RU2730310C1 - Method of solid municipal wastes polygon degassing - Google Patents
Method of solid municipal wastes polygon degassing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2730310C1 RU2730310C1 RU2020101982A RU2020101982A RU2730310C1 RU 2730310 C1 RU2730310 C1 RU 2730310C1 RU 2020101982 A RU2020101982 A RU 2020101982A RU 2020101982 A RU2020101982 A RU 2020101982A RU 2730310 C1 RU2730310 C1 RU 2730310C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- meters
- drains
- landfill
- waste
- distance
- Prior art date
Links
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 24
- 238000007872 degassing Methods 0.000 title claims description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims abstract 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 5
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 17
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 11
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 8
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 6
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 6
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 5
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 5
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 2
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 2
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 239000010787 construction and demolition waste Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000004746 geotextile Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B09B1/00—Dumping solid waste
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к сооружениям, улучшающим качество жизнедеятельности населения путем ликвидации негативного влияния полигонов твердых коммунальных отходов (ТКО) на окружающую среду. Способ предусматривает устройство газовой ловушки внутри свалочного тела, которая представляет собой совокупность вертикальных и горизонтальных дрен, увязанных между собой по определенному алгоритму. Данная ловушка обеспечивает максимальный сбор (до 95%) свалочного газа (биогаза) на действующем полигоне ТКО без укрытия верхней (постоянно растущей) части «пирамиды» отходов непроницаемой геомембраной и, соответственно, подходит для устройства на действующих полигонах.The invention relates to structures that improve the quality of life of the population by eliminating the negative impact of solid municipal waste (MSW) landfills on the environment. The method provides for the device of a gas trap inside the landfill body, which is a set of vertical and horizontal drains, linked together according to a certain algorithm. This trap provides the maximum collection (up to 95%) of landfill gas (biogas) at the existing MSW landfill without covering the upper (constantly growing) part of the waste “pyramid” with an impermeable geomembrane and, accordingly, is suitable for installation at existing landfills.
Из уровня техники известен способ отбора биогаза путем бурения и обустройства вертикальных скважин с минимальным расстоянием (для обеспечения движения техники) между устьями - 40 метров. Сбор биогаза производится через перфорированные отверстия, сделанные в обсадной колонне каждой скважины, и собирается в единый газосборный коллектор с последующей его транспортировкой на утилизационное (факел) или перерабатывающее (например, газопоршневая электростанция) оборудование.From the prior art, a method is known for sampling biogas by drilling and arranging vertical wells with a minimum distance (to ensure the movement of equipment) between the mouths - 40 meters. Biogas is collected through perforated holes made in the casing of each well, and is collected into a single gas-collecting collector with its subsequent transportation to utilization (flare) or processing (for example, a gas piston power plant) equipment.
Недостатком данного способа является отсутствие возможности устройства системы на действующем полигоне без необходимости регулярного наращивания оголовков скважин в зависимости от увеличения роста «пирамиды» отходов. Также, при незакрытой непроницаемой геомембраной поверхности полигона такая система при минимально-допустимом расстоянии (Технологический регламент получения биогаза с полигонов твердых бытовых отходов, АКХ им. К.Д. Памфилова, 1989 г.) между скважинами способна перехватить менее 60% восходящих потоков биогаза. При этом, слишком частая установка вертикальных скважин будет препятствовать работе техники при складировании и уплотнении отходов.The disadvantage of this method is the lack of the possibility of arranging the system on the existing landfill without the need for regular build-up of well heads, depending on the increase in the growth of the waste "pyramid". Also, with an uncovered impermeable geomembrane surface of the landfill, such a system with a minimum permissible distance (Technological regulations for obtaining biogas from solid waste landfills, AKH named after K.D. Pamfilov, 1989) between wells is able to intercept less than 60% of the ascending biogas flows. At the same time, too frequent installation of vertical wells will impede the operation of equipment during storage and compaction of waste.
