固体废弃物处理课程技术设计.doc

1、1 绪论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

2、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。 垃圾卫生填埋具有处理和最终处置生活垃圾的双重功能，其主要优点是速度快、方法简单，技术比较成熟，在较大范围内能适应垃圾产量的变化，建设费用和管理费用相对较低。但填埋场的一个与生俱来

3、的缺点：占地面积大，据估计：全国现有的大中型填埋场大约有200座左右，按平均每座占地60hm2,则大约占了1.2万hm2土地，相当于1/4个上海市区面积。同时，除了日益增加的垃圾，世界上其他资源(能源)都日渐稀少，统计资料显示：到目前为止，我国填埋场或堆场中已堆积的垃圾大约有60多亿，并且城市生活垃圾总量仍以每年8%10%的速度增长，全国城市生活垃圾年产量达到1.5亿吨11。在这样一个严峻的时刻，可持续发展的理念已经深入人心，因此，填埋方式也必将发生转变，可持续填埋也终将会进入人们的视线，垃圾填埋场也将从一个单纯的藏污纳垢场所变为一种资源的矿场，从而真正体现填埋场的可持续发展的理念，这就需要填

4、埋场设计人员在设计时使填埋场不仅安全填埋生活垃圾，不对填埋场周围环境造成危害，还有利于填埋垃圾的资源化、能源化和填埋场的后续开发利用，真正做到填埋场的可持续发展。2设计内容本设计日填埋量为1000t垃圾。设计内容：填埋场的占地面积和容量、地下水防护体系（防渗系统、渗滤液收集系统）、渗滤液处理系统（工艺流程、主要设备的功能及尺寸计算）等。3 填埋场的占地面积和容量设垃圾填埋场服务年限为10年，覆土与垃圾压实之比为1:4，填埋高度为10m，地上3m，地下7m，采用平原型填埋4。每年所需的场地体积为：式中：W垃圾产生率(kgd人)；P城市人口；D压实后垃圾的密度(kgm3)；r覆土与垃圾之比。每年所

5、需的场地面积为：第一年填埋的废物体积为：垃圾的综合增长率取6% 填埋的总废物体积为=80183166.25 m3填埋库容占体积的70%-90%，取80% 填埋场预计填埋深度8-10m，取10m填埋用地面积为A=V/H=10022970.31/10=1002297.031m24 地下水防护体系4.1防渗系统填埋场防渗系统，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

6、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Kf小于规定标准，我国要求Kf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

7、防渗性能，但必将提高建设费用。（1）防渗材料防渗材料多种多样，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。一般来说，天然粘土层和岩石层是否均一

8、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0.75-2.5mm），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1.5-2.5mm厚的H

9、DPE膜作衬垫层。HDPE膜与压实黏土的特点和性能 表4-1材料类型渗透系数K（m/s）对库容的影响抗穿刺能力应用范围HDPE膜1（10-13-10-14）较小较差整个基底层防渗压实黏土1（10-6-10-7）较大较好场底防渗（2）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

10、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 图4-1复合衬里（库区边坡）系统示意图 图4-2单层衬里（库区底部）系统示意 图4-3单层衬里（库区边坡）系统示意图 图4-4（3）场地防渗系统方案的选定场区地下水位较低，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

11、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。选择双层衬层防渗系统。双层衬里（库区底部）系统示意图 图4-54.2 渗滤液收集系统（1）垃圾渗滤液概念和来源垃圾渗滤液是指

12、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

13、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；（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，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/CODC

14、r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；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、

15、碱度较高、无机盐含量高的问题。（3）渗滤液收集系统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。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

16、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）渗滤液的计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10年，填埋库区分三块，分

17、别进行填埋。第一块填埋区服务年限为4年，则第一块库区面积为渗滤液平均日产量：渗滤液最大日产量：2 第二块填埋区第二块填埋区服务年限为3年第二块库区面积为C2=C10.6=0.60.4=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：渗滤液最大日产量：3 第三块填埋区第三块填埋区服务年限为3年第三块库区面积为 已填埋的面积=第一块填埋面积+第二块填埋面积=266122.41+244502.65= 510625.06m2渗滤液平均日产量：渗滤液最大日产量：5 渗滤液处理系统5.1 工艺流程渗滤液由调节池靠重力流到UASB反应器中，在UASB反应器中经厌氧反应后，出水至A/O池，在A/O

18、 膜的作用下进行BOD、COD、SS 和NH3-N的去除，之后进入CASS 反应器，进一步去除BOD、COD、SS 和NH3-N，最后进行接触间加氯消毒后达标排放，其中UASB反应器，A/O池和CASS反应器产生的剩余污泥排至污泥浓缩池浓缩，浓缩后直接运到填埋场处置。渗滤液处理的工艺流程图如图2所示。加氯消毒剩余活性污泥污泥回流渗滤液调节池UASB反应器气水分离器沼气贮柜A/O膜CASS反应器鼓风机房污泥浓缩池上清液填埋集水井消毒接触间排放渗滤液处理的工艺流程图 图5-15.2 主要设备的功能及尺寸计算5.2.1 CASS工艺设计计算曝气时间ta 设混合液污泥浓度X=2500mg/L ， 污泥

