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常用垃圾处理方法及特点如表1.1所示。
表1.1垃圾处理方法比较
方法
优点
缺点
主要技术经济指标
卫生填埋
处理量大,处理成本低;
工艺相对较简单,技术可靠;
其它处理方法残渣的最终消纳场;
大型垃圾填埋场产生的沼气有一定的利用价值;
建设投资较低。
场址选择受地理、地质和水文地质条件限制,场址选择难度较大;
填埋场使用年限受自然条件限制;
土地占用面积大,减量化程度低;
要求远离市区。
单位投资(不计征地费):
18×
104元~27×
104元(t/d-1规模)-1
填埋运行成本(计折旧):
35元~55元·
t-1;
要求填埋年限至少10年
堆肥
使用年限不受自然条件限制,其填埋场使用年限较长;
垃圾无害化,资源化程度较高;
有机物返还自然,有利于生态环境保护;
投资适中,处理成本适中。
对垃圾成分有要求(一般要求垃圾中可生物降解有机物含量大于40%)运行管理费用高;
品使用受制于市场销售情况,需要投入相当力量进行市场开拓;
初始量的约30%垃圾需要填埋。
3×
104元~32×
104元·
(t/d-1规模)-1;
堆肥部分运行成本(计折旧):
50元~80元·
主要设备费用:
600×
104元~800×
(100t·
d-1设计能力)-1(两班制)。
焚烧
垃圾减量化、无害化程度高。
可回收垃圾中的能源使用期限长。
占地少,可靠近城市建设。
设备投资高,运行管理费用高。
工艺设备复杂,要求原垃圾达到一定热值。
否则需要添加辅助燃料。
操作管理难度大,二恶英的控制要求严格。
初始量25%的垃圾需要填埋。
单位投资(不计征地费):
50×
104元~70×
焚烧部分运行成本(计折旧):
80元~140元·
1000×
104元~1500×
d-1设计能力)-1。
1.2工程概述
1.2.1城市概况
扬州地处江苏中部,长江下游北岸,江淮平原南端。
扬州城区至今已有近2500年的建城史,现辖广陵、维扬区、邗江3个区,江都、高邮、仪征3个市和宝应县。
该市总面积6634平方公里,市区总面积988.81平方公里,2003年该市总人口453.61万,其中市区人口112.52万人,自然增长率为3.8‰。
现辖区域在东经119度01分(仪征市移居、青山一线)至119度54分、北岸31度56分至33度25分(宝应县西安丰、泾河一线)之间。
南部濒临长江,北与淮安、盐城接攘,东和盐城、泰州毗联,西与天长(安徽省)、南京、淮安交界。
境内有长江岸线80.5公里,沿岸有仪征、邗江、江都;
京杭大运河纵穿腹地,全长143.3公里,由北向南沟通白马、宝应、高邮、邵伯4湖,汇入长江。
扬州市城区位于长江与京杭运河交汇处,东经119度26分、北纬32度24分。
1.2.2工程概况
1.2.2.1项目背景
目前扬州市位于市区西北角的有一赵庄垃圾卫生填埋场,填埋场占地面积15.2公顷,有效库容为200万立方米,服务周期为10年。
所产生的污水将通过13.5公里的管道流入汤汪污水处理厂进行处理。
假设2008年已经填满。
但随着城市垃圾量的不断增加,为了解决2009~2020市区垃圾出路问题;
拟新建一个垃圾填埋场(服务期12年)或垃圾焚烧厂。
1.2.2.2原始资料
(1)地形地貌
扬州市土壤划分为水稻土、潮土、黄棕壤和沼泽土四个土类。
里下河大部分地区的成土母质为湖相沉积物母质,沿江地区北接低丘冈地为长江冲积物,沿江平原圩区为长江新冲积母质,仪扬低丘冈地包括仪征、邗江两地及郊区所称的山区,高邮湖西地区的成土母质以下蜀黄土为主。
土壤冰冻深度为0.8米。
填埋场土质一般为砂质粘土,承载能力较好。
(2)气候气象
扬州市位于北亚热带湿润气候区,兼受西风带和副热带高压交替影响。
