固废课程设计 李杰组.docx

1、固废课程设计 李杰组合肥市填埋场工程设计摘要：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，合肥市内还没有相应的垃圾无害化处理工程措施，基本上大部分生活垃圾都是简易堆放，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，严重影响环境卫生。二，垃圾无隔离措施，其产生的填埋气和渗滤液污染大气、地下水和周围的地表水，极大地威胁居民的健康和生态环境。三，污染周围的土壤，使其丧失原有的功能。合肥市人均生活垃圾产生量逐渐增加，若不对其进行无害化处理，将引发重大的环

2、境污染事故，而目前，仅少量生活垃圾进入垃圾焚烧发电厂进行处理，其余的处理状况还处于无序状态，有的混入危险固体废物处置，有的被运至市郊和外地，对环境造成污染，存在严重隐患。为提高合肥市环境卫生水平、提升城市形象、实现可持续发展，安全妥善地处置本市日益增加的生活垃圾显得十分必要和重要。为此，我们拟在合肥市周边地区建立一安全填埋厂，用以接收填埋本市的生活垃圾。关键词:生活垃圾处理、卫生填埋、填埋场工程设计 1合肥市概况1.1地理位置概况合肥市位于中国五大淡水湖之一的巢湖湖畔，在长江淮河分水岭的南侧，具有承东启西、贯通南北的重要地理位置优势。作为安徽省的省会城市，合肥不仅是安徽省的政治、经济、文化和金

3、融中心，同时也是我国重要的科研教育基地，是国家级皖江城市带承接产业转移示范区的核心城市。在 2011 年 7 月 14 日，根据国务院正式下发的文件，原安徽省巢湖市被分拆，重新设立的县级巢湖市由合肥市代管，因此目前合肥市下辖瑶海区、庐阳区、蜀山区、包河区及肥东县、肥西县、长丰县、庐江县和巢湖市，还赋予合肥高新技术产业开发区、合肥经济技术开发区、合肥新站综合试验区、巢湖经济开发区市级管理权限。全市土地面积为 1.14 万平方公里，常住人口 752 万人，其中，城镇人口为 486 万人，城镇化率达到 64.6%。1.2气候条件合肥市亚热带季风气候，四季分明，春秋季时间较长，全年平均温度 15.7摄

4、氏度，相对湿度 76%，年降水量 1000 毫升。空气质量良好，能够达到国家环保二级标准。1.3经济状况2010年合肥市的GDP值达到了2702.5 亿元，分别高于全国、全省7.2个和3个百分点。已连续七年增速保持在 17%以上。其中，第一产业增加值 132.6 亿元，增长3.5%；第二产业增加值 1457.6 亿元，增长 22.3%；第三产业增加值 1112.3 亿元，增长 12.7%。三次产业结构由上年 5.2：52.6：42.2 调整为 4.9：53.9：41.2。2合肥市垃圾收运和处理现状2.1垃圾处理现状为了保护环境，集中处理垃圾，从 1983 年起，合肥市开始了垃圾收集以及运输管理

5、。目前合肥市所采取的垃圾处理模式主要由以下几个方面构成。合肥市城市管理局负责整个城市下属区域的垃圾的收集以及趋合理工作。将垃圾运到相应的垃圾中转站并将其运至目前集中堆放处理垃圾的垃圾填埋场。目前合肥市生活垃圾收集模式为“桶装车载”的收运模式，实行生活垃圾容器化储存、机械化收集、压缩化运输。2.2垃圾的收运合肥市老城区原有中转站 31 座，后由于城市建设,部分中转站被迫拆除或封闭，因此中转站的数量已经不能满足垃圾日清运量的需要，为此，市容部门又重新建设了几座垃圾中转站。根据合肥市城市管理局的最新统计数据，截至 2010 年底，全市有超过 5300 个放置在街道的垃圾收集箱，数百辆垃圾车转运车以及

