卫生填埋场课程设计
目录
概述......................................................................................................................................11. 工艺选择.....................................................................................................................1
1.1
1.2
1.3城市生活垃圾定义与特点....................................................................1城市生活垃圾的管理原则....................................................................2城市生活垃圾的处理处置方法.........................................................2
.......................................................................................................32. 填埋场的选址
2.1
2.2
2.3
2.4填埋场选址的基本原则.........................................................................3填埋场选址的考虑因素.........................................................................4填埋场选址的条件....................................................................................4填埋场场址的确定....................................................................................43. 填埋场的库容计算................................................................................................54. 填埋场基础工程与防渗....................................................................................6
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5场底基础工程..............................................................................................6场区防渗工程..............................................................................................7垃圾渗滤液的产生与收集系统..........................................................11渗滤液收集系统..........................................................................................12渗滤液的计算...............................................................................................135. 填埋气体的产生与收集处理.........................................................................16
5.1填埋产气量的预测......................................................................................17
5.2填埋场气体收集系统的设计与计算..................................................186. 垃圾填埋场的终处理.........................................................................................19
6.1堆体整形与处理.............................................................................................19
6.2终场覆盖.............................................................................................................19
6.3埋场封场后的土地回用..............................................................................21
6.4垃圾渗滤液的收集与处理……………………………………................................21
6.5填埋场封场后的土地回用………………………………………………………………….217. 填埋场环境监测.....................................................................................................22参考文献.............................................................................................................................23附图
概述
生活垃圾卫生填埋场工艺设计课程设计是为配合环境工程专业核心课程《固体废物处理与资源化》学习而独立设计的设计性实践课程,是对固体废物从生产到分类、收集、运输、中间处理、最终处置及资源化技术的工程设计,是课程教学的重要组成部分,是培养学生工程设计能力和创新能力的重要实践教学环节。作为环境工程专业的一门必修课,教学目的是在课程设计过程中,使学生学习固体废物全过程管理中的基本原理、构筑物计算方法、主要设备或治理工艺的图纸绘制等,培养学生调查研究、文献查阅及资料收集、比较确定设计方案、工程设计计算、图纸绘制与技术文件编写的能力。
1. 工艺选择
1.1城市生活垃圾定义与特点
固体废物是指生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或放弃的固态、半固态和置于容器中的气态的物品、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质。固体废物有多种分类方法,依据《中华人名共和国固体废物污染环境防治法》(以下简称《固废法》),将固体废物分为生活垃圾,工业固体废物和危险废物3类。
生活垃圾,是指在日常生活中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固体废物。根据该定义,生活垃圾包括城市生活垃圾和农村生活垃圾。
城市生活垃圾又称为城市固体废物,是指在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中生产的固体废物,主要成分包括厨余物、废纸、废塑料、废织物、废金属、废玻璃碎片、废园废物、砖瓦渣土,以及废旧家具器皿、废旧电器、废旧办公用品、废日杂用品、给水排水污泥等。城市生活垃圾主要产自城市居民家庭、城市商业、餐饮业、旅馆业、旅游业、服务业、市政环卫系统、城市交通运输、文教卫生团体和行政事业单位、工矿企业单位等。城市生活垃圾的主要特点是成分复杂,邮寄含量高。表1列出了根据国家发达程度对垃圾的密度、含水率和热值的比较。
表1
国家类型
发达国家
中等收入国家
低收入国家3种类型国家垃圾的密度、含水率和热值3垃圾密度/(kg/m)100~150200~400250~500含水率/%20~4040~60垃圾热值/kj6300~10000≦420040~70
1.2城市生活垃圾的管理原则
我国的《固废法》中明确指出,“国家对固体废物污染环境的防治,实行减少固体废物的产生、充分合理利用固体废物和无害化处置固体废物的原则”,即减量化、资源化、无害化的“三化”原则。
减量化是指通过采用合理的管理和技术手段,减少固体废物的产生量和排放量,以最大限度的合理开发资源和能源。减量化是防止固体废物污染环境的首先要求和措施。目前,我国城市生活垃圾的产生量十分巨大,超过1×108t/a,如果采取措施,尽可能减少城市生活垃圾对人体健康的危害,最大限度的合理开发利用资源和能源。
资源化是指采取管理和工艺措施从固体废物中回收物质和能源,加速物质和能量的循环,创造经济价值的广泛的技术方法。从城市生活垃圾管理角度,资源化的定义包括3个范畴:物质回收,即从处理的城市生活垃圾中回收一定的二次物质,如纸张、玻璃、金属等;物质转换,即利用废弃物制取新形态的物质,如利用废玻璃和废橡皮生产建筑材料;能量转换,即从废物处理过程中回收能量,以生产热能或电能,如通过城市生活垃圾的焚烧处理回收热量,用于供热或者发电。
无害化是指对已产生又无法或暂时尚不能综合利用的固体废物,经过物理、化学或生物方法,进行对环境无害或低危害的安全处理、处置,达到废物的消毒、解毒或稳定化,以防止减少固体废物的污染危害。
1.3城市生活垃圾的处理处置方法
城市生活垃圾的处理处置主要有生物处理、热处理和卫生填埋3中方法。
(1)生物处理城市生活垃圾的生物处理是指通过微生物的好氧或厌氧作用,
使其中的可降解有机物组分转换为稳定的产物、能源或其他有用物质的处理技术。城市生活垃圾的生物处理包括堆肥化、厌氧消化等,其中,堆肥化作为大规模处理城市生活垃圾的生物处理技术得到了广泛应用。