19、负荷Ns=0.1Kg BOD5/Kg MLSS冲水比：则 取9.5h沉淀时间ts 当污泥浓度小于300mg/L时污泥界面沉降速度为： 设计水温在20oC时所以：设计曝气池水深为H=5.0m （缓冲层高度）沉淀时间ts 取1小时设排水时间td=0.5h则整个运行周期时间t=ta+ts+td=9.5+1.0+0.5=11小时每天运行次数n=24/11=2.18（次）曝气池容积V 设计3个反应池即n0=3 所以： （m3）6.6.4复核出水溶解BOD5，根据设计出水水质。出水溶解性BOD5应小于30mg/L设计中的出水水质中溶解性BOD5为 计算结果符合要求。计算剩余污泥 20oC时活性污泥的自身氧

20、化系数Ka（20）Ka（20）=Kd（20）其中：Kd-活性污泥自身氧化系数典型值Kd（20）=0.06剩余污泥量 剩余污泥量 剩余总污泥量=+=479.15+712.5 =1181.65（Kg/d）剩余物的浓度NRNR 剩余污泥含水率按99.7%计算湿污泥量为359.16复核污泥龄复核滗水高度h1 曝气池有效水深H=1.5m， 滗水高度h 符合结果与设定值相符合。设计需氧量考虑不同情况。 式中 a，c位计算系数其中a=1.47, c =1.42标准需氧量： 式中 Cs（20）-200c时氧在清水中饱和溶解度，取 Cs（20）=9.17mg/L -氧转移系数，取0.85 -氧在污水中饱和溶解度

21、修正系数，取0.95 -因海拔高度不同而引起的压力系数 P-所在地区大气压力T-设计温度20摄氏度Csb（T）-设计水温下曝气池内平均溶解氧饱和度mg/LCs（T）-设计温度下氧在清水中饱和溶解度Pb-空气扩算装置处的绝对压力，pa，pb=p+9.8*103H-空气扩算装置淹没深度，mOt-气泡离开水面时含氧量，%EA-空气扩算装置氧转移效率。%可由设备样本查的C-曝气池内平均溶解氧浓度，取C=2mg/L工程所在地海拔高度设为0m大气压力设为1个标准大气压所以压力修正系数=1唯恐曝气安装曝气头在池底以上距池底0.3m淹没深度.4.7m其绝对压力pb=p+9.8*103H=1.47*105唯恐曝

22、气头氧转移效率为EA=20%气泡离开水面含氧量Q 1=17.5%标准需氧量SOR： SOR=279.9（kg/h）空气余量：=77.8（m3/min）最大气水比=9.335.2.2 接触池的设计 设计参数 设计流量Q=0.1157m3/s 接触时间t=30 min 水深 h=2 m 隔板间隙 2.85 mm 池底坡度 2%-3% 排泥管 DN=200 mm容积 V=Qt=0.11573060=208.3 速度 表面积 F=104.2廊道总宽采用4个隔板，则廊道总宽为： B=2.855=14.25m ，B取14.5m接触池长度 L=7.2m。5.2.3 加氯间加氯量 按每立方米投加5g计， 则加

23、氯设备选用1台REGAL-2100型负压加氯机，单台加氯量为10kg/h。加药间建在接触池之上，采用管道混合器混合加药。污泥浓缩池设计计算总污泥量由CASS产生剩余量为1181.65kg/dC=(100-P)10（kg/m3）浓缩池单池面积A（m2）(m2)Q-污泥量（m3/d）C-污泥固体浓度（g/L）M-浓缩池污泥固体通量kg/(m2.d),取100。浓缩池直径浓缩池工作部分高度，污泥浓缩时间T=13h,则浓缩池工作部分高度.h1=7.4m。设池超高0.3。缓冲层高0.3m浓缩池总高：H=h1+h2+h3=7.4+0.3+0.3=8.0m。浓缩后污泥总体积：选择两台80QW50-10-3型

24、潜污泵提升污泥（一用一备）。其性能如表6-1。表6-1 80QW50-10-3型潜污泵性能型号流量(m3/h)扬程/m转速(r/min)电动机功率(kw)效率(%)出口直径（）重量（kg）80QW50-10-350101430372.3801256终场覆盖6.1填埋场的封场系统设计在生活垃圾裸露面不超过24小时，用天然土壤覆盖粘土厚度为20cm，可以阻止成蝇的栖息产卵，还能防止垃圾飞扬，控制臭气和渗滤液的侵入，提高填埋质量。在中间覆盖时，采用天然土壤，粘土厚也为20cm，可控制雨污分流。在降雨量相对集中季节宜用0.5mmHDPE膜作中间覆盖，但是要进行下一层填埋作业时，必须进行粘土覆盖。152