Увеличение производительности вертикальных скважин при существенном уменьшении их количества (увеличения расстояния между ними) предлагается в системах, где к вертикальным колодцам примыкают горизонтальные трубки или дренажные траншеи заполненные крупно-фракционным материалом, цель которых увеличить охват дренированием свалочного тела (патент России №2198745, 02.20.2003 г., патент России №2242299, 20.12.2004). Горизонтальные трубки присоединяются к вертикальным колодцам ярусами, по мере роста «пирамиды» отходов. При реализации данного способа, несмотря на уменьшение необходимого количества вертикальных скважин, все равно остается необходимость их постоянного наращивания в процессе увеличения объема отходов и сохраняется локальное препятствование работе тяжелой технике, которая планирует поверхность полигона и производит уплотнение отходов. Кроме того, из-за постоянных просадок свалочного грунта, вследствие сбраживания и уменьшения объемов органических отходов, могут нарушаться соединения горизонтальных дрен с вертикальными колодцами, что существенно снижает степень охвата объема свалки дренированием.An increase in the productivity of vertical wells with a significant decrease in their number (an increase in the distance between them) is proposed in systems where horizontal pipes or drainage trenches filled with coarse-grained material are adjacent to vertical wells, the purpose of which is to increase the drainage coverage of the landfill body (Russian patent No. 2198745, 02.20. 2003, patent of Russia No. 2242299, 20.12.2004). Horizontal pipes are connected to vertical wells in tiers as the waste pyramid grows. When implementing this method, despite a decrease in the required number of vertical wells, there is still a need to constantly build them up in the process of increasing the volume of waste and local obstruction of the work of heavy equipment remains, which plans the surface of the landfill and compresses the waste. In addition, due to constant subsidence of landfill soil, due to fermentation and a decrease in the volume of organic waste, the connections of horizontal drains with vertical wells can be disrupted, which significantly reduces the degree of coverage of the landfill by drainage.
Влияние просадок свалочного грунта на нарушение целостности соединения горизонтальных дрен с вертикальными колодцами было решено путем устройства горизонтальных труб в основании полигона (патент России №2320426, В09В 1/00, В09В 3/00 27.03.2008). При такой схеме газ собирается системой вертикальных скважин, а транспортируется до магистрального коллектора и утилизационного оборудования по системе горизонтальных дрен. Решив проблему с надежностью системы, авторы снова вернулись к проблеме размещения большого количества вертикальных скважин в теле полигона для получения нужного охвата дренированием, что, как уже отмечалось выше, сильно осложняет использования системы в период складирования отходов.The influence of subsidence of landfill soil on the violation of the integrity of the connection of horizontal drains with vertical wells was solved by installing horizontal pipes at the base of the landfill (Russian patent No. 2320426, В09В 1/00, В09В 3/00 27.03.2008). With such a scheme, gas is collected by a system of vertical wells and transported to the main reservoir and utilization equipment via a system of horizontal drains. Having solved the problem with the reliability of the system, the authors again returned to the problem of placing a large number of vertical wells in the body of the landfill to obtain the required drainage coverage, which, as noted above, greatly complicates the use of the system during the waste storage period.
В патенте США 10279382, 07.05.2019 предлагается поэтапная система организации системы сбора биогаза. На ранней стадии формирования «пирамиды» полигона на дно карт укладываются горизонтальные перфорированные дрены, которые собирают и отводят биогаз, выделяемый первыми слоями отходов. После полного заполнения полигона устанавливают классическую систему вертикальных скважин и перекрывают поверхность непроницаемым для газа материалом. Недостатком такого способа является слишком большой пространственно-временной разрыв между двумя системами сбора биогаза, приводящий к тому, что горизонтальные скважины на дне карт со временем оказываются в зоне повышенной концентрации углекислого газа, который тяжелее воздуха и оседает в нижней части свалочного тела. В итоге, значительно снижается концентрация метана в общем потоке биогаза, что накладывает ограничения по использованию оборудования для его обработки или утилизации.In US patent 10279382, 07.05.2019, a phased system for organizing a biogas collection system is proposed. At the early stage of the formation of the "pyramid" of the landfill, horizontal perforated drains are laid on the bottom of the maps, which collect and remove the biogas released by the first layers of waste. After complete filling of the landfill, a classical system of vertical wells is installed and the surface is covered with a gas-impermeable material. The disadvantage of this method is a too large spatio-temporal gap between the two biogas collection systems, leading to the fact that horizontal wells at the bottom of the cards eventually find themselves in a zone of increased concentration of carbon dioxide, which is heavier than air and settles in the lower part of the landfill body. As a result, the concentration of methane in the total biogas flow is significantly reduced, which imposes restrictions on the use of equipment for its processing or utilization.
