成信工固体废物处理与处置教案第11章固体废物的最终处置技术.docx

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1、第11章 固体废物的最终处置技术一、基本要求了解填埋处置概念和分类，基本要素，卫生填埋场的选址，填埋场的环境影响评价, 填埋场封场管理；掌握填埋场中垃圾的降解与稳定化，影响场内垃圾降解的因素，填埋场容量的计算, 填埋场中气体的收集、预处理及利用，填埋场中气体产生量的计算，填埋场渗滤液的特性与 处理，渗滤液产生量的计算。了解危险废物的处置方法；掌握安全填埋场结构形式和特征，安全填埋场的基本要求危险废物的安全处置技术。二、教学重点与难点重点：填埋场中垃圾的降解与稳定化，影响场内垃圾降解的因素，填埋场容量的计算, 填埋场中气体的收集、预处理及利用，填埋场渗滤液的特性与处理。难点：填埋场中气体产生量的

2、计算，渗滤液产生量的计算。固体废物的资源化途径三、教学内容（一）概述在生产过程中，即使采用了最先进的技术去控制固体废物的产生量、实现固体废物的综 合利用和资源回收，利用最有效的循环经济去处理固体废物，但最终总是不可避免地会有大 量无法利用的固体废物存在，如城市垃圾、工业废渣、某些危险性废物等，将以终态排放和 长期留存方式存在于环境中。这些废物有些可能自行降解能力很弱，并含有各种有害成分。 在以前，固体废物处置大多是无控制排放、堆存、倾倒在荒地、废坑或水体中，结果污染成 分以各种途径进入环境参与生物圈的循环，最终导致对环境的污染和破坏。因此，为了防止 和减少其对环境的污染和影响，必须对其进行最终

3、安全的处置，使其安全化、稳定化、无害 化。因此，最终处置的目的是采取有效措施，使固体废物最大限度地与生物圈隔离，从而解 决固体废物的最终归宿问题，这对于固体废物的污染防治起着十分关键的作用。1、最终处置基本含义当前技术条件下无法继续利用的固体污染物终态，因其富集不同种类的污染物质而对生 态环境和人体健康具有即时性和长期性影响，必须把它们放置在某些安全可靠的场所，以最 大限度地与生物圈隔离，为达到此目的而采取的措施，称之为固废处置（固废的后处理）。 它是固废全过程管理中的最重要的环节。2、最终处置基本要求 处置场地应安全可靠、适宜，通过天然屏障或人工屏障使固体废物被有效隔离，使 污染物质不会对附

4、近生态环境造成危害，更不能对人类活动造成影响。 在选择处置方法时，既要简便经济又要确保符合要求，保证目前及将来的环境效益。 尽可能减少进行最终处置的固体废物量，以及其有害成分的含量，同时为减少处置 投资费用和处置场使用时间，对固体废物体积应尽量进行最大压缩。必须有完善的环保监测设施，保证固体废物处置工程得到良好的管理和维护。处置场地设施结构合理，封场后要定期对场地进行维护及监测。3、最终处置的基本方法目前对固体废物的处置方法基本可分为两类,一类是按隔离屏障划分为天然屏障隔离处 置和人工屏障隔离处置；另一类是按处置场所分为陆地处置和海洋处置。天然屏障是利用自然界已有的地质构造及特殊的地质环境所形

5、成的屏障，能够对污染物 形成阻滞作用。而人工屏障隔离的界面则是人为设置的，如使用适当的容器将废物包容或进 行人工防渗工程等陆地处置是利用陆地的天然屏障或人工屏障处置固体废物的方法。海洋处置,包括海洋倾倒和远洋焚烧两种方法，是以海洋为受体将固体废物处置的方法。 海洋倾倒可直接将废物倾倒也可先将废物进行预处理后再沉入海底。远洋焚烧是将废物运到 远海进行焚烧，以避免对人类生存区域的大气环境的污染。（二）卫生土地填埋1、概述卫生土地填埋是利用工程手段,将被处置的固体废物在密封型屏障隔离的条件下进行土 地填埋，并采取有效技术措施将垃圾压实减容、防止渗滤液及有害气体对水体及大气的污染, 在整个过程对公共卫

