市生活垃圾卫生填埋场设计.docx
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市生活垃圾卫生填埋场设计
《固体废弃物处理及》
课程设计
学院
班级
学号
姓名
指导教师
摘要…………………………………………………………………………………4
关键字………………………………………………………………………………4
设计原则与范围……………………………………………………………………4
设计规范和标准……………………………………………………………………4
设计规模……………………………………………………………………………5
1自然条件…………………………………………………………………………5
1.1气候、气象条件………………………………………………………………5
1.2地形地貌………………………………………………………………………5
1.3地质结构………………………………………………………………………5
1.4水文地质条件…………………………………………………………………5
2垃圾填埋场选址…………………………………………………………………5
2.1填埋场的选址原则……………………………………………………………5
2.2本设计场址的选址……………………………………………………………6
3填埋场类型与填埋方式……………………………………………………………6
3.1填埋场类型………………………………………………………………………6
3.2填埋方式………………………………………………………………………6
4主要参数设计……………………………………………………………………6
4.1库容设计………………………………………………………………………6
4.2垃圾产生量……………………………………………………………………7
4.3填埋场主体工程和辅助设施…………………………………………………8
4.3.1垃圾堤坝……………………………………………………………………8
4.3.2.防洪与排水(截洪沟)……………………………………………………8
5渗滤液处理工程…………………………………………………………………10
5.1垃圾渗滤液特征………………………………………………………………10
5.2垃圾渗滤液处理工艺设计……………………………………………………10
5.2.1渗滤液的产生量……………………………………………………………10
5.2.2调节池容积的计算…………………………………………………………10
6填埋气体收集与利用……………………………………………………………11
6.1填埋气体的主要组成…………………………………………………………11
6.2填埋气体收集方式……………………………………………………………11
6.3冷凝液收集和排放……………………………………………………………11
6.4气体输送系统…………………………………………………………………12
6.5填埋气体的利用………………………………………………………………12
7防渗系统…………………………………………………………………………12
7.1防渗系统设计规范……………………………………………………………12
7.2防渗材料………………………………………………………………………13
7.3防渗结构………………………………………………………………………13
7.4渗滤液收集导排系统…………………………………………………………13
8填埋作业工艺…………………………………………………………………15
9封场工程………………………………………………………………………16
10配套工程………………………………………………………………………17
10.1道路工程………………………………………………………………………17
10.2围墙与绿化工程………………………………………………………………18
11环境保护与环境监测………………………………………………………19
11.1环境保护………………………………………………………………………19
11.2环境监测………………………………………………………………………19
总结…………………………………………………………………………………21
附录…………………………………………………………………………………22参考文献…………………………………………………………………………22
J市生活垃圾卫生填埋场设计
摘要随着我国经济实力增强,人口高速增长,人民生活水平提高,城市化进程不断加速,城市所产生的垃圾也越来越多。
由于人口基数大,我国早已成为世界上年产垃圾最多的国家,并且垃圾量还以每年9%左右的增长速率继续增加,因此城市垃圾处理已成为政府和百姓关注的焦点。
目前垃圾处理主要分为焚烧,卫生填埋和堆肥三种。
由于卫生填埋具有操作简单、投资和运行成本低廉、对垃圾无特殊要求等优点,目前已成为我国城市垃圾处理的主要方式。
本设计根据J市自然地理和经济情况以及各处理方式的比选最终选择卫生填埋法处理该市垃圾。
因为该市垃圾产量大,所以对填埋场进行分区建设,并通过预测未来的垃圾量以及相应的规范选择了符合要求的场地。
