固体废弃物处理与处置课程设计报告.docx

1、固体废弃物处理与处置课程设计报告第一部分 固体废弃物处理与处置课程设计任务书指导教师：许士洪一、课题名称：某山谷型卫生填埋场工艺设计二、设计任务：根据有关部门批准的任务书，拟在某城市新建一座城市垃圾卫生填埋场，要求对该填埋场进行工艺设计。三、工程概况(设计资料)：1、设计数据：该城市现有人口数量85万，根据城市规划，至2030年人口约128万，服务年限20年。我国人均生活垃圾产量约0.81.4 kg/(人d)，垃圾容重（压实密度）0.40.6t/m3。填埋场覆土与垃圾体积比为1:3.5。2、工程建设场地概况本工程建设场址距市中心15km，三面环山，峡谷面积约1km2，地面标高52.068.0米

2、。3、工程水文地质3.1工程地质裸露的地层为棕黄色粉质黏土，渗透系数小于1.0105，厚度为23m.。3.2 水文地质建设场地中含水层主要为黄土层潜水，场地地下水埋深约23m，水位年变幅12m。4、气象工程场地属温暖带半湿润大陆性季风气候，具有冬长夏短，春秋温凉典型特征。四季分明，春季和冬季干旱多风，夏季炎热，降雨集中，秋季天气晴朗，日照充足。气温：年平均气温：13.5极端最低气温：-3极端最高气温：41年平均相对湿度：7085%降雨：年平均日降水量：6.9mm/d日最大降水量：8.6mm/d日最小降水量：4.2mm/d风：冬季平均风速：2.1m/s夏季平均风速：2.5m/s主导风向：西南最大

3、冻土深度：230mm5、相关规范及标准（1）生活垃圾卫生填埋技术规范(CJJ17-2004)（2）生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)（3）生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范(CJJ 113-2007)四、要求：1、进行该填埋场的方案论证与设计；2、进行填埋场工艺设计（包括库容设计、填埋工艺、防渗系统、导气系统、封场覆盖、渗滤液收集），并写出设计说明书；字数不少于5000 字； 3、绘出填埋场流程图，平面图，填埋场场地平整图、填埋场封场图、渗滤液收排及填埋气导排系统图、集气集液系统断面图。（要求达到初步设计要求）五、设计时限：1周六、设计进度1、设计动员，布置任务，提出要

4、求，强调纪律(时间0.5d )。2、文献查阅，了解垃圾填埋场设计的工艺与方法(时间ld )。3、进行工艺设计与计算(时间1d )。4、绘制图纸(时间2d )。5、编写设计说明书(时间l.5d )。七、参考文献环境工程设计手册、三废处理工程技术手册 （固废卷）、固体废弃物处理与处置、环境工程、中国沼气、其他相关书籍及刊、及网络资源。第二部分 设计说明书第一章 填埋场方案论证与设计1.1 城市的生活垃圾处理方式论证城市的生活垃圾处理方式主要有卫生填埋、堆肥和焚烧三种。这三种主要处理方式的使用条件和效果各有特点。常用垃圾处理方法特点的比较：（1）卫生填埋处理量大，运行费用低，工艺相对较简单，是其他处

5、理方法的残渣的最终消场；大型填埋场产生的沼气有一定利用价值；但是场址受地理、地质和水文地质条件限制较多；场地使用年限收垃圾量的影响大；占地面积大。（2）堆肥投资适中，使用年限较长；无害化程度高；产品有农用价值；只能处理垃圾中的可堆腐有机物，且对这部分含量有一定要求；运行费用较高；产品销售易受限制。（3）焚烧减量化、无害化程度很高；可综合利用热能；使用期限长，运输费用较低；投资高，运行费用也较高；工艺、设备复杂，要求垃圾达到一定热值；管理水平要求较高。由于填埋处理垃圾消纳的量大，单位投资相对较低，比较适应我国目前大部分城市的经济承受能力，因此，在此设计中选择卫生填埋作为处理城市生活垃圾的方法。1

6、.2 填埋场构造论证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。1.2.1 气体成分论证不同类型的填埋方式对气体的产量有影响，直接决定着填埋气体是否能够在进行利用。实践证明：好氧填埋、半好氧及循环式填埋的气体产生量比较少；而厌氧填埋的沼气产生量比较多。表1.2-1 不同填埋构造的CO2和CH4的产生比率 %（V/V）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：6.8ppm循环式半好氧型填埋9010好氧型填埋955从表1.2-1可以看出，

