固体废物及资源化课程设计.docx
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固体废物及资源化课程设计
科学技术学院
固体废物处理及资源化课程设计
某垃圾填埋场工艺设计
2013----2014学年第一学期
形式：
集中□分散
学生姓名：
学号：
专业班级：
环境工程111班
时间：
0
理工学科部
目录
一、前言3
二、主要设计原材料3
1.、垃圾组成成分及基本性质3
2.、地理位置以及地质条件4
3.、自然条件4
（1）、地形地貌4
（2）、地质构造4
（3）、水文地质条件4
4.、交通运输4
5.、气候条件5
7.、场地周边状况5
三、垃圾处理工艺方案的比较5
1.、堆肥化5
2.、焚烧6
3.、卫生填埋6
4.、填埋、焚烧、堆肥三个工艺方案的比较6
四、场址的选择和所选场址自然条件（地形、地貌、水文、地质、气象等）的评析7
五、垃圾填埋工程工艺（库容、渗滤液产量、填埋气产量的估算及工艺设计）设计8
1.、设计的依据8
2.、根据以上数据可得知9
3.、场址概况10
（1）、填埋场类型10
（2）、填埋场等级划分与规模确定10
4.、卫生填埋场的防渗工程11
（1）、技术方法11
（2）、施工工艺12
1）特点和要求12
2）防渗层设计12
5.、渗滤液的处理工艺13
6.、渗滤液产量的估算14
7.、渗滤液调节池设计15
8.、垃圾填埋气的处理工艺16
（1）、填埋气的收集16
（2）、填埋气的输送16
（3）、填埋气的贮存16
9.、垃圾填埋气产量的估算17
六、设计中存在的问题及个人体会17
1.、设计中存在的问题17
2、个人体会18
七、参考材料18
固体废物处理及资源化课程设计
---某垃圾填埋场工艺设计
一、前言
随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，城市垃圾的成分也越来越复杂，垃圾中的可燃物和易燃物的含量明显升高，其受经济发展水平、能够结构、自然条件及传统习惯等因素的影响。
国外对城市垃圾的处理一般是随国情而不同，往往一个国家中各地区也采用不同的处理方式，很难有统一的模式，但最终都是以无害化、资源化、减量化为处理目标。
其主要采用的是填埋、焚烧、堆肥、综合利用等方式机械化的程度较高，且形成系统及成套设备。
本次固体废物处理及资源化课程设计主要是根据<某某河流域污染整治规划>,在某镇建立一个服务人口为5万人口的垃圾卫生填埋场,以消纳某县辖区内的8个乡镇的城镇生活垃圾，垃圾填埋场的设计使用年限为20年。
根据所提供资料，城市垃圾的基本性质，通过焚烧、堆肥、卫生填埋几种处理方案比较，选择卫生土地填埋为该市城市生活垃圾处理工艺，评价所选场址是否适合以及库容的计算，再根据工程地质条件选择填埋场防渗措施，明确填埋场操作方法及步骤，以及垃圾渗滤液产量的估算及填埋场范围确定，浸出液调节池的计算和渗滤液的处理工艺，垃圾填埋气产量的估算及其处理工艺的设计，来设计出某垃圾填埋场的工艺。
二、主要设计原材料;
1.、垃圾组成成分及基本性质；
表1某县垃圾组成成分
成分
变化范围
平均值
A：
有机物（％）
45.0——50.0
47.5
动植物（％）
纤维类（％）
40.0——45.5
3.0——5.0
B：
无机物（％）
40.0——46.0
43.0
灰砾（％）
砖石（％）
35.0——37.0
5.0——9.0
C：
可回收物（％）
7.0——12.0
9.5
纸、塑料（％）
玻璃（％）
金属（％）
5.8——9.5
1.0——2.0
0.2——0.5
表2某县垃圾的基本性质
物质性质
变化范围
平均值
含水率（％）
40.0——45.0
42.5
—容重（kg／m3）
520.0——580.0.