随着垃圾填埋时间的增长,会产生一定量的渗滤液和填埋气体,因此需要建设相应的防渗工程和导排系统阻止污染物对周围环境的污染,并对这些污染物进行处理与利用。
关键词卫生填埋场、浸出液处理、气体控制
设计原则与范围
编制原则
城市生活垃圾治理应该遵循城市总体规划指点和国家垃圾处理技术政策,合理选择处理方法和场地、严格控制二次污染,使工程的各个指数与国家的相关标准和法规相符合。
本项目的编制原则是:
1)在贯彻实行国家对于城市垃圾处理的技能标准和法例的同时,联系本地环境卫生行业的成长,按照生活垃圾产生状况进行科学规划,作出合理的建设规模,对生活垃圾进行安全处理,使其真真正正到达国家作出的垃圾处置要无害化、减量化和资源化的整体方针。
2)坚定科学态度和因地制宜选取合理的技术途径,选用先进处理方法和技术较成熟的配置,保证各个举措互相和谐,技术能可靠运行,减少垃圾处置的基础投资和运转成本,提高项目本身对环境和社会产生的效益。
处理方案选择原则
处理方案选择的原则为:
技术先进,工艺简单,设备可靠,能顺应生活垃圾的特征,达到环境标准的要求,并且还要思考以下因素的影响:
1)当地的经济实力和投资能力;
2)城市建设和社会发展对环境的要求;
3)各种垃圾处理方法的优缺点;
4)生活垃圾理化性质及变化趋势;
5)技术与设备的可靠性和适应性;
6)对资源再利用的潜力和程度;
设计规范和标准
《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》(CJJ17-2004)
《城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准》中华人民共和国建设部主编
《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889)
《生活垃圾填埋场环境监测技术要求》(GB/T18772)
《生活垃圾填埋场环境监测技术标准》(CJ/T3037)
《生活垃圾卫生填埋场封场技术规范》(CJJ112-2007)
《生活垃圾填埋场无害化评价标准》(CJJ/T107-2005)
《城市生活垃圾卫生填埋场运行维护技术规程》(CJJ93-2003)
《地面水环境质量标准》(GB3838-2002)
《污水综合排放标准》(GB8978-1996)
设计规模
设计服务人口50万人、平均垃圾产量1.2kg/d、人口增长率5%、垃圾填埋场的设计使用年限为11年
1自然条件
1.1气候、气象条件
属亚热带季风气候。
总的特点是四季分明,年温适中,热量丰富,雨量丰富,干湿两季明显。
春季气温回升快,但气温变化不定,春末夏初雨水集中,时有冰雹大风;夏季长而炎热,且雨热同步上升,常有干旱;秋季凉爽,空气湿润,时间短;冬季晴冷干燥,大气层结稳定。
年平均气温在17.5℃,极端最低气温-9.6℃,极端最高气温41.5℃。
年平均降水量1451毫米,最大降雨量2137.6毫米,最低降雨量为963毫米。
年平均蒸发量为1576mm。
风向,冬季主导风为西北风,夏季主导风向东南风,年平均风速为3.9m/s。
1.2地形地貌
为丘陵盆地地区,地势南北高、中部低。
场区为宽缓“U”型,两岸、谷底及岸坡自然稳定,无崩塌、滑坡等不良地质现象,填埋区场地稳定,两岸山体雄厚,岩体较完整。
填埋垃圾后不会诱发滑坡等灾害地质现象。
1.3地质构造
主河流横贯盆地中部,除沿主河流及主要支流等陆续有厚度小于10米的第四系松散层分布外,盆地内主要分布呈梳状丘岗的裸露红色碎屑岩。
红色碎屑岩层隶属上白坐统,谓之“衙江群”,详分为四段。
第一段以山麓坡洪积相的砂砾岩为主,其有效孔隙度为12一17%;第二段主要为不同粒径的河流相砂岩,其有效孔隙度为8—14%,特征渗透率1.0毫达西左右;第三段主要为湖相沉积物,多见泥、钙质粉砂岩、粉砂质泥岩,其有效孔隙度为6一8%,特征渗透率小于0.05毫达西;第四段主要为河流相砂岩、粉砂岩等,偶含石膏颗粒,其有效孔隙度为13—18%,特征渗透率为1.0毫达西左右。
1.4水文地质条件
场区内地下水主要为第四系松散层和强风化岩中的孔隙水和基岩风化裂隙水,孔隙潜水,水位一般低于地面0.2~0.3m;基岩裂隙水,埋藏了不同深度的节理裂隙中,强风化层平均为2.Om,弱风化层平均为8.0米;地下水稳定水位平均位于地层下2.95m,地下水的水力梯度为0.007。
填埋区地下水受大气降雨补给,有明显的补给径流,排泄区域和途径。
填埋场山谷为一独立的水文地质单元,场区汇水范围内的地表水,地下均由谷口向外排泄。
2垃圾填埋场选址
2.1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)
2.2本设计场址的选址
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600~1200t/d的垃圾处理量;附近有一大道,距市中心仅9.87公里,场址交通方便,运距合理;场址周围有相当数量的土石料,用于天然防渗层和覆盖层的粘土等。
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.