四季分明,气候温和,年平均降雨1030毫米左右,但年际变化大,最大年降雨量1930.6mm,最小年降雨量424.1mm。
降雨量年内分布不均,60%集中在汛期6~9月份。
水雨量充沛,日光充足,无霜期平均为222天。
受季风影响较大,冬季盛行干冷的偏北风以东南风和西北风居多,春季多东南风,秋季多东北风。
冬季偏长,夏季次之,春秋季较短。
年平均气温15℃,与同纬度地区相比,冬冷夏热较为突出。
(3)河流水系与水文
扬州市境内河湖众多,水网密布,地跨江淮两大水系。
宁通高速公路(扬泰段)以北属淮河流域,以南属长江流域。
扬州市南临长江,岸线长80.5公里。
京杭大运河纵穿腹地,由北向南沟通白马、宝应、高邮、邵伯4湖,汇入长江,全长143.3公里。
(4)填埋库区场址概况
填埋场库区周围汇水面积1.0km2。
场底表土厚度0.8~4.8m不等,平均2.2m。
土壤渗透系数为9×
10-4m/s。
场址地下水稳定水位埋深0.8m。
填埋场5公里有城市污水处理场,紧挨填埋场有水、电源及公路。
(5)生活垃圾物化性质
生活垃圾主要有来自城区的居民生活垃圾、商业垃圾、集贸市场垃圾、街道清扫垃圾、公共场所垃圾和机关、学校、厂矿等单位的生活垃圾(不包括建筑垃圾、大宗废件、医院垃圾、有害工业废物)。
生活垃圾无机物约占76%,有机物约占24%,高峰期的生活垃圾中有机物成分比例增大,使用液化石油气用户的生活垃圾中有机成分多。
生活垃圾成份见表1.2。
表1.2扬州市生活垃圾成份(%)
有机物
煤灰渣
废纸
纤维
橡胶
金属
毛骨
水分
38.64
53.65
2.55
1.15
l.33
0.31
0.14
35~45
由表1.2可以看出,扬州市生活垃圾中的煤灰渣等无机物含量高;
废纸和纤维等可燃物含量低;
厨余物含量大,含水高;
另外,由于垃圾是混合收集,致使垃圾成分复杂多变、不均匀,性质随季节波动大。
1.2.2.3工程设计要求
要求查阅参考文献,综合运用课堂所学知识,充分发挥独立思考和独立工作能力,全面认真完成任务。
设计应体现出技术上可行、经济上合理,在保证质量的前提下,尽量做到投资节省,安全可靠,运行费用低,管理方便。
设计能合乎规范、计算正确,图纸表达清楚。
说明书内容简要,论证充分,文字通畅。
具体要求如下:
(1)、总体要求:
课程设计报告书包括以下部分:
封面、目录、正文、参考文献、致谢、图纸。
报告正文不得少于20页;
参考文献20条以上。
(2)、报告书打印格式:
A4纸、word格式;
封面统一格式;
文字部分:
主标题小二黑体;
副标题四号黑体;
正文小四宋体;
1.5倍行距。
(3)、图纸要求:
提交A3号图2张以上,最好手工绘制,如果计算机CAD绘制,每个同学图纸内容必须不同,否则图纸成绩以雷同处理。
2、垃圾填埋场选址和总体设计
2.1垃圾填埋场选址
2.1.1填埋场选址原则
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、经济学、法律和社会学等方面来考虑。
主要遵循两条原则是:
一是从防止环境污染的角度考虑的安全原则,二是从经济角度考虑的经济合理原则。
安全原则是选址的基本原则。
维护场地的安全性,要防止场地对大气的污染,地表水的污染,尤其是要防止渗沥水的释出对地下水的污染。
因此,防止地下水的污染时场地选择时考虑的重点。
经济原则对选址也有相当大的影响。
场地的经济问题是一个比较复杂的问题,它与场地的规模、容量、征地费用、运输费、操作费等多种因素有关。
应充分利用场地的天然地形条件,尽可能减少挖掘土方量,降低场地施工造价。
满足以下基本条件:
①应服从城市发展总体规划(其建设规模应与城市化进程和经济发展水平相符);
②场址应满足一定的库容量要求(填埋场满足一定的服务年限,一般要在10年以上);
③场址应具有良好的自然条件(包括地质条件稳定、气象、地表水域保护、无居民);