7、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。1.2.2 堆体堆高论证本工程地区地表裸露的地层为棕黄色粉质黏土，渗透系数小于1.0105 cm/s，厚度为23m。而在填埋面积一定的情况下，填埋高度同气体回收量有着密切的联系，一般填埋场的气体如果要具备利用价值，要求的填埋高度应在20m以上。本填埋场高度约为26m，可以满足气体回收利用的条件。1.2.3 结构形式确定根据以上的特点，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。1.3 填埋场类型论证垃圾卫生填埋场根据其所在的地形

8、不同可分为四种类型：平原型填埋场山谷型填埋场坡地型填埋场和滩涂型填埋场。而由于本工程建设场址距市中心15km，三面环山，峡谷面积约1 km2，因此采用山谷型填埋场。山谷型填埋场一般具有如下特点：利用山谷形成的贮留空间，在山谷下游修筑堤坝建造而成；场地为独立的水文地质单元，地下水流至谷口向外排泄；在库区外设置环库截洪沟，拦截场外雨水，排入场区下游；渗沥液收集后汇入下游的调节池，作集中处理。山谷型填埋场具有填埋容量大、建设费用低等优点，但由于山谷大都位于地下水上游，填埋场对地下水的影响是一个必须重点考虑的因素；另外山谷地区地质条件的复杂性、山谷汇集洪水对填埋场的破坏也是要考虑的因素。1.4 填埋场

9、等级划分与规模确定“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：类 总库容1200万m3以上类 总库容500 1200万m3类 总库容200 500万m3类 总库容100 200万m3按日处理能力划分：级 日处理量1200t/d以上级 日处理量500 t/d1200t/d级 日处理量200t/d500 t/d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，项目为类级处理场规模。第二章 填埋场工艺设计2.1 库容设计2.1.1 城市概况该城市现有人口数量85万，根据城市规划，至20

10、30年人口约128万，服务年限20年。我国人均生活垃圾产量约0.81.4 kg/(人d)。垃圾容重（压实密度）0.40.6t/m3。填埋场覆土与垃圾体积比为1:3.5。在此期间，城市生活垃圾量随人口的增加而呈递增趋势，设20年人口自然增长率为a，则有85（1+a）20=128。故20年人口自然增长率为a=2%，即城市生活垃圾年增长率。2.1.2 填埋场库容计算填埋场总容量包括填埋垃圾的体积和覆土的体积。取人均生活垃圾产量为1.0 kg/(人d)，垃圾容重（压实密度）0.6 t/m3。(1)计算公式： 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/

11、m3)；r覆土与垃圾之比。 每年所需的场地面积为： (2)计算结果：20年间城市生活垃圾量随人口增长而递增，年增长速率为2%，计算列表如下：表2.1-1 垃圾所占体积年份库容量/万m3年份库容量/万m3201166.48202282.66201267.80202384.31201369.16202486.00201470.55202587.22201571.96202689.47201673.40202791.26201774.87202893.09201876.36202994.95201977.90203096.85202079.45总量1615.28202181.04计算举例：2011年

12、库容量计算如下：2030年库容量计算如下： 由上表可知，服务年限20年间库容总量为1615.28万m3，日平均规模2212.71m3/d，填埋场的起始规模为1821.37 m3/d。厂区总面积约1 km2，而根据生活垃圾卫生填埋技术规范的要求，填埋库区的占地面积宜为总面积的70%90%，不得小于60%，本设计取80%。填埋库区面积： 则填埋高度：1615.28104/800000=20.19m2.2 填埋工艺2.2.1 场地平整为避免填埋场库区地基在垃圾堆积后产生不均匀沉降，保护符合防渗层中的防渗膜，在铺设防渗膜前必须进行场地处理，包括场地平整和石块等坚硬物体的清除等。对于山谷型垃圾填埋场根据

