固体废物处理与处置课程设计书Word下载.docx
《固体废物处理与处置课程设计书Word下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《固体废物处理与处置课程设计书Word下载.docx(20页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
5.4渗滤液产生量的计算
5.4.1渗滤液产生量的计算
5.4.2渗滤液调节池设计
6.填埋气体的产生与收集处理
6.1填埋气的组成
6.2填埋气体产生量的预测
6.3填埋场气体的收集与导排
6.3.1填埋场的导排方式及选择
6.3.2填埋场气体收集系统的设计
6.3.3填埋气体的利用
7.终场覆盖
7.1填埋场封场系统设计
7.2填埋场封场后的土地回用
8.封场后续工作
结语
参考文献
附图
1、绪论
目前,我国正处在城市化的进程之中,城市经济的迅速发展和城市人口的迅速增加,带来了一系列的城市问题。
主要表现:
产量迅速增加,统计结果表明,从1979年以来,我国的城市生活垃圾平均以每年的8%~10%的速度增长,到2000年,我国垃圾产量预测将达1.2~1.4亿吨;
2.由于资金匮乏,管理体制不够完善,城市生活垃圾有效处置率仅为13%,而城市垃圾无害化处理率仅有%左右;
3.大量城市生活垃圾未经处理,任意堆置城郊,侵占大量土地,污染土壤,空气,水体,许多城市行程了“垃圾围城”的污染局面,污染事故发生。
本次设计是市生活垃圾填埋场的设置,通过对填埋场总容量、填埋总量计算;
垃圾填埋工艺流程及填埋作业程序确定;
填埋场主体工程工艺设计计算;
主体设施的工艺参数计算及主要尺寸的确定等;
配套工程及辅助设施和设备的计算与工艺布置;
设计最可行的垃圾填埋场,力求经济合理的处置固体废弃物。
1.1生活垃圾概述
1.1.1生活垃圾的定义
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。
生活垃圾一般可分为四大类:
可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾和其他垃圾。
城市生活垃圾亦称城市固体废物,是由城市居民家庭、城市商业、餐饮业、旅馆业、旅游业、服务业,以及市政环卫系统、城市交通运输、文教机关团体、行政事业、工矿企业等单位所排出的固体废物。
其主要组成为:
厨余物、废纸屑、废塑料、废橡胶制品、废编织物、废金属、玻璃陶瓷碎片、庭院废物、废旧家用电器、废旧家具器皿、废旧办公用品、废日杂用品、废建筑材料、给水排水污泥等。
1.1.1生活垃圾的危害
固体废物,特别是有害固体废物,如处理、处置不当,其中的有害物质可以通过环境介质——大气、土壤、地表或地下水体进入生态系统形成污染,对人体产生危害,同时破坏生态环境,导致不可逆生态变化。
(1)对土壤环境的影响:
固体废物不加利用,任意露天堆放,不但占用一定的土地,导致可利用土地资源减少,而且如填埋处理不当,不进行严密的场地工程处理和填埋后的科学管理,容易污染土壤环境。
(2)对水体环境的影响:
固体废物可随地表径流进入河流湖泊,或随风迁徙落入水体,从而将有害物质带入水体,杀死水中生物,污染人类饮用水水源,危害人体健康;
固体废物产生的渗滤液危害很大,它可进入土壤污染地下水,或直接流入河流、湖泊或海洋,造成水资源的水质型短缺。
(3)对大气环境的影响:
对方的固体废物中的细微颗粒、粉尘等可随风飞扬,进入大气并扩散到很远的地方;
一些有机固体废物在适宜的温度和湿度下还可发生生物降解,释放出沼气,在一定程度上消耗其上层空间的氧气,使植物衰败;
有毒有害废物还可发生化学反应生成有毒气体,扩散到大气中危害人体健康。
1.2.1焚烧
焚烧法是一种高温热处理技术,即以一定量的过剩空气与被处理的有机废物在焚烧炉进行氧化燃烧反应,废物中有还有毒物质在800——1200℃的高温下氧化、热解而被破坏,是一种可同时实现废物无害化、减量化和资源化的处理技术。
1.2.2堆肥
堆废化是在控制条件下,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,使可被生物降解的有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。
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。