Известны способы, когда вертикальные скважины полностью заменяют на горизонтальные дрены, выполненные из пластиковой гофрированной (патент России №2127608, 20.03.1999, патент России №2325240, 27.05.2008, патент России №132004, 27.11.2012, патент США №8864413, 21.10.2014) или стальной (патент России №2258535, 20.08.2005) перфорированной трубы. Недостатком в первом случае является низкая сопротивляемость пластикового трубопровода статическим (давление верхних многотонных слоев отходов) и динамическим (движение тяжелой техники) нагрузкам, а во втором - быстрое коррозионное разрушение стальных труб в агрессивной среде. В обоих способах горизонтальные дренажные трубы предлагается укладывать в траншеи и обсыпать по периметру гранулированным материалом для создания фильтра, задерживающего крупные частицы мусора и грунта, которые могут засорить коллектор. Данное решение имеет временный характер, так как при частых и глубоких просадках из-за сбраживания и уменьшения объема органической части отходов значительная часть гранулированного фильтра может провалиться в нижние слои отходов.There are known methods when vertical wells are completely replaced by horizontal drains made of plastic corrugated (Russian patent No. 2127608, 03/20/1999, Russian patent No. 2325240, 05/27/2008, Russian patent No. 132004, 11/27/2012, US patent No. 8864413, 21.10 .2014) or steel (Russian patent No. 2258535, 20.08.2005) perforated pipe. The disadvantage in the first case is the low resistance of the plastic pipeline to static (pressure of the upper multi-ton layers of waste) and dynamic (movement of heavy equipment) loads, and in the second - the rapid corrosion destruction of steel pipes in an aggressive environment. In both methods, horizontal drainage pipes are proposed to be laid in trenches and sprinkled around the perimeter with granular material to create a filter that retains large particles of debris and soil that can clog the collector. This solution is of a temporary nature, since with frequent and deep subsidence due to fermentation and a decrease in the volume of the organic part of the waste, a significant part of the granular filter can fall into the lower layers of the waste.
Известен способ стимулирования дегазации полигона захоронения отходов (патент России №2696886, В09 В1/00, 19.03.2019), суть которого заключается в погружении в тело полигона большого количества гибких вертикальных скважин, которые на поверхности увязываются между собой газосборными горизонтальными гибкими дренами, транспортирующими собранный газ к системе его утилизации. Данный способ используется в голландской технологии Multriwell (https://www.multriwell.com/).There is a known method of stimulating degassing of a waste disposal site (Russian patent No. 2696886, B09 B1 / 00, 03/19/2019), the essence of which is to immerse a large number of flexible vertical wells into the landfill body, which are connected on the surface by gas-collecting horizontal flexible drains transporting the collected gas to the system of its utilization. This method is used in the Dutch Multriwell technology (https://www.multriwell.com/).
У данного метода есть четыре недостатка. Во-первых, установка вертикальных гибких скважин производится путем прокалывания стальным «Стичером» толщи отходов, который одновременно устанавливает скважину. Содержание в свалочном массиве крупных частей отходов строительства и сноса может затруднить установку, на что указывают сами авторы технологии, решая задачу дополнительным лидерным бурением, что обуславливает привлечение дополнительной тяжелой специальной техники для решения поставленной задачи и увеличивает объем работ.Во-вторых, гибкие вертикальные дрены легко деформируются в процессе смещения свалочных масс, что приводит к существенному уменьшению их пропускной способности. В третьих, вертикальные дрены погружаются преимущественно на одну и ту же глубину, что не позволяет регулировать отключение части системы, которая оказалась в зоне скопления тяжелого газа (диоксида углерода). В итоге происходит утяжеление биогазовой смеси, что затрудняет транспортировку метана до поверхности. В четвертых, установка вертикальных и горизонтальных дрен на действующем полигоне требует подготовки поверхности для обеспечения работы буровой и погружающей машин, а также перекрытия всей площади полигона после установки скважин газонепроницаемой мембраной. После завершения складирования, в процессе рекультивации полигона весь процесс установки системы необходимо повторить заново для верхних слоев отходов, что утяжеляет экономику проекта.This method has four disadvantages. First, the installation of vertical flexible wells is performed by piercing the stratum of waste with a steel Sticher, which simultaneously sets the well. The content of large parts of construction and demolition waste in the landfill can complicate the installation, as indicated by the authors of the technology themselves, solving the problem by additional leader drilling, which causes the attraction of additional heavy special equipment to solve the problem and increases the volume of work. Secondly, flexible vertical drains are easily deformed in the process of displacement of landfill masses, which leads to a significant decrease in their throughput. Thirdly, vertical drains are submerged mainly to the same depth, which does not allow regulating the shutdown of the part of the system that is in the zone of accumulation of heavy gas (carbon dioxide). As a result, the biogas mixture becomes heavier, which makes it difficult to transport methane to the surface. Fourthly, the installation of vertical and horizontal drains at the existing landfill requires surface preparation to ensure the operation of the drilling and submersible machines, as well as the overlap of the entire landfill area after the installation of the wells with a gas-tight membrane. After the completion of storage, in the process of reclamation of the landfill, the entire process of installing the system must be repeated anew for the upper layers of waste, which makes the economics of the project heavier.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в снижении вредного воздействия полигона ТКО на окружающую среду за счет отведения из толщи отходов биогаза системой перфорированных кольцевых дрен, которые располагаются на откосах пирамиды на разных уровнях (фиг. 1).The technical result of the proposed invention is to reduce the harmful impact of the MSW landfill on the environment due to the removal of biogas from the waste mass by a system of perforated ring drains, which are located on the slopes of the pyramid at different levels (Fig. 1).