13、场区的防渗要求，则需要进行竖向整平和横向整平。竖向整平是考虑到填埋场防渗处理需要建设锚固平台，以利于膜的锚固。按照现有地形整平后设置锚固平台，还有填埋作业道路的需要，在通往填埋库区底部，设计临时道路。横向整平是为了便于地下水的收集导排、渗沥液收集导排，根据填埋场的实际地形，对场底要进一步整平，以满足填埋工艺的需要。以垃圾坝为控制面， 考虑到渗沥液实现自流的问题，一般以垃圾主坝为控制高程纵向整平；另外，一般以导渗主盲沟为控制轴线，向导渗主盲沟两侧进行整平。设计对库区场底进行横向和竖向整平，根据地形特点，设计纵横坡度为3平整原则为清除所有植被及表层耕植土，确保所有软土、有机土和其他所有可能降低防渗

14、性能和强度的异物被去除，所有裂缝和坑洞被堵塞，并配合场地渗滤液手机系统的布设，使场底形成相对整体坡度，以大于或等于2%的坡度坡向垃圾坝；同时，还要求对场底进行压实，压实度不小于90%。为了使衬垫层与土质基础之间的紧密接触，场底表面要用滚筒式碾压机进行碾压，使压实处理后的地基表面密度分布均匀，最大限度地减少场底的不均匀沉降。平整顺序最好从垃圾主坝处向库区后端延伸。为防止水土流失和避免二次清基、平整，填埋场的场底平基不宜一次完成，二是应与膜的分期铺设同步，采用分层实施的方式。因为在南方地区，裸露的土层会自然长出杂草，且容易受山洪水的冲刷，造成水土流失。2.2.2 场区平面布置填埋场总图中的主体设施

15、布置内容应包括：计量设施，基础处理与防渗系统，地表水及地下水导排系统，场区道路，垃圾坝，渗沥液导流系统，渗沥液处理系统，填埋气体导排及处理系统，封场工程及监测设施等。填埋场配套工程及辅助设施和设备应包括：进场道路，备料场，供配电，给排水设施，生活和管理设施，设备维修、消防和安全卫生设施，车辆冲洗、通信、监控等附属设施或设备。填埋场宜设置环境监测室、停车场，并宜设置应急设施(包括垃圾临时存放、紧急照明等设施)。填埋库区的占地面积宜为总面积的7090，不得小于60。填埋场宜根据填埋场处理规模和建设条件做出分期和分区建设的安排和规划。整个场区总占地面积约1.0km2，取垃圾填埋区其中垃圾填埋区比例8

16、0%，则面积约为0.8km2，其余面积主要用于其他主体及配套设施的建设，详见填埋区平面布置图。整个场区设置一个进出口，在进口处设置地磅台和洗车台。同时建设20m宽的绿化带将管理区和进填埋场的道路隔开，形成缓冲区，以吸收污染物及防尘，使管理区和填埋区有机地分开。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。由于西南风为全年主导风向，为防止填埋区气体污染的影响，将管理区等设置于填埋区的西南方。2.2.3 分区分期设计根据地形，将整个填埋区分为两期4个大区，分别为填埋一区、填埋二区、填埋三区和填埋四区。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

17、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，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。2.2.4 填埋工艺本工程采用厌氧卫生填埋工艺，实行分层摊平、往返碾压、分单元逐日覆土的作业制度，主要工艺流程是：每天将城市生活垃圾运到填埋场，经地磅计量后后，通过作业平台和临时通道进入填埋单元作业点按统一调度卸车，然后由填埋机械摊平、碾压。按分区从处理好的库底开始，向外向上逐排推进填埋，以一日填埋垃圾作为一个填埋单元。每日需进行覆土，并对覆土后的填埋单元进行喷药消毒，以减少和杜绝蚊蝇、昆虫孽生。最终封场覆土厚度大于1m。垃圾的压实密度

18、约为0.6 t/m3。每层垃圾厚度为2.53.0m，通常四层厚度组成一个大单元。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，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，对气体进行再利用。2.2.5 填埋单元设计填埋作业单元：每一个工作日作业完成时形成的填埋体基本单位。每天的垃圾填埋压实后进行日覆盖，覆盖后形成一个填埋单元。设计垃圾填埋场的平均日处理量为2212.71m3/d，则考虑设计填埋单元为：长宽高=20.014.03.0m（考虑机械作业要求）。其中：填埋垃圾量为：（20.0-0.37）（14.0-0.3

