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1、固废课设垃圾填埋场设计 1.选址和计算 填埋场的选址总原则是应以合理的技术、经济方案，尽量少的投资，达到最理想的经济效益，实现保护环境的目的。必须加以考虑的因素有：运输距离、场址限制条件、可以使用的土地容积、入场道路、地形和土壤条件、气候、地表和水文条件、当地环境条件以及填埋场封场后场地是否可被利用。（1）运输距离：运输距离是选择填埋场地的重要因素，对废物管理系统起着重要作用。尽管运输距离越短越好，但也要综合考虑其他各个因素。（2）场址限制条件：场址至少应位于居民区 1km（参照德国标准）以外或更远。（3）可用土地面积：填埋场场地应选择具有充足的可使用面积的地方，以利于满足废物综合处理长远发展
2、规划的需要，应有利于二期工程或其他后续工程兴建使用。尽管没有填埋场大小的法律规定，填埋场地也要有足够的使用面积，包括一个适当大小的缓冲带，并且一个场地至少要运行五年。（4）出入场地道路：由于通常适合填埋场的场地不再城市已建的道路附近，因此，建设出入填埋场的道路和使用长距离的运输车成为填埋场选址的重要因素。（5）地形、地貌及土壤条件：不宜选址在地形坡度起伏变化大的地方和低洼汇水处，原则上的地形的自然坡度不应大于 5%。（6）气候条件:填埋场场址的选择应考虑在温和季节的主导风向。（7）地表水水文:所选场地必须在百年一遇的地表水域的洪水标高泛滥区或最大洪泛区之外，或应在可预见的未来建设水库或人工蓄水
3、淹没和保护区之外。填埋场的场地必须是位于饮用水保护区、水体和洪水区之外，并且必须在春潮区之外、泥炭沉积超过 1m 的沼泽区之外。还应建在地下水位以上。最佳的填埋场场址位置是在封闭的流域内，这对地下水资源造成的风险最小。（8）地质和水文地质条件：场址应选在渗透性弱的松散岩层基础上，天然地层的渗透性系数最好能达到 10-8m/以下，并具有一定厚度。（9）但地环境条件：填埋场场地位置选择，应在城市工农发展规划区、风景规划区、自然保护区之外；印在供水水源保护区和供水远景规划区之外；应具备较有利交通条件。（10）地方公众：可通过自发的协议来达到，也可在废物处理合同中加以规定。1.1 选址的程序（3）预选
4、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 1.2 地址的选定与所需容积 目前该城市人口 70 万，人口增长率 0.55%，垃圾填埋场服务年限为20 年，覆土与垃圾压实之比为 1:5，填埋高度为 10m，地上 3m，地下 7m，取 W 为 0.6kg/d 某人，垃圾增长速率 3.8%。该地区主导风向为西北风，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，即垃圾填埋场的西北角，以减少对人们的影响。每年所需的场地体积为：第 n 年人口=70 某（1+0.0055）n 单位：万 第 n 年人均
5、垃圾量=0.6 某(1+0.038)n 某 365,单位：kg V 每年垃圾产生量 WP 3651r 垃圾压实密度 D 式中：W 垃圾产生率(kgd 人)；P 城市人口；D 压实后垃圾的密度，取 1000(kgm3)；r 覆土与垃圾之比。每年所需的场地面积为：AV H 从上表可以看出，今后的 20 年中，垃圾的累积产量为 510.54 万吨，平均日产垃圾量约为 700T/d，根据 本地垃圾成分和所选用压实设备，垃圾填埋压实密度按 1.0t/m3 计，覆土量比例按 20%计算，累计覆土总量 102.11 万 m3，总填埋量为 612.65万 m3。填埋场预计填埋深度 8-10m，取 10m 填埋
6、用地面积为 A=V/H=612.65 某 104/10=612650m2 1.3 填埋工艺流程设计见说明书附录 1.4 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。例如设计垃圾填埋场的日处理量为 700t/d，则考虑设计填埋单元为：长某宽某高=20.0 某 14.0 某 3.0m（考虑机械作业要求）。其中：填埋垃圾量为：（20.0-0.36）某（14.0-0.36）某（3.0-0.36）=703m3 覆土量为：考虑覆土为 0.37m0.37 某（19.63 某 13.63+13.63 某 2.63+13.63
7、某2.63）+0.372 某(20+14+3)某 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.填埋场的地基与防渗 2.1 填埋区基底工程 城市生活垃圾卫生填埋技规范规定，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
8、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。根据北京填埋场（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 5。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。2.2 填埋场的防渗系统 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
9、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内的目的，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内容，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/。5 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
