武汉理工大学《固体废物处理与处置》

武汉理工大学《固体废物处理与处置》课程设计

1. 概述

垃圾处理的最佳方式是综合处理，由于城市垃圾处理方式和技术的选择受垃圾成分、经济发展水平、能源结构、自然条件及传统习惯因素的影响，因而每个城市的选择可能各不相同，没有统一和固定的模式。

在生活垃圾处理处置方式中，填埋无疑占据着举足轻重的位置，从全球来看，填埋大约占到70%左右，在各发达国家应用非常广泛，例如加拿大1989年卫生填埋处置量占82%；1991年英国、意大利年卫生填埋处置量占其总处置量的90%美国处置量为72%，西班牙处置量为75%，德国1993年卫生填埋处置量占73%。美国联邦环保局(USEPA)和很多州都已详细制定关于填埋场选址、设计、施工、运行、水气监测、环境美化，封闭性监测以及维护年限的法规[2]。而在我国,由于经济技术水平等的原因，填埋所占的比例更高，达到90%以上。虽然随着经济技术的发展，在未来的20年内，在拟建的垃圾处理项目中，填埋比例会稍有下降，但仍有大约75%的项目采用填埋方式。同时在我国的《城市垃圾处理及其污染防治技术政策》中明确提出：以填埋为主的路线，因此填埋必将在今后很长一段时间内占据主导地位，许多大中城市新建的垃圾填埋场，其日处理能力都达上千吨，总填埋库容达数千万立方米。

1.1 项目概况

1.1.1 项目背景

生活垃圾，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。生活垃圾一般可分为四大类：可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾和其他垃圾。城市生活垃圾亦称城市固体废物，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固体废物。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。

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

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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：对方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 项目组成

本设计为初步设计，包括如下内容：

1、 垃圾卫生填埋场：包括总平面布置，填埋工艺，渗滤液收集导排工程，地下水导排系统，填埋气体收集与利用设计，环境监测设计，封场工程等。

2、 垃圾处理场场内相关公用配套工程。例如：道路工程，围墙与绿化工程，给水工程，消防工程，防洪系统工程，通讯工程，电气工程等。

1.1.3服务范围和规模

结合中山市总体规划，本工程服务范围为该市部分城区的生活垃圾。服务人口40万人，现状垃圾产量1.2kg/d.人，垃圾容重量400kg/m3，服务年限15年。在垃圾填埋场建后，城市生活垃圾的年增长速率控制在5%左右。垃圾含水率为60%-80%，由于垃圾中的含水率太高，故在垃圾填埋之前将其在固定垃圾堆放场地堆放4～5天，待垃圾含水率降至35%以后，再运往填埋场地进行填埋。该市的垃圾回收率约为26.2%。

1.1.4 主要工程和技术指标

本工程的技术指标见表1-1

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表1-1 工程技术指标

序号 1 2 3 3 4 5 6 7 8 9

项目名称 垃圾年处理最大量

使用年限 处理垃圾总量约为

填埋库容 占地面积 管理区 填埋库区 渗滤液处理规模Qmax 渗滤液平均处理量 调节池的容积

单位 万吨/年 年 万吨 万立方米 万平方米 万平方米 万平方米 立方米/天 立方米/天 立方米

数量 34.688 15 378.0 178.85 22.356225 4.471245 17.88498 4399.7 164.8

16998.5

备注 日处理95.0367吨

1.2 设计原则和依据

1.2.1 设计原则

城市生活垃圾处理作为城市环境治理项目，应在城市总体规划的指导下，合理选择场址、处理工艺，严格控制产生二次污染，防止对环境造成新的污染。本设计主要遵循以下原则：

① 从环境学上看，场址应远离居民区，南海市主导风向是东南风，因此填埋场要建在居民区的西北方向，并且要远离水源，一般设在地下水水流向的下游地区。

② 从经济学上看，此填埋场满足一定的库容量，能容纳526t/d的垃圾处理量；紧挨填埋场有水、电源及公路，场址交通方便，运距合理；场址周围有相当数量的粘土石料，用于天然防渗层和覆盖层的粘土等。