На фиг. 2 представлен разрез части пирамиды отходов с одним уровнем расположения кольцевых дрен. Горизонтальные дрены 2 изготавливаются из полиэтилена повышенной огнестойкости и укладываются по периметру пирамиды отходов 1 примерно в 2-4 метрах от края откоса и прижимается газопроницаемым грунтом 3. Такой способ укладки делает давление свалочного грунта на трубу пренебрежительно низким, что позволяет существенно снизить вероятность ее деформации во время эксплуатации и не предъявляет требования к повышенной кольцевой жесткости трубы.FIG. 2 shows a section of a part of a waste pyramid with one level of ring drains.
На фиг. 3 представлен фрагмент горизонтальной перфорированной дрены. Перфорация 4 горизонтальных дрен выполняется по периметру трубы 2 таким образом, чтобы на одной орбите располагалось не более четырех отверстий для сохранения кольцевой жесткости. Расстояние между двумя отверстиями на одной продольной оси колеблется от 0.5 до 2 метров, в зависимости от объема отводимого газа и диаметра трубы. Перфорированные трубы зашиваются в прочный тканый геотекстиль 5, характеризующийся высокой проницаемостью для газа и низкой проницаемостью для крупных механических примесей с размером фракций более 1 мм.FIG. 3 shows a fragment of a horizontal perforated drain. Perforation of 4 horizontal drains is performed along the perimeter of
Кольца дрен укладываются в несколько ярусов, по мере роста «пирамиды» отходов и независимо друг от друга подключаются к утилизационной установке через коллектор, на которой может производиться индивидуальное отключение от общей системы любого из ярусов. Такой способ укладки и подключения к утилизационному оборудованию позволяет контролировать вертикальное положение зоны максимальной концентрации метана и снизить в общем потоке избыточную долю диоксида углерода, утяжеляющего биогазовую смесь и тормозящего выход метана на поверхность.Drain rings are stacked in several tiers, as the waste "pyramid" grows and independently of each other are connected to the utilization unit through a collector, where any of the tiers can be individually disconnected from the general system. This method of laying and connecting to the utilization equipment allows you to control the vertical position of the zone of maximum methane concentration and to reduce the excess share of carbon dioxide in the total flow, which makes the biogas mixture heavier and inhibits the release of methane to the surface.
Наличие зоны максимальной концентрации метана по вертикали было установлено экспериментальным путем на ряде действующих полигонов ТКО. Было пробурено несколько глубинных скважин, в которых через каждый метр проходки производилось измерение концентрации метана и диоксида углерода. Результаты обработки замеров показали, что первые несколько метров проходки происходит постепенный рост концентрации метана, а уже после 4-6 метров глубины начинается ее довольно резкое снижение (фиг. 4). В среднем, рабочая зона отдающая максимальное количество метана располагается в диапазоне глубин 3-5 метров.The presence of a zone of maximum vertical methane concentration was established experimentally at a number of operating MSW landfills. Several deep wells were drilled, in which methane and carbon dioxide concentrations were measured every meter of penetration. The results of processing measurements showed that the first few meters of penetration there is a gradual increase in the concentration of methane, and after 4-6 meters of depth, its rather sharp decrease begins (Fig. 4). On average, the working area that gives off the maximum amount of methane is located in the depth range of 3-5 meters.