1.2.3卫生填埋
卫生填埋是“利用工程手段,采取有效技术措施,防止渗滤液及有害气体对水体和大气的污染,并将垃圾压实减容至最小,填埋占地面积也最小。
在每天操作结束或每隔一定时间用土覆盖,使整个过程对公共安全及环境均无危害”的一种土地处理垃圾方法。
固体废物填埋场的构筑方式和填埋方式与地形地貌有关,可分为山谷型填埋和平地型填埋方式。
平地型填埋又可分为地上式、地下式和半地下式。
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。
随着经济的发展,人们生活消费水平的提高,城市的生活垃圾产生量日渐增加。
而目前市还没有垃圾无害化处理的工程措施,基本上所有的垃圾都是简易堆放处理,没有进行无害化处理,其卫生要求远达不到环境法规的卫生标准。
这些简易的垃圾堆放场已经造成一系列的环境污染问题。
表现在:
一垃圾露天堆放,散发阵阵恶臭,污染大气环境,周围几平方公里的地方都可以闻到,严重影响景观。
二垃圾无隔离措施,其产生的渗滤液污染地下水和周围的地表水,极大地威胁居民的健康。
三污染周围的土壤,使土壤失去应有的功能。
城市的经济持续增长,人口数量在上升,消费物品也在增加。
若不处理对垃圾无害化处理,将引发重大的灾难,故建立生活垃圾填埋场处理工程。
在未来的20年,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。
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。
(1)该城市服务人口270万人,现状垃圾产量1.0~1.5kg/d.人,垃圾压实密度600kg/m3,垃圾场服务年限为10年。
(2)气象资料:
该城市位于我国北方中西部地区,半干旱中温带大陆性季风气候,常年夏季处于东南季风盛行风向,而冬季处于偏北风向,市年均气温8.5℃,年最低气温-27.6℃,年最高气温40.4℃,年降水总量262.9毫米,年最大风速11.0米/秒,平均风速1.8米/秒,年日照时数2806小时,年平均相对湿度52%,全年沙尘天气12次。
(3)场址概况:
填埋场该处地貌为两个山谷,基本为南北走向。
山谷地形开阔,中间有一小山丘分隔,两个山谷在南端会聚。
整个场地占地40平方千米。
填埋场气候为亚热带季风气候,冬季多刮偏北风,夏季为东南风,年降雨在1000毫升以上。
场地为双层结构水文地质类型,含水层埋藏较浅,富水性一般,以粘性土为主,且粘土厚度较为稳定,天然条件下松散层粉和基岩风华壳风化含水层的防渗、防污性能均良好。
综合以上,市的填埋场项目选址,应考虑距市各区中心距离在15-25公里,处在山谷地带适宜。
由于该城市综合该地形和风向季节性变换而将填埋区设在东部位置,同时在填埋区的周围设置绿化带。
这样可避免风向季节性变换而把填埋区填埋垃圾时产生一些臭气污染影响当地居民。
(1)总体要求
(2)设计说明书
(3)设计计算书
(4)设计图纸
3.填埋场的选址
场址的选择是填埋场全面设计规划的第一步。
填埋场选址的影响因素很多,一般主要从工程学、环境学、经济学以及社会和法律等方面来考虑,这几个因素是相互影响、相互联系和相互制约的。
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的释出对地下水的污染。
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。
另外一个必须考虑到的因素是土地的所有权和租期。
选址的一个先决条件是要能确定场地中哪一个最能达到“可能选出的最好场地”所要求的标准。
在选址过程中,应满足以下的基本原则:
(1)厂址应服从城市的总体规划
(2)厂址应符合社会和法律的要求
(3)厂址应满足一定的库容量要求
(4)地形、地貌及土壤条件
(5)气象条件
(6)对地表水域的保护
(7)对居民区的影响
(8)对厂地地质条件的要求
(9)厂址工程地质条件的要求
(10)厂址选择应考虑交通条件
(11)填埋场封场后的开发利用
(1)资料搜集
(2)野外勘探
(3)预选场地的社会、经济和法律条件调查
(4)预选场地可行性研究报告
(5)预选场地的初堪工作
(6)预选场地的综合地质条件评价技术报告
(7)工程勘察阶段
3.3地址的选定与所需容积
设垃圾填埋场服务年限为10年,覆土与垃圾压实之比为1:
