СПОСОБ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ ОРГАНИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD FOR STORAGE AND PROCESSING OF SOLID ORGANIC HOUSEHOLD WASTE AND A SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области жилищно-коммунального хозяйства и может быть использовано для подземного складирования твердых бытовых отходов (ТБО) органического происхождения, с возможностью многократного применения одного резервуара для хранения и переработки нескольких таких партий отходов.
С ростом населения, потребления, развитием промышленности увеличивается и количество отходов, о сборе и переработке которых все чаще поднимаются вопросы в современном обществе. Разные виды отходов (ядохимикаты в жидком виде и в виде порошков; ТБО; отходы от канализации и т.д.) требуют разных технологий  хранения и переработки. Для хранения ТБО органического происхождения и других безопасных для окружающей среды отходов в настоящее время все больше используются подземные резервуары, которые позволяют не только экономить жилое пространство, а также получать различные продукты переработки (биогаз, техническая вода и т.д.), которые могут быть использованы далее в народном хозяйстве.
Известен способ складирования твердых и водонасыщенных отходов (патент РФ №2235610, опубл. 10.09.2004 г.), включающий анализ топогеологических условий и выбор территории под хранилище, разработку котлована с сооружением защитного экрана и дренажного основания по его дну и бортам с последующей разбивкой котлована на отдельные секции разделительными полосами, при этом каждую разделительную полосу формируют путем чередования слоев твердых отходов и дренирующих отходов с распределением крупных фракций последних на ее боковые откосы и одновременно осуществляют отвод газов из каждого дренирующего слоя посредством перфорированных патрубков, соединенных с трубами, установленными у основания этих откосов. Для реализации данного способа используется резервуар для ТБО, представляющий собой углубление, по бокам которого укладывается водонепроницаемый экран. Дренажное основание состоит из песчано-гравийной смеси или щебня, которое имеет связь с водосборными колодцами в низовой части резервуара с последующим ее удалением. Также имеются газоотводящие скважины, подключенные к общему газосборнику.
Данное изобретение позволяет повысить экологическую безопасность при складировании отходов различного происхождения и их обезвреживание, а также  обеспечивает возможность использования отводимых газов в народном хозяйстве. Однако указанное изобретение имеет следующие недостатки: рассмотренная конструкция резервуара рассчитана на захоронение одной партии загруженных отходов и не предусматривает его повторное использование с целью хранения и переработки нескольких партий отходов;  рассмотренный способ не предусматривает переработку первой загруженной порции отходов и освобождение резервуара с целью загрузки, хранения и переработки следующей партии отходов.
Известен способ складирования ТБО на полигонах (http://dopoln.ru/pravo/202889/index.html?page=28, просмотрено 08.09.2017 г.), наиболее часто используемый в настоящее время и принятый за наиболее близкий аналог к заявляемому способу, который заключается в том, что разрабатывают котлован, его дно оборудуют противофильтрационным экраном  из глины и других водонепроницаемых слоев (битумогрунт, латекс) для предотвращения  попадания фильтрата в грунтовые воды, загружают в котлован отходы, покрывают сверху материалом и слоями грунта  и постепенно уплотняют катками, собирают фильтрат с помощью дренажных труб и отводят в резервуар для обезвреживания, отводят биогаз  посредством использования нескольких рядов вертикальных колодцев или горизонтальных траншей. Для реализации указанного способа используют  резервуар для хранения ТБО, принятый за наиболее близкий аналог к резервуару, входящему в заявляемую систему для хранения и переработки ТБО, представляющий собой котлован с установленным на дно противофильтрационным экраном, при этом котлован имеет дренажные трубы для сбора фильтрата, несколько рядов вертикальных колодцев или горизонтальных траншей для сбора биогаза, которые заполнены песком или щебнем и перфорированными трубами.
Рассмотренные способ хранения ТБО и резервуар также предназначены только для хранения и обеззараживания ТБО и не предусматривают переработку ТБО и многократное использование одного и того же резервуара для хранения и переработки нескольких партий отходов.
Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение многократного использования одного резервуара для  хранения и переработки ТБО органического происхождения за счет его выполнения из железобетона, а также обеспечения безопасности дальнейшего использования перегнивших отходов после изъятия их из резервуара.
Технический результат достигается при использовании способа хранения и переработки ТБО органического происхождения, заключающегося в том, что проводят проектирование резервуара для хранения и переработки ТБО органического происхождения с учетом особенностей грунта, необходимых размеров котлована резервуара, близости от городской черты,  проводят строительство указанного резервуара, для чего дно котлована и его боковые стенки заливают бетоном с получением железобетонной конструкции, выполняют гидроизоляцию бетонного слоя, дно резервуара выполняют с уклоном, в нижней точке дна резервуара устанавливают водоприемник для сбора фильтрата и воды, который посредством насоса соединяют с фильтром для очистки воды, по периметру резервуара устанавливают систему трубопроводов для вывода биогаза, которую соединяют с устройством для очистки биогаза от влаги и удаления конденсата и резервуаром для  хранения биогаза, затем в резервуар загружают часть ТБО органического происхождения, закрывают их водонепроницаемым материалом и засыпают сверху слоем грунта, после чего  повторяют указанные стадии загрузки части отходов и их закрывание до заполнения резервуара,  далее в процессе эксплуатации образующий фильтрат и дождевую воду с помощью насосов откачивают из водоприемника с целью последующей переработки, образующийся биогаз по системе трубопроводов для вывода биогаза передают в устройство для переработки и очистки биогаза от воды и удаления конденсата с целью его дальнейшего использования, при этом мониторят образование биогаза и при его полном прекращении проводят лабораторный анализ перегнивших отходов в резервуаре для подтверждения отсутствия в них опасных и вредных веществ, после чего резервуар открывают, вынимают отходы и перерабатывают их с целью дальнейшего использования.
Гидроизоляция бетонного слоя дна и боковых стенок резервуара может быть выполнена двусторонней: с внешней стороны – со стороны земли/грунта, с внутренней стороны – со стороны загружаемого мусора. Гидроизоляция необходимо для исключения попадания фильтрата и вредных веществ в грунт, а также для повышения срока службы бетонного слоя многоразового резервуара. Гидроизоляция может быть получена при нанесении на поверхность бетона двух слоев мастики битумной.
В качестве водонепроницаемого материала, которым закрывают часть загруженных твердых бытовых отходов органического происхождения, используют геотекстиль и аналогичные ему материалы.
При закрывании части ТБО органического происхождения сначала может быть уложен слой песка, на который уже дальше укладывают водонепроницаемый материал и слой грунта.
В качестве первой и второй защитных сеток используется, например, широко известная строительная сетка.
Биогаз из системы трубопроводов могут откачивать при необходимости при помощи насоса.
Также технический результат достигается при использовании системы для хранения и переработки ТБО органического происхождения, который содержит резервуар для хранения и переработки ТБО органического происхождения, представляющий собой котлован, боковые стенки и дно которого покрыты бетоном, выполненным с гидроизоляцией, дно резервуара имеет уклон, в нижней точке дна резервуара  установлен водоприемник для сбора фильтрата и воды, соединенный посредством насоса с фильтром для очистки воды, также по периметру резервуара имеется система трубопроводов сетчатой структуры для отвода биогаза, соединенная с устройством для очистки биогаза от влаги и удаления конденсата и устройством для хранения биогаза, при этом сетчатая структура системы трубопроводов образована нижним преимущественно горизонтальным трубопроводом, проходящим в нижней части резервуара, верхним преимущественно горизонтальным трубопроводом, проходящим у верхнего края резервуара, и преимущественно вертикальными трубопроводами, расположенными между указанными верхним и нижним трубопроводами, причем преимущественно вертикальные трубопроводы имеют дренажные участки, покрытые первой защитной сеткой и второй защитной сеткой с расположенным между ними слоем щебня.
