Проектирование нагорных каналов

С целью уменьшения поступления на территорию полигона поверхностного стока со стороны водосбора устраивают нагорные каналы (рис. 9.1). Длину нагорных каналов принимают из условия защиты территории полигона с нагорной стороны. 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 нагорными каналами в водопоглощающие колодцы, размещающие в хвостовой части нагорных каналов.

Нагорные каналы предназначены для перехвата поверхностных вод, поступающих на территорию полигона с внешнего водосбора. Режим работы нагорных каналов крайне неравномерный: они работают интенсивно во время снеготаяния, в летне-осенний период при выпадении ливней и затяжных дождей. Эти каналы в большей степени, чем другие, подвержены размыву и заилению. Поэтому продольные профили нагорных каналов должны быть плавными, а уклоны должны обеспечивать транзит наносов во взвешенном состоянии (минимальный уклон i=0,0005).

Нагорные каналы выполняют трапецеидального профиля с несимметричным сечением (рис. 9.17): верховой откос делают пологим (в 2–5 раз положи низового) и засеивают травами; заложение низового откоса принимают в зависимости от характера грунта. Глубина нагорных каналов обычно не превышает 1–1,2 м, причем грунт выемки следует размещать только на низовой стороне. Устройство такого обвалования значительно увеличивает площадь живого сечения канала.

В курсовой работе ширину канала по дну (b_к) принимаем равной ширине рабочего органа экскаватора b_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.

Рисунок 9.17. Поперечное сечение нагорного канала:

1–нагорный канал; 2 – обвалование канала.

При заложении незакрепленных откосов канала m₁=1,5 и m₂=3 отношение b_к/h_к=1. Тогда h_к=b_к, м.

Уклоны дна нагорных каналов принимаем с учетом рельефа местности, но не менее 0,0005.

Для равнинных районов при водосборной площади бассейна < 0,5 км² расчетный расход поверхностного стока определяют по формуле [19]:

Q_стока = 0,56·h·F·b·g·s,

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

Далее определяют скорость течения воды ( ) в канале и пропускную его способность (Q_к) запроектированного сечения канала при его продольном уклоне i и коэффициенте шероховатости n=0,025.

Скорость течения воды в канале: , = ,

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= , м,

где – площадь живого сечения, м², ,

где – смоченный периметр живого сечения канала, м, ⁼ , m=(m₁+m₂)/2;

Вычисляем скорость течения воды в канале и пропускную способность канала:

Q_к= , м³/с. Канал с запроектированным сечением должен обеспечить пропуск расчетного расхода стока: Q_стока ≤ Q_к.

9.5. Проектирование системы удаления биогаза (дегазация полигонов)

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;

Поэтому, 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. 9.18.).

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.

Рисунок 9.18. Вентиляционный слой и вертикальные вытяжные трубы

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; конструкция верхнего противофильтрационного экрана полигона.

Радиус утилизации между газовыми скважинами определяется по зависимости:

R =[(Е_ф–V_г)/π•γ₃•Н_пл•q]^0,5 ,м,

где Е_ф – фактическая вместимость полигона, м³; V_г– объем минерального грунта, м³; γ₃ – объемный вес свалочного грунта, γ₃=0,7т/м³; Н_пл – высота складирования ТКО, м; q – общий объем образования биогаза на полигоне, q=64–440 м³/т.

Расстояние между газовыми скважинами (с учетом перекрытия) принимаем Д=2• R, м.

Схема размещения газовых скважин по площади полигона приведена на рисунке 9.19.

Количество скважин определяется из соотношения n=Ф_ус/(π•R²),

где π=3,14; R – радиус утилизации между газовыми скважинами, м.

Рисунок 9.19. Схема размещения газовых скважин по площади полигона