4,填埋高度为10m,地上3m,地下7m,取W为1.0kg/d*人,该城市的地形和风向季节性变换而将填埋区设在东部位置,同时在填埋区的周围设置绿化带,以避免风向季节性变换而把填埋区填埋垃圾时产生一些臭气污染影响当地居民。
采用平原型填埋。
每年所需的场地体积为:
式中:
W-垃圾产生率(kg∕d•人);
P-城市人口;
D-压实后垃圾的密度(kg∕m3);
r-覆土与垃圾之比。
每年所需的场地面积为:
第一年填埋的废物体积为:
设市生活垃圾的年增长速率为6%
填埋的总废物体积为
=2053125+2176312.5+2306891.25+2445304.725+2592023.009+2747544.389+2912397.052+3087140.875+3272369.328+3468711.488=27061819.62
填埋库容占体积的70%-90%,取85%
填埋场预计填埋深度8-10m,取10m
填埋用地面积为A=V/H=31837434.84/10=3183743.484m2
3.4填埋作业工艺
卫生填埋通常是每天把运到填埋场,经性质和计量判定后进入填埋场。
垃圾按指定的单元作业点卸下,卸车后用推土机推铺,再用压实机碾压。
分层压实到需要高度后,再在上面覆盖粘土和聚乙烯膜料,并重复上述的卸料、推铺、压实和覆盖的过程。
以一日一层作业单元,每日进行覆盖。
垃圾的压实密度大于0.8t/m。
每层垃圾厚度为2.5~3.0m,每层覆土矿工为15~30cm,通常四层厚度组成一个大单元,上面覆盖土在45~50cm。
填埋时先从右到至左推进,然后从前向后推进。
左、中、右之间的联线之间呈圆弧形,使覆盖面上排水畅通地流向两侧进入排水沟或边沟等,以减少雨水渗入垃圾体,前后上部的连线呈一定坡度。
外坡为1:
4,顶坡不小于2%。
单元厚度达到设计厚度后,可进行临时封场,在其上面覆盖45~50cm厚的粘土。
并均匀压实,再加上15cm厚的营养土,种植浅根植物。
最终封场覆土厚度大于1m。
填埋场的作业方式实行分区分单元填埋,以分区分单元填埋为前提,然后再来考虑分层的填埋作业。
为最大限度防止污染扩散,填埋作业过程中,正在进行填埋作业的子填埋区是裸露的,日覆盖采用膜覆盖,其他的区域均为中间覆盖或临时封区。
首先进行的作业的是整平后的一区填埋库区底部,在实际进行填埋作业的过程中,要考虑是和填埋作业库区临时作业道路结合起来实施。
第一次到达的填埋作业高度为距离整平询问绝对标高2m而后开始第二层填埋作业单元的设臵。
随着填埋作业高度的增加,可利用的填埋作业有效面积也在增加,这时为气体利用提供方便,已经经过临时封场的填埋单元可以通过导气石笼中间的垂直气井,将导气管和周围的移动式集气站连接起来,就可以对气体进行再利用了。
整个填埋区的作业顺序是:
先一区、二区、再三区,然后开始二期工程。
填埋二期工程作业时,和填埋一区形成新的水平面积,继续向上填埋,形成堆体后临时封场,填埋三期作业。
其填埋作业工艺流程图如图所示:
填埋作业工艺流程图
《城市生活垃圾卫生填埋技规》规定,场底地基是具有承载能力的自然土层或经过碾压、夯实的平稳层,且不应因填埋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。
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。
实际设计建设中,长宽一般为300~400m或更大,如按2%坡度进行设计,则场区两端高差在6~8m或更多。
受地下水埋深土方平衡及整体设计的影响,场区两端高差过大会造成较大的困难。
根据填埋场(安定、北神树)建设经验,垃圾卫生填埋场场底纵向主要坡度为1%~1.3%时可以保证渗滤液排顺畅。
为确保填埋场安全,考虑到填埋场土体条件较差,需要对其整形,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程完成基底工程以后,底部要求平整,以利于防渗膜的铺设。
填埋场防渗系统,不仅要能防止渗滤液渗出污染地下水,还要防止地下水涌入填埋场。
场底防渗系统主要有水平防渗系统和垂直防渗系统两种类型。
水平防渗系统是在填埋区底部及周围铺设低渗透性材料制作的衬层系统。
垂直防渗系统将密封层建在填埋场的四周,主要利用填埋场基础下方存在的不透水层或弱透水层,将垂直密封层构筑在其上,以达到将填埋气体和垃圾渗滤液控制在填埋场之的目的,同时也有阻止周围地下水流入填埋场的功能。
