Подписка 2017
ОТРАСЛЕВОЙ РЕСУРС
О портале | О журнале | Свежий номер | Подписка | Отзывы | Реклама на портале | Реклама в журнале | English
ПЕРСОНАЛЬНАЯ СТРАНИЦА
Зарегистрированных посетителей: 19897

ЖУРНАЛ ТБО (№1 2017)
Просмотр выпуска
Архив номеров | Подписка

2-й Евразийский Конгресс «Решения для Oтходов Электронного и Электрического Oборудования»

ВейстТэк-2017
НОВОСТИ

ФОРУМ
НА ФОРУМЕ ОБСУЖДАЮТ:
ПОПУЛЯРНЫЕ ТЕМЫ:
Переработка отработанных шин
Просмотров: 3204274
Последнее сообщение: 18.01.2017 17:55


Термохимическая переработка ТБО
Просмотров: 706938
Последнее сообщение: 21.01.2017 13:28


Патентование
Просмотров: 4267
Последнее сообщение: 20.01.2017 12:08


ПЕРЕЙТИ НА ФОРУМ

МЕРОПРИЯТИЯ

КОНТАКТЫ
Адрес редакции: 105066, Москва, Токмаков пер., д. 16, стр. 2

Редакция:
Телефон: +7 (499) 263-29-91
E-mail: red@solidwaste.ru

Отдел подписки:
Прямая линия:
8 (800) 200-11-12
бесплатный звонок из любого региона России
E-mail: podpiska@vedomost.ru

Отдел рекламы:
Прямая линия:
+7 (499) 267-40-10
E-mail: reklama@vedomost.ru

Вопросы работы портала:
E-mail: support@solidwaste.ru

ПОПУЛЯРНЫЕ ЗАПРОСЫ

Бизнес-форум «ЭКО ТЕХНОПАРКИ РОССИИ»

Главная страница / Публикации по проблемам переработки и утилизации отходов и использованию вторичного сырья

"Физико-механические свойства отходов в теле полигона ТБО"


Д. В. Куцый, Ю. Б. Матвеев, к. ф.-м. н., Институт технической теплофизики
Национальной академии наук Украины, ОО «Агентство по возобновляемой энергетике»

В теле полигона, предназначенного для захоронения отходов, реализуются процессы их преобразования, зависящие от морфологического состава, физико-механических и химико-биологических свойств ТБО. Умение прогнозировать и до определенной степени контролировать эти процессы обеспечивает возможность длительной эксплуатации полигона ТБО, а также надежную работу инженерных систем и защитных укрытий.

Значительный интерес для исследований представляют физикомеханические свойства отходов, изменяющиеся под действием различных факторов, наиболее существенный из них – проседание отходов.

В целом процесс проседания можно условно разделить на три стадии – начальную, первичную и вторичную [1]. Начальное проседание обусловлено механическим процессом размещения отходов на участке полигона, предназначенного для захоронения ТБО (далее – полигон ) , с сопутствующим уплотнением ТБО с помощью тяжелой техники. Первичное проседание является следствием самопроизвольного уплотнения отходов под действием собственного веса и продолжается от нескольких дней до нескольких месяцев.

Вторичное проседание обусловлено длительными процессами биологического разложения органических фракций ТБО и свойствами ползучести отходов.
Этот этап продолжается в течение многих лет. Таким образом, ТБО в теле полигона большую часть времени находятся на стадии вторичного проседания.

Для описания вторичного проседания отходов используются математические модели, учитывающие как механические процессы, так и процессы биологического разложения органических фракций отходов в теле полигона.

Такой подход реализован, например, в работе [2]. Данная модель использовалась авторами настоящей статьи для анализа изменения свойств образцов отходов разного возраста, отобранных на разных глубинах на одном из украинских полигонов.

Отбор образцов

Образцы отходов отбирались при бурении 5 экспериментальных скважин тестовой системы сбора биогаза с глубины около 3, 6 и 9 м исследуемого полигона с помощью цилиндрической желонки. Желонка внутренним диаметром 90 мм и высотой 600 мм была изготовлена из стали и имела нижнюю заостренную режущую кромку и прорезь в верхней части для контроля степени заполнения ее внутреннего объема (рис. 1).