堆肥化是在控制条件下,利用自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物,促进来源于生物的有机废物发生生物稳定作用,是可被降解的有机物转化为稳定的腐殖质的过程。堆肥化系统的分类:按温度分为中温堆肥和高温堆肥;按技术分为露天堆肥和机械密封堆肥。
(2)热处理城市生活垃圾的热处理是装有城市生活垃圾的设备中通过高温使其中的有机物分解并深度氧化,从而改变其物理、化学或生物组成和特性的处理技术。
城市生活垃圾的热处理技术包括焚烧、热解、熔融、烧结和湿式氧化等,其中,焚烧是城市生活垃圾做常用的热处理技术,焚烧是以一定量的过剩空气与被处理的生活垃圾中的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应,使有机物转化为无机物,同时减少废物体积。
(3)卫生填埋卫生填埋是通过采取防渗、铺平、压实、覆盖,对城市生活垃圾进行处理和对气体、渗滤液、蝇虫等进行治理的垃圾处理方法。
几种处理方法中,现代卫生填埋技术作为城市生活垃圾的最终处置技术,在世界范围内得到了广泛应用。即使在发达国家,如美国、英国、德国等大多数工业化国家,目前仍有70%~95%的城市生活垃圾采用卫生填埋。我国作为发展中国家,卫生填埋在城市生活垃圾最终处理处置技术中所占的比例更高。2. 填埋场的选址
2.1填埋场选址的基本原则
场址的选择是卫生填埋场全面设计规划的第一步。影响选址的因素很多,主要应从工程学、环境学、经济学、法律和社会学的方面来考虑。这些选择要求相辅相成。主要遵循两条原则:一是从防止环境污染角度考虑的安全原则,二是从经济角度考虑的经济合理原则。
安全原则是选址的基本原则。维护场地的安全性,要防止场地对大气的污染、地表水的污染,尤其是要防止渗滤水释放对地下水的污染。因此,防止地下水的污染是场地选择时考虑的重点。
经济原则对选址也有相当大的影响。场地的经济问题是一个比较复杂的问题,它与场地的规模、容量、征地费用、运输费、操作费等多种因素有关。合理的选址可充分利用场地的天然地形条件,尽可能减少挖掘土方量,降低场地施工造价。
2.2填埋场选址的考虑因素
填埋场的选址总原则是应以合理的技术、经济方案,尽量少的投资,达到最理想的经济效益,实现保护环境的目的。必须加以考虑的因素有:运输距离、场址限制条件、可以使用的土地容积、入场道路、地形和土壤条件、气候、地表和水文条件、当地环境条件以及填埋封场后场地是否可被利用。
2.3填埋场选址的条件
填埋场选址时应该考虑以下因素。
①填埋场场址设置应符合当地城市建设总体规划要求,符合当地城市区域环境总体规划要求,符合当地城市环境卫生事业发展规划要求;
②填埋场对周围环境不应产生污染或对周围环境影响不超过国家相关现行标准的规定;
③填埋场应与当地的大气防护、水资源保护、大自然保护及生态平衡要求相一致;
④填埋场应具备相应的库容,使用年限宜10年以上,特殊情况下不应低于8年。
选址的限制条件包括:①填埋场场址不应该选在城市工农业发展规划区、农业保护区、自然保护区、风情名胜区、文物(考古)保护区、生活饮用水水源保护区、供水远景规划区、矿产资源储备区、军事要地、国家保密地区;②填埋场场址不应该设在洪范区、淤泥区,距离居民居住区域或人畜供水点500m 以内地区,直接与河流和胡泊相距50m 以内的地区,活动的坍塌地带、地下蕴矿区、灰岩坑及岩洞区。
2.4填埋场场址的确定
该地区年主导风向为东北风,选择位于城市西南角平原地貌,南临高速公路,西临荒芜山丘,北为搬迁的村办企业,东面为农业用地,场址周围500~1200m(范围内任选)以内没有居民生活点,城市取水水源地不在场址附近,地下水位
距预计深挖平整后地基2.0m 以下,城市垃圾由中转站运到填埋场,运输距离5km~30km(范围内任选),此地面积足够大。
3. 填埋场库容的计算
该填埋场采用平原型填埋,每年所需的场地体积为:
V n =填埋垃圾量+覆盖土量=(1-f )⨯365⨯W +365⨯W ⨯ϕρρ
式中,
V n 为第n 年垃圾填埋容量,m 3;
f 为体积减少率,与垃圾组分有关,一般取0.15~0.25;
W 为每日计划填埋废物量,kg/d;
ϕ为填埋时覆土体积占废物的比率;
ρ为垃圾压实后的平均容重,kg/m3。
每日计划填埋废物量W :
W =w ⨯P =1. 6⨯3⨯106=4. 8⨯106(kg /d )
式中,
w 为垃圾产生率,kg/(d.人);
P 为城市人口。
根据设计原始数据,w 取1.6kg/(d.人),P 取3×106,f 值取0.2, ρ取800kg/m3,ϕ取0.24,则第一年填埋的固体废弃物体积V 1为:
365⨯4. 8⨯106365⨯4. 8⨯1063V 1=(1-0. 2) ⨯+⨯0. 24=2. 272⨯106(m) 该城市的人口增长率为2.0%,则城市生活垃圾的年增长率为2.0%,第一年至第十年废物体积的计算结果见表2。
表2
年度第一年垃圾填埋场历年所需的场地体积第二年
第三年第四年第五年
废物体积m
年度32272000第六年
32317440第七年[1**********]788第八年[1**********]064第九年[1**********]286第十年2715250废物体积m 2508472