防渗层的建设方法多种多样,采用何种工艺方法建设防渗层是设计中的重要容,不管使用什么方法、什么材料,最终达到的目的是渗透系数Kf小于规定标准,我国要求Kf小于10-9m/s。
同时要考虑:
1)使用寿命。
填埋场的使用寿命,封场后要求的防渗层的寿命,以及本身的可靠性。
2)与填埋场的相容性。
选用的材料不能被填埋物侵蚀,由于渗滤液的性质不稳定,所以选择的材料要适应渗滤液的各种性质,如抗酸、抗碱等。
3)场地条件及气候条件。
4)建设费用。
防渗材料的选择既要达到防渗要求,又要考虑经济合理,厚的土工膜具有更好的防渗性能,但必将提高建设费用。
目前,从国外的实践实用看来,用于垃圾卫生填埋场应用最广泛最成功的的是高密度聚乙烯(HDPE)膜,与其它防渗材料,它具有最好的耐久性。
从防渗性能和经济实用角度考虑,此工程采用1.5mm厚度的高密度聚乙烯(HDPE)膜较为适当。
其磨擦性能的考虑,比安全性的角度出发,在坡面上采用毛面HDPE膜较好,但设计中由于有足够的粘土层,所以此工程防渗主体结构全部采用1.5mm厚的光面HDPE膜。
HDPE膜具有优良的机械强度、耐热性、耐化学腐蚀性、抗环境应力开裂和良好的弹性,随着厚度增加(一般围在0.75-2.5mm),其断裂点强度、屈服点强度、抗撕裂强度、抗穿刺强度逐渐增加。
垃圾填埋场一般采用1.5-2.5mm厚的HDPE膜作衬垫层。
4.4防渗系统构造
防渗层组成主要有以下6种类型
1、单层HDPE膜防渗层
2、压实粘土防渗层
3、双层HDPE膜(中间含HDPE网格)与压实粘土构成的复合防渗层
4、双层HDPE膜与压实粘土构成的复合防渗层
5、HDPE膜与压实粘土构成的复合防渗层
6、双层HDPE膜(中间含HDPE网格)防渗层
单层HDPE膜防渗层结构简单、施工容易、投资较省,但是其防渗安全性差,一旦HDPE膜某处受损,下面的自然土层渗透系数大,垃圾渗滤液很容易通过HDPE膜的破损处渗出,使整个防渗层失去防渗作用,这种防渗层目前也很少采用。
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另一层HDPE膜或者压实粘土层,阻止渗滤液继续渗漏,整个防渗层仍能有效发挥防渗作用。
4.5场地防渗系统法案的选定
在本设计中根据所给的原始资料可以知道:
土壤渗透系数为6.0×
10-4m/s,故k=6.0×
10-2>
10-5cm/s属于渗漏性场地。
场区地下水位较低,离地面仅0.8m,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,因此也属于渗透性场地,故不宜采用垂直防渗系统,而采用水平防渗系统。
由于度量粘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》可知道,天然粘土类衬里的渗透系数不应大于10-7cm/s并且要2米厚的粘土。
因原始资料中并未给出当地土层中天然粘土的渗透系数,对比以上所介绍的三种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,国外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6.0×
10-4m/s大于10-5cm/s,地下水稳定水位平均埋深0.8m,即地下水位较高,场区地质条件不好,因此选择了双层衬层防渗系统。
5.渗滤液的产生及收集处理
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的水分、垃圾分解所产生的水及浸入的地下水。
垃圾渗滤液呈淡茶色或暗褐色,色度在2000~4000之间。
有浓烈的腐化臭味,成分复杂,毒性强烈,有机物含量较多,被列入我国优先污染控制物“黑”的就有5种以上;
氯氮浓度高,BOD5和COD浓度也远超一般的污水。
垃圾渗滤液来源于三个方面:
一是垃圾本身所带的水分;
二是垃圾中有机物经分解后所产生的水;
三是以各种途径进入垃圾填埋场的大气降水和地下水。
其中进入场区的大气降水和地下水是决定渗滤液产生量的关键因素。
垃圾渗滤液主要来源于降水和垃圾本身的含水和分解产生的水。
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、不同的季节和气候等密切相关[7],其水质主要呈现以下特征:
(1)CODCr和BOD5浓度高:
在新的垃圾填埋场,大量挥发性酸的存在可能会产生高的CODCr和BOD5;
(2)BOD5与CODCr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BOD5/CODCr值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生化处理可行性,可采用生物方法加以处理。
而对于“年老”填埋场的渗滤液的处理而言,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多种金属(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它们的去除;
(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NH4+浓度不断上升。
另外,渗滤液中还存在溶解性磷酸盐的不足、碱度较高、无机盐含量高的问题。
5.3.1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正常运行,收集并将填埋场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:
1、场水位升高导致垃圾体中污染物更强烈的浸出,从而使渗滤液中污染物浓度增大;
2、底部衬层上的静水压增加,导致渗滤液更多的地渗漏到地下水——土壤系统中;
3、填埋场的稳定性受到影响;
4、渗滤液有可能扩散到填埋场外。
5.3.2收集系统的构造
渗滤液收集系统主要由渗滤液调节池、泵、输送管道和场底排水层组成。
1、排水层:
场底排水层位于底部防渗层上面,由沙或砾石构成。
当采用粗沙砾时,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0.1(cm/s),坡度不小于2%。
2、管道系统:
一般穿孔管在填埋场平行铺设,并位于衬层的最低处,且具有一定的纵向坡度(通常为0.5%-2.0%)。
3、防渗衬层:
由黏土或人工合成材料构筑,有一定厚度,能阻止渗滤液下渗,并具有一定坡度(通常为2%-5%)。
4、集水井、泵、检修设施以及监测和控制装置等。
5.4渗滤液的计算
渗滤液的产生量为:
式中Q---表示渗滤液年产生量,m3/d;
A1---填埋区汇水面积,m2;
A2----填埋区的面积,m2;
C---渗出系数,取0.4;
I---表示最大年或月降雨量的日换算值,mm。
(1)第一块填埋区
填埋场的服务年限为10年,填埋库区分三块,分别进行填埋。
第一块填埋区的服务年8981633.475
限为4年,则第一块库区面积为
渗滤液平均日产量:
渗滤液最大日产量:
(2)第二块填埋区
第二块填埋区服务年限为4年
第二块库区面积为
C2=C1×
0.6=0.6×
0.4=0.24
C2为及时覆盖区域的渗透系数
(3)第三块填埋区
第三块填埋区服务年限为2年
第三块库区面积为
已填埋的面积=第一块填埋面积+第二块填埋面积=898163.3475+1133910.533=2032073.881m2
最小调节池容积的由下式确定:
V≥(Qmax-Q)×
5
其中:
V—调节池有效容积;
Qmax—设计最大渗滤液产生量;
Q—渗滤液处理厂规模。
由于原始资料里并未给出城市污水处理场处理渗滤液的规模,因此设Q=1000m3/d,则:
V=(Qmax-Q)×
5=(136321.37—1000)×
5=676606.8677m3/d
调节池的水面面积A,调节池的有效水深H取5m,超高0.5m,则
A=V/H=676606.8677/5=135321.3753㎡
调节池的长度L.取调节池的宽度B为200m,则
L=63961.6244/200=319.808m
取整得,池的实际尺寸:
长×
宽×
高=320m×
200m×
5.5m
垃圾渗滤液处理工艺流程
填埋场的主要气体包括氨、二氧化碳、一氧化碳、氢、硫化氢、甲烷、氮和氧等,其中以甲烷和二氧化碳的含量最高。
其典型特征为温度约43-49℃,相对密度约1.02-1.06,水蒸气含量达到饱和,高位热值为15630-19537KJ/m3。
垃圾在第t年的产气速率为:
Gt=MtL0ke-kt
Gt—第t年垃圾的产气速率,m3/a;
Mt—第t年所填垃圾量,t;
L0—气体产生潜力,m