③ 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9*10-4 m/s ，并且场底表土厚度0.8-4.8m不等，平均2.2m，所以具有一定的厚度，其地质条件很好；场址地下水稳定水位埋深0.8m，确保了地下水的安全。

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。

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⑤ 贯彻国家有关方针政策，在城市总体规划指导下，从当地垃圾资源的实际情况出发，统筹兼顾垃圾资源的综合利用和合理利用，搞好能源转化，提高利用率，减少占地，逐步实现垃圾处理无害化、减量化和资源化，以取得较好的社会效益、环境效益和经济效益。

⑥ 坚持因地制宜，从实际出发选择合理的技术方案，走符合国情的路子。根据国家的垃圾处理技术政策，结合本地区的实际情况，寻求垃圾处理的技术和模式，形成多类型、多层次的配套技术。

⑦ 坚持科学态度，积极采用新工艺、新材料、新设备，不断改进及完善垃圾处理设施的建设，为环卫事业的发展提供技术保障。

⑧ 从实际出发，正确处理需要与可能、近期与远期的关系，做到远近结合、量力而行、留有余地、务求实效。

1.2.2 设计依据

1、《城市生活垃圾处理及污染防治技术政策》 2、《生活垃圾填埋生物处理技术》 3、《生活垃圾卫生填埋技术》 4、《城市固体渗滤液处理与处置》 5、《城市固体废物管理与处理处置技术》 6、《三废处理工程技术手册》

7、《聚乙烯土工膜防渗工程技术规范》 8、《生活垃圾填埋污染控制标准》 9、《固体废物的处理与处置》

10、《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》

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2. 工程建设规模与处理工艺

2.1 卫生填埋处理工艺

2.1.1 工艺的确定

1、处理方法的确定

现在城市生活垃圾处理方法有三种：卫生填埋，焚烧，堆肥。其方法如下： 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，废物中有还有毒物质在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。

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。

堆肥化系统的分类：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。

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

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图2-1 四种填埋场类型

本次填埋场设计选用第三种半地上半地下式填埋场设计。

焚烧需要垃圾有一定的热值，并且对垃圾成分有很高的要求，处理费用相对较高；回收利用更是一种费用高并且对于分类和后期处理有很高要求的一种方法；卫生填埋是近年来城市生活垃圾处理用的比较多的方法，因为它对于经费要求不是很高，对于处理也不是很高科技化，并且卫生填埋会产生一些可以利用的东西，填埋产生的气体和填埋产生的渗滤液经处理后都可以回收利用。堆肥技术有敞开式静态堆肥和机械化高温堆肥二种方式，其好处在于能变废为用，在一定程度上实现垃圾处理的资源化目的，但是，由于近年来居民生活水平的提高和生活结构的改变，废旧塑料、废旧玻璃垃圾量剧增，如果没有进行对这种垃圾的分类收集和预分选，很难进行堆肥处理。 所以本次课设选择卫生填埋方法。 2、卫生填埋类型的确定

卫生填埋技术始于20世纪60年代，它是在传统的堆放、填坑基础上，出于保护环境的目的而发展起来的一项工程技术。卫生填埋必须进行科学选址、场地防护处理、周密的填埋计划、渗出液收集和处理、填埋气收集和处理、严格的监

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测网络、最终封场与土地恢复利用等多项工序才能建成。卫生填埋的类型主要有主要有厌氧、好氧和半好氧三种。其主要特点如下表2-1：

表2-1 填埋类型的特点

填埋类型 厌氧填埋 好氧和半好氧填埋 特点及应用情况 操作简单，施工费用低，可回收甲烷气体，目前广泛采用。 分解速度快，垃圾稳定化时间短，但工艺要求较复杂，费用较高，尚处于研究阶段。 考虑到厌氧填埋过程简单，不需要通风设备；过程可控性、降解快、生产过程全封闭；资源效果好，可将潜在与废弃有机物中的低品位生物能转化为可以直接利用的高品位沼气；产物可再利用，经厌氧硝化后的废物基本得到稳定；综合以上因素本次设计选择厌氧填埋。