(1)该卫生填埋场总的场地体积V t
V t =∑V n =V 1+V 2+ +V 10=2272000+2317440+ +2715250=24877764 (m3)
n =1N
(2)填埋场总面积A
A =κ⨯V
式中,H 为垃圾填埋深度,m ;
κ为修正系数,取值范围1.05~1.20。
填埋场预计填埋深度取10m,κ取1.1,则A =1. 1⨯24877764=2736554(m 3) 10
A =L ⨯B
式中,L 为填埋场长度,m;
B 为填埋场宽度,m。
(3)填埋场宽度B 设L 取2400m,则
B =A 2736554=≈1140(m ) 4. 填埋场基础工程与防渗
4.1场底基础工程
根据《生活垃圾卫生填埋技术规范》(CJJ17—2004)的规定,卫生填埋场底地基应是具有承载能力的自然土层或经过碾压、务实的平稳层,且不应填埋场垃圾的沉陷而使场底变形、断裂。场底基础表面经碾压后,方可在其上贴铺人工衬里。《生活垃圾卫生填埋技术规范》还规定场底应有纵、横向坡度。纵横坡度宜在2%以上,以利于渗滤液的导流。由于填埋场长度达到1200m,宽度达到1087m,如果按照2%的坡度进行设计,则场区两端高度差将达到24m。受地下水埋深土方
平衡及整体设计的影响,场区两端高度差过大会造成较大的困难。实际设计建设中,垃圾卫生填埋场场底纵横向主要坡度取1.2%,以保证渗滤液排放顺畅。为确保填埋场安全,考虑到该填埋场土体条件较差,需对其整形,对坑底及周围进行平整,取土同时作为坑四壁局部填土、每日覆盖用土和最终覆盖用土。填埋区底部按设计高度完成基底工程以后,底部要求平整,以利于防渗膜的铺设。
4.2场区防渗工程
根据《生活垃圾卫生填埋场技术规范》的规定,“填埋场必须进行防渗处理,防止对地下水和地表水的污染,同时还应防止地下水进入填埋区”。防渗工程是卫生填埋场的重要工程,主要作用有:①将填埋场内外隔绝,防止渗滤液进入地下水;②阻止场外地表水、地下水进入垃圾填埋场以减少渗滤液的产生量;③有利于填埋气体的收集和利用。防渗一般分为天然防渗和人工防渗。
⑴天然防渗天然防渗是指在填埋场填埋库区,具有天然防渗层,其隔水性能完全达到填埋场防渗要求,不需要采用人工合成材料进行防渗。天然防渗的填埋场场地一般位于黏土和膨润土的土层中。《生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范》(CJJ113—2007)对天然防渗的要求:天然粘土衬里及改性黏土类衬里的渗透系数不应大于1.0×10-7cm/s,且场底及四壁衬里厚度不应小于2m。⑵人工防渗根据《生活垃圾卫生填埋技术规范》的规定,“填埋场必须防止对地下水的污染,不具备自然防渗条件的填埋场和因填埋垃圾可能引起污染地下水的填埋场,必须进行人工防渗,即场底及四壁用防渗材料作防渗处理”。当填埋场不具备黏土衬里或改良土衬里的防渗要求时,需采用人工合成材料进行防渗的方式。《生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范》对人工防渗的要求:在填埋场底部及四壁铺设高密度聚乙烯(HDPE)土工膜作为防渗衬里时,膜厚度不应小于1.5mm,并应符合填埋场防渗的材料性能和现行国家相关标准的要求。①防渗材料防渗材料有很多种类型,目前常用的主要有两类:黏土与人工合成材料。黏土除天然粘土外,还有改良膨润土等;人工合成材料种类很多,如高密度聚氯乙烯(HDPE)膜、低密度聚氯乙烯(LDPE)膜、聚氯乙烯(PVC)膜等,但近20年来,国内外填埋场最常用的是高密度聚氯乙烯(HDPE)膜。实际上,大部分填埋场所选用的防渗层材料均是黏土和HDPE 膜。压实黏土与HDPE 膜的特点和性能见表3。
表3
压实黏土与HDPE 膜的特点和性能
②防渗系统构造根据《生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范》的规定,防渗结构的类型应分为单层防身结构和双层防身结构。
单层防渗结构的层次从上至下为:渗滤液收集导排系统、防渗层(含防渗材料及保护材料)、基础层、地下水收集导排系统。单层防渗结构的设计包括4中类型:HDPE膜+压实土壤复合防身结构(图1)、HDPE膜+GCL复合防渗结构(图
2)、压实土壤单层防渗结构(图3)和HDPE 膜单层防渗结构(图4)。
图1HDPE 膜+压实土壤复合防渗系统结构示意图
渗沥液收集导排系统土工布
HDPE膜GCL 压实土壤基础层
地下水收集导排系统
图2
HDPE 膜+GCL复合防渗结构示意图
图3
压实土壤单层防渗结构示意图
图4HDPE 膜单层防渗结构示意图
双层防渗结构的层次从上至下为渗滤液收集导排系统、主防渗层(含防渗材料
及保护材料)、渗漏检测层、次防渗层(含防渗材料及保护材料)、基础层、地下水收集导排系统。双层防渗结构的设计如图5所示。
图5双层防渗结构示意图
③场地水平防渗系统方案比选《生活垃圾卫生填埋防渗系统工程技术规范》
规定,防渗层设计应符合下列要求。a. b. c. d. e.
能有效地阻止渗滤液透过,以保护地下水不受污染;具有相应的物理力学性能;具有相应的抗化学腐蚀能力;具有相应的抗老化能力;
应覆盖垃圾填埋场场底和四周边坡,形成完整的、有效的防水屏障。
