СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ ПРОРЫВА ПРЕДОТВРАЩАЮЩИХ ПРОСАЧИВАНИЕ ПОДКЛАДОК НА СВАЛКЕ Российский патент 2019 года по МПК E02D31/00 

Предпосылки изобретения

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение принадлежит к области техники предотвращения просачивания на свалке и относится к способу вычисления времени прорыва предотвращающих просачивание подкладок и, в частности, к простому способу определения времени прорыва предотвращающих просачивание подкладок на свалке.

Описание уровня техники

В настоящее время мировая годовая выработка твердых бытовых отходов составляет до приблизительно 10 миллиардов тонн, из которых годовая выработка твердых бытовых отходов в Китае составляет до 250 миллионов тонн и быстро растет со скоростью от 8% до 15% каждый год; при этом свалка по-прежнему является основным способом утилизации твердых бытовых отходов в большинстве стран, включая Китай. Существует 100000 и 150000 свалок в Соединенных Штатах Америки и Европе соответственно, и более 20000 свалок имеется в Китае. Существование большого количества свалок создает высокий риск экологических бедствий, среди которых загрязнение подземных вод, вызванное просачиванием и прорывом фильтрата свалки через предотвращающие просачивание подкладки, является одним из самых распространенных бедствий, связанных с загрязнением.

Прорыв фильтрата через предотвращающие просачивание подкладки фактически относится к просачиванию загрязняющих веществ в фильтрате из нижней части предотвращающих просачивание подкладок после долгого периода миграции и дисперсии с проникновением фильтрата. Когда концентрация загрязняющих веществ при просачивании постепенно увеличивается и достигает концентрации, причиняющей вред или вызывающей загрязнение, подземные воды и окружающая среда будут загрязнены. Таким образом, время прорыва предотвращающих просачивание подкладок на свалке является критически важным в оценке экологической безопасности свалки. Однако, система свалки является достаточно сложной, затрагивающей такие коэффициенты, как толщина предотвращающих просачивание подкладок, коэффициент проницаемости подкладок, напор фильтрата свалки и пористость материала подкладок, которые вызывают значительные трудности при разработке, контроле, последующем ремонте и других работах на свалке.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель настоящего изобретения заключается в устранении недостатков в предшествующем уровне техники и предоставлении простого способа определения времени прорыва предотвращающих просачивание подкладок на свалке.

Для достижения указанной выше цели техническое решение, принятое в настоящем изобретении, является следующим: простой способ определения времени прорыва предотвращающих просачивание подкладок на свалке. Способ включает следующие этапы:

(a) выявление образца фильтрата свалки для определения начальной концентрации C₀ (мг/л) типичных загрязняющих веществ и мониторинг напора h (м) фильтрата свалки;

(b) определение причиняющей вред или вызывающей загрязнение концентрации C_A (мг/л) загрязняющих веществ согласно функциональной направленности местных подземных вод свалки;

(c) определение посредством исследований параметров, относящихся к предотвращающим просачивание подкладкам, и параметров, относящихся к миграции загрязняющих веществ, при этом параметры, относящиеся к предотвращающим просачивание подкладкам, включают толщину z (м) предотвращающих просачивание подкладок, коэффициент k (м/с) проницаемости подкладок и пористость n (–) материала подкладок; при этом параметры, относящиеся к миграции загрязняющих веществ, включают эффективный коэффициент D_a^* (м²/с) диффузии и коэффициент D_m (м²/с) механической дисперсии загрязняющих веществ в предотвращающих просачивание подкладках, и коэффициент R_d (–) замедления адсорбции предотвращающих просачивание подкладок на загрязняющие вещества; и

(d) вычисление времени t прорыва предотвращающих просачивание подкладок по формуле (1):

,

где a, b, c являются независимыми коэффициентами состояния.

Предпочтительно на этапе (a) начальную концентрацию C₀ (мг/л) типичных загрязняющих веществ выявляют согласно национальному стандарту Китая GB 5750-2006: Стандартные способы анализа питьевой воды.

Предпочтительно на этапе (a) мониторинг напора h (м) фильтрата свалки осуществляют согласно промышленному стандарту Китая CJJ 176-2012: Технический кодекс для инженерной геологии санитарной свалки твердых бытовых отходов.

Предпочтительно на этапе (b) причиняющая вред или вызывающая загрязнение концентрация C_A (мг/л) загрязняющих веществ представляет собой предельно допустимую концентрацию загрязняющих веществ в разных классификациях качества, которые определены в документе GB/T 14848-93: Стандарт качества для подземных вод; или в документе GB 3838-2002: Стандарты качества окружающей среды для поверхностных вод.

