垃圾填埋厂课程设计北方某市生活垃圾填埋场处理工艺设计.docx
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垃圾填埋厂课程设计北方某市生活垃圾填埋场处理工艺设计
固体废物处理与处置课程设计
北方某市生活垃圾填埋场处理工艺设计
院别：
化学与环境工程学院
专业：
环境工程
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学号：
************
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一、概述
项目概述
目前国内外固体废物处理技术主要有：
焚烧法、填埋法、高温堆肥和热解法四种，其中焚烧、填埋和高温堆肥是最常使用且已形成工业化生产的垃圾处理方法。
热解方法的应用在我国才刚刚起步，在国外也仅有几个国家利用热解法处理垃圾，因此在对阳江市集中处理场处理工艺进行选择研究时，主要针对填埋、焚烧和高温堆肥三种比较成熟技术而言。
比较项目
卫生填埋
焚烧
堆肥
综合处理
投资
最低，18-27万元/吨（单层合成衬底，压实机引进）
约50-70万元/吨（发电上网，国产率50%）
约25-36万元/吨（制有机复合肥，国产化率60%）
约40万元/吨
运行费用，（计折旧，不计运费）
35-55元/吨
90-200元/吨
50-80元/吨
80-200元/吨（取决于最终处理方式）
资源环境效益
填埋场封场并稳定后可恢复土地利用或再生土地资源利用或
垃圾分选可回收部分物质，焚烧炉渣可综合
垃圾堆肥产品用于农业种植和园林绿化等，并可回收部分物资
垃圾充分得到资源化利用：
回收物、可燃物及有机质分别得到利用
潜在污染及保护措施
渗滤水可引起地下水污染，现场有气味，采用场底神偷，每天覆盖，沼气导排，渗沥水处理
烟气中含有大量复杂污染物，飞灰具有毒性，现场有噪声，采用烟气智力，噪声控制，灰渣处理，恶臭防治等措施
根据堆肥方法不同、污染程度不同、可产生浓重臭味，飞尘，有残渣。
采用恶臭防治、飞尘制、残渣处理等措施控
可产生臭味、污水等，有残渣。
采用臭气控制、污水处理，残渣焚烧处理等方法防治
发展动态
好氧填埋工艺
热解或气化焚烧工艺
封闭式堆肥工艺
有效的前处理工艺，对各类垃圾资源化
目前该市区及县城的生活垃圾均采用填埋法处理，不能回收和焚烧的工业固体废牧采用无害化填埋技术进行安全处置，加强业固体废物集中处理和污染控制及资源化、减量化、无害化处理。
填埋是进行
2.项目背景
填埋是进行固体废物最终处置的较为理想的方法之一。
它是由传统的废推放和填地技术发展起来的一种城市固体废物处置技术。
经过长期的改良，废物填埋已演变成一种系统而成熟的科学工程方法，即现代（卫生）填埋法。
该波是利用工程手段，采取有效技术措施，防止渗滤液及有害气体对水体、大气和土壤环境的污染，使整个填埋作业及废物稳定工程对公共卫生安全及环境均无危害的一种土地处置废物方法。
从不同的角度，可将填埋场分为不同的种类。
如根据结构可将其分为衰竭型和封闭型填埋场；按不同的填埋地形特征，又可分为山谷型、坑洼型和平原型填理场；根据填埋场中废物的降解机理，还可将其分为好氧型、准好氧型和厌氧型填埋场等。
目前我国普遍采用的是厌氧型填埋场。
现代填埋场的基本构成是填埋单元，它是由一定空间范围内的废物层和覆土层共同组成的单元。
具有类似高度的一系列相互衔接的填埋单元构成一个填埋层，填埋场通常就是由若干填埋层所组成。
由于填埋场为城市化的社会发展提供了城市固体废物的重要出路，同时还为开发利用其生物能源带来相当的经济效益，故无论是从社会、环境还是从经济角度，现代填埋场的兴建都是必要的。
与其他处理方法相比，它的主要优点是：
①其一次性投资较低，运行也较为经济。
②适应性广，对生活废物的种类、性质和数量均无苛刻的要求。
③是一种相对完全、彻底的最终处理方式。
④运行管理相对简单。
废物填埋场规划是在城市发展总体规划的基础上，根据城市废物处置规划制定的。
填埋场规划的主要内容有：
填埋场选址、计划填埋容量、计划填埋年限、场址利用计划等。
3.城市概况及气候条件
3.1城市概况
该市地域广大，人口众多，而该垃圾填埋场所在地区服务人口100万人，垃圾产量1.0~1.5kg/d·人，垃圾压实密度650kg/m3，填埋场服务年限为15~20年。