由本设计中根据所给的原始资料可以知道:土壤渗透系数为7.0×10-4m/s,故k=7.0×10-4m/s﹥10-5m/s,属于渗漏性场地。
场区地下水位较低,离地面仅0.9m,此填埋场没有独立的水文地质单元,也无不透水层或弱透水层,因此也属于渗漏性场地,故不宜采用垂直防渗系统,而应采用水平防渗系统。
由于度量黏土衬层渗透性的主要指标是渗透系数,根据《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》,天然黏土类衬里的渗透系数不应大于10-7cm/s,并且黏土层厚度≥2m。
因原始资料中并未给出当地土层中天然黏土的渗透系数,对比以上所介绍的3中防渗材料性能并考虑施工中常用的材料,故排除了用天然材料作为衬垫层的方案,而选择了人工合成防渗膜。在人工合成防渗膜中选用了性能较优、国内使用经验较多的高密度聚乙烯(HDPE)防渗膜。
根据原始资料可知,该填埋场土壤渗透系数为7.0×10-4m/s,大于10-5m/s,地下水稳定水位平均埋深0.9m,即地下水位较高,场地地质条件不好,因此选择了双层衬里的防渗系统。
防渗结构中,主防渗层和次防渗层均采用厚度2.0mm 的HDPE 膜作为防渗材料;主防渗层HDPE 膜上均采用面密度为600g/m2的非织造土工布作为保护层,HDPE膜下采用非织造土工布作为保护层;次防渗层HDPE 膜上采用非织造土工布作为保护层,HDPE 膜下采用渗透系数≤1×10-7m/s的压实土壤作为保护层,压实土壤厚度800mm;主防渗层和次防渗层之间的排水层采用复合土工排水网。
4.3垃圾渗滤液的产生与收集系统
4.3.1垃圾渗滤液概念和来源
垃圾渗滤液是指超过垃圾所覆盖土层饱和蓄水量和表面蒸发潜力的雨水进入填埋场地后,沥经垃圾层和所覆盖土层而产生的污水。渗滤液还包括垃圾自身所含水分、垃圾分解所产生的水及浸入的地下水。
城市垃圾填埋场渗滤液的处理一直是填埋场设计、运行和管理中非常棘手的问题。主要来源有:
①降水的渗入,降水包括降雨和降雪,它是渗滤液产生的主要来源;②外部地表水的渗入,这包括地表径流和地表灌溉;
③地下水的渗入,这与渗滤液数量和性质与地下水同垃圾接触量、时间及流动方向等有关;当填埋场内渗滤液水位低于场外地下水水位,并没有设置防渗系统时,地下水就有可能渗入填埋场内;
④垃圾本身含有的水分,这包括垃圾本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附量;
⑤覆盖材料中的水分,与覆盖材料的类型、来源以及季节有关;
⑥垃圾在降解过程中产生的水分,与垃圾组成、pH 值、温度和菌种等有关,垃圾中的有机组分在填埋场内分解时会产生水分;
4.3.2垃圾渗滤液的水质特征
垃圾渗滤液主要来源于降水和垃圾本身的内含水以及分解产生的水。垃圾渗滤液的主要污染成分有:有机物、氨氮和重金属等。其种类和浓度与垃圾类型、组分、填埋方式、填埋时间、填埋地点的水文地质条件、不同的季节和季候等密切相关,其水质主要呈现以下特征。
①有机物浓度高:对于新建的垃圾填埋场,大量挥发性酸的存在可能会产生高的COD Cr 和BOD 5。
②BOD 5与COD Cr 比值变化大:BOD5/CODCr 值的高低与渗滤液处理工艺方法的选择密切相关。渗滤液BOD 5/CODCr 值还与垃圾填埋场的使用年限有关,对“年轻”填埋场而言,其渗滤液多具有良好的可生化性,可采用生物方法加以处理。而对于“年老”填埋场,渗滤液的处理,必须考虑其可生化性随时间的变化。③金属含量高:垃圾渗滤液中含有10多种重金属离子,由于物理、化学、生物等的作用,垃圾中的高价不溶性金属被转化为低价的可溶性金属离子而溶于渗滤液中,在处理过程中必须考虑对金属,尤其是重金属的去除。
④营养元素比例失调,氨氮的含量高:随着填埋场使用年限的增加,当进入产甲烷阶段后,渗滤液中的NH 4+浓度不断上升。另外,渗滤液中还存在溶解性领酸盐不足、碱度较高、无机盐含量高的问题。
4.4渗滤液收集系统
⑴收集系统的作用
渗滤液收集系统应保证在填埋场使用年限内正常运行,
收集并将填埋场内渗滤液排至场外指定地点,避免渗滤液在填埋场底部蓄积。渗滤液的蓄积会引起下列问题:a.场内水位升高导致垃圾体中污染物强烈浸出,从而使渗滤液中污染物浓度增高;b.底部衬层上的静水压增加,导致渗滤液更多地渗漏到地下水-土壤系统中;c.填埋场的稳定性受到影响;d.渗滤液有可能扩散到填埋场外。⑵收集系统的构造场底排水层组成。①排水层
场底排水层位于底部防渗层上面,有沙或砾石构成。当采用粗砂
渗滤液收集系统主要由渗滤液调节池、泵、输送管道和
粒时,厚度为30~100cm,必须覆盖整个填埋场底部衬层,其水平渗透系数不应大于0.1cm/s,坡度不小于2%。
②管道系统一般穿孔管在填埋场内平行铺设,并位于衬层的的最低处,且
具有一定的纵向坡度,通常为0.5%~2.0%。③防渗层
有黏土或人工合成材料构筑,有一定厚度,能阻止渗滤液下渗,
并且有一定坡度,通常为2%~5%。
④集水井、泵、检修设施以及检测和控制装置等。
4.5渗滤液的计算
⑴渗滤液产生量的计算
渗滤液产量的计算比较复杂,目前国内外已提出多