6、为专门为固体废弃物和处理设置的垃圾中转站 36 座等一系列垃圾收集以及运输系统。其中收集容器主要以 240 升标准桶和果皮箱为主，收集车辆以电动垃圾收集车、3 吨后装压缩车为主，垃圾清运管理人员约有 340 人。2.3城市生活垃圾处理存在的问题在垃圾收运方面，市内的设置果皮箱、垃圾容器、公厕、小型垃圾中转站等设施数量不足，要完善这些设施还需大量经费和时间。同时，由于预留环卫设施用地少，市内可用作垃圾处理设施建设的用地已基本没有。随着市区建设规模的扩大、人口的增加，市区需要建设的垃圾处理设施将更多，建设压力将更大。在垃圾处理方面，主要问题在于没有有效利用垃圾中所蕴含的资源，缺乏恰当的预处理步骤，

7、因此对现在合肥市所采用的垃圾处理模式进行优化并不意味着废弃已经现有的城市垃圾处理设施。合肥市目前现有的设施在过去对合肥市的城市生活垃圾处理已经起到了重要的作用并且对于今后的垃圾最终处理模式也将发挥其必要的作用。因此还应该维持合肥市现有垃圾处理设施的正常运转。2.4合肥市生活垃圾成分分析“IPCC 1996 指南”将城市固体废弃物分为 11 类：食物垃圾、庭院（院子）和公园废弃物、纸张和纸板、木材、纺织品、可处置尿布、橡胶和皮革、塑料、金属、玻璃（陶瓷器）及其他（灰渣），其中前 6 类包含了城市固体废弃物中的大部分可降解有机碳。我国一般将生活垃圾分为 9类，其中确定含有可降解有机碳的共 5 类，

8、分别为厨房废弃物、纸类、纺织物、竹木及灰渣。根据近年来我们对合肥市龙泉山垃圾填埋场进行的采样分析可以看出（见下表）：（1）纸类和纺织品等可回收物均有所增加。居民生活水平的提高，购买能力增加，耐用消费品的更换周期缩短，使得垃圾中可回收物成分增加，垃圾资源化潜力巨大。（2）有机物占有比重逐年增加。这主要是由于城市居民的生活方式改变所致，如城市气化率的提高（90%以上），居民生活产生的煤球灰渣数量大幅减少。但近年来由于建筑工地飘出的大量灰渣和粉尘通过街道清扫混入城市生活垃圾，垃圾中的灰渣含量始终保持在8%左右。3建设垃圾填埋场的必要性合肥市目前仅有一座生活垃圾填埋场厂正面临封场，新填埋场的早日建成并

9、发挥其应有的作用是十分必要和非常急迫的任务。建设的必要性具体表现在如下几个方面：3.1建设垃圾填埋场是改善市区环境的需要城市生活垃圾是市区主要的固体污染源，不仅会产生有毒有害气体，影响市区大气环境，同时还会产生有毒有害物质，污染市区土壤和地下水。同时孳生蚊蝇、传播疾病，造成细菌和病原菌富集，处理不好将影响居民身体健康。市区生活垃圾污染已成为社会一大公害，对城市生活垃圾进行无害化处理，是当前的一项重大课题。3.2建设垃圾处理场是创建文明卫生城的需要搞好城市环境卫生，是创建文明卫生城的前提和条件，合肥市各级领导意识到，生活垃圾处理在市区精神文明中的重要作用，将垃圾处理工程作为一项重要任务，列入议事

10、日程要求有关单位尽快组织实施。3.3国家对垃圾处理提供了法规政策依据国家文件“十一五”全国城市生活垃圾无害化处理设施建设规划中提出，全国大中城市垃圾无害化处理率打到80%以上。国家的法规政策也提供了良好的契机，应该抓住机遇，兴建这一“化害为利、造福人民、功在当代、利在千秋”的德政工程。本项目的建成将实现合肥市城市垃圾无害化处理，在技术和管理方面达到国内先进水平，为提高合肥市城市环境卫生质量提供有力保障，是实现合肥市可持续发展和全面建设小康社会的重要组成部分。4.填埋场的选址和设计4.1填埋场的选址原则 场址的选择是卫生填埋场全面设计规划的第一步。影响选址的因素很多，主要应从工程学、环境学、经济