10、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。2.3 防渗材料防身材料多种多样，目前常用的主要有两类：黏土与人工合成材料。黏土除天然黏土外，还有改良土（如改良膨润土等）；人工合成材料种类很多，如高密度聚氯乙烯（HDPE）、低密度聚氯乙烯（LDPE）、聚氯乙烯(PVC)膜等,但近二十年来，国内外填埋场最常用的是高密度聚氯乙烯（HDPE）膜。实际上，大部分填埋场所选用的
11、防渗层材料均是黏土和HDPE 膜。1、黏土 粘土是土衬层中最重要的部分，其具有低渗透特性。填埋场黏土衬层分为两类：自然黏土衬层与人工压实粘土衬层。自然黏土衬层是具有低渗透率、富含粘土的自然形成物，其渗透率应小于或等于 11061107。一般来说，天然粘土层和岩石层是否均一以及是否具有较低的渗透率，是 很难检测验证的，仅仅使用自然黏土衬层作为填埋场防渗层是不可靠的。2、人工合成材料 高密度聚乙烯（HDPE）膜是人工合成材料中最常用，也是最理想的防渗材料，它能有效阻止渗滤液的渗漏。美国环保署于 1982 年停止单独使用黏土作为有害废弃物处理场的防渗材料，并规定所有填埋场必须有一层防渗衬垫，在填埋场
12、封场后，也必须采用防渗层进行封场以减少渗滤液的产生。7 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（一般范围在 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。72.4 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
13、 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。复合衬里（库区底部）系统示意图 复合衬里（库区边坡）系统示意图 单层衬里（库区底部）系统示意图 单层衬里（库区边坡）系
14、统示意图 2.5 场地防渗系统法案的选定场区地下水位较低，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范可知道，天然粘土类衬里的渗透系数不应大于 10-7cm/并且要 2 米厚的粘土。双层衬里（库区底部）系统示意图 3 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。(2
15、)外部地表水的渗入，这包括地表径流和地表灌溉；(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；3.2 垃圾渗滤液的水质特征(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，
16、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。3.3 渗滤液收集系统 3.3.1 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内正常运行，收集并将填埋场内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
17、起下列问题：1、场内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。3.3.2 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/），坡度不小于 2%。2、管道系统：一般穿孔管在填埋场内平行铺设，并位于衬层的最低处，且具有一定的纵向坡度（通常为 0.5
18、%-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。3.4 渗滤液的计算 3.4.1 渗滤液产生量的计算 渗滤液的产生量为：QIC(A1A2)10-3 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；填埋场的服务年限为 20 年，填埋库区分四块，分别进行填埋。第一块填埋区的服务年限为 5 年，则第一块库区面积为A=1026361.768/10=102636.1768m2 渗滤液平均日产量：Q=472/365
19、 某 0.4 某102636.1768/1000=53.0896m3/d 渗滤液最大日产量：Qma 某=3.6 某 0.4某 102636.1768/1000=147.7960m3/d（2）第二块填埋区 第二块填埋区服务年限为 5 年 第二块库区面积为 A2=1081289.817/10=108128.9817m2 C2=C1 某 0.6=0.6 某 0.4=0.24 式中：C2 为及时覆盖区域的渗透系数渗滤液平均日产量：Q=472/365 某(0.4 某 108128.9817+0.24 某102636.1768)/1000=87.7846m3/d 渗滤液最大日产量：Qma 某=3.6 某(
20、0.4某 108128.9817+0.24 某 102636.1768)/1000=244.3834m3/d（3）第三块填埋区 第三块填埋区服务年限为 5 年 第三块库区面积为 A3=1339180.927/10=133918.0927m2 已填埋的面积=第一块填埋面积+第二块填埋面积=210765.1585m2 渗滤液平均日产量：Q=472/365 某(0.4 某 133918.0927+0.24 某210765.1585)/1000=134.6828m3/d 渗滤液最大日产量：Qma 某=3.6 某(0.4 某 133918.0927+0.24 某210765.1585)/1000=374