550.0
热值（KJ/㎏）
3600———4000
3800
2.、地理位置以及地质条件
该城镇垃圾处理填埋场所选场址位于某镇东南方，距某镇约1公里，距北侧某一级公路约1公里，场址附近无较大河流，场址以南约0.8公里处是某河。
3.、自然条件
（1）、地形地貌
工程区属河谷浅丘山区。
最高高程约272m，最低处约170m，相对高差约100m。
场区为宽缓“U”型，坝址处右岸较陡，平均坡角23°，左岸较缓，坡角18°。
（2）、地质构造：
拟建场地地层属侏罗系地层，岩层属沉积岩类。
工程的主要物理地质现象为岩石的风化及裂缝破裂。
谷底第四系冲洪积土，面积约占填埋区面积的45％，渗透系数K=1.5X10-6cm/s，基岩裸露部分约占填埋面积的55％，其中泥岩渗透系数K=3.0X10-7cm/s，砂岩渗透系数K＝8.0X10-4cm／s。
（3）、水文地质条件：
场址地下水主要分布基岩（红层）裂隙水，含水层为下沙溪庙组。
地下水储量较差，赋存于不稳定的砂岩发育较差的裂隙中，旱藏深度一般较浅。
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（总体趋势由东向西径流）。
4.、交通运输
交通、给排水、供电条件：
拟建场地北侧约1000m处有某一级公路通过，交通条件较为便利。
场区给水、供电可以由某镇引入，场区雨水可通过附近的冲沟，就近排入某河，场区生活污水可通过新建800m管道输送至拟建污水处理厂处理。
5.、气候条件
场区气候属亚热带湿润季风气候区，具有冬冷夏热，雨量充沛，湿度
大，云雾多，日照少，风力小等特点，常年平均气温17—18℃，年平均降水量672.8mm，30年一遇最大小时降雨量为10.5mm／h，连续降暴雨日数年最高达5—8日，降雨主要集中在夏季，多年统计降雨资料见下表3。
年蒸发量为1840mm。
常年主导风向为北风，年平均风速3.4m/s，最大风速22m/s。
表3某市多年平均降雨量
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1l
12
降雨量（mm／d）
2.3
3.0
3.3
4.0
6.0
5.0
4.3
2.3
2.0
1.7
3.0
2.7
7.、场地周边状况
为了与周围环境协调一致，要求填埋封场后表面覆盖粉壤土，坡度为2%，表面种植野草，不同地形及地表状况的径流系数见表4。
表4不同地形及地表状况的径流系数经验值
地表状况
径流系数ψ
粉壤土种植牧草，平坦——2%坡度
0.32——0.52
粉壤土种植裸草，平坦——2%坡度
0.62——0.82
表层土较厚的丘陵山地
0.50——0.70
表层土较薄的丘陵山地
0.60——0.80
陡峭山地
0.?
5——0.90
填埋场渗滤液必须经过处理，出水水质必须达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）中的一级标准。
三、垃圾处理工艺方案的比较;
1.、堆肥化：
堆肥化是在人工控制的条件下，依靠自然界中广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生物学过程。
2.、焚烧：
焚烧是指生活垃圾和危险废物的有焰燃烧，是包括蒸发，挥发，分解、烧结、熔融和氧化还原等一系列复杂的物理变化和化学反应、以及相应的传质和传热的综合过程。
在燃烧过程中，具有强烈的放热效应，有基态和激发态自由基生成，并伴随着光辐射。
焚烧工艺流程主要为：
前处理系统、进料系统、焚烧炉系统、空气系统、烟气系统、灰渣系统、余热利用系统级自动化控制系统组成。
3.、卫生填埋：
卫生填埋是由传统的废物堆放和填地技术发展起来的一种城市固体废物处置技术。
该法利用工程手段，采取有效技术措施，防止渗滤液及有害气体对水体、大气和土壤环境的污染，使整个填埋作业及废物稳定过程对公共卫生安全及环境均无危害的一种土地处置的废物方法。
4.、填埋、焚烧、堆肥三个工艺方案的比较：
表5常用垃圾处理工艺方案比较
卫生
堆肥
焚烧
技术可靠性
可靠，属系统处理方法
较可靠，我国有成熟经验
较可靠，国外属成熟技术
工程规模
取决作业场地和使用年限，一般较大
动态间歇式，堆肥场为100-200t/d，连续
单台炉为150-500t/d，一般安装2-4台
选址的难易程度
较困难
有一定困难
有一定困难
占地面积
500-900M3
110-150M3
60-100M3
建设工期
9-12个月
12-18个月
30-36个月
管理水平
一般
较好
很高
使用条件
对垃圾成分无严格要求，但含水率过高不适用
垃圾中含有的可降解的有机物的含量大于40%