3.2气候条件
①地理资料：
该城市位于我国北方，地处中纬度平原地区。
②气候资料：
温带季风气候，四季分明，昼夜温差大，无霜期短。
③气温资料：
多年平均气温4~15oC。
④降水资料：
多年平均降水量为460~600mm。
日最大降达180mm雨量。
⑤风向资料：
该城市年主导风向为西北风。
3.3填埋库区厂址情况
场址概况：
填埋场库区周围汇水面积0.6km2。
场底表土厚度0.5~4.6m不等，平均2.2m。
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。
距离填埋场5km处有城市污水处理场，紧挨填埋场有水、电源及公路。
第二章设计要求与原则
1.设计要求
（1）总体要求
按照设计任务合理选择设计方案，工艺流程要有一定的灵活性；设计概念清楚、参数选择恰当、计算正确，说明书简明扼要、文字流畅、论点明确；图纸表达正确、符合制图规范；图面整洁、布局合理、图中线型和尺寸标注符合要求；整个设计过程严格遵照相关标准。
（2）设计说明书
内容包括目录、前言、正文、计算书、设计计算框图、小结及参考文献等。
设计说明书中设计的依据及指导思想；设计方案的确定及具体技术指标的选用原则和技术要求的说明
（3）设计计算书
包括填埋场总容量、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；主要构筑物（防渗排渗系统、导气系统、复合防渗衬里等）的工艺参数计算及主要尺寸的确定与工艺布置。
（4）设计图纸
填埋场总体平面布置图或工艺流程图一张；手绘和计算机绘图均可。
2.设计原则与范围
2.1编制原则
城市生活垃圾处理作为城市环境治理和环境保护项目，应在贯彻国家垃圾处理技术政策和城市总体规划指导的前提下，合理选择厂址和处理工艺、严格控制二次污染并防止新的污染产生，使工程的各项指标符合国家的有关法规和标准规定。
本项目的编制原则是：
1）在认真贯彻执行国家关于城市垃圾处理的法规（条例）和技术标准的同时，结合当地环境卫生事业的发展，根据生活垃圾产生情况科学规划，合理确定建设规模，对生活垃圾实行安全处置，使之真正达到国家规定的垃圾处理要无害化、减量化和资源化的总体目标。
2）坚持因地制宜和科学态度，选择合理的技术路线，采用先进工艺和技术上成熟的设备，确保各类设施互相协调，技术切实可行，降低垃圾处理的建设投资和运行成本，提高项目的社会效益和环境效益
2.2处理方案选择原则
处理方案选择的原则是：
技术成熟，工艺简洁，设备可靠，能适应生活垃圾的特性，满足环境保护的要求，同时还要考虑下列因素的影响：
1）当地的经济实力和投资能力
2）城市建设和社会发展对环境的要求
3）各种垃圾处理方法的优缺点
4）生活垃圾理化性质及变化趋势
5）技术与设备的可靠性和适应性
6）对资源再利用的潜力和程度
第三章垃圾量预测
垃圾填埋场所在地区服务人口100万人，垃圾产量1.5kg/d·人，人口增长率1.0%/年。
垃圾压实密度650kg/m3服务年限为15年，覆土与垃圾压实之比为1：
4，填埋高度为45m，该地区主导风向为风，因此生活和管理设施宜集中布置并处于夏季主导，风向的上风向，即垃圾填埋场的南角，以减少对人们的影响。
采用平原型填埋埋。
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
r——覆土与垃圾之比
每年所需的场地面积为：
第一年（2017）填埋的废物体积为：
V1=365
=365
1052884.615m3
已知，人口年增长率为1%
第二年（2018）填埋的废物体积为：
V2=（1+1%）V1=1063413.462m3
第三年（2019）填埋的废物体积为：
V3=（1+1%）V2=1074047.596m3
第四年（2020）填埋的废物体积为：
V4=（1+1%）V3=1084788.072m3
第五年（2021）填埋的废物体积为：
V5=（1+1%）V4=1095635.953m3
第六年（2022）填埋的废物体积为：
V6=（1+1%）V5=1106592.312m3
第七年（2023）填埋的废物体积为：
V7=（1+1%）V6=1117658.235m3
第八年（2024）填埋的废物体积为：