2.1.2 填埋作业流程

此生活垃圾卫生填埋场为平原型的，因此我们不考虑对场地进行大幅度平整，只需进行小范围的平整，同时同时对场底进行平整、夯实、铺设防渗系统。 根据处理物料和《城市生活垃圾填埋技术标准》以及工程地质条件，本设计采用改良型厌氧卫生填埋工艺，主要生产工艺流程如图2-1和2-2所示

图2-1 垃圾预处理回收流程图

破碎：减少废物颗粒粒度，为后续分选做准备。

磁选：利用黑色金属与其它物料磁性的差异，分选回收黑色金属。 筛选：利用可堆腐废物与无机废物粒度的差异将它们彼此分离。

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堆肥：分选得到的可堆腐废物进行堆肥处理，获得堆肥。可堆腐废物经过堆肥后粒度变小，而废塑料与橡胶为不可堆腐原料粒度不变。因此，堆肥产品经过筛选可分离出有机肥料与橡胶玻璃等可回收物质。 生活垃圾 预处理 计量 进场垃圾检查 灭蝇 摊平 碾压 土源 挖掘机 焚烧或利用 施药 洒水防尘 覆土 运输 洒水 回收 卸车 出场 称重 洗车 气体引出 分层及最终覆土 完成 单元

生态工程 渗滤液收集 调节池 开发利用 污水处理厂 预处理 城市下水道 河流 图2-1 填埋作业流程

2.2 工程建设规模

2.2.1 填埋场总库容

该地区主导风向为东南风，因此生活和管理设施宜集中布置并处于夏季主导

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风向的上风向，即垃圾填埋场的东南角，以减少对人们的影响。该市服务人口40万人，现状垃圾产量1.2kg/d.人，垃圾容重量400kg/m3，填埋场单位库容的垃圾压实密度取值为900kg/m3 ，覆土用量按垃圾库容量的1/4计算。垃圾填埋高度取12米（地下8米，地上4米）。根据填埋场单位库容的垃圾压实密度、覆土用量和服务年限内的垃圾处理总量可计算出该市垃圾填埋场的总库容。其计算如下：

（1）每年产生的垃圾重量为：

M?365?WP

式中：

W－垃圾产生率(kg∕d?人)； P－城市人口；

(2)堆场后的垃圾重量（含水率有70%将至35%）

M'?M?(1?70%)(1?35%)（3）广州市垃圾回收由资料查得回收率约为26.2%，则经回收处理后垃圾重量为

(4)压实后体积为

(5)覆土后体积

V'M''?M'?(1?26.2%)V?垃圾重量M''?压实密度900V'?V?54 （6）每年垃圾增长率为5%，则

n?1?V'?1?1.05n由上述公式计算逐年垃圾填埋量给数据如下表 2-2 所示

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表 2-2 逐年垃圾产量及填埋体积数据表 每人垃含水每天圾率70%可回压实垃圾年回收之年所产年降到收部后体产量重后所剩份 垃圾增35%后分百积量kg 重量Kg 量长的重分率% m3 Kg 率 量kg 0.175200080861596758166301 1.2 26.20 05 00 538 5 6 0.183960084904626596069622 1.2 26.20 05 00 615 6 2 0.193158089149657925873103 1.2 26.20 05 00 846 6 3 0.202815993607690822176754 1.2 26.20 05 00 338 6 8 0.212956698287725363280595 1.2 26.20 05 95 705 7 6 0.223604510320761631484626 1.2 26.20 05 30 2091 3 6 0.234784710836799713088857 1.2 26.20 05 56 2195 0 7 0.246523911378839698693308 1.2 26.20 05 94 0305 5 0 0.258850111946881683597969 1.2 26.20 05 94 9320 8 5 0.2717927125449257677102810 1.2 26.20 05 03 2786 6 63 0.2853823131719720561108011 1.2 26.20 05 39 4926 5 06 0.2996514138301020658113412 1.2 26.20 05 56 0672 96 07 0.3146340145211071691119013 1.2 26.20 05 28 5705 91 77 0.3303657152471125276125014 1.2 26.20 05 30 6491 50 31 0.3468840160101181540131215 1.2 26.20 05 16 0315 33 82 合3780564 计 341