Предпочтительно a составляет 0,2899, b составляет -0,1343 и c составляет -0,01094.

Применяя описанное выше техническое решение, настоящее изобретение имеет следующие преимущества в сравнении с предшествующим уровнем техники. Согласно простому способу определения времени прорыва предотвращающих просачивание подкладок на свалке, предоставляемому настоящим изобретением, время прорыва вычисляют с помощью формулы (1) после определения параметров, таких как начальная концентрация C₀ загрязняющих веществ и причиняющая вред или вызывающая загрязнение концентрация C_A загрязняющих веществ, что удовлетворяет требованиям по точности инженерного проектирования. Более того, способ не требует большого объема мониторинга на месте или сложных вычислений, имеет низкую стоимость, является легким и простым в выполнении, а также быстрым и эффективным. Способ может широко применяться для разработки, контроля, последующего ремонта и других работ с предотвращающими просачивание подкладками на свалке.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

На фиг. 1 показана диаграмма сравнения времени прорыва предотвращающих просачивание подкладок на свалке согласно настоящему изобретению с вычисленными значениями, полученными с помощью аналитического решения; и

на фиг. 2 показана диаграмма сравнения времени прорыва 2-метровых предотвращающих просачивание подкладок из уплотненной глины согласно настоящему изобретению со значениями, вычисленными методом конечных элементов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже подробно описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения.

Простой способ определения времени прорыва предотвращающих просачивание подкладок на свалке, предоставляемый в настоящем изобретении, включает следующие этапы:

(a) выявление образца фильтрата свалки для определения начальной концентрации C₀ (мг/л) типичных загрязняющих веществ, и мониторинг напора h (м) фильтрата свалки, причем начальную концентрацию C₀ типичных загрязняющих веществ выявляют согласно национальному стандарту Китая GB 5750-2006: Стандартные способы анализа питьевой воды; мониторинг напора h (м) фильтрата свалки осуществляют согласно промышленному стандарту Китая CJJ 176-2012: Технический кодекс для инженерной геологии санитарной свалки твердых бытовых отходов;

(b) определение причиняющей вред или вызывающей загрязнение концентрации C_A (мг/л) загрязняющих веществ согласно функциональной направленности местных подземных вод свалки, причем причиняющая вред или вызывающая загрязнение концентрация C_A загрязняющих веществ представляет собой предельно допустимую концентрацию загрязняющих веществ в разных классификациях качества, указанных в документе GB/T 14848-93: Стандарт качества для подземных вод; или в документе GB 3838-2002: Стандарты качества окружающей среды для поверхностных вод;

(c) определение посредством исследований параметров, относящихся к предотвращающим просачивание подкладкам, и параметров, относящихся к миграции загрязняющих веществ, при этом параметры, относящиеся к предотвращающим просачивание подкладкам, включают толщину z (м) предотвращающих просачивание подкладок, коэффициент k (м/с) проницаемости подкладок и пористость n (–) материала подкладок; при этом параметры, относящиеся к миграции загрязняющих веществ, включают эффективный коэффициент D_a^* (м²/с) диффузии и коэффициент D_m (м²/с) механической дисперсии загрязняющих веществ в предотвращающих просачивание подкладках, и коэффициент R_d (–) замедления адсорбции предотвращающих просачивание подкладок на загрязняющие вещества; и

(d) вычисление времени t прорыва предотвращающих просачивание подкладок по формуле (1):

,

где a, b, c являются независимыми коэффициентами состояния, при этом a составляет 0,2899, b составляет -0,1343 и c составляет -0,01094.

Для точек на фиг. 1 x-координата обозначает время прорыва предотвращающих просачивание подкладок в различных условиях эксплуатации, которое получают с помощью традиционного аналитического решения, а y-координата обозначает время прорыва предотвращающих просачивание подкладок в соответствующих условиях эксплуатации, которое вычисляют с помощью формулы (1). Точки по существу находятся рядом с линией y=x, и коэффициент R² корреляции формулы приближения достигает 0,997, что указывает на то, что точность вычислений по формуле (1) по-прежнему очень высока.

В дополнение, если взять для примера 2-метровые предотвращающие просачивание подкладки из уплотненной глины, которые обычно используют на свалках, время прорыва органической материи (COD) в условиях разного напора фильтрата, вычисляемое с помощью настоящего изобретения, сравнивают со временем прорыва, полученным с помощью расчета методом конечных элементов.