21、.9432m3/d（4）第四块填埋区 第四块填埋区服务年限 5 年 第四块库区面积为 A4=1658579.898/10=165857.9898m2 已填埋的面积=第一块填埋面积+第二块填埋面积+第三块填埋面积=344683.2512m2 渗滤液平均日产量：Q=472/365 某(0.4 某 165857.9898+0.24 某344683.2512)/1000=192.7663m3/d 渗滤液最大日产量：Qma 某=3.6 某(0.4 某 165857.9898+0.24 某344683.2512)/1000=536.6418m3/d 3.4.2 渗滤液调节池设计最小调节池容积的由下式确定：
22、V（Qma 某-Q）某 5 其中：V 调节池有效容积；Qma 某设计最大渗滤液产生量；Q 渗滤液处理厂规模。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=2183.209/5=436.6418m2 调节池的长度 L.取调节池的宽度 B 为 20m,则 L=436.6418/20=22m 取整得，池的实际尺寸：长某宽某高 22m 某 20m某 5.5m 4 填埋气体的产生与收集处理 4.1 填埋气的组成 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
23、-1.06，水蒸气含量达到饱和，高位热值为 15630-19537KJ/m3。4.2 填埋气体产生量的预测 垃圾在第 t 年的产气速率为：Gt=MtL0ke 式中：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，m3/t;取 150m3/tK 气体产气常数，1/a，取0.006；t 年份，a。-kt填埋场产期一级模型参数的建议值 4.3 填埋场气体的收集系统 收集填埋气体的作用时减少填埋气体向大气的排放量、控制填埋气体的无序迁移，并为填埋气体的回收利用做准备。收集系统可分为主动式和被动式两种，被动式收集系统利用垃圾体内的气体压力来收集填埋气体，主动收集系
24、统则是采用抽真空的方法来控制气体的流动。主动气体收集系统主要由抽气井、集气管、冷凝水收集井和泵站、真空源、气体处理站（回收或焚烧）以及气体监测设备等组成。被动收集设施根据设置方向分为竖向收集方式和水平收集方式两种类型。被动收集系统的优点是费用较低，而且维护保养也比较简单。若将排气口与带阀门的管子连接，被动收集系统即可转变成主动收集系统。4.3.1 填埋场的导排方式及选择 在选择填埋场气体控制方式时，应立足于填埋场的实际情况，进行综合考虑，确定最佳方案。由于该设计为新建填埋场，初期产气量不大，而后会迅速增加，因此该设计在收集方式的选择上，采用在垃圾填埋初期通过被动方式控制气体释放，当产气量提高到
25、具有回收利用价值之后，开始对气体进行主动回收利用。主要以主动导排方式为主。目前，国内收集垃圾沼气的垃圾填埋场较少，其收集方式基本是参照国外的经验。填埋沼气的收集主要有两种方式，即垂直收集与水平收集。垂直收集是在垃圾填埋封场后在其上打垂直井，以收集填埋场内的沼气；而水平收集是在垃圾填埋过程中，在垃圾填埋作业面上水平铺设沼气收集管来收集沼气。这两种方式各有优缺点，垂直收集适合在已封场的垃圾填埋场或已封顶的垃圾填埋单元进行沼气的收集，其特点是封顶后打井易于操作，垃圾覆盖较好利于集气，集气半径较大，但一般不能边填埋边集气。而水平收集则比较适用在未封场的垃圾场上或者正在进行作业的垃圾填面上，其特点是可在
26、边填埋边集气，利于沼气的及时收集，缺点是易与填埋作业发生冲突，集气半径相对小一些。经对比上述两种收集方式的优缺点，本设计选择竖向收集井方式。即主动导排竖向收集方式。4.3.2 填埋场气体收集系统的设计与计算 抽气井井距可用下式来计算：某=2Rco3 0 式中，某三角形布置井的间距；R 影响半径。本设计为主动导排，根据规范井距为 90100m，取 90m，则 R 某 90 51.9652m 2co302co30 5.终场覆盖 5.1 填埋场的封场系统设计该垃圾填埋场设计使用年限为 20 年，到期后将进行封场。目的在于减少雨水的渗入，进行填埋场 生态恢复。最终覆盖层由下至上有三部分组成：下层为粘土
27、层（渗透系数107cm/），压实厚度为 0.6m；中间层为自然土，压实厚度为 0.3m，其主要功能为防止植物根系穿透防渗层而导致渗水；最上层为营养土层，压实厚度 0.6m，以种植草皮或浅根植物。封场后顶面坡度为 5%，以利于降雨的自然排出。现代化填埋场的表面密封系统有多层构成，主要分为两部分：第一部分是土地恢复层，即为表层；第二部分是密封工程系统，由保护层（可选）、排水层（包括底土层）、防渗层和排气层组成。填埋的表面密封系统使用的防渗材料与衬层系统使用的防渗材料具有一致性，包括无机天然防渗材料（如黏土）、天然和有机复合防渗材料、和柔性膜（如 HDPE 膜）等。封顶覆盖层系统结构层示意图 填埋场
28、表面密封系统 5.2 填埋场封场后的土地回用 填埋场的稳定化程度直接决定其土地回用的可能性，不同的回用目的对填埋场的稳定性要求也不同。判断填埋场的稳定化指标主要有填埋场表面沉降速度、渗滤液水质、释放气体的质和量、垃圾体的温度、垃圾矿物化的程度等。但是，到目前为止还没有填埋场稳定化的定量标准。国外对填埋场的封场后的土地回用有以下规定：1、填埋场满容后，即填埋场停止填埋垃圾后，至少在 5 年内（即不稳定期）要对其封场检测，不准使用，要坚持防火、防爆；2、3 年后经过鉴定达到稳定阶段后方可使用；3、作出场地使用规划，按规划逐步回用填埋场土地；4、处于稳定阶段的填埋场可做绿化用地、人造景观用地、堆肥厂用地，废弃物无害化处理厂以及无机物质堆放场用地等；5、未经长期观测和环境卫生专业技术部门鉴定之前，填埋场地绝对禁止作为工厂、商店、机关、学校、住宅以及公共场所的建筑用地。6.环境保护与检测 根据生活垃圾填埋污染控制（GB16889-1997）、生活垃圾填埋场环境监测技术标准（CJ/T3037-1995）和城市生活垃圾技术规范（GJJ17-2001）的要求，填埋场环境监测主要是检测垃圾的渗滤液、填埋气体、地表水、地下水、大气、填埋物、堆体沉降、苍蝇密度等有关情况。附图：填埋场主要生产工艺示意图