19、7）（3.0-0.37）=703m3 覆土量为：考虑覆土为0.37m0.37（19.6313.63+13.632.63+13.632.63）+0.372(20+14+3)4=137m3覆土比例为：137/700=20%。填埋单元的形成过程；推土机将运来的垃圾在规定的地域平面内堆成0.5m厚的薄层，用压实机压实。然后再铺垃圾，再压实（用压实机压实前，可用推土机预压实），直到堆到设计高度2.63m时，再覆盖0.37m厚土壤压实。2.2.6 垃圾坝建在垃圾填埋库区汇水上下游或周边，由粘土、块石等建筑材料筑成，起到阻挡垃圾形成填埋场初始库容的目的，本工程选择山谷型填埋场工艺，因此为增加垃圾库容、或填埋

20、分期规划，需设置垃圾拦挡构筑物。根据材料的不同，主要分为碾压式土石坝、混凝土坝、浆砌石坝等。实际操作中，HDPE膜不可能永远完好，特别是边坡和坝的地方。为了不使垃圾渗滤液从大坝处渗漏而污染地下水，大坝必须拥有良好的密实度。它还必须有防渗的功能。而以往使用纵向防渗的垃圾填埋场的大坝，更是使用了防渗水泥以达到要求。所以，防渗是垃圾坝的建设的重要目的之一。也就是说，垃圾坝必须依照水坝设计。本垃圾填埋场垃圾坝选用表面防渗水泥的石、土坝。在垃圾卫生填埋场工程的总造价中，垃圾坝的造价占有相当大的比重，通常占总造价的25%40%，然而在垃圾坝设计技术方面，目前我国尚无专门的垃圾坝结构设计规程，设计者往往较多

21、地参照水工构筑物（低坝）的设计技术及挡土墙理论进行垃圾坝的结构设计。(1)坝型选择：填埋场用土石坝没有防渗要求，不设心墙，一般可分为均质坝和多种土质坝。由于场地地质情况不同，考虑就地取材及降低造价，选择采用多种土质坝。具体设计如下图所示。(2)材料选择：筑坝材料压实后，应具有较高的强度和一定的抗风化能力，并具有较好的长期稳定性。因此，除了含有机质太多的土料、淤泥和软粘土外，几乎所有土石料都可用作筑坝材料。(3)坝体结构：坝体高度：本工程填埋高度是26m，根据坝体高度的设计标准，将垃圾坝坝高定为10m，按水工分类标准都属于低坝。坝坡：上游坝坡1:0.2下游坝坡取坝坡为1:0.7且坝顶按车道考虑，

22、宽度为4.5m。填埋垃圾一侧的坝面上覆防渗层，且进行防渗水泥涂抹；长期暴露的坝面应做坡面防护，并做反滤层以防止坝体材料流失，防渗材料一般选用HDPE膜。坝顶构造：土石坝坝顶是作为运输或巡检通道，宽度定为40m。为满足车辆行驶的要求，选用泥结碎石、沥青碎石等材料。坝轴线中点附近填筑高度最大 ，坝基覆盖层也可能最厚，设计中应留有一定超高，到轴线两侧逐渐降到设计高度，同时也有利于坝顶排水。图1 垃圾坝结构2.3 填埋场的地基与防渗系统2.3.1填埋区基底工程城市生活垃圾卫生填埋技术规范规定，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

23、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。2.3.2场地防渗系统法案的选定1、填埋场的防渗系统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范：天然粘土类衬里的渗透系数不应大于10-7cm/s且厚度大于2m的粘土。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。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。在本设计中根据所给的原始资料可以知道：裸露的地层为棕黄色粉质黏土，渗透系数小于1.0105cm/s，厚度不小于2m，可以采用单层人工合成材料防渗衬层。人工合成材料衬层下应具有厚度

24、不小于0.75m，且其被压实后的饱和渗透系数小于1.0107cm/s的天然粘土防渗衬层，或具有同等以上隔水效力的其他材料防渗衬层。场区地下水位较低，离地面23m，水位年变幅12m，即填埋场填埋区基础层底部与地下水年最高水位距离不足1m时，应建设地下水导排系统，地下水导排系统应确保填埋场的运行期和后期维护与管理期内地下水水位维持在距离填埋场填埋区基础层底部1m以下。综上，山谷型垃圾填埋场防渗系统主要由填埋库区防渗层和地下水导排系统组成，不仅防止渗滤液渗出污染地下水，还防止地下水进入填埋场内造成二次污染。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方式。水平防渗系统是在填埋区底部及周围铺