V8=（1+1%）V7=1128834.818m3
第九年（2025）填埋的废物体积为：
V9=（1+1%）V8=1140123.166m3
第十年（2026）填埋的废物体积为：
V10=（1+1%）V9=1151524.398m3
第十一年（2027）填埋的废物体积为：
V11=（1+1%）V10=1163039.642m3
第十二年（2028）填埋的废物体积为：
V12=（1+1%）V11=1174670.038m3
第十三年（2029）填埋的废物体积为：
V13=（1+1%）V12=1186416.738m3
第十四年（2030）填埋的废物体积为：
V14=（1+1%）V13=1198280.906m3
第十五年（2031）填埋的废物体积为：
V15=（1+1%）V14=1210263.715m3
年份
人口（万人）
人均垃圾产量（kg/d·人）
生活垃圾年体积（m3）
累计总体积（m3）
2017
100
1.5
1052884.615
1052884.615
2018
101
1.5
1063413.462
2116298.077
2019
102.01
1.5
1074047.596
3190345.673
2020
103.03
1.5
1084788.072
4275133.745
2021
104.06
1.5
1095635.953
5370769.698
2022
105.10
1.5
1106592.312
6477362.01
2023
106.15
1.5
1117658.235
7595020.245
2024
107.21
1.5
1128834.818
8723855.063
2025
108.28
1.5
1140123.166
9863978.229
2026
109.39
1.5
1151524.398
11015502.627
2027
110.46
1.5
1163039.642
12178542.269
2028
111.57
1.5
1174670.038
13353212.307
2029
112.69
1.5
1186416.738
14539629.045
2030
113.81
1.5
1198280.906
15737909.951
2031
114.95
1.5
1210263.715
16948173.666
将填埋场分为两块，一块使用期限8年，另一块使用期限7年。
把填埋场分成2个区段，平时只敞开正在工作的那段表面，这样可以尽量避免雨水的侵入。
填埋库容占体积的70%-90%，取80%
所以：
V=80%V总
V总=
m3
填埋场预计填埋深度为45m
A=
=470782.6018m2
第四章填埋场的选址
1.填埋场选址原则
①应服从城市发展总体规划
②场址应有足够的库容
③场址应具有良好的自然条件。
④场址运距应尽量缩短。
⑤场址应具有较好的外部建设条件。
2.填埋场类型
填埋场按地形地貌分为四大类：
1）山谷型填埋场
2）沟壑型填埋场
3）坡地型填埋场
4）平原型填埋场
这四种类型的填埋场各有利弊，其选择需结合当地的实际情况
3.填埋场勘察
3.1场址禁设地区
根据《生活垃圾卫生填埋技术规范》（CJJ17-2004）规定，填埋场不应设在下列地区。
1）地下水集中供水水源地及补给区；
2）洪泛区和泄洪道；
3）填埋库区与处理区边界距居民居住区或人畜供水点500米以内的地区：
4）填埋库区与污水处理区边界距河流和湖泊50米以内的地区；
5）填埋库区与污水处理区边界距民用机场3公里以内的地区：
6）活动的坍塌地带，尚未开采的地下蕴矿区、灰岩坑及溶岩洞区：
7）珍贵动植物保护区和国家、地方自然保护区；
8）公园、风景、游览区、文物古迹区，考古学、历史学、生物学研究考察区：
9）军事要地、基地，军工基地和国家保密地区。
3.2场址条件
场址选择是项目实施成功与否的关键，根据《生活垃圾卫生填埋技术规范》（CJJ17-
2004）规定，场址选择由建设项目所在地的建设、规划、环保、环卫、国土资源、水利、卫
生监督、地质助察等有关部门和专业设计单位的有关专业技术人员参加。
选址条件是：
1）符合城市总体规划、区域环境规划、城市环境卫生专业规划的要求；
2）与当地的大气防护、水土资源保护、大自然保护及生态平衡要求相一致；
3）库容应保证填埋场使用年限在10年以上，特殊情况下不应低于8年；
