某市城市生活垃圾填埋处置场的设计.docx
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某市城市生活垃圾填埋处置场的设计
扬州大学环境科学与工程学院
环境工程教研室
固体废物处置工程课程设计任务指导书
班级环工1002
学生姓名朱开阔
学生学号101701235
教指导师阮菊俊
设计题目：
某市城市生活垃圾填埋处置场的设计
摘要
在今后较长一段时期内,我国城市生活垃圾的处置仍将以填埋法为主.鉴于此,本设计为城市生活垃圾卫生填埋场的初步设计.该设计从实际出发,应用经验公式计算出数值,得出既符合实际又经济的设计.垃圾填埋场由垃圾堆体、终场覆盖、雨水收集与导排、填埋气的导排与处理、渗滤液收集与处理、安全与环境检测等系统组成。
结合具体情况,优化设计,最大限度减少垃圾填埋场污染环境,节省投资。
关键词:
卫生填埋场工程设计渗滤液回灌调节池防渗系统气体导排
Inalongperiodinthefuture,ourcountrycitylifegarbagedisposalwillcontinuetogiveprioritytowithlandfillmethod.Inviewofthis,thedesignfortheurbandomesticwastesanitarylandfillofpreliminarydesign.Thisdesignfromreality,applicationexperienceformulatocalculatethenumericalvalue,thatisbothpracticalandeconomicaldesign.Landfillbydumpbody,endcover,rainwatercollectionandguideline,guidelineandhandlethelandfillgasandleachatecollectionandtreatment,safetyandenvironmentaldetectionsystem.Combinedwiththespecificsituation,optimizationdesign,minimizelandfillenvironmentalpollution,saveinvestment.
Keywords:
sanitarylandfillleachaterechargeregulationpoolseepagecontrolengineeringdesignguidelinesystemgas
1、概述
1.1生活垃圾及处理与处置方法
1.1.1生活垃圾
1.1.1.1生活垃圾定义
城市生活垃圾亦称城市固体废物，是指在日常生活中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固体废物，主要是由城市居民家庭、城市商业、餐饮业、旅馆业、旅游业、服务业，以及市政环卫系统、城市交通运输、文教机关团体、行政事业、工矿企业等单位所排出的。
其主要组成为：
厨余物、废纸屑、废塑料、废橡胶制品、废编织物、废金属、玻璃陶瓷碎片、庭院废物、废旧家用电器、废旧家具器皿、废旧办公用品、废日杂用品、废建筑材料、给水排水污泥等。
1.1.1.2生活垃圾的危害
固体废物，特别是有害固体废物，如处理、处置不当，其中的有害物质可以通过环境介质——大气、土壤、地表或地下水体进入生态系统形成污染，对人体产生危害，同时破坏生态环境，导致不可逆生态变化。
（1）对土壤环境的影响：
固体废物不加利用，任意露天堆放，不但占用一定的土地，导致可利用土地资源减少，而且如填埋处理不当，不进行严密的场地工程处理和填埋后的科学管理，容易污染土壤环境。
（2）对水体环境的影响：
固体废物可随地表径流进入河流湖泊，或随风迁徙落入水体，从而将有害物质带入水体，杀死水中生物，污染人类饮用水水源，危害人体健康；固体废物产生的渗滤液危害很大，它可进入土壤污染地下水，或直接流入河流、湖泊或海洋，造成水资源的水质型短缺。
（3）对大气环境的影响：
堆放的固体废物中的细微颗粒、粉尘等可随风飞扬，进入大气并扩散到很远的地方；一些有机固体废物在适宜的温度和湿度下还可发生生物降解，释放出沼气，在一定程度上消耗其上层空间的氧气，使植物衰败；有毒有害废物还可发生化学反应生成有毒气体，扩散到大气中危害人体健康。
1.1.2生活垃圾处理与处置方法
1.1.2.1焚烧
焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定量的过剩空气与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，废物中有害有毒物质在800-1200℃的高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现废物无害化、减量化和资源化的处理技术。
1.1.2.2堆肥
堆废化是在控制条件下，利用自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，促进来源于生物的有机废物发生生物稳定作用，使可被生物降解的有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。
堆肥化系统按温度分为中温堆肥和高温堆肥，按技术分为露天堆肥和机械密封堆肥。
1.1.2.3卫生填埋
卫生填埋是“利用工程手段，采取有效技术措施，防止渗滤液及有害气体对水体和大气的污染，并将垃圾压实减容至最小，填埋占地面积也最小。
在每天操作结束或每隔一定时间用土覆盖，使整个过程对公共安全及环境均无危害”的一种土地处理垃圾方法。
固体废物填埋场的构筑方式和填埋方式与地形地貌有关，可分为山谷型填埋和平地型填埋方式。
平地型填埋又可分为地上式、地下式和半地下式。
1.1.2.4常用垃圾处理方法的比较
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。
单位投资（不计征地费）：
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·t-1；主要设备费用：
600×104元~800×104元·（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~70×104元·（t/d-1规模）-1；焚烧部分运行成本（计折旧）：
80元~140元·t-1；主要设备费用：
1000×104元~1500×104元·（100t·d-1设计能力）-1。
1.2工程概述
1.2.1城市概况
某市位于江苏省某地区的A河中游，A河自西向东横贯该市。