6、生安全及环境均无危害的一种土地处理垃圾方法。卫生土地填埋法始于60年代，并首先在工业发达国家得到推广应用，随后在实际应用 过程中不断得到发展和完善，由于卫生土地填埋法具有工艺简单、操作方便、处置量大、费 用较低等优点，已逐步成为广泛采用的固废处置方法，目前主要用于城市生活垃圾的填埋。卫生土地填埋主要分厌氧、好氧和准好氧三种。好氧填埋实际上类似高温堆肥，其主要 优点是能够减少填埋过程中由于垃圾降解所产生的垃圾渗滤液的数量；同时具有分解的速度 快，能够产生高温（可达60）有利于消灭大肠杆菌等致病细菌。但由于好氧填埋存在结 构设计复杂、施工困难、投资和运行费用高等问题，在大中型卫生填埋场中推广应用很

7、少。 准好氧填埋介于厌氧和好氧填埋之间，也同样存在类似问题，但准好氧填埋的造价比好氧填 埋低，在实际中应用也很少。厌氧填埋具有结构简单、操作方便、施工相对简单、投资和运 行费用低、可回收甲烷气体等优点，目前在世界上得到广泛的采用。2、填埋工艺及技术厌氧卫生土地填埋工艺及技术特点是进场垃圾分单元、分层进行填埋，每天1个单元。用推土机将垃圾车卸下的成堆垃圾推平，以0.7m左右的虚铺垃圾作为碾压层碾压，反复压 实后层厚不大于0.4m,垃圾压实密度大于0.8t/m3,每单元垃圾层累积厚度约2.5-3m后覆土 并压实，覆土厚度0.3m。由此就构成了一个填筑单元。同样高度的一系列互相衔接的填筑 单元构成一

8、个升层。再在此层上进行下一个填埋层的作业，依此类推，直至设计标高。完整 的卫生土地填埋场是由一个或多个升层组成的。当填埋达到最终设计高度之后，再用一层 90120cm厚的土壤覆盖压实封场后就形成了一个完整的卫生填埋场。垃圾填埋场分层结构包括垃圾层、覆盖土层和终场覆盖层。覆盖土层包括日覆盖层、中 间覆盖层和终场覆盖层。日覆盖层一般每间隔2. 8m垃圾层覆以0.15-0. 2m厚的自然土或粘 土压实，并尽量作到当日覆盖，以防止垃圾中的轻质物飞散，保持作业面整洁，抑制臭味, 防止蚊蝇孽生。中间覆盖层一般每一作业区完成填埋高度8. 7m后，进行中间覆盖，粘土覆 盖层厚度为0. 3-0. 5m,功能是减

9、少渗滤液产生及防止填埋气体的无序排放。1、填埋场的选择在评价一个用于长期处置固体废物的填埋场场址的适宜性时，必须加以考虑的因素主要 有： 填埋场所需面积； 垃圾运输距离； 场地位置的选择； 地质和水文地质条 件；土壤与地形条件； 气象和地区环境条件条件； 场址封场与最终开发利用 3、填埋场的生物降解过程第一阶段的好氧分解阶段；第二阶段的过渡阶段； 第三阶段的产酸阶段(发酵阶段)；第四阶段的产甲烷阶段；第五阶段的稳定阶段。上述5个阶段并非绝对孤立，他们相互作用、相互依托，有时会发生交叉。各阶段的持 续时间因废物、填埋场条件不同而异。由于垃圾是在不同时期进行填埋的，在填埋场的不同 部位，各个阶段的

10、反应都可能在同时进行。4、填埋场防渗技术单层衬层系统复合衬层系统双层衬层系统多层衬层系统5、填埋场的设计与污染控制(1)填埋场面积和容量的确定填埋场规模与服务年限型号小型中型大型特大型填埋规模(t/d)500t/d以下5001000100030003000以上服务年限(a)*5*84124154 = 0WPV = 365 J + CD【例】一个20万人口的城市，平均每人每天产生垃圾为0.8kg,如果用卫生土地填埋 法处置，覆土与垃圾之比为1:3,填埋后，废物压实密度为800kg/n?,填埋场填埋的高度 为10.0m,试求填埋场运营20年所需的填埋面积和填埋场总容量。解：每年填埋的垃圾体积：、了

