固体废弃物课程设计

1、青岛理工大学课程设计（论文）任务书院 （系）： 环境与市政工程学院 专 业： 环境工程专业 学生姓名: 霍梅青 学 号: 200905071 设计(论文)题目： 某城市生活垃圾处理方案设计 起 迄 日 期: 2012年6月11日6月16日 设计(论文) 地点: 青岛理工大学毕业设计室 指 导 教 师: 孙英杰 教 研 室 主 任： 李 捷 目 录 第一章 生活垃圾产生量的预测.3第二章 填埋容量与填埋年限的计算.8第三章 防渗系统的选择.8 一 防渗方式 .8 二 防渗材料.8 三 防渗结构.8第4章 渗滤液收集与处理系统的确定.9 一 渗滤液的产生及其特征.9 二 渗滤液产量的估算.10 三

2、 渗滤液收排系统.10 1、 收排系统的作用.10 2、 收排系统的构造.10 3、 收排系统的类型.11 4、 收排系统的数学模型.13 四 渗滤液处理系统.14第5章 填埋气体收集系统.16 一 LFG产生量.15 二 填埋气体的控制系统.16 三 填埋场气体处理系统.18 第六章 终场覆盖系统的选择 .18 一 基本结构.20 二 表面密封系统结构设计.21 第七章 地下水监测的设置.21 一 地下水监测井的组成.21 二 地下水监测井的选择 .21 三 取样点的布设.22一 生活垃圾产生量的预测 年份199719981999200020012002200320042005年人均产生量8

3、.59.09.59.910.510.911.011.511.7人均产生量年递增率%5.88 5.564.22 6.06 3.81 0.92 4.54 1.74平均年递增率% 4.09以2005年为基准年，预测2020年人均产生量： MSW0=W0(1+r)n =11.7×(1+0.0409)1521.3 t/d.万人2005年预测人均年产生量: MSW1=365×MSW0=365×21.3 =7774.5 t/万人.年 预测2020年生活垃圾产生量： MSW=预测人均产生量×预测人口数 （注：来自课件） =7774.5×83 =645283.5

4、 t二 填埋容量与填埋年限的计算 填埋年限以1020年为宜，此设计取填埋年限为15年，通常填埋场覆土量约占填埋总容积的10%25%，此设计取比例为1：5（20%），VS=0.2Vt 由课本P47P48查得： 含水率=0.48 干密度（容重）=0.52=600 kg/m3 平均湿密度=600/0.52=1153.8 kg/m3由资料P620得到如下表数据 表6-2-2 不同固体废物在填埋场的典型压缩因子有机组分范围正常压缩高度压缩无机组分范围正常压缩高度压缩食品废物0.20.50.350.33玻璃0.30.90.60.4纸品0.10.40.10.15罐头盒0.10.30.180.15橡胶皮革0.

5、20.40.30.3泥土砖0.61.00.850.75由表得到：有机物填埋因子f1=0.3 无机物填埋因子f2=0.45 废品类f3=0.2压实前：V1=0.45Vm V2=0.43Vm V3=0.12Vm压实后：V1'=0.3V1=0.135Vm ；V2'=0.45V2=0.1935Vm ; V3'=0.2V3=0.024Vm填埋后废物压实密度= 3273 kg/m3=3.273 t/m3总填埋容量： Vt=365 式中：m人均每天废物产量，kg P填埋场服务区域内的预测人口 t填埋年限，a 废物最终压实密度，kg/m3 VS覆土量 Vt=365×21.3&

6、#215;83×15/3.273+0.2×Vt Vt3.7×10 6 m3 ，设填埋场高8米，则填埋场面积A=4.625×10 6 m2三 防渗系统的选择 填埋场防渗的主要目的，是阻止渗滤液和填埋气体外泄污染周围的土壤和地下水，同时还要防止外来水，包括地下水、地表水和降水等大量进入填埋场，增大渗滤液产生量。 1、防渗方式 根据防渗设施设置方向的不同，分为水平防渗和垂直防渗。垂直防渗指防渗层竖向布置，防止废物渗滤液横向渗透迁移，污染周围土壤和地下水。因垂直防渗单独应用时能力相对有限，通常作为辅助防渗措施，故本设计采用水平防渗。 水平防渗指防渗层向水平方向铺

7、设，防止渗滤液向周围及垂直方向渗透而污染土壤和地下水。 2、防渗材料 常用的两种改良型衬里：黏土膨润土改良型衬里，黏土石灰、水泥改良型衬里。 本设计选用黏土膨润土改良型衬里。在天然黏土中添加适量（如3%15%）膨润土矿物，使改良后的黏土达到防渗材料的要求。已有的研究成果和工程应用实践表明，膨润土因其具有吸水膨胀特性和巨大的阳离子交换容量，添加在黏土中，不仅可以减少黏土的孔隙，降低其渗透性，而且能增强衬里吸附污染物的能力，同时还可以大幅度提高衬里的力学强度，因此，在填埋场防渗工作中具有广阔的推广前景。 3、防渗结构 设计选用单复合衬里系统，下图为衬里系统的结构： 衬层系统中排水层厚度取100cm