④场址运距应尽量缩短(主要为了降低运输费用,运输距离一般不超过20千米);
⑤场址应具有较好的外部建设条件(方便的外部交通、可靠的供电电源、充足供水条件)。
2.1.2填埋场选址
本设计填埋场的选址经过从工程学、经济学、环境学、政策法规等方面的综合的缜密的考虑而选取的。
(1)从经济学上看,此填埋场满足一定的库容量,能容纳600~1500t/d的垃圾处理量;
场址交通方便,运距合理。
(2)从工程学方面看,场地有适当的自然地形作为填埋空间其地形、地貌及土壤条件适当;
天然地层渗透性系数达到107cm/s以下,并具有一定的厚度,其地质条件很好;
场址蒸发量大于降水量,不位于台风经过的地区,其暴雨发生率也较低,位于大气混合扩散作用的下风向,即气象条件适当。
(3)从环境学上看,场址远离专用水源补给区2000米以外,地基基础位于最高丰水位标高至少1米以上,对地表水、地下水影响较小,同时场址位于居民区2000米以外,且位于居民区的下风向对居民区的影响也较小。
(4)从政策法规上看,此填埋场的建立符合城市发展规划,符合当地城市环境卫生事业发展规划要求。
2.2垃圾填埋场工艺设计
2.2.1设计原则与要求
(1)减少裸露填埋作业面。
根据废物的填埋量和容积,确定每天的填埋区域和作业层面,尽可能减少废物的裸露范围,不仅可直接有效减少污染环境的可能性,而且可减少因雨水而产生渗滤液的量,减低作业成本。
(2)分层压实。
确定合理的填埋高度或深度,选择合理的层厚进行机械压实,提高填埋危险废物的压实密度,从而提高填埋有效容积的利用率,增加安全填埋场的使用年限。
(3)控制污染源头。
对安全填埋场的防渗结构、渗滤液收集与处理、填埋气导排等方面采取积极的预防措施和监控、维护手段,防止二次污染。
(4)提前规划填埋工艺。
结合安全填埋场的终场利用规划,采用合理的填埋工艺,缩短填埋稳定期,使安全填埋场的复原利用得到有效地保证。
2.2.2工艺流程
垃圾填埋场的工艺总体上服从“三化”(既减量化、无害化、资源化)的要求。
本设计垃圾由陆地进入填埋场,经地衡量称量计量,再按规定的速度、线路运至填埋作业单元,进行卸料、推平、压实并覆盖,最终完成填埋作业。
其中推铺由堆土机操作,压实由垃圾压实机完成。
每天填埋作业操作结束后及时进行终场覆盖,以利于填埋场地的生态恢复和终场利用。
本设计采用平原型的填埋场。
具体的工艺流程如图2.1所示:
图2.1城市生活垃圾卫生填埋工艺流程
2.3工程建设规模总体设计
2.3.1服务面积及垃圾产量
(1)服务面积人口采用下式计算:
式中:
本区2003年服务人口数为112.52万人,则初始服务人口数A0为464万人;
自然增长率为3.8‰。
(2)垃圾产生量
设某某市人均垃圾产生量为1.10kg/(人·
d),且该值在12年内保持变化不大。
垃圾产生量采用下式计算。
Wn——第n年的日产垃圾量,t/d
a——第n年的垃圾人均日产率,kg/(d·
p)
由以上两式求得某某市各年的服务人口及垃圾产生量(详见表2.1)。
表2.1扬州市各年份垃圾日产量表
序号
年份
人口
/万人
人均垃圾日
产量/(kg/d·
生活垃圾
日产量/(t/d)
生活垃圾年
产量/(万t/a)
累计量/万吨
1
2009
115.11
1.1
1266.21
46.22
2
2010
115.55
1271.05
46.39
92.61
3
2011
115.99
1275.89
46.57
139.18
4
2012
116.43
1280.73
46.77
185.95
5
2013
116.87
1285.57
46.92
232.87
6
2014
117.31
1290.41
47.10
279.97
7
2015
117.76
1295.36
47.28
327.25
8
2016
118.21
1300.31
47.46
374.71
9
2017
118.66