11、 365x0.8x200000 365x0.8x200000 八”“3、V =+= 97333.3(“)800800x3当填埋场填埋高度为10.0m时: 每年垃圾填埋所需占地面积：A = 97333 .3/10.0 = 9733 .3(m3)如果填埋场运营20年，则所需填埋面积：A20= 9733 .3x20 = 194666 (m3)运营20年后填埋场的总容量：V20= 97333 .3x20 = 1946666 (m3)答:填埋场运营20年所需的填埋面积和填埋场总容量分别为1.95X105 m2和1.95X106 m3o(2)垃圾渗滤液的产生卫生土地填埋场垃圾渗滤液数量和性质与许多因素有关

12、，其来源有三个方面：一以各种 途径进入垃圾填埋场的大气降水；二是垃圾本身持有的水分；三是垃圾中的有机物经分解后 产生的水分。与前者相比，后两者量较少，前者是决定渗沥液产生量的主要因素。 大气降水； 地表径流； 地下水； 垃圾含水； 其他。降雨地表径流地下涌出水垃圾含水垃圾填埋场水的平衡示意图流出 蒸发地表径流地下渗水渗滤液垃圾渗滤液的产生量确切估算是比较困难的，根据国内外填埋场的运营经验，垃圾渗沥 液产生量主要取决于以各种途径进入垃圾填埋场的大气降水。垃圾填埋场渗沥液由大气降水 产生量的确定方法有多种，一般采用经验公式计算，比较简便的计算公式为：1000填埋运行时产生的垃圾渗滤液量(m3/d)

13、可用下式计算：Q= (C1XA1+ C2XA2) XI4-1000(3)垃圾渗滤液的性质 色度较高：渗滤液外观多呈淡茶色、深褐色或黑色，色度在20004000之间，有极 重的垃圾腐败臭味。有机污染物浓度高：TOC浓度一般为2652800mg / L。BOD5 / TOC可反映垃圾 渗滤液中有机碳氧化状态，填埋初期，BOD5/TOC值高，随着时间推移，填埋场趋于稳定化， 垃圾渗滤液中的有机碳以氧化态存在，则BOD5/TOC值降低。垃圾渗滤液中的有机物可分 低分子量的脂肪酸类、腐殖质类高分子的碳水化合物和中等分子量的灰黄霉酸类物质三类。 但SS 一般多在300mg/L以下。 氨氮含量高，磷含量低：

14、氨氮浓度较高，一般为0.4mg/L左右，有时高达lmg/L左 右，氨氮占总氨氮量的85%90%。渗滤液中的氨氮含量过高，难以进行有效的反硝化，需 要进行脱氨处理。同时，垃圾渗滤液中几乎不含磷，生物处理时必须添加与BOD5相当的磷。 水质随填埋时间的变化较大：填埋初期，COD和BOD5均较高，BOD5/COD值较 大，可生化性较好。一般BOD5随着时间和微生物活动的增加逐渐增加，6个月至2.5年 时达到最高峰，随后BOD5开始急速下降，到615年填埋场安定化为止；而COD下降缓 慢，从而BOD5/COD值变小很快，垃圾渗滤液可生化性变得很差，对于垃圾渗滤液，当 BOD5/COD = 0.5时，则

15、认为垃圾渗滤液较易生物降解；当BOD5/COD0.1时，则认为垃 圾渗滤液难于降解。填埋时间在5年以下时一，渗滤液pH值较低，为67,呈弱酸性。填埋时间5年以上时， 渗滤液pH值接近中性，随着时间的推移，pH可提高到78,呈弱碱性。 总溶解性固体含量较高：垃圾渗滤液中溶解固体总量随填埋时间推移而变化。填埋 初期，溶解性盐浓度可达10000mg/L,同时具有相当高的钙、氯化物、硫酸盐等无机溶解性 盐和铁，镁等。在0.52.5年间达到峰值，此后随着填埋时间的增加，浓度逐渐下降，直至 达到最终稳定。金属离子含量：生活垃圾单独填埋时，重金属含量很低，不会超过环保标准。但与 工业废物或污泥混合时，重金属

