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1、(完整完整 wordword 版版)固体废弃物处理与处置课程固体废弃物处理与处置课程设计设计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
2、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。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
3、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：西南最大冻土深度：230mm 5、相关规范及标准（1）生活垃圾卫生填埋技术规范(CJJ17-2022)（2）生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2022)（3）生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范(CJJ113-2022)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
4、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
5、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
6、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。1.2 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 80 20 其他成分数据：氮：17%；氧：小于 1%；二氧化硫：小于 20ppm
7、；氨气：0.6ppm，硫化氢：6.8ppm循环式半好氧型填埋 90 10好氧型填埋 95 5从表 1.2-1 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。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
8、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
9、，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
10、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 2030 年人口约 128 万，服务年限 20 年。我国人均生活垃圾产量约 0.81.4kg/(人d)。垃圾容重（压实密度）0.40.6t/m 3。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
11、均生活垃圾产量为 1.0 kg/(人d)，垃圾容重（压实密度）0.6 t/m 3。(1)计算公式：每年所需的场地体积为：()r 1D WP 365V+?=垃圾压实密度每年垃圾产生量式中：W垃圾产生率(kg/d 人)；P 城市人口；D 压实后垃圾的密度(kg/m 3)；r 覆土与垃圾之比。每年所需的场地面积为：H V A=(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 m 3 年份 库容量/万 m 3 2022 66.48 2022 82.66 2022 67.80 2023 84.31 2022 69.1
12、6 2024 86.00 2022 70.55 2025 87.22 2022 71.96 2026 89.47 2022 73.40 2027 91.26 2022 74.87 2028 93.09 2022 76.36 2029 94.95 2022 77.90 2030 96.85 2022 79.45 总量 1615.28 2021 81.04计算举例：2022 年库容量计算如下：334m 48.66m 43.6648213.5 4.560010851365r)(1D WP 365V 万=+?=2030年库容量计算如下：3 319420m 85.96m 28.9685193.5 4.5
13、60002.0110851365r)(1Da1WP365V万）（）（=?+=+?+?=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 2212.71m 3/d，填埋场的起始规模为 1821.37 m 3/d。厂区总面积约 1 km 2，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：26800000%8010m A=?=则填埋高度：1615.28104/800000=20.19m 2.2 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
14、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，
15、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
16、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
17、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 80%，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
18、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
19、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。垃圾的压实密度约为 0.6t/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
20、，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）（14.0-0.37）（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
21、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
22、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
23、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，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
24、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