固體廢棄物課程設(shè)計

1、青島理工大學(xué)課程設(shè)計（論文）任務(wù)書院 （系）： 環(huán)境與市政工程學(xué)院 專 業(yè)： 環(huán)境工程專業(yè) 學(xué)生姓名: 霍梅青 學(xué) 號: 200905071 設(shè)計(論文)題目： 某城市生活垃圾處理方案設(shè)計 起 迄 日 期: 2012年6月11日6月16日 設(shè)計(論文) 地點: 青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計室 指 導(dǎo) 教 師: 孫英杰 教 研 室 主 任： 李 捷 目 錄 第一章 生活垃圾產(chǎn)生量的預(yù)測.3第二章 填埋容量與填埋年限的計算.8第三章 防滲系統(tǒng)的選擇.8 一 防滲方式 .8 二 防滲材料.8 三 防滲結(jié)構(gòu).8第4章 滲濾液收集與處理系統(tǒng)的確定.9 一 滲濾液的產(chǎn)生及其特征.9 二 滲濾液產(chǎn)量的估算.10 三

2、 滲濾液收排系統(tǒng).10 1、 收排系統(tǒng)的作用.10 2、 收排系統(tǒng)的構(gòu)造.10 3、 收排系統(tǒng)的類型.11 4、 收排系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型.13 四 滲濾液處理系統(tǒng).14第5章 填埋氣體收集系統(tǒng).16 一 LFG產(chǎn)生量.15 二 填埋氣體的控制系統(tǒng).16 三 填埋場氣體處理系統(tǒng).18 第六章 終場覆蓋系統(tǒng)的選擇 .18 一 基本結(jié)構(gòu).20 二 表面密封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計.21 第七章 地下水監(jiān)測的設(shè)置.21 一 地下水監(jiān)測井的組成.21 二 地下水監(jiān)測井的選擇 .21 三 取樣點的布設(shè).22一 生活垃圾產(chǎn)生量的預(yù)測 年份199719981999200020012002200320042005年人均產(chǎn)生量8

3、.59.09.59.910.510.911.011.511.7人均產(chǎn)生量年遞增率%5.88 5.564.22 6.06 3.81 0.92 4.54 1.74平均年遞增率% 4.09以2005年為基準年，預(yù)測2020年人均產(chǎn)生量： MSW0=W0(1+r)n =11.7×(1+0.0409)1521.3 t/d.萬人2005年預(yù)測人均年產(chǎn)生量: MSW1=365×MSW0=365×21.3 =7774.5 t/萬人.年 預(yù)測2020年生活垃圾產(chǎn)生量： MSW=預(yù)測人均產(chǎn)生量×預(yù)測人口數(shù) （注：來自課件） =7774.5×83 =645283.5

4、 t二 填埋容量與填埋年限的計算 填埋年限以1020年為宜，此設(shè)計取填埋年限為15年，通常填埋場覆土量約占填埋總?cè)莘e的10%25%，此設(shè)計取比例為1：5（20%），VS=0.2Vt 由課本P47P48查得： 含水率=0.48 干密度（容重）=0.52=600 kg/m3 平均濕密度=600/0.52=1153.8 kg/m3由資料P620得到如下表數(shù)據(jù) 表6-2-2 不同固體廢物在填埋場的典型壓縮因子有機組分范圍正常壓縮高度壓縮無機組分范圍正常壓縮高度壓縮食品廢物0.20.50.350.33玻璃0.30.90.60.4紙品0.10.40.10.15罐頭盒0.10.30.180.15橡膠皮革0.