10

覆土日处后体理重积量m3 kg 828848003 00 870250407 00 913752929 00 959455568 60 1007583445 43 1057612682 15 1110643271 46 1166675425 08 1224709156 79 1285744679 38 1350781808 69 1417820958 63 1488862046 11 1562905188 12 1641950303 67 17881035 498 7711 日处理体积m3 1200 1260 1323 1389 1459 1532 1608 1689 1773 1862 1955 2052 2155 2263 2376

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2.2.2 填埋场工程设计规模

该市垃圾填埋场的服务年限为15年，则建设依据如下表：

表2-3 垃圾记要求

处理垃圾总量 年平均处理量 总体积 日均垃圾处理量 填埋高度 总填埋库容量设计

Vk?1.2?Vl 式中

VK-------总填埋库容量 1.2-------放大系数 Vl--------垃圾总体积

Vk3780564吨 252037吨 1788498m3 690524kg 12m（地下8m，地上4m） ?1.2?1788498?2146197.6m3

高H=12m，计算面积A=2146197.6/12=178849.8m2

填埋区采用长方形，分两个区域，每个区域也是面积相等，地下为立方体、地上为锥体（有小于1/3坡度） 本设计设长为a=480m，

b?Aa?178849.8480?373mm

填埋分四个区，逐个区域进行填埋买个区域面积 ?A178849.8A???89424.9m2

22每个区域边长

长为373m，计算宽=89424.9/373=240m。

在填埋库区底部及四壁铺设高密度聚乙烯（HDPE）土工膜作为防渗衬里时，膜厚度不应小于1.5mm，并应符合填埋场防渗的材料性能和现行国家相关标准的要求。防渗方式采取水平防渗；防渗材料选用人工合成膜防渗；防渗结构采用单层衬里系统；中场防渗分为两个部分：第一部分是土地恢复层，即为表土层；第

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二部风湿密封层（系统），从上至下有保护层、排水层、防渗层和调整层（或基础层）组成，以防止对地下水的污染，设置渗滤液收集系统，引入污水处理厂处理。

填埋区内设置填埋气体的导气和收集系统，可渗透性排气和阻挡层排气，在填埋垃圾内部安装竖井，竖井可采用穿孔管居中的石笼，穿孔管外宜用级配石料等料状物填充。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，严禁设施阻塞、断裂而失去导排功能，在不透气的顶部覆盖层中安装排气管。

每个区域的填埋分单元进行，每一单元的垃圾高度宜为2-4m，最高不得超过6m。单元作业宽度按填埋作业设备的宽度及高峰期同时进行作业的车辆数确定，最小宽度不宜小于6m。单元的坡度不宜大于1：3。每完成一个单元用土壤覆盖，压实完成一个单元；当完成所有单元后进行封场，封场后面第三章进行详细介绍。

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3. 总体设计

3.1 垃圾填埋场的总平面规划

3.1.1 选址要求

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/s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

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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。 步骤如下：

（1）资料搜集 （2）野外勘探

（3）预选场地的社会、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

3.1.2 选址依据

1．气象资料

气温 最冷月平均气温 8.1℃ 最热月平均气温 35.1℃ 极端最低气温 5.2℃ 极端最高气温 40.8℃ 湿度 最冷月平均 76％ 最热月平均 84％ 降水量 平均年降水量 1120.8mm 日最大降水量 82mm 风向 冬季 西北 夏季 东南 主导风向 东南

2．填埋库区场址概况：填埋场库区周围汇水面积 0.8km2。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。

3．填埋场2公里有城市污水处理厂，紧挨填埋场有水、电源及公路。

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3.1.3 填埋场总平面布设

根据填埋场的工程设计规模，填埋区占地约17.9万平方米，填埋场宜根据填埋场处理规模和建设条件做出分期和分区建设的安排和规划，填埋库区的占地面积宜为总面积的70%-90%，不得小于60%，取80%；

则填埋场总占地面积为:A=17.9/0.8=22.4万平方米。为使场区形成较好的生产、生活和管理的环境，整场分为填埋区、预处理区域（包含破碎、分选、回收、堆肥）、渗滤液和沼气收集区和管理区四大部分。