Таблица 1. Параметры, относящиеся к предотвращающим просачивание подкладкам из уплотненной глины на свалке, и параметры, относящиеся к миграции загрязняющих веществ

Напор h (м) фильтрата 0,3 2 5 8 10 Толщина z (м) подкладок 2 Коэффициент k (м/с) проницаемости подкладок 1×10^-9 Пористость (–) 0,54 Загрязняющие вещества COD Коэффициент D_a* (м²/с) диффузии 2,5×10^-10 Дисперсность α (м) * 0,1 Коэффициент замедления (–) 3,3

*Примечание: дисперсность α применяется для вычисления коэффициента дисперсии D_m (м²/с):

,

где v_A является средней скоростью (м/с).

Для точек на фиг. 2 горизонтальная координата обозначает напоры фильтрата, вертикальная координата обозначает время прорыва 2-метровых подкладок из уплотненной глины, время прорыва, вычисляемое методом конечных элементов, отмечено сплошными круглыми точками, и время прорыва в соответствующих условиях эксплуатации, вычисляемое с помощью формулы (1), отмечено сплошными треугольниками. Путем сравнения было обнаружено, что результаты двух методов вычисления очень близки, что также указывает на то, что точность вычислений по формуле (1) является очень высокой.

Описанный выше вариант осуществления всего лишь иллюстрирует техническую идею и признаки настоящего изобретения с целью предоставить возможность специалистам в данной области техники узнать о содержании настоящего изобретения и реализовать настоящее изобретение соответственно, и не предназначен для ограничения объема защиты настоящего изобретения. Любые эквивалентные изменения или модификации, сделанные на основе идеи настоящего изобретения, должны быть включены в объем защиты настоящего изобретения.

Изобретение относится к области техники предотвращения просачивания на свалке, а именно к способу вычисления времени прорыва предотвращающих просачивание подкладок. Способ определения времени прорыва предотвращающих просачивание подкладок на свалке включает следующие этапы: (a) выявление образца фильтрата свалки для определения начальной концентрации C₀ типичных загрязняющих веществ и мониторинг напора h фильтрата свалки; (b) определение причиняющей вред или вызывающей загрязнение концентрации C_A загрязняющих веществ согласно функциональной направленности местных подземных вод свалки; (c) определение посредством исследований параметров, относящихся к предотвращающим просачивание подкладкам, и параметров, относящихся к миграции загрязняющих веществ, при этом параметры, относящиеся к предотвращающим просачивание подкладкам, включают толщину z предотвращающих просачивание подкладок, коэффициент k проницаемости подкладок и пористость n материала подкладок; при этом параметры, относящиеся к миграции загрязняющих веществ, включают эффективный коэффициент D_a^* диффузии, коэффициент D_m механической дисперсии загрязняющих веществ в предотвращающих просачивание подкладках и коэффициент R_d замедления адсорбции предотвращающих просачивание подкладок на загрязняющие вещества; и (d) вычисление времени t прорыва предотвращающих просачивание подкладок по приведенной зависимости. Технический результат состоит в снижении материалоемкости и тркудоемкости работ, обеспечении легкости и простоты проведения работ, повышении эффективности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ определения времени прорыва предотвращающих просачивание подкладок на свалке, включающий следующие этапы:

(a) выявление образца фильтрата свалки для определения начальной концентрации С₀ типичных загрязняющих веществ и мониторинг напора h фильтрата свалки;

(b) определение причиняющей вред или вызывающей загрязнение концентрации С_А загрязняющих веществ согласно функциональной направленности местных подземных вод свалки;

(c) определение посредством исследований параметров, относящихся к предотвращающим просачивание подкладкам, и параметров, относящихся к миграции загрязняющих веществ, при этом параметры, относящиеся к предотвращающим просачивание подкладкам, включают толщину z предотвращающих просачивание подкладок, коэффициент k проницаемости подкладок и пористость n материала подкладок; при этом параметры, относящиеся к миграции загрязняющих веществ, включают эффективный коэффициент D_a^* диффузии, коэффициент D_m механической дисперсии загрязняющих веществ в предотвращающих просачивание подкладках и коэффициент R_d замедления адсорбции предотвращающих просачивание подкладок на загрязняющие вещества; и

(d) вычисление времени t прорыва предотвращающих просачивание подкладок по формуле (1)

где а, b, с являются независимыми коэффициентами состояния.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что а составляет 0,2899, b составляет -0,1343 и с составляет -0,01094.