5、20.40.30.3泥土磚0.61.00.850.75由表得到：有機物填埋因子f1=0.3 無機物填埋因子f2=0.45 廢品類f3=0.2壓實前：V1=0.45Vm V2=0.43Vm V3=0.12Vm壓實后：V1'=0.3V1=0.135Vm ；V2'=0.45V2=0.1935Vm ; V3'=0.2V3=0.024Vm填埋后廢物壓實密度= 3273 kg/m3=3.273 t/m3總填埋容量： Vt=365 式中：m人均每天廢物產(chǎn)量，kg P填埋場服務(wù)區(qū)域內(nèi)的預(yù)測人口 t填埋年限，a 廢物最終壓實密度，kg/m3 VS覆土量 Vt=365×21.3&

6、#215;83×15/3.273+0.2×Vt Vt3.7×10 6 m3 ，設(shè)填埋場高8米，則填埋場面積A=4.625×10 6 m2三 防滲系統(tǒng)的選擇 填埋場防滲的主要目的，是阻止?jié)B濾液和填埋氣體外泄污染周圍的土壤和地下水，同時還要防止外來水，包括地下水、地表水和降水等大量進入填埋場，增大滲濾液產(chǎn)生量。 1、防滲方式 根據(jù)防滲設(shè)施設(shè)置方向的不同，分為水平防滲和垂直防滲。垂直防滲指防滲層豎向布置，防止廢物滲濾液橫向滲透遷移，污染周圍土壤和地下水。因垂直防滲單獨應(yīng)用時能力相對有限，通常作為輔助防滲措施，故本設(shè)計采用水平防滲。 水平防滲指防滲層向水平方向鋪

7、設(shè)，防止?jié)B濾液向周圍及垂直方向滲透而污染土壤和地下水。 2、防滲材料 常用的兩種改良型襯里：黏土膨潤土改良型襯里，黏土石灰、水泥改良型襯里。 本設(shè)計選用黏土膨潤土改良型襯里。在天然黏土中添加適量（如3%15%）膨潤土礦物，使改良后的黏土達到防滲材料的要求。已有的研究成果和工程應(yīng)用實踐表明，膨潤土因其具有吸水膨脹特性和巨大的陽離子交換容量，添加在黏土中，不僅可以減少黏土的孔隙，降低其滲透性，而且能增強襯里吸附污染物的能力，同時還可以大幅度提高襯里的力學(xué)強度，因此，在填埋場防滲工作中具有廣闊的推廣前景。 3、防滲結(jié)構(gòu) 設(shè)計選用單復(fù)合襯里系統(tǒng)，下圖為襯里系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)： 襯層系統(tǒng)中排水層厚度取100cm

8、，集水管最小直徑為15cm，管道間距20m.設(shè)計坡度為3% . 四 滲濾液收集系統(tǒng)的確定，滲濾液處理系統(tǒng)規(guī)模確定 1、 滲濾液的產(chǎn)生及其特征 大量資料表明，降水、地表徑流和地下水入滲是廢物滲濾液產(chǎn)生的主要原因。滲濾液的水質(zhì)取決于廢物組分、氣候條件、水文地質(zhì)、填埋時間及填埋方式等因素。課本P262表8-4給出了深圳和上海的垃圾填埋場滲濾液主要污染指標濃度范圍。 由表結(jié)合其他資料可知，滲濾液具有以下基本特征： 初期有機污染物濃度高。 中后期氨氮含量較高。 磷含量普遍偏低，尤其是溶解性的磷酸鹽含量更低。 初期金屬離子含量較高。 溶解性固體含量較高，在填埋初期呈上升趨勢，直至達到峰值，然后隨填埋時間增

9、加逐年下降直至最終穩(wěn)定。 色度高，具較濃的腐敗臭味。 水質(zhì)歷時變化大，廢物填埋初期，滲濾液的pH較低，而COD、BOD5、TOC、SS、硬度、金屬離子含量較高；而后期有機物濃度低，生化性差，氨氮濃度高，磷不足。 2、滲濾液產(chǎn)量估算 （注：來自資料P643） 由經(jīng)驗公式法中計算年平均日降水量法估算滲濾液產(chǎn)量： Q=10001CIA 式中： A填埋場面積，m2 Q滲濾液平均日產(chǎn)量， m3/d C滲出系數(shù)，通常情況下取0.250.40，設(shè)計中取0.30 I平均日降雨量， mm/d Q=1000-1×0.30×（655.7/365）×4.625×105 =249