8、，集水管最小直径为15cm，管道间距20m.设计坡度为3% . 四 渗滤液收集系统的确定，渗滤液处理系统规模确定 1、 渗滤液的产生及其特征 大量资料表明，降水、地表径流和地下水入渗是废物渗滤液产生的主要原因。渗滤液的水质取决于废物组分、气候条件、水文地质、填埋时间及填埋方式等因素。课本P262表8-4给出了深圳和上海的垃圾填埋场渗滤液主要污染指标浓度范围。 由表结合其他资料可知，渗滤液具有以下基本特征： 初期有机污染物浓度高。 中后期氨氮含量较高。 磷含量普遍偏低，尤其是溶解性的磷酸盐含量更低。 初期金属离子含量较高。 溶解性固体含量较高，在填埋初期呈上升趋势，直至达到峰值，然后随填埋时间增

9、加逐年下降直至最终稳定。 色度高，具较浓的腐败臭味。 水质历时变化大，废物填埋初期，渗滤液的pH较低，而COD、BOD5、TOC、SS、硬度、金属离子含量较高；而后期有机物浓度低，生化性差，氨氮浓度高，磷不足。 2、渗滤液产量估算 （注：来自资料P643） 由经验公式法中计算年平均日降水量法估算渗滤液产量： Q=10001CIA 式中： A填埋场面积，m2 Q渗滤液平均日产量， m3/d C渗出系数，通常情况下取0.250.40，设计中取0.30 I平均日降雨量， mm/d Q=1000-1×0.30×（655.7/365）×4.625×105 =249

10、.3 m3/d 3、 渗滤液收排系统 （1）收排系统的作用： 渗滤液收集系统的主要功能是将填埋场内产生的渗滤液迅速汇集收集，并通过输水管、集水池输送至指定地点。避免渗滤液在填埋场内长时间蓄积。 （2）收排系统的构造 导流（排水）层 导流层的厚度应等于或大于30cm，设计取厚度为100cm，主要由510mm粒径的粗沙砾或卵石组成，需覆盖整个填埋场底部衬里上，其水平渗透系数应大于1×103cm/s，纵横坡度大于2%，设计取坡度为3%。导流层与废物之间宜设土工织物等人工过滤层，以免细粒物质堵塞导流层，影响其正常排水功能的发挥。 导流沟与导流 导流沟设置在导流层的底部，并贯穿整个场底，其断面

11、常为等腰梯形。管材目前多采用高密度聚乙烯（HDPE)。导流管应预先制孔，孔径1520mm，设计采用20mm，孔距50100mm,设计采用80mm，开孔率应保证其刚度和强度要求，一般2%5%，设计选用3%。典型的渗滤液导流系统断面如图1-2所示。 图1-2 渗滤液导流系统断面图 集液池及提升系统 平原型填埋场因渗滤液无法借助于重力从场内导出，需采用集液池和提升系统。集液池多在废物坝前最低洼处下凹形成，其容积视对应的填埋单元面积而定，一般为5m×5m×1.5m，集液池坡度为1：2，池内用卵砾石堆填以支撑上覆废物等荷载，堆填卵砾石的空隙率介于30%40%之间，设计中选用空隙率为3

12、0%。提升系统包括提升多孔管和提升泵。提升管安装形式采用高密度聚乙烯斜管，因其能大大减小负摩擦力的作用，且可避免竖管带来的诸多操作问题，故采用较普遍。半圆开孔，管径一般为800mm，以便于潜水泵的放入和取出。潜水泵通过提升斜管安放于贴近池底部位，其作用是将渗滤液抽送入调节池。典型的斜管提升系统断面见图1-3。 图 1-3 典型的斜管提升系统断面图 调节池 调节池是渗滤液收集系统的最后一个环节。它既可作为渗滤液的初步处理设施，又起到渗滤液水质和水量调节的作用，从而保证渗滤液后续处理设施的稳定运行和减小暴雨期间渗滤液外泄污染环境的风险。调节池选用地下室，其池底和池壁用HDPE膜进行防渗，膜上采用预

13、制混凝土板保护。 （3）收排系统的类型 选用的收排类型如图1-4所示，衬层做成屋顶型，具有一定的坡度，排水管道设在衬层的最低点。排水层上设一层细粒物质（或废物）组成的保护层，以防止大块废物刺破人工合成衬层。 图1-4 渗滤液收排系统的类型 （4）排水系统数学模型 渗滤液通过底部衬层的穿透时间： 表6-2-19 压实黏土衬层渗透系数与厚度设计推荐值衬层结构渗透系数cm/s粘土层厚度/m衬层结构渗透系数cm/s粘土层厚度/m单层衬层 10-7 13复合衬层：土-复合土 10-7 1复合衬层：土-膜 10-6 10-7 0.61双层衬层 10-7 0.61 （注：来自资料P682） 由表中信息作为参