种方法,主要有水量平衡法、经验公式法和经验统计法3种。水量平衡法综合考虑产生渗滤液的影响因素,依水量平衡和损益原理而建立,该法准确但需要较多的基础数据,而我国现阶段相关资料不完整的情况限制了该法的应用;经验公式法是以相邻相似地区的实测渗滤液产生量为依据,推算出本地区的渗滤液产生量,该法不确定因素太多,计算的结果角粗糙,不能作为渗滤液计算的主要手段,通常仅用来作为参考,不用作主要设计方法;经验公式法的相关参数易于确定,计算结果准确,在工程中应用较广。渗滤液产生量的经验模型:
Q =
1
CIA 式中,Q 为渗滤液水量,m3/a;
I 为降雨强度,mm;
C 为浸出系数;
A 为填埋面积,m。
2
由于填埋场中填埋施工区域和填埋完成后封场区域的地表状况不同,因此浸出系数也有较大差异。考虑填埋区和封场区的渗滤液的产生量Q :
Q =Q 1+Q 2=
I (C A +C A )
式中,Q 1为填埋区渗滤液年产生量,m3/a;
Q 2为封场区渗滤液的年产生量,m3/a;
I 为降雨强度,mm;
C 1为填埋区的浸出系数,一般取0.4~0.7;A 1为填埋区汇水面积,m2;
C 2为封场区的浸出系数,C 2=0.6C 1;A 2为封场区的汇水面积,m2。
填埋库区分3块,分别进行填埋。因填埋场的服务年限为10年,3块填埋场的服务年限分别为4年、3年和3年。①第一块填埋区的渗滤液产生量
第一块填埋区面积A 1:
A 1=κ⨯
∑V
n =1
4
n
=1. 1⨯
9364292
=1030072. 12(m 2) C 1取0.5,C 2=0. 6C 1=0. 3,则第一块填埋区填埋期间的渗滤液产生量Q 1:
Q 1=
IC 1A 11100⨯0. 5⨯1030072. 12
⨯4=⨯4=2266158. 66(m 3) 第一块填埋区封场期间的渗滤液产生量Q 2:
Q 2=
IC 2A 11100⨯0. 3⨯1030072. 12
⨯6=⨯6=2039542. 80(m 3) 第一块填埋区总的渗滤液产生量Q f :
Q f =Q 1+Q 2=2266158. 66+2039542. 80=4305701. 46(m 3)
②第二块填埋区渗滤液产生量
第二块填埋区面积A 2:
2459286
=270521. 46(m 2) 10
A 2=κ⨯
∑V
n =5
7
n
=1. 1⨯
C 1取0.5,C 2=0. 6C 1=0. 3,则第二块填埋区填埋期间的渗滤液产生量Q 2:
Q 1=
IC 1A 21100⨯0. 5⨯270521. 46
⨯3=⨯3=446360. 40(m 3) 第二块填埋区封场期间的渗滤液产生量Q 2:
Q 2=
IC 2A 21100⨯0. 3⨯270521. 46
⨯3=⨯3=267816. 25(m 3) 第二块填埋区总的渗滤液产生量Q s :
Q s =Q 1+Q 2=446360. 40+267816. 25=714176. 65(m 3)
第三块填埋区渗滤液产生量
第三块填埋区面积A 3:
7987073
=878578. 03(m 2) A 3=κ⨯
∑V
n =8
10
n
=1. 1⨯
则第三块填埋区填埋期间的渗滤液产生量Q 1:
Q 1=
IC 1A 31100⨯0. 5⨯878508. 03
⨯3=⨯3=1449653. 75(m 3) 因Q 2为零,因此,第三块填埋区总的渗滤液产生量为:
Q t =Q 1=1449653. 75(m 3)
整个填埋区10年内产生的渗滤液总量Q 为:
Q =Q f +Q s +Q t =4305701. 46+714176. 65+1449653. 75=6469531. 86(m 3) 渗滤液年均产生量Q a :
Q a =
Q
=646953. 2(m 3) (2)渗滤液调节池的设计计算最小调节池的容积由下式确定:
V ≥(Q max -Q ) ⨯5
式中,V 为调节池有效容积,m 3;
Q max 为最大渗滤液产生量,m 3/d ;
Q 为渗滤液处理规模,m 3/d 。
在原始资料中已知该地区位于我国南方,属亚热带季风气候,季风明显,降水充沛,四季分明,无霜期长。该地区多年平均气温为20℃,多年平均降水量为1100mm 。可估算日最大降雨量约为100mm ,第一块填埋区填埋期间的渗滤液最大日产量
Q m 1=
IC A 100⨯0. 5⨯1030072. 12
==51503. 60(m 3/d ) 第二块填埋区填埋期间的渗滤液最大日产量Q m 2:
Q m 2=Q 1+Q 2=
=
IC A IC A +10001000
100⨯0. 3⨯1030072. 12100⨯0. 5⨯270521. 46
+=30902. 16+13526. 07=44428. 23(m 3/d )
10001000
第三块填埋区填埋期间的渗滤液最大日产量Q m 3:
Q m 3=Q 1+Q 2+Q 3==
IC A IC A IC A ++100⨯(0. 3⨯1030072. 12+0. 3⨯270521. 46+0. 5⨯878578. 03)
=82946.71(m 3/d )
因此,Q max 近似应取83000m 3/d 。将渗滤液的处理规模设计为8000m 3/d ,则
V =(Q max -Q ) ⨯5=(83000-8000) ⨯5=375000(m 3)
近似取为37500m 3。
调节池的有效水深设计为5m,超高为0.5m,则调节池的表面积A:
A 总=