10、.3 m3/d 3、 滲濾液收排系統(tǒng) （1）收排系統(tǒng)的作用： 滲濾液收集系統(tǒng)的主要功能是將填埋場內(nèi)產(chǎn)生的滲濾液迅速匯集收集，并通過輸水管、集水池輸送至指定地點。避免滲濾液在填埋場內(nèi)長時間蓄積。 （2）收排系統(tǒng)的構(gòu)造 導(dǎo)流（排水）層 導(dǎo)流層的厚度應(yīng)等于或大于30cm，設(shè)計取厚度為100cm，主要由510mm粒徑的粗沙礫或卵石組成，需覆蓋整個填埋場底部襯里上，其水平滲透系數(shù)應(yīng)大于1×103cm/s，縱橫坡度大于2%，設(shè)計取坡度為3%。導(dǎo)流層與廢物之間宜設(shè)土工織物等人工過濾層，以免細粒物質(zhì)堵塞導(dǎo)流層，影響其正常排水功能的發(fā)揮。 導(dǎo)流溝與導(dǎo)流 導(dǎo)流溝設(shè)置在導(dǎo)流層的底部，并貫穿整個場底，其斷面

11、常為等腰梯形。管材目前多采用高密度聚乙烯（HDPE)。導(dǎo)流管應(yīng)預(yù)先制孔，孔徑1520mm，設(shè)計采用20mm，孔距50100mm,設(shè)計采用80mm，開孔率應(yīng)保證其剛度和強度要求，一般2%5%，設(shè)計選用3%。典型的滲濾液導(dǎo)流系統(tǒng)斷面如圖1-2所示。 圖1-2 滲濾液導(dǎo)流系統(tǒng)斷面圖 集液池及提升系統(tǒng) 平原型填埋場因滲濾液無法借助于重力從場內(nèi)導(dǎo)出，需采用集液池和提升系統(tǒng)。集液池多在廢物壩前最低洼處下凹形成，其容積視對應(yīng)的填埋單元面積而定，一般為5m×5m×1.5m，集液池坡度為1：2，池內(nèi)用卵礫石堆填以支撐上覆廢物等荷載，堆填卵礫石的空隙率介于30%40%之間，設(shè)計中選用空隙率為3

12、0%。提升系統(tǒng)包括提升多孔管和提升泵。提升管安裝形式采用高密度聚乙烯斜管，因其能大大減小負摩擦力的作用，且可避免豎管帶來的諸多操作問題，故采用較普遍。半圓開孔，管徑一般為800mm，以便于潛水泵的放入和取出。潛水泵通過提升斜管安放于貼近池底部位，其作用是將滲濾液抽送入調(diào)節(jié)池。典型的斜管提升系統(tǒng)斷面見圖1-3。 圖 1-3 典型的斜管提升系統(tǒng)斷面圖 調(diào)節(jié)池 調(diào)節(jié)池是滲濾液收集系統(tǒng)的最后一個環(huán)節(jié)。它既可作為滲濾液的初步處理設(shè)施，又起到滲濾液水質(zhì)和水量調(diào)節(jié)的作用，從而保證滲濾液后續(xù)處理設(shè)施的穩(wěn)定運行和減小暴雨期間滲濾液外泄污染環(huán)境的風(fēng)險。調(diào)節(jié)池選用地下室，其池底和池壁用HDPE膜進行防滲，膜上采用預(yù)

13、制混凝土板保護。 （3）收排系統(tǒng)的類型 選用的收排類型如圖1-4所示，襯層做成屋頂型，具有一定的坡度，排水管道設(shè)在襯層的最低點。排水層上設(shè)一層細粒物質(zhì)（或廢物）組成的保護層，以防止大塊廢物刺破人工合成襯層。 圖1-4 滲濾液收排系統(tǒng)的類型 （4）排水系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 滲濾液通過底部襯層的穿透時間： 表6-2-19 壓實黏土襯層滲透系數(shù)與厚度設(shè)計推薦值襯層結(jié)構(gòu)滲透系數(shù)cm/s粘土層厚度/m襯層結(jié)構(gòu)滲透系數(shù)cm/s粘土層厚度/m單層襯層 10-7 13復(fù)合襯層：土-復(fù)合土 10-7 1復(fù)合襯層：土-膜 10-6 10-7 0.61雙層襯層 10-7 0.61 （注：來自資料P682） 由表中信息作為參