В процессе бурения экспериментальных скважин (фото 1) по достижении глубины отбора образца желонка устанавливалась вместо забурника и вдавливалась буровой установкой в отходы с периодическим прокручиванием, обеспечивающим обрезание отходов вокруг желонки. При достижении глубины 0,6 м от начальной глубины вдавливания желонка с образцом поднималась на поверхность, где проводился контроль степени ее заполнения и подрезка нижнего края образца до основания желонки. Затем образец отходов извлекался из желонки в предварительно взвешенную емкость с крышкой и направлялся в лабораторию.

Методика исследований

Исследования в лаборатории включали два последовательных этапа. На первом этапе образцы отходов без предварительной подготовки использовались для определения общей плотности и абсолютной влажности отходов путем взвешивания и высушивания до постоянной массы согласно ГОСТ 5180-84.

Очевидно, что точность этих измерений зависит от процедуры отбора образцов, поэтому в качестве достоверных для последующих расчетов принимались физические свойства, полученные для образцов, полностью удовлетворяющих условиям заполнения желонки при отборе. На основе полученных данных определялась плотность сухих отходов согласно ГОСТ 5180-84.

На втором этапе из высушенных образцов методом квартования отбиралась часть отходов для подготовки аналитических образцов. Отобранная часть отходов растирались в керамической ступе и просеивались сквозь сито с сеткой № 2. Оставшиеся крупные составляющие (пластик, дерево, кости, камни, стекло и др.), за исключением металла, найденного в двух образцах, измельчались до размера не более 2 мм и тщательно перемешивались с просеянной массой. Частицы металла изымались из образца, взвешивались и отбрасывались.

Из каждого подготовленного аналитического образца отбирались навески массой 15 и 10 г в количестве не менее двух навесок для каждого из измерений. Навески массой 15 г использовались для определения плотности сухого твердого вещества отходов пикнометрическим методом согласно ГОСТ 5180-84 (фото 2). Навески массой 10 г использовались сначала для определения массовой доли органического вещества отходов весовым методом согласно ГОСТ 27753.10-88, затем прокаленная масса использовалась для определения плотности сухого твердого неорганического вещества отходов пикнометрическим методом согласно ГОСТ 5180-84.

На основе полученных данных определялась плотность сухого твердого органического вещества отходов. При этом предполагалось, что отходы представляют собой идеальную смесь, компоненты которой не связаны и не взаимодействуют между собой. В таком случае плотность сухого твердого органического вещества смеси может быть рассчитана по формуле:

где ρs – плотность сухого твердого вещества отходов, кг/м3;
ρs.oc – плотность сухого твердого органического вещества отходов, кг/м3;
ρs.nc – плотность сухого твердого неорганического вещества отходов, кг/м3;
X – массовая доля органического вещества в отходах, %.

В действительности отходы представляют собой взаимосвязанную пористую структуру, в которой поры одного вещества могут быть заполнены другим веществом. Полностью разделить отходы на отдельные компоненты на практике достаточно сложно. Предположение об идеальной смеси, обладающей свойством аддитивности, позволяет преодолеть эти сложности, но в то же время может быть источником определенной погрешности.

Результаты исследований

Результаты определения физических свойств отходов представлены в табл. 1. Видно, что присутствует определенный разброс физических свойств отходов, свидетельствующий о гетерогенности тела полигона как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. В процессе детального анализа полученных данных использовалась информация о строении вертикального разреза полигона, накопленная в процессе бурения скважин [3].

Образцы 3-6В и 2-6С, характеризующиеся низкой влажностью и малой долей органического вещества, по-видимому, содержат в своем составе значительную часть супеси от слоя промежуточной пересыпки, которая могла попасть в образец при его отборе. Образцы 3-9В и 1-9С, расположенные в нижней части полигона и имеющие наибольшую влажность и высокую долю органического вещества, перенасыщены фильтратом, который, по-видимому, замедляет процесс разложения органического вещества. Исключив образцы, обладающие индивидуальными свойствами, можно получить зависимости плотности от глубины полигона, представленные на рис. 2.