1305.26
47.64
422.35
10
2018
119.11
1310.21
47.82
470.17
11
2019
119.56
1315.16
48.00
518.17
12
2020
120.01
1320.11
48.18
566.35
2.3.2库容
因本设计未做实地勘查,故以12年产生垃圾所需库容作为实地库容来计算:
垃圾填埋容量(m3/d)=垃圾填埋量(t/d)/垃圾压实密度(t/m3)
其中:
垃圾填埋总量为566.35万吨,取垃圾压实密度为0.6(t/m3)
则垃圾填埋库容为:
943.92万m3
填埋库容占体积的70%-90%,取80%,则V总=
=1179.90万m3
实际库容取整则为1180万m3
2.3.3覆盖厚度
垃圾一次性填埋,每层垃圾厚度为3m,当天作业完毕覆土30cm。
最终覆土厚度1m。
2.3.4占地面积
填埋深度取9m,地上6m,地下3m
所需的场地面积为:
m2
实际填埋场地面积取整为132×
104㎡
设填埋场宽为b=800m,则填埋场长为
m
2.4填埋场主体工程和辅助设施
2.4.1填埋区域设置
填埋区分为12块区域,每块区域对应一期工程,以一年为一期,一期工程所需场地体积为96.29万m³
,占地面积为10.70万㎡,日垃圾填埋量2110.35m³
;
二期工程所需场地体积为96.65万m³
,占地面积为10.74万㎡,日垃圾填埋量2118.42m³
三期工程所需场地体积为97.02万m³
,占地面积为10.78万㎡,日垃圾填埋量2126.48m³
四期工程所需场地体积为97.44万m³
,占地面积为10.83万㎡,日垃圾填埋量3134.55m³
五期工程所需场地体积为97.75万m³
,占地面积为10.86万㎡,日垃圾填埋量2142.62m³
六期工程所需场地体积为98.13万m³
,占地面积为10.90万㎡,日垃圾填埋量2150.68m³
七期工程所需场地体积为98.50万m³
,占地面积为10.94万㎡,日垃圾填埋量2158.93m³
八期工程所需场地体积为98.88万m³
,占地面积为10.97万㎡,日垃圾填埋量2167.18m³
九期工程所需场地体积为99.25万m³
,占地面积为11.03万㎡,日垃圾填埋量2175.43m³
十期工程所需场地体积为99.63万m³
,占地面积为11.07万㎡,日垃圾填埋量2183.68m³
十一期工程所需场地体积为100万m³
,占地面积为11.11万㎡,日垃圾填埋量2191.93m³
十二期工程所需场地体积为100.38万m³
,占地面积为11.52万㎡,日垃圾填埋量2200.18m³
填埋作业按分区顺序开始,每一期工程中所需覆土由后期工程开挖土方提供;
终场覆土由剩余土方提供。
2.4.2堤坝填筑
堤坝设置在填埋场的边缘以及填埋区域分隔连接处。
在作为填埋区分割连接处的中间堤坝,可以用垃圾芯构成用粘土围着,图2.2为两种垃圾堤坝建造示意图。
图2.2垃圾堤坝构造示意图
(1)中间堤坝
垃圾芯上顶宽1.6m,下底宽10.8m,高8.8m(地下3m,地上5.8m),粘土覆盖后上顶宽2m,下底宽12m,高9m(地下3m,地上6m)。
(2)带沟环形堤坝
粘土堆积上顶宽2m,下底宽12m,高9m(地下6m,地上3m)。
外侧沟槽为梯形排水沟,上底宽0.6m,下底0.4m,深0.4m。
2.4.3防渗系统
2.4.3.1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:
①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。
②特殊情况下可采用钠基膨润土垫替代膜下防渗保护层。
③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。
人工防渗材料施工应满足以下要求:
①铺设HDPE土工膜应焊接牢固,达到强度和防渗漏要求,局部不应产生下沉拉断现象。
土工膜的焊(粘)接处应通过试验、检验。
②在垂直高差较大的边坡铺设土工膜时,应设锚固平台,平台高差应结合实际地形确定,不宜大于10m。
边坡坡度宜小于1∶2。
③人工防渗材料的基础处理应符合下列规定:
平整度:
应达到每平方米粘土层误差不得大于2cm;
洁净度:
不采用膜下土工布保护层时,垂直深度2.5cm内粘土层不应含有粒径大于5mm的尖锐物料;
压实度:
位于库区底部的粘土层不得小于93%;
位于库区边坡的粘土层不得小于90%。
2.4.3.2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,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1.0×
10-7cm/s。
2.4.3.3防渗系统选择
在本设计中根据所给的原始资料可以知道:
土壤渗透系数为9.0×
10-4m/s,故k=9.0×
10-4m/s>
10-5m/s属于渗漏性场地。
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/s并且要2米厚的粘土。
因原始资料中并未给出当地土层中天然粘土的渗透系数,对比以上所介绍的三种防渗材料性能并考虑施工中常用的材料,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。
在人工合成防渗膜中选用了性能较优,国内外使用经验较多的高密度聚乙烯(HDPE)防渗膜。
根据原始资料可知该填埋场土壤渗透系数为9×
10-4m/s大于10-5cm/s,地下水稳定水位平均埋深0.8m,即地下水位较高,场区地质条件不好,因此选择了双层衬层防渗系统。
2.4.3.4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20~40mm,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流的效果。
图2.3典型的双衬系统美国环保局衬层设计备选方案
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。
渗滤液导渗盲沟:
渗滤液导渗盲沟负责渗滤液的最终排放,将其从场区内排往渗滤液沉淀池和调节池进行处理。
为了便于渗滤液的收集排放,在各区分别设置纵向盲沟,其中主收集层铺设直径为DN250mm的穿孔花管,由导流层形成盲沟断面,并用150g/m2织质土工布包裹。
次盲沟由透水和受垃圾沉降影响小的透水软管组成。
当次盲沟铺好之后再开始进行中间覆盖。
图2.4渗滤水集水系统
2.4.3.4地下水导排系统
填埋场的工艺设计必须考虑对填埋库区底部可能存在的地下水进行导排。
地下水导排沟位于渗滤液主导排沟下约2m处。
先在沟内铺设反滤150g/m2土工布,然后再铺设DN200的HDPE穿孔花管,最后回填级配碎石到地下水导排沟沟顶。
2.4.4导气系统
填埋场必须设置有效的填埋气体导排设施,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。
2.4.4.1地填埋场气体导排设施要求
①填埋气体导排设施宜采用竖井(管),也可采用横管(沟)或横竖相连的导排设施。
②竖井可采用穿孔管居中的石笼,石笼宜用级配石料等粒状物填充。
竖井宜按填埋作业层的升高分段设置和连接;
竖井设置的水平间距不应大于50m;
管口应高出场地1m以上。
应考虑垃圾分解和沉降过程中堆体的变化对气体导排设施的影响,防止设施阻塞、断裂而失去导排功能。
③填埋深
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