14、考，設(shè)計取底部粘土襯層厚度為1.0m，滲透系數(shù)Ks=1× 10-7cm/s，防滲層的有效孔隙率e=6%。 滲濾液排水系統(tǒng)有效作用時，dH/dZ=1 Q=Ks= 1× 10-7cm/s Vp=Q/e 穿透時間：t=L/Vp=200×0.06/(1×10-7) s =1.2×108 s =3.8 a (5) 為了檢修方便，避免設(shè)計缺陷，可以設(shè)置人孔。 2、滲濾液處理系統(tǒng) 歸納起來，國內(nèi)外滲濾液處理的主要工藝方案有二：即合并處理和單獨處理。設(shè)計選用應(yīng)用較廣的單獨處理工藝。滲濾液單獨處理方案按工藝特點又可分為生物法、物化法和土地法等，利用一種或其組合工

15、藝（常以生物法為主），在填埋場區(qū)處理滲濾液，達標后直接排放。 生物處理是廢物滲濾液的主要處理方式。生物法包括好氧生物處理、厭氧生物處理及兩者的結(jié)合。 （1）好氧生物處理好氧生物處理包括活性污泥法、穩(wěn)定塘法、生物轉(zhuǎn)盤和滴濾池等方法。好氧生物法可有效地降低BOD、COD和氨氮，還可除去鐵、錳等金屬，因而得到較多的應(yīng)用，特別是活性污泥法。活性污泥法對易降解有機物具有較高的去除率，對新鮮的廢物滲濾液，保持泥齡為一般城市污水的2倍，負荷減半，可達到較好的去除效果。但是活性污泥法處理廢物滲濾液的效果受溫度影響較大，對“中老齡”滲濾液的去除效果不理想。低氧、好氧兩段活性污泥法及SBR法等改進型活性污泥流程因

16、其能保持較高的運轉(zhuǎn)負荷，而且停留時間短，處理效果好，比常規(guī)活性污泥法更有效。然而改進型活性污泥法的工程投資大，運行管理費用高，常成為其應(yīng)用的限制因素。與活性污泥法相比，盡管穩(wěn)定塘降解速率低，停留時間長，占地面積大，但由于其工藝較簡單，投資省，管理方便，且能夠把好氧塘和厭氧塘相結(jié)合，分別發(fā)揮好氧微生物和厭氧微生物的優(yōu)勢，在土地允許的條件下，是最經(jīng)濟的廢物滲濾液好氧生物處理方法，因而宜優(yōu)先考慮。（2）厭氧微生物處理 包括上流式厭氧污泥床、厭氧淹沒式生物濾池、混合反應(yīng)器等。厭氧生物處理的優(yōu)點是投資及運行費用低，耗能少，產(chǎn)生污泥量少，一些復(fù)雜的有機物可在厭氧條件下被細菌胞外酶水解生成小分子可溶性有機物

17、，再進一步降解。近20年來，厭氧技術(shù)有了較快發(fā)展，不斷開發(fā)出新的厭氧處理工藝，比如厭氧接觸法、分段厭氧消化及上流式厭氧污泥床，這些工藝克服了傳統(tǒng)工藝有機負荷低等缺點，使其在處理高濃度（BOD52000mg/L）有機廢水方面取得了良好的效果，是一種宜優(yōu)選的生物預(yù)處理工藝。 （3）厭氧與好氧結(jié)合方式在生物法處理滲濾液的工程中，由于滲濾液中的COD和BOD較高，單純采用好氧法或單純采用厭氧法處理滲濾液均較為少見，也很難使?jié)B濾液處理后達標排放。實踐表明，采用厭氧好氧處理工藝既經(jīng)濟合理，處理效率又高。A/O、A2/O和SBR等具有脫氮功能的組合工藝具有較好的效果。這些技術(shù)用于處理廢物滲濾液與常規(guī)污水處理