Непрерывный рост пирамиды отходов в процессе эксплуатации полигона, а также неравномерное выделение биогаза влияет на плавающее положение контакта, который постоянно меняет отметку своего положения. В результате этого дрены, установленные ниже отметки контакта, начинают затягивать большое количество диоксида углерода, что негативно сказывается на работе утилизационного оборудования. Многоярусная система с возможностью отключения отдельных дрен позволяет контролировать максимальную концентрацию метана в общем потоке биогаза.The continuous growth of the waste pyramid during the operation of the landfill, as well as the uneven release of biogas, affects the floating position of the contact, which constantly changes its mark. As a result, drains installed below the contact mark begin to draw in large amounts of carbon dioxide, which negatively affects the operation of the recovery equipment. A multi-tiered system with the ability to turn off individual drains allows you to control the maximum methane concentration in the total biogas flow.
Параметры системы сбора газа, диаметр труб, длина, расстояние между дренами в плане и по вертикали, определяются индивидуально для каждого полигона по результатам полевых исследований и газодинамического моделирования.The parameters of the gas collection system, pipe diameter, length, distance between drains in plan and vertical, are determined individually for each landfill based on the results of field research and gas-dynamic modeling.
Газодинамические расчеты можно проводить с использованием сертифицированных трехмерных симуляторов, используемых для моделирования движения флюидов и газов в пористых средах при разработке нефтяных и газовых месторождений. В основе симулятора лежат законы сохранения массы и движения (закон Дарси), а также уравнения состояния пластовых флюидов (газов). Система дифференциальных уравнений с помощью численных методов преобразуются в конечно-разностную систему алгебраических уравнений, при которой решение ищется не во всех точках, а лишь в узлах (ячейках) сетки модели.Gas dynamic calculations can be performed using certified 3D simulators used to simulate the movement of fluids and gases in porous media in the development of oil and gas fields. The simulator is based on the laws of conservation of mass and motion (Darcy's law), as well as the equations of state of formation fluids (gases). The system of differential equations using numerical methods is transformed into a finite-difference system of algebraic equations, in which the solution is not sought at all points, but only at the nodes (cells) of the model grid.
В процессе моделирования создаются цифровые двойники полигонов с воспроизведением процессов и особенностей образования и миграции биогаза, которые использовались для проведения численных экспериментов по обоснованию оптимальных параметров будущей системы дегазации.In the process of modeling, digital twins of landfills are created with the reproduction of the processes and features of the formation and migration of biogas, which were used to conduct numerical experiments to substantiate the optimal parameters of the future degassing system.
Перед тем как проводить численные эксперименты, построенные газодинамические модели должны быть настроены на результаты полевых газогеохимических исследований, в рамках проведения которых определялся фактический выход компонентов биогаза через открытую поверхность полигонов. Настройка модели осуществляется путем подбора проницаемости свалочного грунта, т.е. его способности проводить газ. Критерием качественной настройки является совпадение суточного выхода биогаза в каждой точке замера. На фиг. 5 представлен пример результатов настройки трехмерной газодинамической модели на результаты полевых замеров дебитов газа.Before carrying out numerical experiments, the constructed gas-dynamic models should be adjusted to the results of field gas-geochemical studies, within the framework of which the actual output of biogas components through the open surface of the landfills was determined. The model is adjusted by selecting the permeability of the landfill soil, i.e. its ability to conduct gas. The criterion for quality adjustment is the coincidence of the daily biogas output at each measurement point. FIG. 5 shows an example of the results of tuning a three-dimensional gas-dynamic model to the results of field measurements of gas flow rates.
После настройки модели и определения проницаемости грунта проводятся многовариантные расчеты по поиску оптимального расположения кольцевых дрен относительно друг друга.After setting up the model and determining the permeability of the soil, multivariate calculations are carried out to find the optimal location of the ring drains relative to each other.
Анализ результатов проведенных аналогичных расчетов на ряде действующих полигонов показал, что оптимальное расстояние между кольцевыми дренами в плане (горизонтальное направление) может варьировать в диапазоне от 20 до 50 метров -конкретная величина зависит от проницаемости и степени неоднородности свалочного тела и устанавливается индивидуально по результатам газогеохимических исследований и моделирования. В разрезе (вертикальное направление) расстояние между ярусами колец зависит от угла откоса и расстояние в плане: диапазон значений 5-15 метров.Analysis of the results of similar calculations carried out on a number of operating landfills showed that the optimal distance between the ring drains in the plan (horizontal direction) can vary in the range from 20 to 50 meters - the specific value depends on the permeability and degree of heterogeneity of the landfill body and is set individually based on the results of gas geochemical studies and modeling. In the section (vertical direction), the distance between the tiers of the rings depends on the slope angle and the distance in the plan: the range of values is 5-15 meters.
