固废课程设计

\h一、前言： 1\h二、设计目的： 1\h三、设计原始资料： 1\h四、填埋场的总体规划 2\h4.1、填埋场基本设定 2\h4.2、填埋场结构形式 2\h4.3、填埋场总体布置原则 2\h五、填埋场的设计计算 4\h5.1、填埋场的分类分级及填埋场总容量计算 4\h5.2、垃圾填埋工艺流程及填埋作业程序确定 5\h5.3、填埋场的防渗 7\h5.3.1、防渗材料选择 7\h5.3.2、防渗系统的选择 7\h5.4、渗滤液的收集和处理 7\h5.4.1、渗滤液的产生及特征 7\h5.4.2、渗滤液产量估算 8\h5.4.3、渗滤液的收集和处理 8\h5.4.4、渗滤液的处理 10\h5.5、垃圾填埋气体的收集和利用 11\h5.5.1、填埋气体的产生 11\h5.5.2、垃圾气体产生量预测 13\h5.5.3、填埋气的收集 13\h5.5.4、填埋气体的利用与处理 13\h六、小结 14\h参考文献 15图例16某城市生活垃圾卫生填埋处理工艺方案设计一、前言：在生活垃圾处理处置方式中，填埋无疑占据着举足轻重的位置，从全球来看，填埋大约占到70%左右，在各发达国家应用非常广泛，例如加拿大1989年卫生填埋处置量占82%；1991年英国、意大利年卫生填埋处置量占其总处置量的90%美国处置量为72%，西班牙处置量为75%，德国1993年卫生填埋处置量占73%。美国联邦环保局(USEPA)和很多州都已详细制定关于填埋场选址、设计、施工、运行、水气监测、环境美化，封闭性监测以及维护年限的法规。而在我国,由于经济技术水平等的原因，填埋所占的比例更高，达到90%以上。虽然随着经济技术的发展，在未来的20年内，在拟建的垃圾处理项目中，填埋比例会稍有下降，但仍有大约75%的项目采用填埋方式。同时在我国的《城市垃圾处理及其污染防治技术政策》中明确提出：以填埋为主的路线，因此填埋必将在今后很长一段时间内占据主导地位，许多大中城市新建的垃圾填埋场，其日处理能力都达上千吨，总填埋库容达数千万立方米。关键词：固体废物安全填埋“三化”处理环境保护二、设计目的：通过本课程设计，掌握城市生活垃圾卫生填埋处理工艺设计的一般方法，巩固所学知识，学会将书本上的理论知识与实际应用相结合。三、设计原始资料：城市服务人口50万人，现状垃圾产量1.5kg/（d·人），垃圾容重量350kg/m3，垃圾压实密度900kg/m3，覆土体积取垃圾体积的1/4，垃圾填埋高度取15米，垃圾场服务年限为20年。气象资料气气温湿度降水量风向最冷月平均气温最热月平均气温极端最低气温极端最高气温最冷月平均湿度最热月平均湿度平均年降水量日最大降水量冬季夏季主导风向4.24.2℃35.4℃1.3℃39.6℃73%85%2864.8mm315mm西北东南东南⑶场址概况：填埋场库区周围汇水面积0.9km2。场底表土厚度1.2-5.3m不等，平均2.6m。土壤渗透系数为6.0×10-4m/s。场址地下水稳定水位埋深0.8m。⑷紧挨填埋场有水、电源及公路，城市污水处理场与填埋场间的距离为25km。四、填埋场的总体规划4.1、填埋场基本设定该地区主导风向为东南风，因此生活和管理设施宜集中布置并处于主导风向的上风向，即垃圾填埋场的东南角，以减少对人们的影响。垃圾卫生填埋场根据其所在的地形不同可分为四种类型：①平原型填埋场②山谷型填埋场③坡地型填埋场和④滩涂型填埋场。该填埋场库区周围汇水面积0.9km2。场底表土厚度1.2-5.3m不等，平均2.6m。土壤渗透系数为6.0×10-4m/s。场址地下水稳定水位埋深0.8m。因此采用平原型填埋场。4.2、填埋场结构形式根据填埋场填埋层空气的存在状态可分为厌氧填埋和好氧填埋，好氧填埋又有两种不同的方式——好氧填埋半好氧填埋方式。表1不同填埋构造的CO2和CH4的产生比率填埋填埋构造形式CO2CH4备注半好氧型填埋8020其他成分数据：氮%17；氧小于1%；二氧化硫小于20ppm；氨气0.6ppm；硫化氢ppm6.8循环式半好氧型填埋9010好氧型填埋955从表1可以看出，厌氧填埋中CH4成分远高于好氧填埋，满足资源再利用的条件。根据以上的特点，本工程采用厌氧填埋技术。大量厌氧分解产生的填埋气体通过气体导排系统排出，并需配备完善的填埋气体收集利用系统和渗滤液处理系统来处理场区渗滤液和回收填埋气体。4.3、填埋场总体布置原则1、填埋库区的占地面积宜为总面积的70％-90％，不得小于60％。填埋场宜根垃圾坝及垃圾填埋体应进行安全稳定性分析。