Видно, что общая плотность отходов с увеличением глубины полигона возрастает от 740 до 1 290 кг/м3, при этом влажность изменяется в диапазоне от 29 до 43 %. Медленнее всего возрастает общая плотность более влажных отходов (см. табл. 1). Плотность сухих отходов и сухого твердого вещества отходов также увеличивается по глубине полигона, что, по-видимому, объясняется уменьшением массовой доли органического вещества в отходах (см. табл. 1).

Возраст отходов с глубиной увеличивается. Разные органические фракции отходов подвержены биоразложению с образованием биогаза и воды с разной скоростью. Наиболее быстро разлагаются отходы с относительно низкой плотностью сухого твердого вещества (например, плотность пищевых отходов – 1 250 кг/м3 [4]). Отходы, разлагающиеся с умеренной и медленной скоростью, обладают относительно высокой плотностью сухого твердого вещества (например, плотность картона и бумаги – 2 000 кг/м3 [4]). При этом плотность сухого неорганического вещества отходов остается практически постоянной и колеблется в узком диапазоне от 2 610 до 2 740 кг/м3 (см. табл. 1). Поэтому с ростом степени разложения органических фракций отходов по глубине плотность сухих отходов и сухого твердого вещества отходов также возрастает. Этот вывод также подтверждает сравнительно низкая плотность образцов 3-9В и 1-9С, которые перенасыщены фильтратом.

Моделирование проседания

Вторичное проседание отходов, учитывающее механические процессы и биологическое разложение органических фракций ТБО по однокомпонентной модели первого порядка, может быть выражено зависимостью [2]:

где ε2– вторичное проседание отходов;
CαεM – коэффициент вторичного механического сжатия;
ρd – плотность сухих отходов, кг/м3;
ρs.oc – плотность сухого твердого органического вещества отходов, кг/м3;
c – массовая доля органического биоразлагаемого вещества отходов;
k – постоянная скорости образования метана, 1/год; t – время, год;
t0M – время окончания первичного проседания отходов, год;
t0B – время начала газообразования или время запаздывания, год.

Массовая доля органического биоразлагаемого вещества отходов с учетом сложного морфологического состава ТБО может быть рассчитана по формуле [2]:

где ci– массовая доля органического биоразлагаемого вещества i-го компонента отходов, %;
fi – содержание i-го компонента в отходах, %.

Подставив уравнение (3) в (2) и заменив постоянную скорости образования метана на постоянные для отдельных компонентов ТБО, получим новое уравнение для расчета вторичного проседания, учитывающее механические процессы и биологическое разложение органических фракций ТБО уже по многокомпонентной модели первого порядка:

где ki– постоянная скорости образования метана i-го компонента отходов, 1/год.

При расчете вторичного проседания отходов по уравнению (4) предполагалось, что все отобранные образцы отходов изначально имели одинаковый морфологический состав и свойства (табл. 2). Для определения общей кривой проседания отходов записывалась система из трех уравнений (4) для каждой глубины полигона с характерными усредненными физическими свойствами отходов (см. табл. 1), которые отличались возрастом или временем разложения t.


Система уравнений решалась численно с помощью итерационного метода. В ходе последовательных приближений определялся возраст отходов, при котором точки проседания отходов на определенной глубине ложились с минимальным отклонением на среднюю кривую, описывающую вторичное проседание отходов.

Параметры механической составляющей уравнения (4) выбирались согласно данным работы [2]. Коэффициент вторичного механического сжатия CαεM использовался для несортированных отходов без предварительной обработки и равнялся 0,1, а время окончания первичного проседания отходов t0M принималось равным 7 дням.

        


Параметры биологической составляющей уравнения (4) выбирались согласно существующим данным, полученным ранее в ходе проведенных исследований для данного полигона и условий Украины (см. табл. 2). Для определения достоверности расчета отходы были условно разделены на две группы по направлениям расположения экспериментальных скважин: восточное и северное. Расчеты для двух направлений проводились отдельно. Время начала газообразования t0B согласно рекомендациям [5] устанавливалось равным 6 мес.