14、考，设计取底部粘土衬层厚度为1.0m，渗透系数Ks=1× 10-7cm/s，防渗层的有效孔隙率e=6%。 渗滤液排水系统有效作用时，dH/dZ=1 Q=Ks= 1× 10-7cm/s Vp=Q/e 穿透时间：t=L/Vp=200×0.06/(1×10-7) s =1.2×108 s =3.8 a (5) 为了检修方便，避免设计缺陷，可以设置人孔。 2、渗滤液处理系统 归纳起来，国内外渗滤液处理的主要工艺方案有二：即合并处理和单独处理。设计选用应用较广的单独处理工艺。渗滤液单独处理方案按工艺特点又可分为生物法、物化法和土地法等，利用一种或其组合工

15、艺（常以生物法为主），在填埋场区处理渗滤液，达标后直接排放。 生物处理是废物渗滤液的主要处理方式。生物法包括好氧生物处理、厌氧生物处理及两者的结合。 （1）好氧生物处理好氧生物处理包括活性污泥法、稳定塘法、生物转盘和滴滤池等方法。好氧生物法可有效地降低BOD、COD和氨氮，还可除去铁、锰等金属，因而得到较多的应用，特别是活性污泥法。活性污泥法对易降解有机物具有较高的去除率，对新鲜的废物渗滤液，保持泥龄为一般城市污水的2倍，负荷减半，可达到较好的去除效果。但是活性污泥法处理废物渗滤液的效果受温度影响较大，对“中老龄”渗滤液的去除效果不理想。低氧、好氧两段活性污泥法及SBR法等改进型活性污泥流程因

16、其能保持较高的运转负荷，而且停留时间短，处理效果好，比常规活性污泥法更有效。然而改进型活性污泥法的工程投资大，运行管理费用高，常成为其应用的限制因素。与活性污泥法相比，尽管稳定塘降解速率低，停留时间长，占地面积大，但由于其工艺较简单，投资省，管理方便，且能够把好氧塘和厌氧塘相结合，分别发挥好氧微生物和厌氧微生物的优势，在土地允许的条件下，是最经济的废物渗滤液好氧生物处理方法，因而宜优先考虑。（2）厌氧微生物处理 包括上流式厌氧污泥床、厌氧淹没式生物滤池、混合反应器等。厌氧生物处理的优点是投资及运行费用低，耗能少，产生污泥量少，一些复杂的有机物可在厌氧条件下被细菌胞外酶水解生成小分子可溶性有机物

17、，再进一步降解。近20年来，厌氧技术有了较快发展，不断开发出新的厌氧处理工艺，比如厌氧接触法、分段厌氧消化及上流式厌氧污泥床，这些工艺克服了传统工艺有机负荷低等缺点，使其在处理高浓度（BOD52000mg/L）有机废水方面取得了良好的效果，是一种宜优选的生物预处理工艺。 （3）厌氧与好氧结合方式在生物法处理渗滤液的工程中，由于渗滤液中的COD和BOD较高，单纯采用好氧法或单纯采用厌氧法处理渗滤液均较为少见，也很难使渗滤液处理后达标排放。实践表明，采用厌氧好氧处理工艺既经济合理，处理效率又高。A/O、A2/O和SBR等具有脱氮功能的组合工艺具有较好的效果。这些技术用于处理废物渗滤液与常规污水处理

18、技术的不同主要体现在有机负荷、污泥浓度和停留时间等参数的选取以及处理工艺的运行效果上。 五 填埋气体收集系统的选择1、 LFG产生量 采用化学需氧量法估算LFG产生量，假设：填埋释放气体产生过程中无能量损失；有机物全部分解，生成CH4和CO2，则根据能量守恒定理，有机物所含能量均转化为CH4所含能量， 即： 有机物所含能量=CH4所含能量而物质所含能量与该物质完全燃烧所需氧气量（即COD）成特定比例，因而有： COD有机物=CODCH4 CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O ，可导出 1 g COD有机物 = 0.25 g CH4 = 0.35 L CH4 （ 0 ，1atm ） 由于

19、CH4 在填埋场气体中浓度约为50%，则 1 kg COD有机物 = 0.7 m3 填埋气体（0 ，1atm），填埋场理论产气量： L0 = W (1 ).有机物CCODVCOD 式中： W 废物质量，kg CCOD 单位质量废物的COD，kg/kg，我国填埋场废物主 要是植物性厨房废物，CCOD=1.2 kg/kg ； VCOD 单位COD相当的填埋场产气量， m3/kg 垃圾含水率，48% 有机物 有机物含量，45% L0 = 645283.5×103×（10.48）×0.45 ×1.2×0.7 =126836924.8 m3 可收集到的填

