²;  - коэффициент расплывания паводка,  = 1;  - коэффициент неравномерности выпадения осадков,  = 1;  - коэффициент озёрности бассейна,  = 0,8.

Q_стока = 0,56240,2110,8 = 2,15 м³/с.

Далее определяют скорость течения воды ( ) в канале и пропускную его способность (Q_к) запроектированного сечения канала (в_к=0,6м, h_к=0,98м и m=1,5), его продольном уклоне i=0,003 и коэффициенте шероховатости n=0,025.

Скорость течения воды , = ,

где - скорость течения воды в канале, м/c; - коэффициент Шези; R – гидравлический радиус, м; у – показатель русла (у= =0,167).

Гидравлический радиус R определяется по формуле:

R= =0.66 м

- площадь живого сечения, м²; - смоченный периметр живого сечения канала, м.

= = 1,66 м/сек

Тогда пропускная способность канала Q_к= =2,029·1,66=3,43 м³/с.

Q_стока = 2,15 м³/с Q_к=3,43 м³/с. Таким образом канал с запроектированным сечением способен отвести расчетный расход стока, равный 2,15 м³/с.

3.9. 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 Н_пл=24,6 м q_ср=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