垃圾的地位热值大于3350kj/kg
操作的安全性
较好，沼气导排要畅通
落实堆肥市场有较大苦难，需采用多种措施
热能和电能运用社会，需要政策支持
产品市场
产生的沼气可用于发电
落实堆肥市场有一定困难，需要采用多种措施
热能和电能运用社会，需要政策的支持
能源化的意义
沼气收集可发电
厌氧发酵沼气可发电
焚烧余热可发电
资源利用
封场可覆土还原
绿化
残渣综合利用
处理速度
日产日清整体分解时间上百年
9—45天
1—2天
二次污染
臭味严重污染空气
异味污染周边空气，渗滤液属于高浓度废水
前端处理有异味污染，燃烧街道有二噁英排放
剩余渣液
渗滤液高度污染
渗滤液高度污染
卫生燃烧后残夜中富含重金属
卫防护距离
防护距离500米
防护距离500米
防护距离500米
处理成本（不包括年折旧费元/t）
35-55
50-80
80-140
最终处理
是最终处理
不可堆肥的需要最终处理
残渣需用最终处理
经济效益
支付周边环境污染费，纯依赖政府补贴，几乎无效益
保温耗能，肥料无市场，依赖补贴，亏损运行，回收能力低
煤、油消耗高，亏损或保本运行，12年以上回收
自动化程度
人工加机械作业
半自动
可实现全自动
技术特点
操作简单，投资及运行成本较低
技术成熟，减量化和资源化效果较好
占地面积小，运行稳定，减量化效果好
主要风险
沼气易产生爆炸，渗滤液污染
因堆肥复杂或质量不佳影响销售
垃圾燃烧不稳定，烟气治理不达标
节能减排
废弃、废液排放、废渣常年占地
废气、废液大量排放
煤、油耗高，废气、二噁英类排放，属于节能减排的反效果
根据原始资料以及以上垃圾处理方案的优缺点从当地的经济实力、投资能力、城市建设和社会发展对环境的要求、各种垃圾处理方法的优缺点、生活垃圾理化性质及变化趋势、技术与设备的可靠性和适应性、对资源再利用的潜力和程度进行比较和分析得出，该填埋场适合选用卫生填埋的来处理当地的城镇生活垃圾。
四、场址的选择和所选场址自然条件（地形、地貌、水文、地质、气象等）的评析;
该城镇垃圾处理填埋场所选场址位于某镇东南方，距某镇约1公里，距北侧某一级公路约1公里，场址附近无较大河流，场址以南约0.8公里处是某河。
由场址的位置以及场址的自然条件与卫生填埋的选址原则相对应与比较可得：
1.、该场址远离了国家规定的各类保护区，且符合该城镇的总体规划；
2.、有较好的地质地形。
填埋区呈宽缓“U”型槽沟，两岸及谷底无大的堆积体存在，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。
工程区具有较好的构造稳定性。
建筑物抗震设计按Ⅵ度考虑，场地适宜建设。
3.、该场址当地的主导风向为北风，正好远离了密集的居民区，对居民的生活环境不造成影响。
场址据河流处为800m，远远大于所允许的500米范围外。
避免了填埋作业时有害气体、悬浮颗粒物、噪声、虫害等影响居民的正常生活，
4.、填埋场距转运站的运输距离1km＜＜20km，具有合理的运输距离，确保了运输成本经济的原则。
五、垃圾填埋工程工艺（库容、渗滤液产量、填埋气产量的估算及工艺设计）设计;
1.、设计的依据：
（1）.《固体废物处理与处置》高等教育出版社宁平编；
（2）.《固体废物污染控制工程》化学工业出版社，张小平编；
（3）.《排水工程》下册，建筑工业出版社；
（4）.《环境质量评价》教材；
（5）.《给排水设计手册》第1、7册；
（6）.《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GBl6889—2008）；
（7）.《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》（CJJ17—2004）；
（8）.《生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范》（CJJ113—2007）；
（9）.《生活垃圾卫生填埋场封场技术规范》（CJJ112—2007）；
（10）.《生活垃圾填埋场无害化评价标准》（CJJ/T107—2005）；
（11）.《城市生活垃圾卫生填埋场运行维护技术规程》（CJJ93—2003）；
（12）.《生活垃圾填埋场环境监测技术要求》（GB/T18772—2002）；
（13）.《生活垃圾填埋场环境监测技术标准》（CJ/T3037—1995）；
（14）.《地面水环境质量标准》（GB3838—2002）；
（15）.《污水综合排放标准》（GB8978—1996）；
（16）.《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。