4）交通方便，运距合理：
5）人口密度、土地利用价值及征地费用均较低；
6）位于地下水贫乏地区、环境保护目标区域的地下水流向下游地区及夏季主导风向下
风向；
7）场址距大、中城市规划建成区应大于5公里，距小城市规划建成区应大于2公里。
4.填埋场比选与场址确定
根据《生活垃圾卫生填埋技术规范》（CJJ17-2004）规定，结合当地的实际情况，场址
选择应满足以下条件：
1）在城市规划建成区2公里之外；
2）离村庄、居民区、交通干道、厂矿和人畜居栖地500米以外；
3）在城市夏季风向的下风向：
4）交通方便、运距适中：
5）人口密度低、土地利用价值低，征地、拆迁费用少：
6）群众支持，不会造成不良社会影响的地区；
7）远离城市水源地地
8）具备一定的基础条件（水、电、通讯等）：
9）避开特殊区域和需要保护的区域：
10）地质和水文地质条件能满足项目建设的要求；
11）取土条件方便；
12）库容要大，使用年限在10年以上，特殊情况下不低于8年。
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500万m3～1200万m3
Ⅲ类 总库容200万m3～500万m3
Ⅳ类 总库容100万m3～200万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500 t/d～1200t/d
Ⅲ级 日处理量200t/d～500 t/d
Ⅳ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Ⅰ类Ⅰ级处理场规模。
¼
第五章渗滤液的概念及来源
一.垃圾渗滤液概念
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。
垃圾渗滤液是一种危害较大的高浓度有机废水，渗滤液中含有大量的有机物、大量的病菌、病毒、寄生虫等以及一些有毒有害的物质。
不仅水质成分复杂，而且其水量及污染物的浓度随垃圾组成、填埋方式、以及不同的季节和气候而有明显的变化，是一种处理难度较大的废水。
因此，国内外一直非常重视对垃圾渗滤液进行有效的控制和处理。
但由于受到资金的限制以及渗滤液水质和水量的剧烈变化，目前我国真正对垃圾渗滤液进行达标处理的填埋场并不多。
如何充分利用现有的条件，在尽可能减少渗滤液产生量的前提下，对收集后的渗滤液妥善处理，就成为我国垃圾处理的当务之急。
二.渗滤液的来源
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：
7.2.2.3.6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，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和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。
另外，渗滤液的化学特性还取决于以下几个方面：
（1）垃圾的组成成分垃圾的组成成分直接影响到渗滤液的化学特性。
（2）垃圾的预加工填埋前将垃圾破碎能增大垃圾的表面积，增加填埋场的密度，降低垃圾对水的渗透性，增大垃圾的持水能力，从而增长了垃圾与水的接触时间，加速垃圾的降解，使渗滤液中污染物的浓度增加。
（3）填埋时间垃圾填埋后，其填埋年龄不同，降解速率及持水能力和水的渗透性能均不相同，产生渗滤液的组成及其各组成浓度均不相同。
通常，填埋时间越长，渗滤液的浓度越低。
（4）填埋场的供水填埋场的供水速率的大小直接决定了填埋场内垃圾的湿度。
当供水率很小时，垃圾场内垃圾的湿度小于60％，垃圾的降解速率不能达到最大值。
当供水率很大时，渗滤液就会被供水所稀释。
（5）填埋场的深度当垃圾的透水性能相同时，填埋场越深，渗滤液在填埋场内滞留时间越长，渗滤液的强度越大（所含组分浓度越高）。
第六章填埋场的地基与防渗
填理场防渗是现代填埋场区别于简易填埋场和堆放场的重要标志之一，也是选址、设计、施工、运行管理和终场维护中至关重要的内容。
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。
一、防渗方式