填埋库区周围应设安全防护设施及8m宽度的防火隔离带，填埋作业区宜设防飞散设施。填埋场永久性道路、辅助生产及生活管理和防火隔离带外均宜设置绿化带。填埋场封场覆盖后应进行生态恢复。五、填埋场的设计计算5.1、填埋场的分类分级及填埋场总容量计算已知城市服务人口50万人，现状垃圾产量1.5kg/（d·人），垃圾容重量350kg/m3，垃圾压实密度900kg/m3，覆土体积取垃圾体积的1/4，垃圾填埋高度取mPt15米，垃圾场服务年限为20年。填埋场的总填埋容量公式V365Vt s则一年内填埋废物的体积为: mPt 1.5510511.551051V365V365（ ）304375m31 s 900 9004如果不考虑垃圾产量随时间变化，则运营20年需库容为：VV206.1106 20 1m3V 6.0106填埋场面积为:A204105m2 20H 15可以设为500m×800m场地。据《城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准》规定：垃圾卫生填埋场根据建设规模（总库容）和日处理能力两种方式进行分类与分级。按填埋场建设规模划分：Ⅰ类总库容1200万m3以上Ⅱ类总库容500~1200万m3Ⅲ类总库容200~500万m3Ⅳ类总库容100~200万m3按日处理能力划分：Ⅰ级日处理量1200t/d以上Ⅱ级日处理量500t/d~1200t/dⅢ级日处理量200t/d~500t/dⅣ级日处理量200t/d以下根据该城市居民生活垃圾产量和场址库容，项目为Ⅱ类Ⅱ级规模处理场5.2、垃圾填埋工艺流程及填埋作业程序确定计量称重市区内各垃圾转运站的垃圾经过收集、压缩、整形打包后运至垃圾填埋场管理区地磅房经称重计量后再运至垃圾填埋区。填埋场作业顺序进入填埋场区的垃圾填埋按从上而下的顺序。从上而下的填埋顺序可充分利用已埋区域作为进场道路，填埋初期垃圾中的渗透雨水能够迅速排出。另外，避免底部由于雨水使垃圾滑动而有可能造成破坏。填埋作业程序将整个填埋区分为4个大区，分别为填埋一区、填埋二区、填埋三区和填埋四区。为加快工程的进度，尽快满足接受生活垃圾的要求，将整个填埋库区工程分为二期进行，填埋一期工程包括填埋一区和填埋二区，填埋二期工程包括填埋三区和填埋四区。先进行填埋一期工程的施工，在进行填埋作业的同时，再来考虑填埋二期工程的进行。填埋作业应单元分层作业，以一日一层作业单元，每日进行覆盖。垃圾倾卸后平铺，分层有垃圾压实机械反复碾压，每层厚度为0.4m左右，垃圾压实密度要求达到0.9t/m3。压实的主要作用在于：增加填埋场库容，延长使用年限；减少渗入垃圾的降水量；有利于运输车辆进入作业面作业。一个单元完成即每日垃圾压实后，立即进行当日覆盖，覆盖土层厚度0.1m左右，以保持每天作业面清洁，抑制臭味散发，防止蚊虫孽生。每一作业区完成阶段性高度后，暂时不在其上继续进行填埋时，应进行中间覆盖，覆盖层厚度宜根据覆盖材料确定，土覆盖层厚度宜大于30cm。封场覆盖填埋场的填埋容量使用完毕后，需对整个填埋场或填埋单元进行最终覆盖。目的是将垃圾与环境隔离，减轻感官上的不良印象，避免为病原菌提供滋生的场所，便于设备的使用和车辆的行驶，为植被的生长提供土壤，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。同时提供一个可供景观美化和填埋土地再用的表面。生活垃圾填埋场的封场系统自上而下组成分别为排气层、防渗层、雨水导排层、最终覆土层、植被层。①排气层：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。②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。③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。④保护层：保护层厚度不应小于20cm，由粗砥性坚硬鹅卵石组成。⑤植被恢复层：植被层厚度一般不应小于60cm，其土质应有利于植物生长和场地恢复；同时植被层的坡度不应超过33%。在坡度超过10%的地方，必须建造水平台阶；坡度小于20%时，标高每升高3m，建造一个台阶；坡度大于20%时，标高每升高2m，建造一个台阶。台阶应有足够的宽度和坡度，要能经受暴雨冲刷。封场结构示意图其他工艺填埋场防渗、雨水分流、渗滤液及气体收集。具体工艺见下。