16、含量会增加，可能超标。(4)垃圾渗滤液处理方法 排入城市污水处理厂：渗滤液预处理达到一定标准后管道输送(或运输)至城市污 水处理厂进一步处理后排放。有研究表明，COD=24000mg/L的渗滤液与城市污水混合，其 中渗滤液量达到生活污水量的4%5%时，城市污水的运行将受到影响；平均BOD和氨氮 浓度不超过全部污水负荷的1%2%时，渗滤液反而有利于生活污水的处理。 建设独立的场内处理系统：场内处理垃圾渗滤液一般利用生物、物化、膜处理和土 地处理工艺等，污水处理达到相应标准后进行林业灌溉或直接向周围环境排放。生物处理法 是垃圾渗滤液处理的主要方式，它主要包括厌氧处理、好氧处理、好氧厌氧相结合的处理

17、方 式。渗滤液的土地处理主要包括慢速渗滤系统（SR）、快速渗滤系统（RI）、表面漫流（OF）、 湿地系统（WL）、地下渗滤土地处理系统（UG）以及人工快滤处理系统（ARI）等多种土 地处理系。另外，可考虑利用渗沥液回灌减少污水处理量。物化处理主要为混凝沉淀、化学 氧化、吸附、膜分离、膜过滤等方法。实际常常是生物与物化等方法的结合。（6）气体的产生及控制 气体的生成：由于卫生土地填埋场中微生物的生化降解作用，垃圾填埋后会产生气 体，气体的产生量和产生速度与处置的垃圾种类和数量、所采用的地面处理方法、填埋深度、 填埋温度和填埋场的实际使用年限等因素有关，与可降解有机物中的有机碳量成正比。垃圾 的分

18、解分为好氧和厌氧两个阶段。在填埋初期，有机垃圾物质首先发生好氧分解，时间约为 数天，产生的气体主要是二氧化碳、水和氨；当填埋区内氧被耗尽时就进入厌氧阶段，有机 物厌氧分解产生的气体中主要为甲烷、二氧化碳、氨和水，和少量硫化氢和氨，其中甲烷占 3070%,二氧化碳占1530%。当有氧存在时，甲烷的浓度达到515%就可能发生爆炸。 而二氧化碳密度较大,约分别为空气和甲烷的1.5和2.8倍，因此会逐步聚集在填埋场下部， 与地下水接触，会使水的pH值降低、硬度及矿物质含量增加。因此，必须对填埋场产生的 气体加以收集控制作为能源加以利用或排出燃烧掉。气体的产生量可采用经验公式推算或通过现场实际测量得出，

19、通常可用下式推算出气体 产生量：G = 1.866 x上C 气体导排控制：在工程设计上常用的方法有可渗透性排气和不可渗透阻挡层排气两 种。可渗透性排气是控制填埋场产生气体水平方向运动的一个有效的方法，典型的方法是在 填埋场内利用比周围土壤容易透气的砾石为填料和HDPE导气管等建造的排气通道。排气 通道的间隔与填筑单元的宽度有关，一般为20m以上，砾石层的厚度为3040cm,这样即 使发生沉降也能维持畅通排气。控制气体水平运动的渗透性排气系统如图8.10所示。在填 埋场中，目前可渗透性排气主要应用在气体垂直疏导方式上，垂直导气石笼由HDPE花管 及外层HDPE 土工格栅组成，两者之间内填建筑垃圾

20、中的碎石头等。导气石笼随垃圾上填 同步接高，高出垃圾表面约100cm；封场后，应露出场地表面100cmo阻挡层排气是在不透气的顶部覆盖层中安装排气管。排气管与设置在浅层砾石排气通道 或设置在填埋废物顶部的多孔集气支管相连接，还可用竖管燃烧甲烷气体。阻挡层排气目前 主要应用在在填埋场终场覆盖时排气层的气体收集上。控制水平排气方式气体处理与利用：填埋场一般可持续产气1015年，其气体一般经导气石笼收集后 经移动式气体燃烧器燃烧后达标排放或进行回收利用，综合利用可有以下几种： 直接利 用，销售给邻近的工业用户，或用以产生蒸汽作为供热源；用来发电； 经净化提纯提 高其热值后，并入城市燃气网或者液化成液