Дренажные участки на  преимущественно вертикальных трубопроводах могут располагаться таким образом, чтобы водонепроницаемый материал и слой грунта, которые закрывают часть твердых бытовых отходов органического происхождения, проходили на уровне или выше верхней части указанных дренажных участков.
Выполнение резервуара с железобетонным дном и боковыми стенками и гидроизоляцией позволяет использовать один резервуар в течение длительного времени. Выполнение дна резервуара под уклоном позволяет осуществлять сбор фильтрата и воды в одном месте – водоприемнике, откуда жидкость может быть без проблем удалена. Наличие сетчатой структуры трубопроводов, полностью охватывающей периметр резервуара, наличие дренажных участков, покрытых первой и второй защитными сетками с расположенным между ними слоем щебня, позволяет проводить полноценный сбор образующегося биогаза со всего объема резервуара и осуществить его предварительную очистку от фильтрата с вредными веществами до его поступления в специально предназначенное для этого устройство для очистки биогаза от влаги и удаления конденсата. Таким образом, повышается скорость сбора биогаза и качество его очистки. Быстрое удаление биогаза (газа, образованного при водородном или метановом брожении биомассы) снижает вероятность возникновения взрывоопасной ситуации внутри резервуара, а также способствует более быстрому перегниванию загруженной партии отходов с  получением безопасной массы, годной для дальнейшего использования в народном хозяйстве.
Укладка ТБО органического происхождения в резервуар по частям, разделение соседних частей отходов посредством водонепроницаемого материала и слоя грунта позволяет разбить весь резервуар на части, с каждой из которых происходит эффективный сбор биогаза. Введение стадий мониторинга выделения биогаза, отслеживание прекращения его образования, проведение лабораторного анализа перегнивших отходов для определения их безопасности дальнейшего использования позволяют использовать перегнившие отходы для народного хозяйства, а резервуар – повторно применить для хранения и переработки следующей партии ТБО органического происхождения.
На фиг. 1 изображена конструкция резервуара (вид сбоку), на фиг 2 – конструкция резервуара (вид сверху), на фиг. 3 – общий вид системы трубопроводов, на фиг. 4 – соединение системы трубопроводов с устройством для очистки биогаза от влаги и удаления конденсата, водоприемником и фильтром для очистки, на фиг. 5 – увеличенный вид преимущественно вертикального трубопровода с защитными сетками.
Система для хранения и переработки ТБО органического происхождения содержит резервуар 1 для хранения и переработки ТБО органического происхождения, представляющий собой котлован, боковые стенки и дно которого покрыты бетоном, выполненным с гидроизоляцией, дно резервуара 1 имеет уклон 3-5%, в нижней точке дна резервуара  1 установлен водоприемник 2 для сбора фильтрата и воды, соединенный посредством насоса 3 с фильтром для очистки воды 4, также по периметру резервуара 1 имеется система трубопроводов сетчатой структуры для отвода биогаза, соединенная с устройством  для очистки биогаза 5 от влаги и удаления конденсата и устройством для хранения биогаза 6 (фиг. 3, 4), при этом сетчатая структура системы трубопроводов образована нижним 7 преимущественно горизонтальным трубопроводом, проходящим в нижней части резервуара 1, верхним 8 преимущественно горизонтальным трубопроводом, проходящим у верхнего края резервуара 1, и преимущественно вертикальными трубопроводами 9, расположенными между указанными верхним 8 и нижним 7 трубопроводами, причем преимущественно вертикальные трубопроводы 9 имеют дренажные участки 10, покрытые первой защитной сеткой 11 и второй защитной сеткой 12 с расположенным между ними слоем щебня 13 (фиг. 5). Дренажные участки 10 на  преимущественно вертикальных трубопроводах 9 могут располагаться таким образом, чтобы водонепроницаемый материал 14 и слой грунта 15, которые закрывают часть ТБО органического происхождения, проходили на уровне или выше верхней части указанных дренажных участков 10.