5.3、填埋场的防渗5.3.1、防渗材料选择水平防渗按照防渗材料的来源不同又分为天然防渗和人工防渗两种。本设计的土壤渗透系数为6.0×10-4m/s。。场底表土厚度1.2-5.3m不等。根据《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》，本场址不具备自然防渗条件，本项目需要进行人工防渗处理。并选用性能较优、国内外使用经验较多的高密度聚乙烯（HDPE）防渗膜。HDPE光面防渗膜具有防渗透能力强、抗老化、使用年限长等优点。 5.3.2、防渗系统的选择场址地下水稳定水位埋深0.8m。即地下水位较高，场区地质条件不好。所以填埋场采用单复合衬里防渗系统。场地整平后铺装地下水导流层和压实粘土层，两层中间及黏土层上端铺设一层600g/㎡土工布，土工布上再铺设一层1.5mm厚HDPE光面防渗膜，之后再铺设一层土工布，然后铺装渗滤液导流与缓冲层。虽然复合防渗层结构复杂，施工也较难，投资相对较高，但其防渗安全性很高。因为即使单层HDPE膜发生破损，但很快渗滤液会遇到膜下防渗保护层，阻止渗滤液继续渗漏，整个防渗层仍能有效发挥防渗作用。而且根据相关规定，库区底部系统可以采用单复合衬里防渗层，库区边坡系统也采用单复合衬里防渗层。5.4、渗滤液的收集和处理5.4.1、渗滤液的产生及特征废物渗滤液是指废物在填埋或堆放过程中因其有机物分解产生的水或废物中的游离水、降水、径流及地下水入渗而淋滤废物形成的成分复杂的高浓度有机废水。垃圾渗滤液的特性如下：(1)有机污染物浓度高(2)氨氮含量高(3)磷含量普遍低(4)金属离子含量高(5)溶解性固体含量高(6)色度高，有臭味(7)水质历时变化大5.4.2、渗滤液产量估算利用经验公式法渗滤液的产生量为：L(CACA)I10-31 2 2式中L表示渗滤液平均日产量，m3/d；A填埋区的面积，m2；1A封场区的面积，m2；2C填埋区浸出系数，其值一般在0.2~0.8之间，取0.5；1C为封场区浸出系数，C=C×0.6=0.5×0.6=0.32 1I表示年最大年或月降水量的日换算值，mm/d设填埋场已经全部封场，即A=0。即LCAI10-3 1 1 1已知平均年降水量2864.8mm，日最大降水量315mm/d，填埋场面积为:4105m2则平均年年平均日降水量约为7.8mm/d所以，填埋场平均渗滤液：L0.541057.810-31560m3/d15.4.3、渗滤液的收集和处理渗滤液收集系统主要由汇流系统和输送系统两部分组成。汇流系统的其主体是一位于场底防渗层之上的，有砾卵石或碎渣石构成的导流层，该层内设有导流沟和穿孔收集管等。导流层设置的目的是将场内的渗滤液通畅及时的导入导流沟内的收集管中。渗滤液的输送系统多由集水槽（池）、提升多孔管、潜水泵、输送管道和调节池组成。导流（排水）层：对填埋场场区内的垃圾渗滤液收集，考虑在填埋场的HDPE防渗层上铺设渗滤液导排层，使填埋场产生的渗滤液能及时排至渗滤液收集系统以免产生水头，增加渗漏风险、污染地下水。厚度应大于或等于30cm，主要由粗砂粒和卵石组成，需覆盖整个填埋场底部衬里上，其水平渗透系数应大于1×10-3cm/s，纵横坡度大于2%，导流层与废物之间已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（盲）沟与导流管：导流盲沟设置在导流层的底部，始于垃圾主坝，止于库尾，贯穿整个场底，沿地形谷地开挖铺设的渗滤液收集盲沟，断面为等腰梯形。盲沟中填充砾石或碎石，粒径上大下小，已形成反滤，通常颗粒粒径上部为40~60mm，下部为25~40mm。导流管按照铺设位置分为干管和支管，分别埋设在导流盲沟的主沟和支沟中，主沟内敷设De250的HDPE穿孔管，支沟内敷设De200的HDPE穿孔管。导流管需预先制孔，孔径15~20mm，孔距50~100mm，开孔率为2%~5%。典型渗滤液导流系统断面（3）集液池和提升系统：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30%。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。典型斜管提升断面（4）调节池：最后一个环节，它既可以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，从而保证渗滤液收集后续处理设施的稳定运行和减少暴雨期间渗滤液的外泄污染环境的风险。