11、学、法律和社会学等方面来考虑，这些选择要求相辅相成。主要遵循四条原则:一是从环境污染角度考虑其安全原则 环境保护原则：应确保其周边生态环境、水环境、大气环境以及人类生存安全等的安全。尤其是防止渗滤液的渗出对地下水的污染和地表水的污染。二是从经济角度考虑其合理原则经济保护原则：合理科学地选择能够达到降低造价、提升资金使用效率的目的。但是场地的问题是一项复杂的问题。它涉及到场地的利用运输等问题。经济原则对选址也有相当大的影响。三是从场地的安全性原则考虑：要防止垃圾填埋场场地对大气及地表水的污染，尤其是要防止渗滤水的释出对地下水的污染。四是法律及社会支持原则选址的一个先决条件是要能确定场地中哪一个最

12、能达到“可能选出的最好场地”所要求的标准。4.2填埋场类型 垃圾卫生填埋场根据其所在的地形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这四种填埋场各具有特点，选择时主要根据当地的实际情况而定。 合肥市肥东县有自然形成的山谷（沟壑），可以作为填埋处理的天然场地使用。本次设计将填埋场选在合肥市龙泉山，其位于合肥市肥东县桥头集镇龙泉山，距离合肥市区35.5公里。4.3填埋方式 选择厌氧性填埋。填埋层内部处于厌氧状态，废弃物中的有机物分解缓慢，基本物质原样保存。其分解过程分为两步：首先是有机物被分解成有机酸和酒精，后一步分解为甲烷和二氧化碳(气化)。从废弃物填埋开始至填埋

13、物厌氧发酵过程需要一段相当长的时间。4.4服务面积和垃圾产量4.4.1服务面积人口采用下式计算：An第n年的服务人口数，人Ao初始服务人口数，人P机械增长率与自然增长率之和（根据某城市历年人口调查情况，本次设计中分别为1.53%，1.02%）n第n年，年初始人口数A0为219.2万人;机械增长率和自然率分别为1.53%，1.02%。4.4.2垃圾产生量设合肥市人均垃圾产生量为1.0kg/（人d），且该值在15年内保持变化不大。垃圾产生量采用下式计算： 式中： 第n年的日产垃圾量，t/d a 第n年的垃圾人均日产率，kg/（dp）由以上两式求得服务区域服务人口及垃圾产生量（详见表1）表1 服务区

14、域各年份垃圾日产量表序号年份人口/万人人均垃圾日产生量/（kg/dp）生活垃圾日产量/(t/d)生活垃圾产生量/(t/a)生活垃圾累积量/万吨12014219.21.02192800080158.322015224.81.02248820520240.132016230.51.02305841325323.742017236.41.02364862860409.252018242.41.02424884760496.762019248.61.02486907390586.172020254.91.02549930385677.582021261.51.02615954475711.092022

15、268.11.02681978565866.6102023275.01.027501003750964.3112024282.01.0282010293001064.2122025289.21.0289210555801166.4132026296.51.0296510822251270.8142027304.11.0304111099651377.6152028311.81.0311811380701483.5162029319.81.0319811672701590.2据统计资料计算,合肥市人均日产生活垃圾 2000 年为 0.55kg,2005 年增长至0.75kg,增长了 36%,而在

16、 20002005 年间,生活垃圾总产量的增长达到了49%。预计到 2015 年,合肥市生活垃圾产量将达到 102.61 万 t ,人均日产量为 1.42 kg。则预计未来15年里即至2029年垃圾生产量将达到1602万t。4.5垃圾填埋场库容 以15年生产垃圾所需要的库容来计算：垃圾填埋容量（/d）=垃圾填埋量（t/d）/垃圾压实密度（t/）其中：垃圾填埋总量为1602万t,取垃圾压实密度为0.6（t/），填埋高度20米，覆土占垃圾填埋量的1/4。则垃圾填埋库容为：3337.5万.埋区面积：166.875万。4.6填埋场主体工程和辅助设施4.6.1堤坝填筑堤坝设臵在填埋场的边缘以及填埋区域分

