我的固废课程设计之300万立方米垃圾填埋场设计.docx

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1、我的固废课程设计之300万立方米垃圾填埋场设计 1引言 随着经济的发展，人们生活消费水平的提高，城市的生活垃圾产生量日渐增加。而目前市内还没有垃圾无害化处理的工程措施，基本上所有的垃圾都是简易堆放处理，没有进行无害化处理，其卫生要求远达不到环境法规的卫生标准。 这些简易的垃圾堆放场已经造成一系列的环境污染问题。表现在：一是垃圾露天堆放，散发阵阵恶臭，污染大气环境，周围几平方公里的地方都可以闻到，严重影响景观。二是垃圾无隔离措施，其产生的渗滤液污染地下水和周围的地表水，极大地威胁居民的健康。三是污染周围的土壤，使土壤失去应有的功能。 目前, 国内外对生活垃圾的处理方式基本分为三种, 一是卫生填埋

2、法, 二是焚烧法, 三是堆肥法。考虑到国内的具体情况, 在此介绍的填埋场采用卫生填埋。 1.1生活垃圾 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。 1.1.1生活垃圾的分类 生活垃圾一般可分为四大类：可回收垃圾、厨房垃圾、有害垃圾和其它垃圾。目前常用的垃圾处理方法主要有综合利用、卫生填埋、焚烧和堆肥。 可回收垃圾包括纸类、金属、塑料、玻璃等，通过综合处理回收利用，可以减少污染，节省资源。如每回收1吨废纸可造好纸850公斤，节省木材300公斤，比等量生产减少污染74%；每回收1吨塑料饮料瓶可获得0.7吨二级原料；每回收1吨废

3、钢铁可炼好钢0.9吨，比用矿石冶炼节约成本47%，减少空气污染75%，减少97%的水污染和固体废物。 厨房垃圾包括剩菜剩饭、骨头、菜根菜叶等食品类废物，经生物技术就地处理堆肥，每吨可生产0.3吨有机肥料。 有害垃圾包括废电池、废日光灯管、废水银温度计、过期药品等，这些垃圾需要特殊安全处理。 其他垃圾包括除上述几类垃圾之外的砖瓦陶瓷、渣土、卫生间废纸等难以回收的废弃物，采取卫生填埋可有效减少对地下水、地表水、土壤及空气的污染。 1.1.2生活垃圾的影响及危害 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

4、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 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

5、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。 下面略举几例： （1）塑料：如塑料袋、塑料包装、快餐饭盒、塑料杯瓶、电器包装、冷饮皮等等。 危害：难以分解, 破坏土质, 使植物生长减少30%；填埋后可能污染地下水；焚烧会产生有害气体。 （2）电池：如纽扣电池、充电电池、干电池。 危害：纽扣电池含有有毒重金属汞；充电电池含有有害重金属镉；干电池含汞、铅和酸碱类物质等对环境有害的物质。 （3）剩餐：如与垃圾或快餐盒倒在一起的剩饭。 危害：大量滋生蝇蚊；促使垃圾中的细菌大量繁殖, 产生有毒

6、气体和沼气, 引起垃圾爆炸。 （4）油漆和颜料：如建筑、家庭装修后的废弃物。 危害：含有有机溶剂的油漆可引起头痛、过敏、昏迷或致癌；是危险的易燃品；颜料中多含重金属，对健康不利。 （5）清洁类化学药品：如去油、除垢、光洁地面、清洗地毯、通管道等化学药剂,空气清新剂、杀虫剂、化学地板打蜡剂等。 危害：含有机溶剂或大自然难降解的石油化工产品；具有腐蚀性；含氯元素(如漂白剂, 地板洗剂等)，人体有毒；药品含破坏臭氧层物质；杀虫剂中, 约有50%含致癌物质, 有些可损伤动物肝脏。 1.2生活垃圾处理与处置方法 生活垃圾的处理与处置方法有综合利用、卫生填埋、焚烧和堆肥。 1.2.1焚烧 焚烧法是一种高温

7、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8001200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。 1.2.2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。 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

8、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。 2设计依据 2.1原始资料 该城市服务人口16万人（2022年），垃圾场库容为300万m3，本地区人口增长率为2.60，垃圾综合增长率为6%，现状人均日垃圾产量0.9kg/d人，垃圾压实密度750kg/m3。 表2-1 垃圾成分表 有机成分可回收成分无机成分植物木质纤维纸张铁渣塑料玻璃灰渣 22.8 0.8 1.2 3.2 0.6 5.8 1.0 64