18、技術(shù)的不同主要體現(xiàn)在有機負荷、污泥濃度和停留時間等參數(shù)的選取以及處理工藝的運行效果上。 五 填埋氣體收集系統(tǒng)的選擇1、 LFG產(chǎn)生量 采用化學(xué)需氧量法估算LFG產(chǎn)生量，假設(shè)：填埋釋放氣體產(chǎn)生過程中無能量損失；有機物全部分解，生成CH4和CO2，則根據(jù)能量守恒定理，有機物所含能量均轉(zhuǎn)化為CH4所含能量， 即： 有機物所含能量=CH4所含能量而物質(zhì)所含能量與該物質(zhì)完全燃燒所需氧氣量（即COD）成特定比例，因而有： COD有機物=CODCH4 CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O ，可導(dǎo)出 1 g COD有機物 = 0.25 g CH4 = 0.35 L CH4 （ 0 ，1atm ） 由于

19、CH4 在填埋場氣體中濃度約為50%，則 1 kg COD有機物 = 0.7 m3 填埋氣體（0 ，1atm），填埋場理論產(chǎn)氣量： L0 = W (1 ).有機物CCODVCOD 式中： W 廢物質(zhì)量，kg CCOD 單位質(zhì)量廢物的COD，kg/kg，我國填埋場廢物主 要是植物性廚房廢物，CCOD=1.2 kg/kg ； VCOD 單位COD相當(dāng)?shù)奶盥駡霎a(chǎn)氣量， m3/kg 垃圾含水率，48% 有機物 有機物含量，45% L0 = 645283.5×103×（10.48）×0.45 ×1.2×0.7 =126836924.8 m3 可收集到的填

20、埋場產(chǎn)氣量： L收集= LFG 。L0查資料得知值通常為30%80%，本設(shè)計計算時選用50%，則0=63418462.4 m32、 填埋氣體的控制系統(tǒng) LFG收集器 圖（a） 圖（b） 側(cè)視圖 圖1-5 水平集氣管的施工示意圖 這種水平收集器常用于仍在填埋階段的垃圾場，有多種建造方法。通常，先在填埋場下鋪設(shè)一LFG收集管道系統(tǒng)，然后，在填埋場23個廢物單元層后再鋪設(shè)一水平排氣溝（管）井。做法是先在所填垃圾上開挖水平管溝，用礫石回填到一半高度后，放入穿孔開放式連接管道，再回填礫石并用垃圾填滿。這種方法的優(yōu)點是，即使填埋場出現(xiàn)不均勻沉降，水平抽排溝仍能發(fā)揮其功效。開鑿水平溝時，如果預(yù)期到后期垃圾層

21、的填埋，在設(shè)計溝位置時必須考慮填埋過程中如何保護水平溝和水平溝的實際最大承載力的影響。由于管道必然與道路發(fā)生交叉，因此安裝時必須考慮動態(tài)和靜態(tài)載荷、埋藏深度、管道密封的需要和方法，以及冷凝水的外排等。 水平井的水平和垂直方向間距隨著填埋場設(shè)計、地形、覆蓋層，以及現(xiàn)場其他具體因素而變。水平間距范圍是30120m，垂直間距范圍是2.418m或每1、2層垃圾的高度。 填埋氣體的被動控制 （注：此部分來源于資料P668） 被動系統(tǒng)用于釋放填埋廠內(nèi)的壓力或阻斷LFG的地表遷移，適合于廢物填埋量不大、填埋深度淺、產(chǎn)氣量較低的小型城市垃圾填埋場和非城市垃圾型填埋場采用。被動控制系統(tǒng)包括被動排放井和管道、水泥