17、隔连接处的部分。在作为中间连接处的情况下，堤坝可以用垃圾芯构成用粘土围着。4.6.2防渗系统1、防渗系统设计规范本设计选择人工防渗系统，该应符合以下要求：人工合成衬里的防渗系统应采用复合衬里防渗系统，位于地下水贫乏地区的防渗系统也可采用单层衬里防渗系统，在特殊地质和环境要求非常高的地区，库区底部应采用双层衬里防渗系统。特殊情况下可采用钠基膨润土垫替代膜下防渗保护层。填埋场防渗系统基础与天然地下水水位的间距不得小于2m。2、防渗材料 目前，从国内外的实践实用看来，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，

18、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。天然粘土类衬里及改性粘土类衬里的渗透系数不应大于1.010-7cm/s。3、防渗结构 在垃圾填埋区场底、侧坡和调节池内都安装严密的防渗系统，使其密不透水，以防止污染地下水。核心部分是双层高密度聚乙烯（HDPE）膜。此外还设臵的收集层。 场底结构从上到下依次为：过滤层、主滤液收集层、保护层、主防渗层、主防渗层、次要滤液防渗层、次防渗层、保护层、构建底面。其相应的防渗材料设臵依次为

19、：轻型工布土、厚度为600mm碎石导流层、500g/m2无纺土工布层、15mm光面高密度（HDPE）膜、500g/m2的无纺土工布层、15mm光面高密度（HDPE）膜、500g/m2的无无纺土工布层、地基土。4、渗滤液收集导排系统 渗滤液导流层（即主滤液收集层和次滤液收集层） 渗滤液主收集层：在无纺土工布保护层上铺设600mm的碎石层，粒径要求2040mm，按上粗下细进行铺设，防止填埋的垃圾堵塞砾石缝从而影响渗滤液导垃圾填埋场设计。渗滤液次收集层：直接安装于主防渗层之下，目的是监测主防渗层是否渗漏，若有渗漏，则可在次盲沟中发现并收集起来。4.6.3导气系统 填埋场必须设臵有效的填埋气体导排设施

20、，严防填埋气体自然聚集、迁移引起的火灾和爆炸。填埋场不具备填埋气体利用条件时，应主动导出并采用火炬法集中燃烧处理。4.7垃圾填埋工序垃圾填埋工艺流程见图图3-1半好氧垃圾填埋工艺流程图 填埋工序可按以下方式进行： 填埋场分为两个填埋库区，东侧填埋区为一区，西侧填埋区为一区，首先按照设计标高平整库区的场地，场地按排水方向设置不小于2%的纵横坡度，坡向导流支、干渠。按设计要求增大挖土坑容积，挖出的土方，就近贮存用于填埋区周围筑堤用土、覆盖垃圾的覆土和封场用土，剩余土方外运。场底平整工作完成之后，按照填埋场防渗设计要求，在场地铺设复合衬里材料及配套导渗设施。然后，开始填埋垃圾。垃圾运输车进场称重，然

21、后进入当日的填埋平台上，推土机将垃圾摊平，其厚度不大于单层厚度（约0.8m），经洒药车消毒，再经洒水车洒水后，由压式机进行反复碾压，达到压实容重（0.8t/m3）。然后按此工序在上面填埋的二层、第三层垃圾，当日垃圾填埋达到预定高度2.5m后，再覆盖0.25m厚度的覆土压实，即完成一日的作业。垃圾分层填埋压实并覆土层是卫生填埋的基本要求，可降低恶臭，减少蚊蝇和鼠类繁殖，防止气体散逸和渗滤液的转移，减少雨水渗入。另外，压实可延长填埋场使用年限，且有利于运输车辆的行走。5.渗滤液的收集与处理5.1渗滤液具有以下基本组分：（1）滤液水质十分复杂，不仅含有耗氧有机污染物，还含有各类金属和植物营养素（氨氮