3填埋场类型与填埋方式
3.1填埋场类型
根据J市某地形地貌及地层岩性发育情况,选择山地填埋型。
这是一种利用天然的沟壑、山谷对城市固体废物进行无害化处置的方式。
选择高差较大、城区的下风向位置,其有利于雨污水的分流与导排以及防渗系统的设置。
3.2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或酒精(液化),然后进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物稳定,整个厌氧发酵过程需要一段相当长的时间。
4主要参数设计
4.1库容设计
V=(365*W*P/D+C)*T
V——填埋库容(m₃)
W——垃圾产率(kg/人.d)
P——人口(人)
D——压实垃圾密度(kg/m₃),一般可取800(kg/m₃)
C——每年需要的覆盖土体积(m₃)
T——填埋场使用年限(年)
例:
V₁=(365*1.2*500000/800)*5/4=342187.5
V₂=﹝365*1.2*500000*(1+5%)/800〕*5/4=359296.9
同理可得V3=377261.7V4=396124.8V5=415931V6=436727.6V7=436727.6
V8=481492.2V9=505566.8V10=530845.1V11=557387.4
4.2垃圾产生量
J市人均垃圾产生量为1.2kg/(人·d),且该值在11年内保持变化不大。
年份
人口
(万人)
人均垃圾产量
Kg/d/p
生活垃圾年产量
(万吨)
累计总产量
(万吨)
1
50
1.20
21.9000
311.1285
2
52.5
1.20
22.9950
3
55.13
1.20
24.1469
4
57.88
1.20
25.3514
5
60.78
1.20
26.6216
6
63.81
1.20
27.9487
7
67.00
1.20
29.3460
8
70.36
1.20
30.8176
9
73.87
1.20
32.3550
10
77.57
1.20
33.9756
11
81.44
1.20
35.6707
4.3填埋场主体工程和辅助设施
4.3.1垃圾堤坝
图1堤坝构造示意图
垃圾堤坝设置在填埋场的边缘以及填埋区域分隔连接处的部分。
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,图1为两种垃圾堤坝建造示意图。
根据场区的具体情况加以设计。
4.3.2.防洪与排水(截洪沟)
按照《城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准》规定,本处理场总库容量235万m2,属Ⅲ类填埋场;按日填埋平均处理规模317吨/日,属Ⅲ级。
根据Ⅲ类考虑本填埋场防洪标准为:
按20年一遇洪水设计,按50年一遇洪水校核。
根据相关核实的资料,金华市城防洪标准为50年一遇,而现状场址处设计标高大于金华市平均标高,故满足防洪要求。
本项目填埋区雨水导排系统设置的主要目的为:
在填埋区实现雨污分流,减少渗滤液的产量;避免由于雨水侵入破坏填埋区内垃圾填埋体的稳定并造成污染物外泄的可能。
为确保填埋区内外的排水顺畅,拦截填埋场坡面的地表径流,确保填埋区的安全和减少渗入垃圾填埋场的水量。
根据场区地形和排水要求,在施工措施上采用填埋区四周设截洪沟,拦截填埋场周围坡面径流。
洪峰流量确定:
合理的填埋场场址选择应避开较大汇水流域的冲刷,沙河市生活垃圾填埋场规
模小,汇水面积小,一般选用公路科学研究所经验公式:
Q=KFn(m3/s)
式中K——相当于设计频率的径流模数,J市属东南沿海,K取19.5
F——汇水面积(km2)
n——面积参数当,F<(1km2)时,n=1
F=S截面/106=18793.15/106=0.018793m2
Q=19.5×0.018793=0.37m3/s
断面设计
截洪沟断面为等腰梯形,上底b=1.3m,高h=0.7m,腰的坡度m=1/2,则面积
W=(1.3+0.7×1/2)×0.7=1.155m2
湿周为
x=b+2b(1+m2)1/2=1.3+1.3×2×(1+0.52)1/2=4.21m
水力半径
R=w/x=1.155/4.21=0.274m
由于山地的土质一般为粘土或非粘土的土壤,查《给水排水设计手册(第7册)城市防洪》得,其容许的不冲刷流速都很小,大部分都小于1m/s,抗冲刷能力很差,所以必须进行防护处理。
本设计采用的是混凝土护面进行防护,其抗冲刷能力很强。
查《给水排水设计手册(第7册)城市防洪》得,混凝土护面的边坡系数为=1.0,混凝土护面(无抹灰的混凝土)的糙率为n=0.013。
流速计算公式为:
R——水力半径,m;
i——沟底纵坡,其值不小于0.2%,本次设计可取2%;
C——流速系数,其值与水力半径R和护面的糙率n有关。
式中n—护面的糙率,混凝土取0.013。
C=1/0.013×0.2741/6=61.99
截洪沟中的流速为
V=61.99×(0.274×0.02)1/2=4.59m/s
断面尺寸设计如图所示。
经过验算后其设计满足排洪要求。
5渗滤液处理工程
5.1垃圾渗滤液特征
垃圾渗滤液呈淡茶色或暗褐色,色度在2000—4000之间。
有浓烈的腐化臭味,成分复杂,毒性强烈,有机物含量较多,被列入我国优先污染控制物“黑名单”的就有5种以上;氯氮浓度高,BOD5和COD浓度也远超一般的污水。
垃圾渗滤液来源于三个方面:
一是垃圾本身所带的水分;二是垃圾中有机物经分解后所产生的水;三是以各种途径进入垃圾填埋场的大气降水和地下水。
其中进入场区的大气降水和地下水是决定渗滤液产生量的关键因素。
垃圾在填埋场产生的渗滤液与时间的关系可分为以下几个阶段:
1)调整期:
在填埋初期,垃圾体中水分逐渐积累且有氧气存在,厌氧发酵作用及微生物作用缓慢,此阶段渗滤液量较少。
2)过渡期:
本阶段滤液中的微生物由好氧性逐渐转变为兼性或厌氧性,开始形成渗滤液,可测到挥发性有机酸的存在。
3)酸形成期:
滤液中挥发性有机酸占大多数,pH值下降,COD浓度极高,BOD5/COD为0.4—0.6,可生化性好,颜色很深,属于初期的渗滤液。
4)甲烷形成期:
此阶段有机物经甲烷菌转化为CH4和CO2,pH值上升,COD浓度急剧降低,BOD5/COD为0.1~0.01,可生化性较差,属于后期渗滤液。
5)成熟期:
此时渗滤液中的可利用成分大减少,细菌的生物稳定作用趋于停止,并停止产生气体,系统由无氧转为有氧态,自然环境得到恢复。
5.2垃圾渗滤液处理工艺设计
5.2.1渗滤液的产生量
目前渗滤液产生量一般用经验公式,只考虑大气降水。
式中:
Q:
渗滤液年产生量,m3/aI:
降水强度,mm/d
C:
深处系数一般取0.2-0.8本次设计取0.5
A:
填埋面积m2Q=1424×0.5×18793.15/1000=13380.72m3/a
式中I取多年平均降雨量1156.2mm。