调节池常采用地下式或半地下式，其池底和池壁多用HDPE膜进行防渗，膜上采用与之混凝土板保护。5.4.4、渗滤液的处理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。由于已知资料;城市污水处理场与填埋场间的距离为25km。即污水厂离填埋场远，渗滤液的输送将造成较大的经济负担，且渗滤液特有水质及其变化特点会对污水厂造成巨大冲击负荷。所以选择单独处理作为填埋场渗滤液处理工艺。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。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。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，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（BOD2000mg/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。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。5.5、垃圾填埋气体的收集和利用5.5.1、填埋气体的产生整个卫生填埋场可以看作是一个巨大的生化反应堆：固体废物和水是主要的反应物，气体和渗滤液是基本的生成物。生活垃圾中的有机组分在微生物的分解作用下，反应产生填埋气体和渗滤液等物质。目前垃圾填埋的产气过程大致可分为5个阶段，如图所示：图6填埋气体产生阶段图第一阶段——好氧阶段：好氧阶段在最初垃圾进入填埋场就开始进行。简单有机物通过微生物的好氧分解转化成小分子物质和CO。好氧阶段往往在较短的2时间内就能完成，产生大量的热量使场内温度升高10～15℃。第二阶段——过渡阶段：第一阶段氧气被完全耗尽后，场内厌氧环境开始建立。复杂有机物如多糖、蛋白质等在微生物作用下水解、发酵，迅速生成挥发性脂肪酸、CO和少量H，历时不长。此阶段的填埋气体组成较好氧阶段复杂，但 2 2气体成分仍以CO为主，存在少量H、N和高分子有机气体，基本不含CH。 2 2 2 4第三阶段——产酸阶段：微生物将第二阶段积累的溶于水的产物转化成含1~5个碳原子的酸（大部分为乙酸）和醇等，继而作为甲烷细菌的底物而转化成CH和CO。这一阶段产生的主要气体CO前半段呈上升趋势，后半段上升趋势变4 2 2慢或逐渐减少，还产生少量H。2第四阶段——产甲烷阶段：前几个阶段的产物如乙酸、氢气等在产甲烷菌的作用下，转化成CH和CO。这一阶段甲烷气体产生率稳定，其浓度保持在50％ 4 2~65％。此阶段是进行能源气体回收利用的黄金时期。第五阶段——填埋场稳定阶段：在垃圾中大部分可降解有机物转化成CH和4CO后，填埋气产生速率显著减小，几乎没有气体产生。2填埋气产生的五个阶段并不是绝对孤立的，它们是一个连贯的过程，有时会相互重叠。由于垃圾和填埋条件的不同，各个阶段的持续时间也有差异。而且因为垃圾是在不同时期进行填埋，因此在填埋场的不同部位，各个阶段的反应同时存在。5.5.2、垃圾气体产生量预测16已知公式IPCC的统计模型：V MSWHDOCr0.5 CH4 12V其中CH4为甲烷排放量，m3MSW为城市固废量，tH为固废填埋率NDOC为垃圾可降解有机碳的质量分数，取15%R为垃圾可降解有机碳的分解率，取77%每日城市固废量有：MSW51051.510-3750t16则每日理论上可产生甲烷：V 750115%77%0.557.75m3 CH4 12 N5.5.3、填埋气的收集填埋气收集方式由于大部分沼气在填埋场填埋过程中就已形成，所以填埋气采集应在填埋过程中就开始实施。对于分层堆放的填埋场，可采用水平采气系统，但要注意采气管道的铺设，不要影响垃圾的填埋。对已建成的填埋场，可采用表面收集或竖井收集技术。考虑到该填埋场规模较大，产气量多，选用主动导排方式。《生活垃圾填埋场填埋气体收集处理及利用工程技术规范》规定：垃圾堆体中部的主动导排导气井间距不应大于50m，沿堆体边缘布置的导气井间距不应大于25m。所以本设计垃圾堆体中部的主动导排导气井间距采用30m，沿堆体边缘布置的导气井间距采用20m。导气系统在垃圾填埋区底部预埋垃圾气导排系统，呈交错布置，导气管管材采用D200PVC管。导气管四周设石笼透气层，即铅丝网包拢的级配碎石滤料，用于填埋气体导排的碎石不应该使用石灰石