V 37500==68181. 82(m 2) ≈68182(m 2) 设调节池个数为3个,故调节池表面积A :
A =
A 总68182
==22727. 33≈22728(m 2) 33
又调节池表面积:A =L ⨯B
调节池的宽度设计为100m,则调节池的长度L:
L =
A 22728==227. 28(m ) ,取为230m,则调节池的设计尺寸为:L ⨯B ⨯H =230m ⨯100m ⨯5. 5m 。
5. 填埋气体的产生与收集处理
城市生活垃圾中含有大量的有机物,在垃圾卫生填埋过程中发生生物降解,降解过程最终产生的气体称作填埋气体。
填埋场气体的生成是一个生物化学过程,在此过程中微生物将垃圾中的有机物分解陈胜二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和其他气体。填埋场气体主要分为两类,一类是主要气体,另一类是微量气体。填埋场主要气体有生活垃圾中的有机组分通过生化分解产生,主要含有CH 4、CO2、N2、O2、H2S、NH3、H2和CO 等。填埋场微量气体中许多是挥发性有机物(VOCs )。填埋气体的典型组成见表4。
表4
填埋气体组成/%(干
45~50
重)
40~60
2~5
CH 4
CO 2
N 2
填埋气体的典型组成(体积分数)
O 2
H 2S
NH 3
H 2
CO
微量组分
0.1~1.00~1.00.1~1.00~0.20~0.20.01~0.6
填埋气体的典型特征为:温度约43~49℃,相对密度约为1.02~1.06,水蒸气含量达到饱和,高位热值范围15630~19537kj/m3。
5.1填埋产气量的预测
利用产气速率模型计算填埋气体的实际产生速率和气体产气量。产气速率是指在单位时间内产生的填埋场气体总量,一般采用一阶产气速率动力学模型计算填埋场产气速率。
第t 年填埋场气体的产气速率:
q (t ) =kY 0e -kt
式中,q (t ) 为单位气体产生速率,m3/(t·a);
Y 0为垃圾的实际产气量,m/t;
3
k 为产气速率常数,a-1。垃圾的实际产生量可表示为:
Y 0=M t L 0
式中,M t 为第t 年所填垃圾量,t;
L 0为气体产生潜力,m/t。
3
L 0和k 的取值范围见表5。
表5
参数
填埋场气体产气速率常数和气体产生潜力取值范围
建议值
范围
潮湿天气
中湿度天气0.05~0.15140~180
干旱天气0.002~0.10
K/aL 0
-1
0.003~0.40~312
0.10~0.35
L 0取150m /t,第一年生活垃圾的产气量:
3
Y 1=
800⨯2272000
⨯150=272640000(m 3)
气体常数k 取0.10,则第一年填埋气体的产气速率:
q (t ) =kY 0e -kt =0.1×272640000×e
-0.1
=2.5×10(m/a)
73
第一至第十年的产气量和产气速率计算结果如下表6。
表6
年度第一年第二年第三年第四年第五年第六年第七年第八年第九年第十年
填埋场填埋气体产气量和产气速率
3
产气速率/(m/a)
2.5×102.3×10
7
产气量/m
3
累计产气量/m[***********][***********][***********][***********][***********]5331680
3
[***********]
7
7
2.10×101.94×101.79×101.65×101.52×101.41×101.30×101.20×10
[***********][***********][***********][***********]
7
7
7
7
7
7
7
5.2填埋场气体收集系统的设计与计算
填埋气体收集系统的作用是控制填埋气体在无状态下的迁移和释放,以减少填埋气体想大气的排放量和向底层的迁移,并未填埋气体的回收利用做准备。填埋气体收集系统分为主动集气系统和被动集气系统。
被动集气系统包括排气井、水平管道设施,被动集气系统利用填埋场内气体的压力进行迁移,无须外加动力系统,具有结构简单、投资少的特点,适用于垃圾填埋量少、填埋深度浅。产气量低的小型垃圾填埋场。主动集气系统有抽气井、气体收集管、水汽凝结器和泵站、真空站、气体处理站、气体检测装置等组成。主动集气系统采用抽真空的方法来控制气体运动,适用于大、中型卫生填埋场气
体的收集。
本设计采用主动集气系统对填埋场气体进行收集。
填埋场气体收集系统设计的第一步是对抽气井进行初步布置。抽气井的间隔是抽气是否有效的关键,抽气井的间隔应使各抽气井的影响区域重叠。最有效的抽气井布置通常为正三角形布置,正三角形布置抽气井井距可用下式来计算:
X =2r cos 30︒
式中,X 为三角形布置井的间距;r 为影响半径。本设计为采用主动集气系统,根据规范井距为90~100m,取90m,则
r =X 90==51. 96(m ) ≈52(m ) ⨯︒⨯︒
6. 垃圾填埋场的终处理
根据《生活垃圾卫生填埋场封场技术规程》规定,填埋场填埋作业至设计终场标高或不再受纳垃圾而停止使用时,必须实施封场工程。垃圾填埋场在封场后,一般要30~50年才能完全稳定,达到无害化。该垃圾填埋场设计使用年限为10年,到期后需进行规范的风场覆盖、场址修复和严格的封场管理,以保障填埋场的安全运行。