22、墻和截流管道等。 典型的被動排氣系統(tǒng)詳圖如下所示： 圖1-7 典型的被動排氣系統(tǒng)詳圖 主動控制系統(tǒng) LFG主動控制系統(tǒng)，即在填埋場內(nèi)鋪設(shè)一些垂直的導(dǎo)氣井或水平的盲溝，用管道將這些導(dǎo)氣井和盲溝連接至抽氣設(shè)備，利用抽氣設(shè)備對導(dǎo)氣井和盲溝抽氣，將LFG抽出來。由于垃圾填埋場面積大，填埋量大，采用水平收集盲溝易使空氣進入抽氣系統(tǒng)，故大工程采用垂直抽氣井抽氣。考慮到填埋厚度和填埋規(guī)模等因素，選擇采用垃圾單元封閉后鉆井下管統(tǒng)一收集填氣體。填埋氣體主動控制系統(tǒng)主要由抽氣井、集氣管、冷凝水收集井、和泵站、真空源、氣體處理站以及氣體監(jiān)測設(shè)備等組成。通常，填埋氣體主動控制系統(tǒng)又分為內(nèi)部填埋氣體收集系統(tǒng)和邊緣填埋氣

23、體收集系統(tǒng)兩類。內(nèi)部填埋氣體收集系統(tǒng)：該系統(tǒng)常用來回收填埋氣體、控制臭味和地表排放，如邊緣填埋氣體主動收集系統(tǒng)：此系統(tǒng)主要是回收并控制填埋氣體的橫向地表遷移。采用周邊抽氣井抽氣。填埋氣體收集方式 LFG集氣/輸送系統(tǒng) LFG集氣/輸送系統(tǒng)材料多用PVC和PE。 3、 填埋場氣體處理系統(tǒng) 填埋氣的利用 對填埋氣進行收集控制和資源化利用，已成為城市垃圾填埋處置的重要部分。目前填埋氣的主要利用方式包括：直接燃燒產(chǎn)生蒸汽，用于生活或工業(yè)供熱；通過內(nèi)燃機燃燒發(fā)電；作為運輸工具（如汽車）的動力燃燒；經(jīng)脫水凈化處理后用作城市民用管道燃氣；燃料電池；用作CO2和甲醇工業(yè)的原料。 用于汽車燃料時，填埋氣的預(yù)處理

24、和利用工藝流程見圖： 圖 1-8 填埋氣預(yù)處理和利用工藝流程 填埋氣的處理 對于無法利用的填埋氣，必須將其焚燒，將甲烷和其他痕量氣體轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸肌⒍趸?、氮氧化物和其他無害氣體。即使有將LFG變?yōu)槟茉吹南到y(tǒng)，也常設(shè)置燃燒系統(tǒng)，以便在產(chǎn)能系統(tǒng)停止運行或出現(xiàn)故障時用于焚燒氣體，控制氣體遷移。 常見的焚燒系統(tǒng)主要設(shè)備包括：進氣除霧器，流量計，風(fēng)機，自動調(diào)節(jié)閥，燃燒器，點火裝置，冷凝液收集/貯存罐，冷凝液處理設(shè)備，管道和閥。 六 終場覆蓋系統(tǒng)的選擇 1、 基本結(jié)構(gòu) 填埋場的最終覆蓋層為多層結(jié)構(gòu)，如圖：包括： 底層：厚度不應(yīng)小于20cm，傾斜度不小于2%，由透氣性好的顆粒物質(zhì)組成。 防滲層：天然材料防滲層厚度不應(yīng)小于50cm，滲透系數(shù)不大于10-7cm/s；若采用復(fù)合防滲層，人工合成材料層厚度不應(yīng)小于1.0mm，天然材料層厚度不應(yīng)小于30cm。 排水層及排水管網(wǎng)：排水層和排水系統(tǒng)的要求同底部滲濾液集排水系統(tǒng)相同，設(shè)計時采用的暴雨重現(xiàn)期不得低于50年。