22、等），如果工业部门使用的垃圾填埋厂，渗滤液中还会含有有毒有害的有机污染物； （2）BOD5、COD浓度高，最高可达几万，远远高于城市污水； （3）垃圾渗滤液中有机污染物种类多，其中有难以生物降解的萘、菲等非氯化芳香组化合物、氯化芳香组化合物、磷酸酯、邻苯二甲酸酯、酚类化合物和苯胺类化合物等。 （4）垃圾渗滤液中含有10多种金属离子，其中的重金属离子会对微生物产生抑制作用； （5）氨氮含量高，C/N比例失调，磷元素缺乏，给生物处理带来一定的难度。5.1.1垃圾渗滤液的产生量： Q=IC(A1+A2)/1000式中：Q_填埋场渗滤液产生量(m3a)；A1填埋场作业区面积为166.875万m2；A2

23、调节池回水面积（忽略不计）；C为渗出系数，取0.6；I-降雨强度，mm.式中I取多年平均降水量950mm。C为填埋场内降水量转为渗滤液的份数，其值随填埋场覆盖土性质，坡度而不同，一般在0.20.8之间封场的填埋场则以0.30.4居多，本工程取C=0.6。填埋区汇水面积为166.875万m2 ，经计算年平均垃圾渗滤液产生量为95.11875万m3，日平均最大2606 m3。5.1.2渗滤液在填埋场衬里上的蓄积可能引起以下问题： 1、场内水位升高会使更多废物浸在水中，导致有害物质更强烈的浸出，从而增加渗滤液净化处理的难度。 2、场内壅水会使底部衬里之上的静水压力增加，增大水平防渗系统失效及渗滤液下

24、渗污染土壤和地下水的风险。 3、场内废物含水过量，影响填埋场的稳定性。5.2收集系统的构成 汇流系统的主体是一位于场底防渗衬层上的、由砾卵石或碎（渣）石构成的导流层。渗滤液的输送系统多由集水槽（池）、提升多孔管、潜水泵、输送管道和调节池等组成。典型的填埋场渗滤液收集系统由以下几部分构成： 1、导流（排水）层：主要由粗沙砾或卵石组成，需覆盖整个填埋场底部衬里上。 2、导流（盲）沟与导流管：导流盲沟设置在导流层的底部，并贯穿整个场底，其断面常为等腰梯形。 3、集液池及提升系统：平原型填埋场需采用集液池和提升系统。 4、调节池：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。5.3渗

25、滤液的处理5.3.1合并处理 合并处理是指将渗滤液在填埋场内的处理设施中进行预处理后引入填埋场就近的城市生活污水处理厂进行处理。但该方案的应用有一定的前提条件：（1）必须有城市生活污水处理厂，且距填埋场较近。（2）易造成对污水处理厂的冲击负荷。 由于污水管道的纳污标准远低于渗滤液原水的污染物指标，因此渗滤液往往需要先在现场进行预处理。现场预处理宜采用生物处理为主的工艺，最好采用生物脱氮工艺。5.3.2单独处理土地处理：利用土壤中的微生物降解作用使渗滤液中的有机物和氨氮发生转化，通过土壤中有机物和无机胶体的吸附、络合、螯合、颗粒的过滤、离子交换吸附和沉淀等作用去除渗滤液中悬浮固体和溶解成分，通过

26、蒸发作用减少渗滤液中的产生量。 （1）填埋场回灌处理系统：主要利用填埋废物层类似于“生物滤床”的吸附、解吸作用以及填埋场覆盖层的土壤净化作用、最终覆盖后填埋场地表植物的吸收作用和蒸发作用将渗滤液减质减量化。 （2）土壤植物处理系统：通过吸附、离子交换和沉淀等作用，土壤颗粒从渗滤液中将悬浮固体过滤掉，并将溶解性固体组分吸附在颗粒上。土壤中微生物将渗滤液中的有机物转化和稳定，并转化有机氮。植物利用渗滤液的各种营养物生长，以保持和增加土壤的渗入容量，并通过蒸腾作用减少渗滤液量。6 填埋气体收集与利用6.1填埋气排放6.1.1填埋气的产生生物质或有机体在填埋场厌氧发酵条件下将产生大量的垃圾填埋气( L