该市地形自西北向东南倾斜，较为平坦。
地面高程在189-196米之间。
城北有铁路贯穿东西，整个市区划分为I、II、III区。
I为老区，II为新区，III为工业区。
为发展需要，该市已重新规划了街区及道路。
规划区面积约为15km2，人口约15万。
街坊人口密度：
第I区为3.14万人/km2，第II区为2.29万人/km2，第III区为1.15万人/km2。
主要道路宽度为35米及40米。
该市的工业企业不甚发达，老企业处在第I区的仅有面粉厂。
新建企业集中在第II区东部和第III区。
因此，该市拟建一个生活垃圾填埋场，主要接纳I、II、III区的生活垃圾。
届时进入本填埋场的垃圾量见表1。
表1填埋场垃圾产生量表单位：
t/d
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
2021
I
5
6
7
8
10
12
14
15
16
II
4
4
5
7
8
11
16
18
19
III
3
3
4
6
6
7
8
9
11
总计
12
14
16
20
24
30
38
44
46
目前垃圾填埋场接纳该市的污水厂污泥，污水处理厂到2021年总的污水处理量将达到10万m3/d，进场的市政污泥量约为50t/d，污泥量年平均增长率达到10%。
填埋场一起工程的使用年限拟定为10年左右，即2013-2021年。
1.2.2工程概况
1.2.2.1项目背景
某市位于江苏省某地区的A河中游。
市区划分为I、II、III区,为处理2013-2021年城市I、II、III区的生活垃圾和污水处理厂的污泥。
拟建一个为期9年的垃圾填埋场。
1.2.2.2原始资料
（1）地质地形
土壤冰冻深度为0.8米。
土质一般为砂质粘土，承载能力较好。
基岩埋深为35米。
地下水埋深4-5米。
该市地形自西北向东南倾斜，较为平坦。
地面高程在189-196米之间。
（2）气候气象
年平均温度为15℃，最低为-1℃。
主要风向为西北风，年平均降雨量为1050mm。
（3）河流水系与水文
该市境内河湖众多，水网密布。
A河自西向东横贯该市。
（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。
该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
从防止环境污染角度考虑的安全原则
从经济角度考虑的经济合理性原则
安全原则：
防止场地对大气、地表水和地下水的污染。
经济原则：
与场地的规模、容量、征地费用、运输费、操作费等有关，要充分利用场地的天然地形条件，尽可能减少挖土方量。
从工程学、环境学、经济学、法律和社会学等方面考虑。
工程方面：
①容量足够大；②尽可能减少运距，距离近水源至少在150m以上；③尽可能利用天然地形条件，最大限度减少土方量；④进出口应与公路相通，宽度适合，有适当的承载力；⑤填埋场的底层和地下水位之间至少应有1.5m的距离，渗透率≤10-7cm/s；
环境方面：
①必须在100年泛洪区之外，地表水与可通航的水道直接相通；②填埋物底层必须避开专用水源蓄水层和地下水补给区；③降水量低，蒸发速率高，尽量减少臭气散发；④减少车辆运输和设备运转噪音；⑤避开居民区和公园风景区。
经济方面：
①容易征得土地，费用适宜；②考虑场地挖掘、筑坡、衬里和道路施工及其开发费用；③综合考虑高投资和低操作费用与低投资和高操作费用。
法律和社会方面：
①符合有关法律及规定；②必须取得地方主管部门的允许；③注意公众舆论和社会影响。
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：
渗滤液
雨水
冲洗水
沼气导排（后期回收发电）
计量
卸料
铺平
压实
覆土
灭虫
生活垃圾
转运
汽车
终场生态恢复
排入地表水体
排水沟收集
盲沟、碎石导流层收集
截洪沟
污水处理站
沉淀池
备料场
汽车装卸机
粘土
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垃圾产量
表2.1扬州市各年份垃圾日产量表
序号
年份
垃圾
日产量/（t/d）
污泥日产量/（t/d）
垃圾年
产量/（万t/a）
垃圾
累计量/万吨
1
2013
12
23
1.28
1.28
2
2014
14
25
1.42
2.70
3
2015
16
28
1.61
4.31
4
2016
20
31
1.86
6.17
5
2017
24
34
2.12
8.29
6
2018
30
37
2.45
10.74
7
2019
38
41
2.88
13.62
8
2020
44
45
3.25
16.87
9
2021
46
50
3.50
20.37
2.3.2库容
因本设计未做实地勘查，故以9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20.37万吨，取垃圾压实密度为0.6（t/m3）
则垃圾填埋库容为：
33.95万m3
填埋库容占体积的70%-90%，取80%，则V总=
=42.44万m3
实际库容取整则为43万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5×104㎡
设填埋场宽为b=200m，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9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2.67万m³，占地面积为0.30万㎡，日垃圾填埋量58.5m³；二期工程所需场地体积为2.96万m³，占地面积为0.33万㎡，日垃圾填埋量64.88m³；三期工程所需场地体积为3.35万m³，占地面积为0.37万㎡，日垃圾填埋量73.52m³；四期工程所需场地体积为3.88万m³，占地面积为0.43万㎡，日垃圾填埋量84.93m³；五期工程所需场地体积为4.42m³，占地面积为0.49万㎡，日垃圾填埋量96.8m³；六期工程所需场地体积为5.1万m³，占地面积为0.57万㎡，日垃圾填埋量111.9m³；七期工程所需场地体积为6万m³，占地面积为0.67万㎡，日垃圾填埋量131.5m³；八期工程所需场地体积为6.77万m³，占地面积为0.75万㎡，日垃圾填埋量14.84m³；九期工程所需场地体积为7.29万m³，占地面积为0.81万㎡，日垃圾填埋量159.8m³；
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；
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