9、.6 24.8 10.6 64.6 2.2气象资料 该城市位于我国北方，地处中纬度平原地区，温带季风气候，四季分明，昼夜温差大，无霜期短，多年平均气温415。多年平均降水量为460600mm。日最大降雨量可达180mm，该城市年主导风向为西北风。 2.3设计规范 （1）生活垃圾卫生填埋场封场技术规程CJJ112-2022 （2）生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准（建标124-2022） （3）垃圾填埋场设计规范 （4）生活垃圾填埋场渗滤液处理工程技术规范(HJ564-2022) （5）生活垃圾填埋污染控制标准_GB16889-2022 （6）生活垃圾卫生填埋技术规范 3选址与服务年限计算 3

10、.1选址原则 （1）场址设置应符合当地城乡建设总体规划要求； （2）必须有充分的填埋容量和较长的使用期，填埋场容量必须达到设计量，使用期至少10年，特殊情况下不少于8年； 3.1.1可设址的地方 （1）交通方便，运距较短； （2）征地费用少，施工方便； （3）在当地夏季主导风向下方，距人畜居栖点500米以上； （4）远离水源，一般设在地下水水流向的下游地区。 3.1.2不应设址的地方 （1）距公共场所或人畜供水点500米以内的地区，地下水水位与坑底距离2米以内者； （2）活动的坍塌地带、地震区、断层区、地下落矿区、灰岩坑及熔岩洞区； （3）专用水源蓄水层与地下水补给区、洪流区、淤泥区、居民密集

11、居住区。 3.2选址程序 （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 3.3 场址的选择及服务年限的计算 垃圾填埋场库容为300万m3，覆土与垃圾压实之比为1:4，填埋高度为10m，地上3m，地下7m，日人均垃圾产量为0.9kg/d人，垃圾压实密度为750kg/m3，服务人口为16万人，该地区人口增长率为2.60，垃圾年增长率为6%。 该地区主导风向为西北风，因此生活和管理设施宜集中布置并处于夏季主导风向的上风向，即垃圾填埋场的西南角，以减少对人们

12、的影响。采用平原型填埋。 每年所需的场地体积为： ()r 1D WP 365V +? = 垃圾压实密度 每年垃圾产生量 式中： W 垃圾产生率(kg d ?人)； P 城市人口； D 压实后垃圾的密度(kg m 3)； r 覆土与垃圾之比。 每年所需的场地面积为：H V A = A 垃圾填埋场的占地面积，m 2； H 填埋高度，m ； V 填埋场的库容，m 3。 第一年填埋的垃圾体积为：1W P V 365C D =?+ 4 3 0.916 10536587600 m 750 4 ?=?= 所以 第二年填埋垃圾的体积为：287600(10.06)(10.00260)V =?+?+ 87600

13、1.06=? 393101.28m = 同理 第n 年填埋的垃圾体积为：1387600 1.0628()n n V m -=? 则利用等比数列求和公式可知：11 1.0628 =V 1 1.0628 n V -?-总 式中，V 填埋场的库容，m 3； V 1第一年填埋的垃圾体积，m 3； n 服务年限，年。 将V 总和V 1带入上式得，1 1.0628 3000000=876001 1.0628 n -?- 求得18.8n =，这里取n=18年。 则就是服务年限为18年。 填埋场预计填埋深度810m ，取10m 填埋用地面积：3 300000030000010 V A m H = = =。 这

14、里取长为750m ，宽为400m ，高为10m 。 4防渗工程 填埋场防渗系统，不仅要能防止渗滤液渗出污染地下水，还要防止地下水涌入填埋场。场底防渗系统主要有水平防渗系统和垂直防渗系统两种类型。水平防渗系统是在填埋区底部及周围铺设低渗透性材料制作的衬层系统。垂直防渗系统将密封层建在填埋场的四周，主要利用填埋场基础下方存在的不透水层或弱透水层，将垂直密封层构筑在其上，以达到将填埋气体和垃圾渗滤液控制在填埋场之内的目的，同时也有阻止周围地下水流入填埋场的功能。 防渗层的建设方法多种多样,采用何种工艺方法建设防渗层是设计中的重要内容，不管使用什么方法、什么材料，最终达到的目的是渗透系数K f小于规定