按照填埋场防渗设施铺设时间的不同，防渗方式可分为场区防渗和终场防渗。
后者是指当填埋场的填埋容量使用完毕后，对整个填埋场进行的最终覆盖，故亦称其为终场覆盖；前者是填埋场运行作业前施作的主体工程之一，根据防渗设施设置方向的不同，又可分为水平防渗和垂直防渗
（1）水平防渗
水平防渗指防渗层向水平方向铺设，防止渗滤液向周围及垂直方向渗透而污染土壤和地下水。
根据所用防渗材料的来源不同又可将该类防渗方式分为自然防渗和人工防渗两种。
（2）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，故以此论述水平防渗和终场防渗。
二、防渗材料
大量资料表明，绝大多数国家和地区对填埋场衬里材料的防渗性能要术本一致。
我国批准颁布的《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》（CJJ17—2004）中规定，天然黏土类防渗衬里，其场底及四壁衬里厚度要大于2m，渗透系数小于1×10-7cm/s；改良土衬里的防渗性能应达到黏土类防渗性能。
（1）天然防渗
天然防渗材料主要有黏土、亚黏土、膨润土等。
因其渗透性低且较为经济过去曾被视为填埋场唯一可供选择的防渗材料，目前仍为一些国家或地区所厂泛采用。
天然防渗材料是岩石风化后产生的次生矿物，颗粒极小，多由家脱石伊利石和高岭石组成天然防渗材料一般应满足以下条件：
Ⅰ.分布均匀，厚度至少大于2m，其渗透系数小于1×10-7cm/s。
R2要求30%的颗粒能通过200目的筛子，液限大于30%，塑性大于1.5，pH大于7。
Ⅱ.能抵抗渗滤液的侵蚀，不因与渗滤液的接触而使其渗透性增加。
在天然防渗中，黏土使用最多，可分自然黏土衬里和人工压实黏土衬里。
但不论哪种类型，都必须满足渗透系数小于1×10-7cm/s的基本要求。
部分国家或地区对填埋场黏土衬里的有关规定如表所示。
从该表中可知，各国家或地区对黏土衬里的渗透率的要求基本相同，但是对厚度要求却不尽一致。
国家或地区
渗透系数（cm/s）
衬里厚度（m）
美国
1×10-7
0.6
加拿大不列颠哥伦比亚省
1×10-7
1
澳大利亚
1×10-7
0.9
新西兰
1×10-7
0.6
德国
5×10-7
1.5
法国
1×10-7
5
丹麦
1×10-7
0.5
意大利
1×10-7
2
奥地利
1×10-7
0.5~0.7
俄罗斯
1×10-7~1×10-8
0.5~0.8
克罗地亚
1×10-7~1×10-8
1
中国
1×10-7
2
中国香港
1×10-7
—
中国台湾
5×10-7
0.6
天然防渗衬里的主要优点是造价低廉，施工简单。
我国目前相当一部分城市的垃圾填埋场和部分工业固体废物填埋场仍采用当地天然黏土或改性土壤作为防渗衬里。
由于土地资源的日益紧缺和防渗要求的不断提高，天然衬里的使用受到了很大限制。
（2）改良型衬里
改良型衬里是指将性能不达标的亚黏土、亚沙土等天然地质材料通过人工添加物质改善其性质，以达到防渗要求的衬里。
人工改性的添加剂分为有机、无机两种。
无机添加剂相对费用较低、效果好，比较适合发展中国家推广应用。
常用的两种改良型衬里如下
①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，在填埋场防渗工程中具有广阔的推广前景。
②黏土一石灰、水泥改良型衬里：
在天然黏土中添加适量的石灰、水泥以改善黏土性质，从而大大提高黏土的吸附能力和酸碱缓冲能力。
掺和添加剂再经压实，新土的孔隙明显减小，抗渗能力增强。
改良后黏土的渗透系数可以达到1x10-9cm/s，完全符合填埋场衬里对防渗性能的要求。
③人工合成膜防渗
严格地说，黏土型防渗衬里并不能完全阻止渗滤液向地下渗透，除非黏土的渗透性极低且厚度足够大。
此外优质黏土的形成有一定的地质要求，不是每个场址都具有这种得天独厚的条件。
因此，开发出可以替代甚至优于黏土型衬里的人工合成有机材料是十分必要的人工衬里材料通常要满足以下要求：
①必须与渗滤液相容，不因与渗滤液的接触而使其结构完整性和渗透性发生变化。
②渗透系数小于1x10-7cm/s。
③具有适宜的强度和厚度，可铺设在稳定的基础之上
④抗臭氧、紫外线、土
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