20、埋场产气量： L收集= LFG 。L0查资料得知值通常为30%80%，本设计计算时选用50%，则0=63418462.4 m32、 填埋气体的控制系统 LFG收集器 图（a） 图（b） 侧视图 图1-5 水平集气管的施工示意图 这种水平收集器常用于仍在填埋阶段的垃圾场，有多种建造方法。通常，先在填埋场下铺设一LFG收集管道系统，然后，在填埋场23个废物单元层后再铺设一水平排气沟（管）井。做法是先在所填垃圾上开挖水平管沟，用砾石回填到一半高度后，放入穿孔开放式连接管道，再回填砾石并用垃圾填满。这种方法的优点是，即使填埋场出现不均匀沉降，水平抽排沟仍能发挥其功效。开凿水平沟时，如果预期到后期垃圾层

21、的填埋，在设计沟位置时必须考虑填埋过程中如何保护水平沟和水平沟的实际最大承载力的影响。由于管道必然与道路发生交叉，因此安装时必须考虑动态和静态载荷、埋藏深度、管道密封的需要和方法，以及冷凝水的外排等。 水平井的水平和垂直方向间距随着填埋场设计、地形、覆盖层，以及现场其他具体因素而变。水平间距范围是30120m，垂直间距范围是2.418m或每1、2层垃圾的高度。 填埋气体的被动控制 （注：此部分来源于资料P668） 被动系统用于释放填埋厂内的压力或阻断LFG的地表迁移，适合于废物填埋量不大、填埋深度浅、产气量较低的小型城市垃圾填埋场和非城市垃圾型填埋场采用。被动控制系统包括被动排放井和管道、水泥

22、墙和截流管道等。 典型的被动排气系统详图如下所示： 图1-7 典型的被动排气系统详图 主动控制系统 LFG主动控制系统，即在填埋场内铺设一些垂直的导气井或水平的盲沟，用管道将这些导气井和盲沟连接至抽气设备，利用抽气设备对导气井和盲沟抽气，将LFG抽出来。由于垃圾填埋场面积大，填埋量大，采用水平收集盲沟易使空气进入抽气系统，故大工程采用垂直抽气井抽气。考虑到填埋厚度和填埋规模等因素，选择采用垃圾单元封闭后钻井下管统一收集填气体。填埋气体主动控制系统主要由抽气井、集气管、冷凝水收集井、和泵站、真空源、气体处理站以及气体监测设备等组成。通常，填埋气体主动控制系统又分为内部填埋气体收集系统和边缘填埋气

23、体收集系统两类。内部填埋气体收集系统：该系统常用来回收填埋气体、控制臭味和地表排放，如边缘填埋气体主动收集系统：此系统主要是回收并控制填埋气体的横向地表迁移。采用周边抽气井抽气。填埋气体收集方式 LFG集气/输送系统 LFG集气/输送系统材料多用PVC和PE。 3、 填埋场气体处理系统 填埋气的利用 对填埋气进行收集控制和资源化利用，已成为城市垃圾填埋处置的重要部分。目前填埋气的主要利用方式包括：直接燃烧产生蒸汽，用于生活或工业供热；通过内燃机燃烧发电；作为运输工具（如汽车）的动力燃烧；经脱水净化处理后用作城市民用管道燃气；燃料电池；用作CO2和甲醇工业的原料。 用于汽车燃料时，填埋气的预处理

24、和利用工艺流程见图： 图 1-8 填埋气预处理和利用工艺流程 填埋气的处理 对于无法利用的填埋气，必须将其焚烧，将甲烷和其他痕量气体转变为二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和其他无害气体。即使有将LFG变为能源的系统，也常设置燃烧系统，以便在产能系统停止运行或出现故障时用于焚烧气体，控制气体迁移。 常见的焚烧系统主要设备包括：进气除雾器，流量计，风机，自动调节阀，燃烧器，点火装置，冷凝液收集/贮存罐，冷凝液处理设备，管道和阀。 六 终场覆盖系统的选择 1、 基本结构 填埋场的最终覆盖层为多层结构，如图：包括： 底层：厚度不应小于20cm，倾斜度不小于2%，由透气性好的颗粒物质组成。 防渗层：天然材料防渗层厚度不应小于50cm，渗透系数不大于10-7cm/s；若采用复合防渗层，人工合成材料层厚度不应小于1.0mm，天然材料层厚度不应小于30cm。 排水层及排水管网：排水层和排水系统的要求同底部渗滤液集排水系统相同，设计时采用的暴雨重现期不得低于50年。