C为填埋场内降雨量转为渗滤液的份数,其值随填埋厂覆盖土性质,坡度而不同,一般在0.2—0.8之间,封场的填埋场则以0.3—0.4居多,本工程取C=0.5。
填埋区汇水面积A1为18793.15万平方米,经计算年平均垃圾渗滤液产生量13380.72m3,日平均36.66m3。
设每天处理量为100m3。
5.2.2调节池容积的计算
本设计按水量平衡计算。
(1)、每月渗滤液产量
q=13380.72/12=1115.06m3
(2)、月渗滤液余量
式中:
q1-月渗滤液余量,m3;
q-每月渗滤液产生量,m3;
q2-进入处理站处理的渗滤液量,m3;
q=1115-100=1015m3
年平均降水量1424mm,最大降雨量2137.6mm,相应的蒸发力为1576mm,四个月的渗滤液产生量48890m3,不考虑进渗滤液处理站处理时,调节池容量需要4889m3,考虑进渗滤液处理站处理(18000m3),调节池需要水量22889m3。
综上计算,根据现场调节池的地形条件,本设计调节池容积采用2230m3。
6填埋气体收集与利用
6.1填埋气体的主要组成
填埋气体(LFG)中主要气体包括甲烷、二氧化碳、氨、一氧化碳、氢、硫化氢、氮和氧等。
其中最主要的是甲烷和二氧化碳气体。
它的典型特征为:
温度达43~49℃,相对密度1.02~1.06,为水蒸气所饱和,高位热值在15630~19537kJ/m3。
那当然填埋场产生的微量气体虽然很少,但其成分复杂,毒性较大,不能对其忽视。
6.2填埋气体收集方式
本工程采用LFG主动控制系统,即在填埋场内铺设一些垂直的导气井或水平的盲沟,用管道将这些导气井和盲沟连接至抽气设备,利用抽气设备对导气井和盲沟抽气,将LFG抽出来。
由于本垃圾填埋场面积大,填埋量大,采用水平收集盲沟易使空气进入抽气系统,故此工程采用垂直抽气井抽气。
考虑到填埋厚度和填埋规模等因素,选择采用垃圾单元封闭后钻井下管统一收集填气体。
填埋气体主动控制系统主要由抽气井、集气管、冷凝水收集井、和泵站、真空源、气体处理站以及气体监测设备等组成。
通常,填埋气体主动控制系统又分为内部填埋气体收集系统和边缘填埋气体收集系统两类。
内部填埋气体收集系统:
该系统常用来回收填埋气体、控制臭味和地表排放,如附图边缘填埋气体主动收集系统:
此系统主要是回收并控制填埋气体的横向地表迁移。
采用周边抽气井抽气。
6.3冷凝液收集和排放
填埋气体在输送过程中,会逐渐变凉而产生含有多种有机和无机化学物质及具有腐蚀性的冷凝液。
这些冷凝液能起管道振动,限制气流,增加压力差,阻碍系统运行。
为此要设置冷凝液收集系统,一般冷凝液收集井安装在气体收集管道的最低处,避免增大压差和产生振动。
6.4气体输送系统
收集的气体最终汇集到总干管,经鼓风机将其输送到燃气发电厂。
其输送管道材料采用PE。
6.5填埋气体的利用
因填埋场工程较大,处理的垃圾量也较大,产生的沼气数量可观,持续的时间长,所以本工程主要把填埋气体用作发电。
其总的气体处理与利用工艺流程如图3所示:
图3填埋气体的处理与利用工艺流程
7防渗系统
7.1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%。
7.2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
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