填埋场封场程应包括地表水径流、排水、防渗、渗滤液收集处理、填埋气体收集处理、堆体稳定、植被类型及覆盖等内容。
6.1堆体的整形与处理
垃圾堆体整形作业过程中,采用斜面分层作业法。堆体整形与处理后,垃圾堆体顶面坡度不应小于5%,边坡坡度大于10%是采取台阶式收坡,坡度每升高2m 建一台阶,坡度大于20%而小于33%时,根据实际情况适当增加台阶。台阶宽度取2m,高差为4m。
6.2终场覆盖
填埋场终场覆盖系统的基本功能是将垃圾与环境分离,减径感官上的不良印象,避免为小动物或细菌提供滋生的场所,便于设备的使用和车辆的行驶,为植被的生长提供土壤,同时控制填埋气体的迁移扩散,并使地表水的渗入量最小化,从而减少渗滤液的产生。
《生活垃圾卫生填埋封场技术规范》规定,填埋场封场必须建立完整的封场覆
盖系统,封场覆盖系统结构由垃圾堆体表面至顶端表面顺序应为:排气层、防渗层、排水层、植被层,如图
6。
图6封场覆盖系统结构示意图
⑴排气层排气层的作用是控制填埋场气体,将其导入填埋场气体收集设施进行处理或利用。排气层采用25~50mm、渗透系数>1×10-2cm/s的粗砂或砾石,厚度为30cm。气体导排层选用与导排性能等效的土工复合排水网或土工布。⑵防渗层防渗层的作用是防止入渗水进入填埋废物,并防止填埋气体逸离填埋场。防渗层选用由土工膜和压实黏土组成的复合防渗层,其中,压实性土层的厚度为30cm,渗透系数<1×10-5cm/s;土工膜选择厚度不应小于1mm 的高密度聚乙烯(HDPE)或线性低密度聚乙烯土工膜(LLDPE),渗透系数<1×10-7cm/s。土工膜上下表面布置土工布。
⑶排水层排水层的作用是排泄入渗的地表水等,降低入渗水对下部防渗层的水压力。排水层顶坡采用渗透系数>1×10-2m/s的粗砂或砾石,厚度为45cm;边坡采用土工复合排水网,材料应有足够的导水性能,保证施加于下层衬垫的水头小于排水层厚度。排水层与填埋库区四周的排水沟相连。
⑷植被层植被层为填埋场最终的生态恢复层,由营养植被层和覆盖支持土层组成。营养植被层选用有利于植被生长的土壤或其他天然土壤,厚度为20cm;覆盖支持土层由渗透系数>1×10-4cm/s的压实土层构成,厚度为50cm。植被选
择浅跟植物。
6.3填埋气体收集与处理
在垃圾填埋的初期(2-3年内),由于垃圾量较小,填埋年限短,填埋气产量偏小,不考虑收集,采用就地点燃的方法。随着填埋年限的增加,垃圾填埋量增加,填埋气量也快速增加,采用就地点燃的方法会造成资源的严重浪费。因此,需要将沼气集中收集起来,少量时用火炬点燃,大量时加以利用。填埋气体收集的流程如图8所示。结构示意图见图
9。
图8
填埋气体收集系统流程
图9填埋气体收集管示意图
竖管长度一般为垃圾堆体深度的2/3,本设计中取6m,直径100mm,梅花型开孔,孔径10mm,竖管穿孔段外填充直径25-55mm 的厚卵石层,卵石外包钢丝网,将卵石与管道固定在一起,以防止垃圾堵塞空洞。
填埋场终场覆盖后,需要排除覆盖层表面的降水径流以及周围山体进入厂区的水,以减少由于降水渗入增加垃圾渗滤液的产生量。地表水收集与导排系统的设
计基于填埋场封场后的地形地貌,填埋场截洪沟采用梯形断面设计。
6.4垃圾渗滤液的收集与处理
渗滤液收集井用穿孔的预制钢筋混凝土管制作,梅花性开孔,孔径150mm,收集井穿孔段外填充直径180-200mm 的厚卵石层,填充厚度为400mm。
6.5填埋场封场后的土地回用
填埋场的稳定化程度直接决定其土地回用的可能性,不同的回用目的对填埋场的稳定性要求也不同。判断填埋场的稳定化指标主要有填埋场表面沉降速度、渗滤液水质、释放气体的质和量、垃圾体的温度、垃圾矿物化的程度等。但是,到目前为止还没有填埋场稳定化的定量标准。
7. 填埋场环境监测
填埋场环境监测是填埋场管理的重要组成部分,是确保填埋场正常运行和进行环境评价的重要手段。填埋场环境监测包括垃圾渗滤液监测、地表水监测、地下水监测和气体监测等内容。
⑴垃圾渗滤液监测
率为1次/月。
⑵地表水监测地表水监测的目的是通过对填埋场附近的地表水体监测,以利用填埋场的每个集水井惊醒水位和水质监测,检测频确定水体是否受到填埋场污染。地表水监测对象主要是填埋场附近的河流和胡泊等,采样频率和检测项目取决于场地的监测计划和环保部门的要求。
⑶地下水监测填埋场底下水井布设应满足:在填满场上游设置一眼对照井,在下游设置三眼监测井。检测频率为:填埋场运行的第一年,采样频率为1次/月;其他年份,采样频率为1次/季度。
⑷气体监测气体检测包括大气监测和填埋气体监测,目的是了解填埋气体的排除情况以及周围大气的质量状况。填埋场运行期间,填埋场气体监测频率为1次/月。
参考文献
[1]《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GBl6889-2014)。
[2]《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》(CJJ17-2004)。
[3]《生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范》(CJJ113-2007)。
[4]《生活垃圾卫生填埋场封场技术规范》(CJJ112-2007)。
[5]《三废处理工程技术手册固体废物卷》化学工业出版社聂永丰主编。