При установке первого яруса кольца на действующем полигоне, заполненном более чем на 50% от проектного объема, для более активного вовлечения в процесс дренирования нижних слоев отходов под кольцевую дрену устанавливается батарея вертикальных перфорированных мини-скважин, газодинамически связанных с кольцевой дреной через седловую муфту-тройник (Фиг. 6). Длина скважины и расстояние между ними в батареи по данным полевых исследований составляет 3-6 м и 20-50 м, соответственно.When installing the first tier of the ring on the existing landfill, filled more than 50% of the design volume, for more active involvement of the lower layers of waste in the drainage process, a battery of vertical perforated mini-wells is installed under the ring drain, gas-dynamically connected to the ring drain through a saddle tee coupling (Fig. 6). The length of the well and the distance between them in the batteries, according to field research data, is 3-6 m and 20-50 m, respectively.
Вертикальные мини-скважины (Фиг. 6) устанавливаются в два этапа:Vertical mini-wells (Fig. 6) are installed in two stages:
- установка металлической перфорированной обсадной трубы с шурупным наконечником 6;- installation of a metal perforated casing pipe with a
- установка пластиковой перфорированной трубы 7 с седловой муфтой-тройником 8. Металлические перфорированные обсадные трубы диаметром 100 мм имеют- installation of a plastic
заостренный наконечник шурупного типа, что позволяет без проблем погружать ее на необходимую глубину установкой для вкручивания винтовых свай, установленную на небольшую самоходную машину. Такой способ позволяет производить установку вертикальных скважин без предварительного лидерного бурения.a pointed screw-type tip, which allows it to be easily immersed to the required depth with an installation for screwing in screw piles, installed on a small self-propelled machine. This method allows the installation of vertical wells without preliminary leader drilling.
На втором этапе в металлические обсадные трубы погружаются пластиковые перфорированные трубки диаметром 60 мм, на которые, посредством электросварных соединений, надеваются седловые муфты-тройники. В эти муфты укладываются горизонтальные перфорированные дрены, в которые через специальные нижние отверстия заводятся перфорированные пластиковые трубы-вставки для подачи свалочного газа.At the second stage, plastic perforated pipes with a diameter of 60 mm are immersed in metal casing pipes, onto which saddle tee couplings are put on by means of electrowelded joints. Horizontal perforated drains are laid in these couplings, into which perforated plastic pipes-inserts are inserted through special lower holes for supplying landfill gas.
Такая конструкция позволит сохранить вертикальные скважины в период сильных смещений и просадок грунтов (деформация пластиковой трубы), а также после исчезновения металлической обсадной трубы в результате коррозии металла в агрессивной среде свалочного тела.Such a design will allow maintaining vertical wells during the period of strong displacements and subsidence of the soil (deformation of the plastic pipe), as well as after the disappearance of the metal casing as a result of metal corrosion in the aggressive environment of the landfill body.
Газодинамические расчеты показали, что в случае превышения расстояния между сторонами кольца первого яруса 120 метров и высоте «пирамиды» накопленных отходов более 10 метров целесообразно устанавливать на этом же уровне поперечные горизонтальные дрены с вертикальными мини-скважинами (фиг. 7).Gas-dynamic calculations showed that if the distance between the sides of the first tier ring exceeds 120 meters and the height of the accumulated waste “pyramid” exceeds 10 meters, it is advisable to install transverse horizontal drains with vertical mini-wells at the same level (Fig. 7).
Горизонтальные поперечные дрены берут на себя временную нагрузку по отбору биогаза, на время, пока:Horizontal transverse drains take on the temporary load of biogas extraction, for a time until:
- кольцевые дрены не перекроются слоем мусора, а откосы в их районе не будут перекрыты временной непроницаемой для газа геомембраной до кольцевой дрены следующего уровня.- ring drains will not be overlapped by a layer of debris, and the slopes in their area will not be blocked by a temporary gas-impermeable geomembrane until the next level ring drain.
- не включатся в работу кольцевые дрены следующих уровней.- ring drains of the following levels will not work.