25、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内的目的，同时也有阻止周围地下水流入填埋场的功能。根据本工程情况属于渗透性场地，故不宜采用垂直防渗系统，而采用水平防渗系统。选择水平防渗。2、防渗系统构造现有三种方案可供选择：方案一：单层HDPE膜粘土复合衬垫（1）竖向结构其竖向结构构造自上而下分别入图所示图2 单层膜粘土复合垫（2）工程造价：HDPE膜选用进口产品，土工网格、土工布选用国内产品，其余按当地市场价格，单位工程造价大概为142.5元/m2。方案二：双

26、层HDPE膜复合防渗衬垫（1）竖向结构其竖向结构构造自上而下分别如图所示：图3 双层膜粘土复合垫（2）工程造价：HDPE膜选用进口产品，土工网格、土工布选用国内产品，其余按当地市场价格，单位工程造价大概为173.1元/m2。方案三：单层HDPE膨润土复合防渗衬垫（1）竖向结构其竖向结构构造自上而下分别如图所示：垃圾层渗沥液导流与缓冲层膜上保护层HDPE土工膜膜下保护层（粘土厚度75cm、渗透系数不大于1.010-5cm/s）地下水导流层（30cm）基础图4 单层膜膨润土复合垫（2）工程造价：HDPE膜、含膨润土交织土工布选用进口产品，土工布选用国内产品，其余按当地市场价格，单位工程造价大概为1

27、66.1元/m2。各方案技术经济对比：（1）对方案一的评价 该方案是三个方案中较经济的一个方案适用性：若在填埋作业是，第一层所填垃圾很有尖锐物或在填埋过程中压实机械操作不当，使单层膜被刺穿，则防渗系统基本失效，造成水体污染。故本方案对填埋作业是的技术要求较高，且发生膜刺穿时造成的危害较大。（2）对方案二的评价此方案造价较贵，并要求较高的监管水平适用性：双层膜具有双保险的作用。若第一层被刺穿，还有下层膜及土工布可阻挡渗滤液进一步向下渗透，因此可将经过上层膜孔洞的渗漏量减至最少，从而可大大减少通过防渗衬垫的渗漏量。（3）对方案三的评价此方案造价在三个方案中相对经济适用性：单层膜膨润土的复合防渗衬垫

28、最为经济实用。既可解决单层摸的穿刺问题，又可减少造价，不仅防渗效果良好，可靠性、耐久性也好，且施工方便，膨润土能够对局部渗漏点起到补漏的作用。而且根据相关规定，库区底部系统可以采用单层防渗衬层，库区边坡系统也采用单层防渗衬层。因此，本设计采用方案三的方案。2.4渗滤液的收集与处理2.4.1垃圾渗滤液的产生及特征：1、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。2、来源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，主要污染成分有：有机物、氨氮和重

29、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。其主要来自以下几个方面：(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

30、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；3、基本特征垃圾渗滤液的特性如下：(1)有机污染物种类繁多，水质复杂。(2)污染物浓度高，变化范围大。(3)水质水量变化大。产量随季节变化大，雨季明显大于旱季。(4)金属含量高。垃圾渗滤液中含有10多种金属离子，由于国内垃圾不像国外某些城市那样经过严格的分类和筛选，所以国内外垃圾渗滤液中金属离子浓度有差异。其中铁浓度可高达2050mg/L，铅的浓度可达12.3mg/L，锌的浓度可达130mg/L，钙的浓度可达4300mg/L。(5)氨氮含量高。高氨氮浓度是城市垃圾渗滤液的重要水质特征之一，随着垃圾填埋年数而增加，可以高达1700mg/L，渗滤液中的氮多以氨氮形式存在，约占TN的70%80%。(6)营养元素比例失调。对于生化处理，污水中适宜的营养元素比例是BOD5:N:P=100:5:1，而一般的垃圾渗滤液中的BOD5:P大都大于300，与微生物所需的磷元素相差较大。4、垃圾渗滤液的特性与埋龄的关系垃圾填埋后，随着填埋年龄的增长，垃圾中有机物的降解速率、垃圾的持水能力和水的透过性能均发生变化。所产生的渗滤液性质在填埋场的不同年龄中也会有不同的性质。随着时间的增长，垃圾中难降解的