27、FG) ，填埋气主要含有甲烷（4 0 % 6 0 % 左右）、二氧化碳（30%50% 左右）以及少量氮气和其他微量气体。当空气中CH4浓度达到5 % 1 5 % 时就可能发生燃烧或爆炸。甲烷比空气轻，在垃圾填埋场中会向上移动并可能在某处积聚，易于燃烧或爆炸。此外，甲烷所造成的温室效应是二氧化碳的 21 倍左右，属于强温室效应气体，对臭氧层有破坏作用。6.1.2填埋气产气量通常填埋气体的年产量，一般以年为时间段来估算填埋气体产量,某年填埋气体的产量是各年已填垃圾产气量的叠加,因此可用下面的公式表示:式中：某年填埋气体产量,3/填埋场封场前(从开始运行)第年的垃圾填埋量,第年所填垃圾的产气速率常数

28、,1/填埋年数,0垃圾厌氧最大产气量,3/垃圾填埋场的填埋年限 合肥市垃圾填埋场垃圾中有机物含量为65%左右,有机物含水率为80%左右。假设有机物中有机碳含量为50%,其中90%的有机碳转化为甲烷,则可计算出单位质量的垃圾最大理论产气量为0.1093/(1093/)。根据国内有关经验,垃圾的产气速率常数一般为0.10.15-1,这里取0.12-1。故该填埋场产气数学模型为: 由于含有大量甲烷，填埋气的高位热值可达1 5 6 0 0 1 9 5 0 0 k J / m3，具有较高的能量价值，如果对垃圾填埋气进行回收利用，既可减少温室气体的无序排放，消除环境污染，又可回收能量，变废为宝。6.2填埋

29、气收集 垃圾填埋场的导气方式主要有两种:水平导气管导气和垂直导气管井导气。水平导气管一般是在垃圾填埋作业时在填埋工作平台上铺设,其优点是便于在垃圾填埋场运行过程中进行气体收集利用;垂直导气管井可以在垃圾填埋场运行时铺设,也可以在垃圾填埋至一定高度后钻孔铺设。6.2.1收集管网 填埋气体收集管网的设计充分考虑了填埋气体抽取过程中需要经常调节的特点,管网的布置与连接方式可方便运行管理。由于垃圾填埋场一般面积都比较大,气体导排井或导排盲沟比较多,因此设计上宜考虑将若干个井或盲沟集中连接至一个调节室,以提高工作效率和安全性。6.2.2冷凝液井由于垃圾填埋场内部温度较高,气体湿度较大,当气体被抽出时,管

30、道内的温度逐渐降低,气体中的水蒸气就会凝结成水,因此在收集管网中必须设排水井,将管道中的冷凝水排掉,才能保证管网的正常运行。一般情况下每100左右设一座冷凝液井,管道应有不小于2%的坡度,冷凝液井设在管道的最低点。6.3填埋气的净化垃圾填埋气体主要由甲烷、二氧化碳、水蒸气以及少量氨气、氧气等组成,其中水蒸气是以饱和状态存在的。因为填埋气产生的合适温度为4060 ,因此填埋气中水蒸气的质量分数一般为5% 13%。在固体杂质中,除了气体本身携带的粉尘颗粒以外,硅氧烷(主要存在化妆品、装饰材料中)等物质燃烧也会产生固体颗粒。硫化氢以气体形式存在,含量一般较低。由于发动机对气体一般都会有较高的要求,填埋气中的各种杂质对其有较大的危害,如果不进行预处理,将产生一系列的问题。填埋气预处理系统主要由过滤器、升压风机、除湿设备和脱硫装置等组成。填埋气首先经过过滤器,然后经风机升压后进入除湿设备,除去气态的水蒸气成为干燥的填埋气,随后流经脱硫装置,除去其中的残余杂质,最后经压力调节后利用。在每个处理单元的出口设有旁通火炬,这个旁路也可以在系统启动或者系统超压时作为气体的放散出口。6.4 填埋气的主要利用途径填埋气可以通过如燃烧蒸发和并入管道等直接方式、液化储存和重整制取醇醚等间接方式加以利用。下面列举典型的应用途径。6.4.1填埋气用于内燃机