В первом случае перекрытие кольцевой дрены слоем отходов и временной геомембраной по откосам необходимо для минимизации поступления кислорода в перфорированную трубу. В противном случае может образоваться риск получения взрывоопасной смеси. Именно поэтому, поперечные горизонтальные дрены не перфорируются, а присоединенные к ним мини-скважины перфорируются только в нижней части (1-1,5 метра) от забоя. Такая конструкция, при которой отбор производится только вертикальными скважинами, а транспортировка биогаза осуществляется только по горизонтальным дренам, позволит избежать возгораний, пока система не скроется под толщей отходов, блокирующих подтягивание воздуха в трубу.In the first case, overlapping the annular drain with a layer of waste and a temporary geomembrane along the slopes is necessary to minimize the flow of oxygen into the perforated pipe. Otherwise, there may be a risk of an explosive mixture. That is why transverse horizontal drains are not perforated, and the mini-wells attached to them are perforated only in the lower part (1-1.5 meters) from the bottom. Such a design, in which sampling is carried out only by vertical wells, and the transportation of biogas is carried out only along horizontal drains, will avoid fires until the system disappears under a layer of waste, blocking the pulling of air into the pipe.
Несмотря на то, что поперечные дрены располагаются в зоне максимальных статических (давление верхних слоев отходов) и динамических (активного движения тяжелой техники) нагрузок, дополнительные требования к повышенной кольцевой жесткости трубы не предъявляются, так как после роста свалки и установки следующих ярусов, вся нагрузка по отбору биогаза перейдет только на кольцевые дрены. В этом случае даже полная деформация (выход из строя) поперечных дрен на последней стадии эксплуатации полигона не повлияет на снижение объемов добычи биогаза.Despite the fact that the transverse drains are located in the zone of maximum static (pressure of the upper layers of waste) and dynamic (active movement of heavy equipment) loads, additional requirements for increased ring stiffness of the pipe are not imposed, since after the growth of the landfill and the installation of the next tiers, the entire load for biogas sampling, it will switch only to ring drains. In this case, even complete deformation (failure) of the transverse drains at the last stage of the landfill operation will not affect the decrease in biogas production.
Таким образом, формируется надежная система дегазации, которая может подстраиваться под плавающее положение зоны максимальной концентрации метана в свалочном теле, не потеряет своей эффективности в случае деформации отдельных элементов и позволит без нарушения привычного производственного процесса продолжать эффективно складировать твердые коммунальные отходы.Thus, a reliable degassing system is formed, which can adapt to the floating position of the zone of maximum methane concentration in the landfill body, will not lose its effectiveness in the event of deformation of individual elements and will allow the efficient storage of municipal solid waste without disrupting the usual production process.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020101982A RU2730310C1 (en) | 2020-01-17 | 2020-01-17 | Method of solid municipal wastes polygon degassing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020101982A RU2730310C1 (en) | 2020-01-17 | 2020-01-17 | Method of solid municipal wastes polygon degassing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2730310C1 true RU2730310C1 (en) | 2020-08-21 |
Family
ID=72237710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020101982A RU2730310C1 (en) | 2020-01-17 | 2020-01-17 | Method of solid municipal wastes polygon degassing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2730310C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2768023C1 (en) * | 2021-09-13 | 2022-03-23 | Общество с ограниченной ответственностью "ЧелябГазМаш" | Degassing system for solid waste polygons |
| RU2785366C1 (en) * | 2022-07-21 | 2022-12-06 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНВЕСТ СБ" | Method of utilization of landscape solid waste landscape |
| WO2024015546A1 (en) * | 2022-07-14 | 2024-01-18 | Watershed Geosynthetics, LLC | Lateral collection grid for landfill gas and method |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3705851A (en) * | 1971-11-15 | 1972-12-12 | Robert C Brauer | Waste disposal system |
| FR2524351A1 (en) * | 1982-04-06 | 1983-10-07 | Celmetanche | Perforated pipe network to drain dump of compacted domestic waste - collects percolating water and generated gas to protect soil and atmos. |
| SU1113468A1 (en) * | 1983-03-24 | 1984-09-15 | Научно-Исследовательский Институт Водных Проблем И Гидротехники | Drainage system |