年数
服务人数（万）
垃圾量（*10４㎏）
垃圾体积（*10４m３）
覆土体积（*10４m３）
每年的总容积量（*10４m３）
1.00
5.00
2336.00
4.25
1.06
5.31
2.00
5.25
2452.80
4.46
1.11
5.57
3.00
5.51
2575.44
4.68
1.17
5.85
4.00
5.79
2704.21
4.92
1.23
6.15
5.00
6.08
2839.42
5.16
1.29
6.45
6.00
6.38
2981.39
5.42
1.36
6.78
7.00
6.70
3130.46
5.69
1.42
7.11
8.00
7.04
3286.99
5.98
1.49
7.47
9.00
7.39
3451.34
6.28
1.57
7.84
10.00
7.76
3623.90
6.59
1.65
8.24
11.00
8.14
3805.10
6.92
1.73
8.65
12.00
8.55
3995.35
7.26
1.82
9.08
13.00
8.98
4195.12
7.63
1.91
9.53
14.00
9.43
4404.88
8.01
2.00
10.01
15.00
9.90
4625.12
8.41
2.10
10.51
16.00
10.39
4856.38
8.83
2.21
11.04
17.00
10.91
5099.20
9.27
2.32
11.59
18.00
11.46
5354.15
9.73
2.43
12.17
19.00
12.03
5621.86
10.22
2.56
12.78
20.00
12.63
5902.96
10.73
2.68
13.42
汇总
77242.07
140.44
35.11
175.55
由原始材料可知，所需建的填埋场是服务人口为5万人的垃圾卫生填埋场，需要消纳某县辖区内的8个乡镇的城镇生活垃圾，设计所需使用年限为20年。
且平均垃圾产量为1.28㎏/d,人口增长率5%。
2.、根据以上数据可得知：
表620年垃圾产量及库容量
故库容为1.75550156*106m3
3.、场址概况
（1）、填埋场类型
山谷型填埋场
（2）、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：
Ⅰ类总库容1200万m3以上
Ⅱ类总库容500万m3～1200万m3
Ⅲ类总库容200万m3～500万m3
Ⅳ类总库容100万m3～200万m3
按日处理能力划分：
Ⅰ级日处理量1200t/d以上
Ⅱ级日处理量500t/d～1200t/d
Ⅲ级日处理量200t/d～500t/d
Ⅳ级日处理量200t/d以下
根据已知，项目为Ⅳ类Ⅱ级处理场规模。
4.、卫生填埋场的防渗工程
根据填埋场防渗设施（或材料）铺设方向的不同，可将填埋场防渗分为垂直防渗和水平防渗，根据所用防渗材料的来源不同又可将水平防渗进一步分为自然防渗和人工防渗两种。
（1）、技术方法：
防渗是卫生填埋处理技术的主要标志，它能防止垃圾在填埋过程中产生的渗滤液、填埋气体对填埋场的水体和土壤污染，减少渗滤液的产生量，并为以后对填埋气体有序、可控制地手机和利用创造空间。
防渗的技术关键是防渗层的构造，其结构形式直接决定了防渗效果和工程建设投资。
水平防渗层的构造形式，经历了最初的不加限制到早期的粘土单层设计，直至进气的柔性膜与粘土复合层的发展历程。
用于该填埋场的防渗层选用人工合成材料高密度聚乙烯（HDPE）。
高密度聚乙烯（HDPE）膜作为一种高分子合成材料，有其抗拉性好、抗腐蚀性强、抗老化性能高等优良的物性、化学性能，使用寿命50年以上。
比如防渗功能比最好的压实粘土高107倍（压实粘土的渗透系数级数为10-7级，而HDPE防膜的渗透系数级数为10-14级）；其断裂延伸率高达600%以上，完全满足垃圾填埋运行过程中由蠕变运动所产生的变形；其它有利于施工、填埋运行。
根据地质勘查情况，为达到既保证安全又经济可行的目的，经比较选用“单层HDPE＋膨润土复合防渗衬垫”为材料的防渗体系。
单层膜＋膨润土的复合防渗衬垫最为经济实用，既可解决单层摸的穿刺问题，又可减少造价，不仅防渗效果良好，可靠性、耐久性也好，且施工方便，膨润土能够对局部渗漏点起到补漏的作用。
具体如下：
1）竖向结构其竖向结构构造自上而下分别如图所示：
图一单层膜＋膨润土复合垫
2）工程造价：
HDPE膜、含膨润土交织土工布选用进口产品，土工布选用国内产品，其余按当地市场价格，单位工程造价大概为166.1元/m2。
（2）、施工工艺：
1）特点和要求