Дренажный участок 10 преимущественно вертикального трубопровода 9 представляет собой участок с отверстиями, например, диаметром 25 мм и шагом 50 мм.
Резервуар 1 может иметь разные размеры и, соответственно, может вместить разный объем загружаемых отходов. Резервуар 1 может иметь прямые или наклонные боковые стенки. Также, в зависимости от рыхлости грунта, дно резервуара 1 может иметь уклон, который выполнен симметричным  с двух сторон, а может быть выполнен с уклоном дна в одну сторону.
Резервуар 1 может иметь участок для заезда грузового транспорта 16, разные ограждения, пандусы и т.д. Также может быть выделена зона обслуживания 17              резервуара 1  (фиг. 2).
Для начала проводят проектирование резервуара для хранения и переработки ТБО органического происхождения, для чего учитывают рыхлость грунта, необходимые размеры котлована резервуара, близость от городской черты. Далее  выкапывают котлован необходимого размера. Например, может быть вырыт котлован размером 150х30х15 м, 200х50х20 м, 300х80х15 м, 300х80х30 м и т.д. В итоге, объем резервуара может составлять до 30 млн куб.м и более. Его дно и боковые стенки покрывают бетоном с гидроизоляцией. Дно резервуара выполняют с уклоном 3-5% в одну сторону или симметричным с двух сторон. В нижней точке дна резервуара  устанавливают водоприемник для сбора фильтрата и воды, который посредством насоса соединяют с фильтром для очистки воды. Затем в резервуар загружают часть ТБО органического происхождения – например, в резервуар высотой 30 м загружают отходы высотой 9, после чего  закрывают их водонепроницаемым материалом и засыпают сверху слоем грунта высотой до 1 м, после чего  повторяют указанные стадии загрузки части отходов и их закрывание еще два раза до полного заполнения резервуара. Также сначала поверх слоя ТБО органического происхождения может быть насыпан песок высотой 5-10 см, затем уложен водонепроницаемый материал, а затем засыпан слой песка высотой 90-95 см. На  нижнюю часть резервуара (ближе к его дну) укладывают нижний  преимущественно горизонтальный трубопровод. Устанавливают преимущественно вертикальные трубопроводы на высоту, которая приблизительно равна высоте засыпания части ТБО органического происхождения. При этом на верхней части преимущественно вертикальных трубопроводов выполнены дренажные участки с первой и второй защитными сетками и щебнем между ними. При достижении верхнего края резервуара укладывают верхний преимущественно горизонтальный трубопровод, который соединяют с устройством для очистки биогаза от влаги и удаления конденсата и резервуаром для  хранения биогаза. При перегнивании ТБО органического происхождения образуется фильтрат, который стекает в водоприемник и откачивается оттуда посредством насосов. Также образуется биогаз, который с каждого слоя отходов поступает через дренажные участки в систему трубопроводов с сетчатой структурой. При этом в процессе эксплуатации постоянно следят за образованием биогаза и при полном прекращении его поступления проводят лабораторный анализ перегнивших отходов в резервуаре для подтверждения отсутствия в них опасных и вредных веществ. После этого резервуар открывают, вынимают отходы и перерабатывают их с целью дальнейшего использования в народном хозяйстве. Опустошенный резервуар готов к загрузке новой партии ТБО органического происхождения.
Заявленные способ хранения и переработки твердых бытовых отходов органического происхождения и система для его реализации позволяют многократно использовать бетонный резервуар для хранения отходов и получения из них безопасной перегнившей массы, которая может быть использована дальше для народного хозяйства, например, в качестве удобрений. При этом процесс перегнивания отходов ускорен, что дает дополнительные преимущества – биогаз поступает  в более чистом виде и в достаточном количестве, что позволяет быстро наполнить устройства для хранения биогаза и использовать по назначению. Многократность использования одного котлована для переработки нескольких порций отходов значительно снижает потребность в строительстве котлованов для захоронения одной партии отходов, что экономит время и средства для проектирования, строительства и эксплуатации.