Результаты расчета усредненного вторичного проседания отходов представлены на рис. 3. Они получены для возраста отходов на глубине 3, 6 и 9 м, равного 0,9; 2,1 и 4,4 года в восточном направлении и 1,1; 1,6 и 5,9 года в северном направлении соответственно.
На рис. 3 видно, что отходы в теле полигона на участке исследований в разных направлениях проседают аналогичным образом. Величина первичного и вторичного проседания в течение первого года составляет около 18 %.
Со второго по десятый годы имеет место только вторичное проседание, величина которого составляет дополнительно около 13 %. По каждому отдельному направлению расхождение между точками и кривыми вторичного проседания можно объяснить гетерогенностью отходов, в том числе вариациями возраста отходов. Особенно это видно на рис. 3, б, где отходы имеют относительно большую разность в возрасте, поскольку были отобраны в скважинах, расположенных на картах полигона, которые, по данным космических снимков, эксплуатировались в разное время [3].
Использование результатов

Полученные результаты исследования дают возможность более детально рассматривать нестационарные процессы, протекающие в теле полигона. Один из них – это транспортирование биогаза в процессе его сбора газосборной скважиной. Повышение точности расчета этого процесса позволяет оценивать эффективность сбора, действительное количество собранного биогаза и в результате обоснованно определять технико-экономические показатели проекта сбора биогаза в целом.

При построении математической модели транспортирования и сбора биогаза рекомендуется использовать зависимые переменные. В частности, общая пористость отходов φ, используемая в модели, может быть выражена зависимостью [4]:

Подставив в уравнение (5) действи- тельную пористость отходов φ0 (см. табл. 1) для каждой глубины полигона в двух направлениях расположения экспериментальных скважин и характерное для них вторичное проседание отходов (см. рис. 3), получаем зависимость изменения пористости отходов от времени, показанную на рис. 4.
Видно, что существует большой раз- брос между точками, характеризующими действительную пористость отходов, рассчитанную в ходе исследований на определенной глубине полигона в двух направлениях расположения экспериментальных скважин, и средней кривой изменения пористости, что также подтверждает наличие гетерогенности отходов. Для однородных отходов все точки должны ложиться на общую кривую. Для расчетов рекомендуется использовать средние значения изменения пористости отходов.

Выводы

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что плотность отходов с глубиной увеличивается, а пористость, наоборот, уменьшается, что в основном объясняется процессами биоразложения органических фракций отходов и их механическим проседанием.
Оценка физических свойств отходов и характера их изменения необходима, в частности, для расчета количества биогаза, полученного в результате процессов его образования, транспортирования и сбора и определения техникоэкономических параметров проектов сбора и утилизации биогаза.

Расчет проседания отходов позволяет определить действительную емкость полигона в процессе его эксплуатации, которая превышает физический объем полигона более чем на 30 %. Данные о проседании отходов рекомендуется использовать для оценки параметров работы инженерных систем и защитных укрытий, которые обеспечивают надежную и экологически безопасную работу полигона.

Публикация подготовлена при поддержке Агентства защиты окружающей среды США в рамках проекта «Оценка потенциала сбора метана из твердых бытовых отходов в Украине» по программе «Глобальные Метановые Инициативы» (GMI).

Литература
1. Sowers J. F. Settlement of waste disposal fills: proceedings of 8th International conference on soil mechanics and foundation engineering / International Society of Soil Mechanics and Foundation Engineers. – Moscow, 1973. – P. 207–210.
2. Gourc J.-P., Staub V. J., Conte M. Decoupling MSW settlement into mechanical and biochemical processes – Modeling and validation on large-scale setups // Waste Management. – 2010. – V. 30. Iss. 8–9. – P. 1556–1568.
3. Куцый Д. В. Пространственное распределение давления и температуры вокруг вертикальной биогазовой скважины // Промышленная теплотехника. – 2013. – Т. 35. – № 1. – С. 99–106.
4. Stoltz G., Gourc J.-P., Oxarango L. Characterisation of the physico-mechanical parameters of MSW // Waste Management. – 2010. – V. 30. Iss. 8–9. – P. 1439–1449.
5. МГЭИК. Руководящие принципы национальных инвентаризаций парниковых газов МГЭИК, 2006 г. Т. 5: Отходы. – Хаяма: ИГЕС, 2006.
6. Denafas G,. Zavarauskas K., Martuzevičius D. et al. Seasonal Aspects of Municipal Solid Waste Generation and Composition in East-European Countries with Respect to Waste Management System Development: proceedings Venice 2010, Third International Symposium on Energy from Biomass and Waste / Ed. by R. Cossu et. al. – Cagliary: CISA Publisher, 2010.
7. Исследование газообразования на наиболее больших полигонах ТБО и переход на трехкомпонентную национальную модель расчета выбросов ПГ от свалок ТБО в Украине: Отчет о НИР (заключительный) / ИТТФ НАН Украины; Рук. раб. Матвеев Ю. Б.; № госрегистр. 0112U001577. – Киев, 2012. – 68 с.