根据资料依据，填埋区设在西侧，其占地面积为17.9万平方米；往东接着是东北方向的渗滤液和沼气收集区域，大概占1.0万平米；东南为预处理区域，占地面积0.3万平米；再往东有绿化带跟管理区，布置在场区东侧，设有综合楼、机修间、车库、仓库、职工宿舍和食堂、浴室和篮球场，是全场的行政管理中心和职工休闲生活基地。管理区占地约2.5万平方米，具体布设有附图，其草图如下：

管

理渗滤液和沼气收集区 填埋区 区预处理区域 域

图3-1平面布设草图

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4.1.4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网络）与压实粘土构成符合防渗层 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

单层衬里（库区底部）系统示意图

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单层衬里（库区边坡）系统示意图

4.1.5场地防渗系统法案的选定

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6.0×10 m/s，故k=6.0×10-2>10-5cm/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6.0×10-4m/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。

-4

双层衬里（库区底部）系统示意图

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4.2 渗滤液收集

4.2.1 垃圾渗滤液概念和来源

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。

城市垃圾填埋场渗滤液的处理一直是填埋场设计、运行和管理中非常棘手的问题。主要来源有：

(1) 降水的渗入，降水包括降雨和降雪，它是渗滤液产生的主要来源； (2) 外部地表水的渗入，这包括地表径流和地表灌溉；

(3) 地下水的渗入，这与渗滤液数量和性质与地下水同垃圾接触量、时间及流动方向等有关；当填埋场内渗滤液水位低于场外地下水水位，并没有设置防渗系统时，地下水就有可能渗入填埋场内；

(4) 垃圾本身含有的水分，这包括垃圾本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附量；

(5) 覆盖材料中的水分，与覆盖材料的类型、来源以及季节有关；

(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；

4.2.2 垃圾渗滤液的水质特征

垃圾渗滤液主要来源于降水和垃圾本身的内含水和分解产生的水。垃圾渗滤液的主要污染成分有：有机物、氨氮和重金属等。其种类和浓度与垃圾类型、组分、填埋方式、填埋时间、填埋地点的水文地质条件、不同的季节和气候等密切相关[7]，其水质主要呈现以下特征：

(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，必须考虑其可生化性随时间的变化；

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(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。

4.2.3 渗滤液收集系统

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。 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/s），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%-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。

4.3渗滤液的计算

4.3.1渗滤液产生量的计算

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渗滤液的产生量为：

Q?I?(CA?CA)?10

-31122式中Q---表示渗滤液年产生量，m3/d;

A1---填埋区面积，m2； A2----已填埋区的面积，m2； C1---渗出系数,取0.35；

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15年，填埋库区分两相等的块，分别进行填埋。第一块填埋区的面积

A1=95812.4m2

由表可估算出第一块填埋区大约可服务9年 渗滤液平均日产量：

Q?I??C1A1?C2A2??10-3?1120.8/365?0.35?95812.4?10-3?103m3d

渗滤液最大日产量：

Qmax?I??C1A1?C2A2??10-3?82?0.35?95812.4?10-3?2749.8m3d

（2）第二块填埋区

第二块库区面积为A2=95812.4m2 大约从第9年开始直到15年

C2=C1×0.6=0.6×0.35=0.21

式中：C2为及时覆盖区域的渗透系数 渗滤液平均日产量：

Q?I??C1A1?C2A2??10-3?1120.8/365??0.21?95812.4?0.35?95812.4??10-3?164.8m3d渗滤液最大日产量：

Qmax?I??C1A1?C2A2??10-3?82??0.21?95812.4?0.35?95812.4??10-3?4399.7m3d

4.3.2渗滤液调节池设计

最小调节池容积的由下式确定：

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V≥（Qmax-Q）×5

其中： V—调节池有效容积； Qmax —设计最大渗滤液产生量； Q—渗滤液处理厂规模。

由于原始资料里并未给出城市污水处理场处理渗滤液的规模，因此设Q=1000 m3/d，则：

V=（Qmax-Q）×5=（4399.7—1000）×5=16998.5m3 垃圾脱水量计算：

垃圾日处理量M=690524kg，计算垃圾脱水量

M?M?(70%?35%)?690524?(0.7?0.35) ?241683.4kg

l日处理体积：V`=Ml/1000=241.7m3,5日调节池收纳垃圾脱水量 V1=241.7*5=1208.5m3

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+V1)/H=(16998.5+1208.5)/5.5=3090.6≈3310.4㎡ 调节池的长度L.取调节池的宽度B为40m,则 L=3310.4/40=82.8≈83m