15、标准，我国要求K f小于10-9m/s。同时要考虑： （1)使用寿命。填埋场的使用寿命，封场后要求的防渗层的寿命，以及本身的可靠性。 （2)与填埋场的相容性。选用的材料不能被填埋物侵蚀，由于渗滤液的性质不稳定，所以选择的材料要适应渗滤液的各种性质，如抗酸、抗碱等。 （3)场地条件及气候条件。 （4)建设费用。防渗材料的选择既要达到防渗要求，又要考虑经济合理，厚的土工膜具有更好的防渗性能，但必将提高建设费用。 4.1防渗材料 目前，从国内外的实践实用看来，用于垃圾填埋场应用最广泛的是高密度聚乙烯（HDPE）膜，与其它防渗材料相比，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1.5

16、mm厚度的高密度聚乙烯（HDPE）膜较为适当。从磨擦性能及安全性的角度出发，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2。 防身材料多种多样，目前常用的主要有两类：黏土与人工合成材料。黏土除天然黏土外，还有改良土（如改良膨润土等）；人工合成材料种类很多，如高密度聚氯乙烯（HDPE）、低密度聚氯乙烯（LDPE）、聚氯乙烯(PVC)膜等，但近二十年来，国内外填埋场最常用的是高密度聚氯乙烯（HDPE）膜。实际上，大部分填埋场所选用的防渗层材料均是黏土和HDPE膜。 （1）黏土 粘土是土衬层中最重要的部分，其具有低渗透特性。填

17、埋场黏土衬层分为两类：自然 黏土衬层与人工压实粘土衬层。自然黏土衬层是具有低渗透率、富含粘土的自然形成物，其渗透率应小于或等于10-710-6cm/s。一般来说，天然粘土层和岩石层是否均一以及是否具有较低的渗透率，是很难检测验证的，仅仅使用自然黏土衬层作为填埋场防渗层是不可靠的。 （2）人工合成材料 高密度聚乙烯（HDPE）膜是人工合成材料中最常用，也是最理想的防渗材料，它能有效阻止渗滤液的渗漏。美国环保署于1982年停止单独使用黏土作为有害废弃物处理场的防渗材料，并规定所有填埋场必须有一层防渗衬垫，在填埋场封场后，也必须采用防渗层进行封场以减少渗滤液的产生。 HDPE膜具有优良的机械强度、耐

18、热性、耐化学腐蚀性、抗环境应力开裂和良好的弹性，随着厚度增加（一般范围在0.752.5mm），其断裂点强度、屈服点强度、抗撕裂强度、抗穿刺强度逐渐增加。垃圾填埋场一般采用1.52.5mm厚的HDPE膜作衬垫层3。 表4-1 HDPE膜与压实黏土的特点和性能 材料类型渗透系数K（m/s）对库容的影响对库容的影响应用范围 HDPE膜1（10-1310-14）较小较差整个基底层防渗 压实黏土1（10-710-6）较大较好场底防渗 4.2防渗结构 边坡和调节池的防渗结构与场底的都相同，这是从最安全的角度来出发考虑的，不能有一点大意。 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

19、粘土防渗层 （3）双层HDPE膜（中间含HDPE网格）与压实粘土构成的复合防渗层 （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

20、液继续渗漏，整个防渗层仍能有效发挥防渗作用。 本设计选择单层HDPE膜防渗层： 图4-1单层衬里（库区底部）系统意图 图4-2单层衬里（库区边坡）系统示意图 4.3填埋区基底工程 城市生活垃圾卫生填埋技规范规定，场底地基是具有承载能力的自然土层或经过碾压、夯实的平稳层，且不应因填埋垃圾的沉陷而使场底变形、断裂，场底基础表面经碾压后，方可在其上贴铺人工衬里。场底应有纵、横向坡度。纵横坡度宜在2%以上，以利于渗滤液的导流。实际设计建设中，长宽一般为300400m或更大，如按2%坡度进行设计，则场区两端高差在68m或更多。受地下水埋深土方平衡及整体设计的影响，场区两端高 差过大会造成较大的困难。根据北京填埋场（安定、北神树）建设经验，垃圾卫生填埋场场底纵向主要坡度为1%1.3%时可以保证渗滤液排顺畅。为确保填埋场安全，考虑到填埋场土体条件较差，需要对其整形，坑底及周围进行平整，取土同时作为坑四壁局部填土、每日覆盖用土和最终覆盖用土。填埋区底部按设计高程完成基底工程以后，底部要求平整，以利于防渗膜的铺设。