| US10145009B2 (en) * | 2017-01-26 | 2018-12-04 | Asm Ip Holding B.V. | Vapor deposition of thin films comprising gold |
| RU2696886C1 (en) * | 2019-03-19 | 2019-08-07 | Павел Владимирович Толмачев | Method of stimulating degassing of landfill |
| CN110355174A (en) * | 2019-07-19 | 2019-10-22 | 广东安元矿业勘察设计有限公司 | The technological improvement of solid waste pyramid heap building technology |
-
2020
- 2020-01-17 RU RU2020101982A patent/RU2730310C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3705851A (en) * | 1971-11-15 | 1972-12-12 | Robert C Brauer | Waste disposal system |
| FR2524351A1 (en) * | 1982-04-06 | 1983-10-07 | Celmetanche | Perforated pipe network to drain dump of compacted domestic waste - collects percolating water and generated gas to protect soil and atmos. |
| SU1113468A1 (en) * | 1983-03-24 | 1984-09-15 | Научно-Исследовательский Институт Водных Проблем И Гидротехники | Drainage system |
| US10145009B2 (en) * | 2017-01-26 | 2018-12-04 | Asm Ip Holding B.V. | Vapor deposition of thin films comprising gold |
| RU2696886C1 (en) * | 2019-03-19 | 2019-08-07 | Павел Владимирович Толмачев | Method of stimulating degassing of landfill |
| CN110355174A (en) * | 2019-07-19 | 2019-10-22 | 广东安元矿业勘察设计有限公司 | The technological improvement of solid waste pyramid heap building technology |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2768023C1 (en) * | 2021-09-13 | 2022-03-23 | Общество с ограниченной ответственностью "ЧелябГазМаш" | Degassing system for solid waste polygons |
| WO2024015546A1 (en) * | 2022-07-14 | 2024-01-18 | Watershed Geosynthetics, LLC | Lateral collection grid for landfill gas and method |
| EP4309813A1 (en) * | 2022-07-14 | 2024-01-24 | Watershed Geosynthetics LLC | Fail-safe waste gas collection system |
| RU2785366C1 (en) * | 2022-07-21 | 2022-12-06 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНВЕСТ СБ" | Method of utilization of landscape solid waste landscape |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2730310C1 (en) | Method of solid municipal wastes polygon degassing | |
| CN113404538B (en) | System and method for sealing carbon dioxide based on coal mine goaf | |
| US6409650B2 (en) | Method for biosolid disposal and methane generation | |
| CN108457285B (en) | Ultra-deep pit-in-pit open type dewatering construction method | |
| US20060178547A9 (en) | Method for biosolid disposal and methane generation | |
| US12077459B2 (en) | Device and method for mud solidification based on electro-osmosis well points cooperating with well-points dewatering | |
| CN110485436A (en) | Engineering slurry and dregs alternating layers backfill pit foundation structure and reconstruction ground based method | |
| CN105401587A (en) | Water descending system for foundation pits through deep wells and shallow wells for composite stratums of large-scale foundation pits and water descending method of water descending system | |
| US8292543B2 (en) | Multi-planar gas recovery bioreactor | |
| CN117985891A (en) | System and method for treating acidic wastewater source of waste pyrite mountain footrill | |
| CN114319455A (en) | Full-coverage sealing, environmental treatment and greening process for large-scale refuse landfill | |
| US6287248B1 (en) | Method for biosolid disposal and methane generation | |
| CN113026719A (en) | Large-area soft soil foundation electroosmosis separation well point dewatering system and reinforcing method thereof | |
| CN111287205A (en) | Deep multi-stage dynamic foundation pit dewatering system and dewatering method thereof | |
| CN115929261A (en) | Marine natural gas hydrate multi-row horizontal well layered mining device and method | |
| RU2696886C1 (en) | Method of stimulating degassing of landfill | |
| RU2740814C1 (en) | Method for collection and removal of biogas from solid municipal waste polygons for further use thereof | |
| CN210086182U (en) | General industrial solid waste storage and disposal site structure | |
| CN202610793U (en) | Vacuum in-situ consolidation treatment device of large-area municipal domestic sludge | |
| CN104707846A (en) | Method for solving urban refuse landfill through building material resource development | |
| CN214530978U (en) | Leachate guide and discharge collection device suitable for irregular landfill | |
| Foose et al. | Scientific and Engineering Parameters in Planning and Development of a Landfill Site in Pennsylvania | |
| RU2198745C2 (en) | Method of sewage gas gathering and withdrawal at grounds of solid household and industrial wastes | |
| CN216841802U (en) | Orthogonal depressurization water storage transverse tunnel system of karst area tunnel | |
| CN217399845U (en) | Novel leachate guide and drainage system for hazardous waste flexible landfill |