取整得，池的实际尺寸：长×宽×高＝83m×40m×5.5m

4.4 渗滤液处理

垃圾渗滤液具有成分复杂，水质水量变化巨大，有机物和氨氮浓度高，微生物营养元素比例失调等特点，因此在选择垃圾渗滤液生物处理工艺时，必须详细测定垃圾渗滤液的各种成分，分析其特点，以便采取相应的对策。还应通过小试和中试，取得可靠优化的工艺参数，以获得理想的处理效果[5]。

物化预处理去除高质量浓度氨氮操作复杂、费用高；直接生化时高质量浓度的氨氮可能会抑制微生物的活性；高质量浓度的有机物会抑制硝化反应的进行； 目前对COD浓度在50000mg/L以上的高浓度渗滤液采用厌氧方法进行处理，对COD浓度在5000mg/L以下的垃圾渗滤液采用好氧生物处理法。对于COD在5000～50000mg/L之间的垃圾渗滤液，好氧或厌氧方法均可，选择工艺时主要考虑其它因素。

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渗滤液的处理可采用多种方法的综合，使得处理后的渗滤液排放达到《生活垃圾填埋污染控制标准》(GBl6889-l997)中的二级标准，即C0D≤300mg∕L、BOD5≤150mg∕L、NH3-N≤15mg∕L、SS≤200mg∕L。废水的可生化性不高的问题可通过调整营养比例、增加碳源等方法解决。对于水中重金属含量有超标现象，可采用前期预处理和后续处理减低其毒性对微生物的影响。前期处理可采用吹脱塔处理氨氮，提高后续处理效果，后续处理可采用混凝沉淀法去除悬浮物、不溶性COD和重金属，作为整个工艺的保障。

根据本市城市生活垃圾成分特点和经对现有垃圾填埋场渗滤液水质实测资料，见下表5.1

表4-4 现有填埋场渗滤液水质实测数据

实验项目 色度(倍)

20℃ 煮沸稍冷

悬浮性固体(mg/L)

COD(mg/L) BOD(mg/L) BOD5/COD pH 氨氮(mg/L)

镉（Cd）

重金属离子(mg/L)

0.03

6.31

0.05

0.39

因此，可预测初期渗滤液COD浓度20～40g/L，BOD5 8～20 g/L，NH3-N 400～

数据与结果 浅黑色，40 5级 3级

很强 明显 615.00 2389 831.8 0.35 7.73 654.6 锌（Zn）

铜（Cu） 铅（Pb） 有强烈的恶臭或异

味 已能明显察觉

臭

1000 mg/L。经技术经济和环境指标比较，确定采取以下处理工艺，见图4-4

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后期达到进城市 调节池 吹脱 二级污水处理厂 指标后直接排入

厌氧 污泥 填埋场 A∕O系统 混凝 污泥 填埋场 城市污水处理图 4-4 渗滤液处理工艺流程

其中主体工艺采用厌氧生物处理—UASB反应器（上向流式厌氧污泥床）和A

∕O工艺处理系统，在实际处理中采用UASB反应器的较多，技术比较成熟，运行处理效果也比较好，整个反应器由反应区、沉降区和气室等组成。渗滤液由反应器底部通入上清液从沉淀去上部排走。反应器有机负荷和去除率高，无需搅拌，不需要污泥回流设备，耐负荷冲击，对温度、PH值等环境因素的变化具有一定的适应性。由于厌氧处理后的渗滤液很难达到排放标准，而进入A∕O工艺（前置反硝化）后，缺氧反硝化和好氧硝化作用下，BOD浓度和NH3-N浓度急剧下降，而且A∕O工艺系统稳定，抗冲击能力较强。最终污水经纯玻璃钢管的输送管道进入城市污水处理厂