Источник: Журнал "Твердые бытовые отходы" №10, 2013
Подписка на журнал

С полными текстами всех статей
вы можете ознакомиться
на страницах журнала



Статьи журнала "Твердые бытовые отходы"
Физико-механические свойства отходов в теле полигона ТБОФизико-механические свойства отходов в теле полигона ТБО
В теле полигона, предназначенного для захоронения отходов, реализуются процессы их преобразования, ...
Преграда полигонному  фильтрату – источнику  загрязнения подземных водПреграда полигонному фильтрату – источнику загрязнения подземных вод
Зарубежный опыт применения полимерных противофильтрационных экранов (ПФЭ) при строительстве и обуст...
Новый уровень в области обращения с отходамиНовый уровень в области обращения с отходами
Политика в области обращения с отходами занимает особое место в структуре экологической политики Р...
Возможности и проблемы сетевых компаний
Сетевые компании в силу природы своей деятельности являются идеальным связующим звеном между различ...
Казахстан: обращение с электронными и электрическими отходамиКазахстан: обращение с электронными и электрическими отходами
Анализ системы обращения с отходами электронного и электрического оборудования показал, что в Каза...
Переработка ПВХ-окон: Экологично и выгодноПереработка ПВХ-окон: Экологично и выгодно
Поливинилхлоридные окна (ПВХ-окна) подкупают современным дизайном, привлекательным соотношением цен...
Механизированная  сортировка – важное звено  в цепи переработки отходовМеханизированная сортировка – важное звено в цепи переработки отходов
Первый шаг, который в состоянии сделать любой регион, любое муниципальное образование, – это миними...
Оптико-механическая сортировка отходов: перспективы использованияОптико-механическая сортировка отходов: перспективы использования
Использование оборудования для автоматической сортировки материалов с системой оптического распозна...



Wasma-2017

КАТАЛОГ ВТОРСЫРЬЯ

ЦЕНЫ НА ВТОРСЫРЬЕ

КАТАЛОГ ПРЕДПРИЯТИЙ
ООО ПКФ"ТрейдАктивРесурс"
Компания ООО ГК "ТрейдАктивРесурс" осуществляет комплексные поставки на российский рынок оборудования и техники для переработки вторичных металлов и твердых бытовых отходов. Целью нашей Ко...

ЗАО "Д-ЭнергоСистема"
предлагаем модульную комбинацию мусороперерабатывающего комплекса (МПК) по глубокой переработке отходов производства и потребления на основе Российского оборудования и технологий.

ООО "Полипластимер"
Переработка отходов пластмасс, для вторичного использования.

ВСЕ ПРЕДПРИЯТИЯ

ПОПУЛЯРНЫЕ ЗАПРОСЫ

СДЕЛАЙ САМ
МЕНЮ ПОРТАЛА "ТВЕРДЫЕ БЫТОВЫЕ ОТХОДЫ"

© 2007-2017 Издательский дом "Отраслевые ведомости".
Вся информация, размещённая на данном сайте, принадлежит ЗАО "Отраслевые ведомости".
Несанкционированное копирование информации без ссылки на источник категорически запрещено
Разработка, поддержка, информационно-технологическое сопровождение — ООО «Отраслевые информационные технологии«

Rambler's Top100
Wed, 25 Jan 2017 04:16:23