25、0天后，该区域对成蝇无吸引力。当大气温度小于18时，用0.5mmHDPE膜必须连续覆盖10天以上，能彻底杀灭蝇蛆，并加速生活垃圾的腐化，降低成蝇孳生。终场覆盖具有防止渗水进入和气体逃离填埋场的双重功能直接影响填埋场的雨污水分流，渗滤液处理和沼气利用，因此封场覆盖系统设计应适当兼顾填埋场的封闭性和快速稳定化，本工程主要采用透水性较好的土工网格排水系统，同时用0.5mm厚的HDPE膜柔性防渗层来限制填埋场气体的外释，便于沼气的收集和利用。该垃圾填埋场设计使用年限为15年，到期后将进行封场。目的在于减少雨水的渗入，进行填埋场生态恢复。最终覆盖层由下至上有三部分组成：下层为粘土层（渗透系数107cm/

26、s），压实厚度为0.6m；中间层为自然土，压实厚度为0.3m，其主要功能为防止植物根系穿透防渗层而导致渗水；最上层为营养土层，压实厚度0.6m，以种植草皮或浅根植物。封场后顶面坡度为5%，以利于降雨的自然排出。现代化填埋场的表面密封系统有多层构成，主要分为两部分：第一部分是土地恢复层，即为表层；第二部分是密封工程系统，由保护层（可选）、排水层（包括底土层）、防渗层和排气层组成。填埋的表面密封系统使用的防渗材料与衬层系统使用的防渗材料具有一致性，包括无机天然防渗材料（如黏土）、天然和有机复合防渗材料、和柔性膜（如HDPE膜）等。封顶覆盖层系统结构层示意图 图6-1填埋场表面密封系统 图6-26.

27、2填埋场封场后的土地回用填埋场的稳定化程度直接决定其土地回用的可能性，不同的回用目的对填埋场的稳定性要求也不同。判断填埋场的稳定化指标主要有填埋场表面沉降速度、渗滤液水质、释放气体的质和量、垃圾体的温度、垃圾矿物化的程度等。但是，到目前为止还没有填埋场稳定化的定量标准。国外对填埋场的封场后的土地回用有以下规定：1、填埋场满容后，即填埋场停止填埋垃圾后，至少在5年内（即不稳定期）要对其封场检测，不准使用，要坚持防火、防爆；2、3年后经过鉴定达到稳定阶段后方可使用；3、作出场地使用规划，按规划逐步回用填埋场土地；4、处于稳定阶段的填埋场可做绿化用地、人造景观用地、堆肥厂用地，废弃物无害化处理厂以及

28、无机物质堆放场用地等；5、未经长期观测和环境卫生专业技术部门鉴定之前，填埋场地绝对禁止作为工厂、商店、机关、学校、住宅以及公共场所的建筑用地。6.3垃圾坝为增大库容，保持垃圾堆体的稳定及防止雨季作业时垃圾及其他杂物被雨水冲出填埋区外，在垃圾填埋场的东、西、北侧三侧设置垃圾坝。根据填埋场的实际情况，采用就地取材，设计为水泥稳定砂砾重力土坝，垃圾坝设计断面为梯形，垃圾坝坡度采用1:1。在垃圾坝迎垃圾侧表面铺防渗膜、土工布、粗砾石。渗滤液通过HDPE管穿过垃圾坝排入调节池。垃圾坝的结构示意图如图6-3所示。图6-3 垃圾坝结构示意图7环境保护与检测根据生活垃圾填埋污染控制（GB16889-1997）

29、、生活垃圾填埋场环境监测技术标准（CJ/T3037-1995）和城市生活垃圾技术规范（GJJ17-2001）的要求，填埋场环境监测主要是检测垃圾的渗滤液、填埋气体、地表水、地下水、大气、填埋物、堆体沉降、苍蝇密度等有关情况。参考文献1固体废物处理与资源化. 赵由才，牛冬杰，柴晓利等.北京：化学工业出版社，20062三废处理工程技术手册. 聂永丰.北京：化学工业出版社，20003固体废物的处理与处置. 芈振明，高忠爱，祁梦兰，吴天宝.北京：高等教育出版社，1993.4固体废物处理与资源化. 李国学.北京：中国环境科学出版社，20055垃圾卫生填埋实用技术. 栾智慧，王树国等.北京：化学工业出版社，2004.6现代卫生填埋场的设计与施工M钱学德，郭志平，施建勇等北京：中国建筑工业出版社，2001.7生活垃圾填埋生物处理技术. 沈东升.北京：化学工业出版社，2003.8城市生活垃圾卫生填埋技术. 建设部.北京：中国建筑工业出版社，200420 第 页