对垃圾渗滤液的处理，我国尚处于研究探索阶段，为了建设标准化的城市垃圾卫生填埋场，对其渗滤液的处理应作更深入的研究。

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5. 填埋气体的收集系统

5.1 填埋气体的主要组成

填埋气体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℃，相对密度约1.02～1.06,为水蒸气所饱和，高位热值在15630～19537kJ/m3。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。

5.2 填埋气产生量估算

垃圾在第t年的填埋气年产气速率可用下式进行计算：

G?MLke

?kttt0式中：Gt—第t年垃圾的产气速率，m3a； Mt—第t年垃圾填埋量，t；

L0—气体产生潜力，m3t，本设计中取170m3t； k—气体产气常数，本设计中取0.20； t—年份，a。

式中参数L0和k的取值参考表6-1：

广东省最冷月平均湿度为76%，最热月平均湿度为84%，属于潮湿气候,。参考表6-1，取L0?170m3t，k?0.20。

表5-1 填埋场产期一级模型参数的建议值

变 量 L0（m3/t） K（1/a） 取 值 范 围 0~312 0.003~0.4 建 议 数 值 潮湿气候 140~180 0.10~0.35 中湿度气候 140~180 0.05~0.15 干旱气候 140~180 0.002~0.10 第1年产气速率：G1?M1L0ke?kt?59675.82?170?0.20?e?0.20?1?1661186m3/a 第2年产气速率：G2?M2L0ke?kt?62659.61?170?0.20?e?0.20?2?1428068m3/a

??

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垃圾在第t年的年产气速率和气体产生量经计算后列入下表：

表5-2 垃圾产气量计算表

年份 第1年 第2年 第3年 第4年 第5年 第6年 第7年 第8年 第9年 第10年 第11年 第12年 第13年 第14年 第15年 第t年垃圾填埋量Mt（t） 59675.82 62659.61 65792.59 69082.22 72536.33 76163.14 79971.30 83969.87 88168.36 92576.78 97205.62 102065.90 107169.19 112527.65 118154.03 第t年产气速率Gt(m3/a) 1661186.45 1428067.66 1227663.06 1055381.77 907277.19 779956.53 670503.11 576409.59 495520.47 425982.74 366203.43 314813.11 270634.53 232655.66 200006.46 累积产气量（m3） 1661186.46 3089254.12 4316917.18 5372298.96 6279576.15 7059532.67 7730035.79 8306445.38 8801965.86 9227948.60 9594152.03 9908965.14 10179599.68 10412255.33 10612261.79 5.3 填埋气的收集

5.3.1 集气系统的确定

为了控制填埋气对环境的不利影响并对其进行资源化利用，需要改变填埋气体的散排状态并加以人为收集。填埋气体的收集系统分为被动收集系统和主动收集系统两种，被动收集系统利用垃圾体内的气体压力来收集填埋气体，主动收集系统则是采用抽真空的方法来控制气体的流动。被动收集系统适用于垃圾填埋量不大、产气量较小的小型城市垃圾填埋场。本设计中垃圾填埋量较大，产气量也较多，因此应选用主动收集系统。主动收集系统包括抽气井、集气/输送管道、

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抽风机、冷凝液收集装置、气体净化设备及填埋气利用系统。

通常填埋气收集系统有两类：竖井集气系统和水平集气系统。水平收集方式就是沿着填埋场纵向逐层横向布置水平收集管，直至两端设立的导气井将气体引出场面。此收集方式适用于小面积、窄形、平地建造的填埋场。竖向收集井结构相对简单，集气效率高，材料用量少，一次投资省，在垃圾填埋过程中容易实现密封。

通过比较两种集气系统，结合本次设计情况，最终选择使用竖井集气系统。标准的集气井和集气站见图5-1。

图5-1 集气井和管网示意

5.3.2 集气系统的设计

(1)集气井

竖井是采用钻井机进行分布和设置的，集气井中的导气管通常采用高密度聚乙烯材料，直径为75～200mm。井深约为填埋层深度的2／3，其下端可达垃圾填埋层底部渗滤液液面。集气管是安装在集气井中的一根带有活接头、长短可伸缩的管，以适应填埋层沉降的变化。导气管下部为集气段，该段带有孔眼，处于井深的1／3～3／4的范围内，管周围填有卵石。卵石以上回填黏土并压实，防止漏入空气。卵石层和黏土层之间一般浇注60～90cm的混凝土隔层。 (2)集气井的布置