21、化天然气使用。甲烷经脱水、预热、去除二氧化 碳后可作为能源使用。美国洛杉矶市郊的一个占地1.4km2的填埋场，每天填埋9000t垃圾， 每分钟产甲烷200m3,过去全部烧掉，现已用于发电。(二)安全土地填埋1、概述安全土地填埋实际上是一种全封闭型填埋场，也是改进的卫生土地填埋，设防渗封闭、 渗滤液收集处理系统，将废物和渗滤液与环境隔开，使废物安全保存一段时间(数十年或更 长)，主要是针对有毒有害危险性固体废物的处置。在填埋场结构上更强调了对地下水的保护、渗出液的处理和填埋场的安全监测，要求配 置更高的防渗、垃圾渗滤液收集、处理及监测系统，如要求必须设置人造或天然衬里，要求 下层土壤或与衬里相结

22、合处的渗透率应小于10-8cm/s等。安全土地填埋由于其工艺简单、成本较低、适于处置多种类型的废物而为世界许多国家 所采用。虽然，目前对土地填埋能否作为固体废物的永久处置的方法尚存有争议，但在目前 乃至将来，至少是在新的可行处置方法研制出来之前，安全土地填埋仍是一个较好的危险废 物的处置方法。2、填埋场地设计与污染控制(1)场地选择安全卫生填埋的场地选择与卫生填埋的场地选择方法相类似，在场地选择时首先应综合 考虑工程、环境、经济、法律和社会等问题，同时操作时应以最经济的途径和方法完成安全 土地填埋。特别要求填埋物至少与地下水位间有1.5m厚的土壤，土壤渗透率小于10-8m/so(2)填埋场面积

23、的确定填埋所需实际占地面积与卫生土地填埋场所需土地面积计算方法相同，计算时只需把城 市生活垃圾的产率和人口数之积换成危险固体废物的填埋量就可。在确定填埋场实际占地面 积时，还要考虑预处理等辅助设施等的占用土地问题，要注意保留适当的缓冲区，以便根据 相应的标准确定场地的边界，确定边界的原则如下：填埋场边界距饮用水弁的距离必须大 于150m；填埋场地同边界至少保留15m的距离； 除边界缓冲区外，还要保留5-10% 的辅助操作面积； 确定所需面积的同时，还要考虑废物现场暂存的容量。(3)填埋操作安全土地填埋操作计划、填埋设备的选择以及填埋操作程序类似于卫生土地填埋。对于 平坦地区，土地填埋操作可以采

24、用水平填埋或垂直填埋的方式；对于斜坡或峡谷地区，则可 采用顺流填埋、逆流填埋或垂直填埋;对于干废物,可以像城市垃圾卫生土地填埋那样处置， 同时要注意防尘；对于湿废物，则需进行脱水预处理，或者添加吸附干燥剂，或者分区轮换 操作；对于极毒有害废物，需要进行稳态化预处理，然后填埋处置；对于桶盛废物，要有规 律地放置，桶的四周要放置足够的吸附剂，以吸收容器渗漏或破损时释出的有害物质。对于化学上互不相容的废物，同区填埋容易发生化学反应，破坏防渗系统，甚至发生灾 害性事故，则应远离分开分区填埋，并作详细记录。对于面积过小、难以分区的填埋场，不 相容性废物可分类用容器盛放后填埋，容器材料与所接触的物质相互不发生化学反应。分区 应使每个填埋区能在尽量短的时间内得到封闭，减少渗滤液产生量，提高填埋场的安全性。 分区的顺序、大小、位置应与整个处理场整体布置协调一致，有利于废物的运输和填埋。(4)填埋场结构图11-1是典型的安全土地填埋场结构示意图，其功能是接收、处理和处置有害废物。 一个完整的安全土地填埋场地主要由填埋场、辅助设施和未利用的空地组成。为确保填埋场 对有害废物进行安全处置，场地的设计和规划应注意的主要问题是： 废物处置前的预处 理； 垃圾渗滤液的收集及处理； 地下水保护； 场地及其周围地表径流水的控制管 理等。图11-1安全土地填埋场示意图四、作业及解答