HDPE膜是高密度聚乙烯合成材料，具有较强的延展性和良好的防渗性能，但遇尖锐物易破裂。
因此，HDPE膜的垫层、铺衬、覆盖及其他相关作业等在施工过程中均应十分严格地加以保护，这是保证垃圾填埋场防渗系统质量的关键。
2）防渗层设计
a.地下水引出及衬垫层渗漏监测填埋场场底地下水丰富，地下水面离地面仅0.2-2.95m，而且有大片泉水出逸。
为了减少对衬垫的不利影响，在场地设置了树枝状地下排出系统，用碎石盲沟将地下水引出。
设干管两条，按各泉水的溢出位置设八条支管。
干管为2根800mm的多孔混凝土管外包碎石沟；支管为直径200mm。
利用盲沟引出泉水，可降低水位，还能利用盲沟监测衬垫层可能出现的渗漏情况和渗漏量
b.衬垫范围及分区衬垫范围从垃圾至拦洪坝，纵向长约900m，两侧上坡衬垫最高标高为175.0m，衬垫平均宽450m。
C.防渗层结构
1>.基本结构全封闭的非透水隔离层。
在隔离层上面进行垃圾渗滤液的收集和排放，其下进行地下水的有效排除，防止地下水位的上升而造成隔离层的实效。
2>.水平防渗层设计此地为三面环山的狭长山谷，地下水位较高（距谷地地面不大于1m）。
为降低水位，在低处（山谷中小溪位置）设置一条深2m并用不同粒径碎石填满且碎石体中设有两条多孔混凝土管的地下水排放主干沟。
3>.边坡防渗层结构为了克服垃圾体沉降在边坡上所产生的拉应力拉裂HDPE膜，边坡垂直高度不大于15-20m。
为保护边坡HDPE膜，避免垃圾体中德尖状物刺破膜，边坡上铺设废旧轮胎和碎石层。
4>.HDPE膜的锚固每隔10-15m高差设一锚固平台。
平台宽5.0-7.5m，靠山侧的锚固沟兼排水沟。
图二水平防渗结构图
HDPE膜的拼接接口采用专用机械熔焊，局部破损也可采用焊接法修补。
由于HDPE膜是进口产品，铺衬和焊接施工时应有专家现场指导。
5.、渗滤液的处理工艺
渗滤液→调节池→生物预处理→物化处理
图三渗滤液工艺流程
6.、渗滤液产量的估算
渗滤液的产生量为：
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；
I---表示最大年或月降雨量的日换算值，mm。
（1）第一块填埋区填埋场的服务年限为20年，填埋库区分四块，分别进行填埋。
第一块填埋的服务年限为5年，则：
第一块库区面积为A1=V1-5/H=29.33*10４m３/10=2.9*10４m２
渗滤液平均日产量：
=672.8/365*0.4*2.9*10４*10-３=21.344m３/d
渗滤液最大日产量：
=10.5*24*0.4*2.9*10４*10-３=2923.2m３/d
（2）第二块填埋区第二块填埋区服务年限为5年，则：
第二块库区面积为A2=V6-10/H=37.44*10４m３/10=3.7*10４m２C2=C1×0.6=0.6×0.4=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：
=672.8/365*（0.4*2.9*10４+0.24*3.7*10４）*10-３=37.68m３/d
渗滤液最大日产量：
=10.5*24*（0.4*2.9*10４+0.24*3.7*10４）*10-３=5160.96m３/d
（3）第三块填埋区第三块填埋区服务年限为5年，则：
第三块库区面积为A3=V11-15/H=47.78*10４m３/10=4.8*10４m２
已填埋的面积=第一块填埋面积+第二块填埋面积=2.9*10４+3.7*10４= 6.6*10４m2
渗滤液平均日产量：
=672.8/365*（0.4*4.8*10４+0.24*6.6*10４）10-３=64.47m３/d
渗滤液最大日产量：
=10.5*24*（0.4*4.8*10４+0.24*6.6*10４）10-３=8830.1m３/d
（4）第四块填埋区服务年限为5年，则：
第四块库区面积为A4=V16-20/H=60.99*10４m３/10=6.1*10４m２
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=2.9*10４+3.7*10４+4.8*10４=1.14*10５m2
渗滤液平均日产量：
=672.8/365*（0.4*6.1*10４+0.24*1.14*10５）10-３=95.24m３/d
渗滤液最大日产量：
=10.5*24*（0.4*6.1*10４+0.24*1.14*10５）10-３=13043.52m３/d2.
7.、渗滤液调节池设计:
最小调节池容积的由下式确定：
V≥（Qmax-Q）×5
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