集气井的布置和间距是根据集气井所能影响的半径来决定的，所谓影响半径是指集气井能够抽吸到气体的距离。一旦确定了集气管的间距以及填埋场边界缩进的距离，即可按等边三角形的布置来建井，如图6-2。

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图5-2 竖井的集气范围及管网系统

由于每一个填埋场的地理位置、地质情况、周边环境以及垃圾的填埋量和填埋状况都不一样，因此，在综合利用填埋气工程的实施时，最好预先进行工程设施基本参数的试验研究，使填埋气能够充分、安全地得到利用。在缺少实验数据的情况下，影响半径可以采用45m。实际上，为了确保在井与井之间能对气体的迁移进行有效的控制，在影响半径内，井与井之间的距离应有一些重叠的部分。

5.4 填埋气体的利用

填埋气体的能源化利用最直接的体现是纯化利用，填埋气体的比例会随填埋场的不同而发生改变，其原因主要有两个：一为填埋场垃圾降解过程中产生的，虽然填埋场垃圾一经填埋,就会产生填埋气，直至封场后很长一段时间（10～15年），但从经济价值考虑一般从封场到稳定期这段时间的填埋气具有一定的经济效益；另一方面为渗滤液厌氧发酵产生的，厌氧反应的严格厌氧不仅保证能得到大量的高纯度甲烷气体,而且能够保证厌氧温度，加速渗滤液的处理。

填埋气在利用或燃烧前一般需要预处理，预处理包括脱水，去除气体CO2、H2S、N2和O2等操作。对填埋气的净化收集技术主要包括变压吸附法、膜分离法和溶剂吸收法，而溶剂吸收法是目前较为成熟的净化方法，采用甲基二醇胺(MDEA)作为吸收剂，分离填埋气中的CH4，净化后CO2的脱除率可达95%以上，CH4含量达90%以上。

填埋气的利用在实际应用中主要有以下三种形式：①粗加工后直接供给工业以及暖房或温室，用于供暖或工业生产，这种方式沼气的热效率最高；②沼气经脱水后用于燃气发动机驱动发电机发电；③深加工处理升级，使沼气达到天然气质量。本次直接在集气井傍边设计一个热力发电装置，把填埋气体收集后通过燃烧发电利用。

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小结

本次课设经过过了两个星期，在老师精心的指导下，我们设计、学习、计算、写报告、画图等以系统的过程，完成了这次课设，通过本次课设，我学会了垃圾填埋场的整个建筑，运行过程，巩固和丰富了固体废物处理与处置知识。通过课程设计我更加了解垃圾处理的整体过程，通过查阅资料、相互讨论、答疑等多种手段完成的这次课程设计，系统的强化了我在知识和理论的盲点与不足，提高了对设计的统筹规划、细心处理的方法实践技术。对以后的毕业设计和工作中的重点分析打下了坚实的基础。学会怎样去布设一个垃圾填埋场的总布局，然后通过计算数据，绘制出图形等这些只是将成为我人生中重要的财库。通过查资料，查国家标准等一些参数，一定要依照国家的要求和标准去设计，掌握了垃圾卫生填埋的一些优缺点，城市垃圾的一些性质。

本次课程设计整体来说还可以，但这过程中也有很多的不足，以后我会更加勤奋、认真的学习，更多的问老师，不断的提高，不断的进步。

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参考文献

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致谢

本次课程设计能够顺利的完成，要感谢学校能够给我们这次宝贵的机会，还要非常感谢陈水平老师精心的指导，能够很有耐心的给我们安排讲解、答疑、答辩等这一系列的过程，让我们受益匪浅。

同时还要感谢本组的同学配合和帮助，这也是考验我们团结的精神，能够在这么短时间内互相帮助，积极的配合也是完成本次课设的重要因素，在这里要感谢给我们指导，精心教导的老师，所有一起学习，互相帮助的同学，谢谢

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gloo.html