固体废物处理与处置课程设计.doc

概述土地填埋处置具有工艺简单，成本较低，适于处理多类型固体废物的优点。目前土地填埋处置已经成为固体废物最终处置的主要方法之一。填埋是进行固体废物最终处置的较为理想的方法。它是由传统的废物堆放和填地技术发展的一种城市固体废物处置技术。经过长期的改良，废物填埋已经演变为一种系统而成熟的科学工程方法，及现代（卫生）填埋法。该法是利用工程手段，采取有效技术措施，防止渗滤液及有害气体对水体、大气和土壤的污染，使整个填埋作业及废物稳定过程对公共卫生安全及环境均无危害的一种处置废物方法。卫生填埋：根据填埋场中废物的降解机理，可将其分为好氧型、准好氧型和厌氧型填埋场。目前，我国普遍采用的是厌氧型填埋场。现代填埋场的基本构成是填埋单元，它是由一定空间范围内的废物层和覆土层共同组成的单元。具有类似高度的一系列相互衔接的填埋单元构成一个填埋层，填埋层通常就是由若干填埋层所组成。由于填埋场为城市的社会发展提供了城市固体废物的重要出路同时还为开发利用其生物能源带来相当的经济效益。与其他处理方法相比，它的主要优点：1）其一次性投资较低，运行也较为经济。2）适应性广，对生活废物的种类、性质和数量均无苛刻要求。3）是一种相对安全、彻底的最终处理方式。4）运行简单管理相对简单。1.垃圾填埋气体的产生及其对环境的危害：1.1 垃圾填埋气体的产生固体废弃物在垃圾填埋场填埋后即开始分解。目前普遍认为填埋气体产生过程可分为以下五个阶段：第一阶段：好氧分解阶段；第二阶段：好氧至厌氧的过渡阶段；第三阶段：酸发酵阶段；第四阶段：产甲烷阶段；第五阶段：填埋场稳定阶段。第四阶段中，在产甲烷细菌的作用下，VFA转化成和。该阶段是能源回用的黄金时期。一般废物填埋180至500d后进入稳定产甲烷阶段。该阶段的主要特征是产生大量的；和的量逐渐减少；浸出液下降，维持在6.8至8.0，且金属离子、浓度降低。在厌氧分解过程中，土壤和垃圾中的微生物分解填埋废弃物中的大部分有机物，延续产生1040a(年)的LFG(填埋气体)。垃圾在生物分解过程中产生的LFG主要由甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)组成，同时伴有少量的氮(N2)、氧(O2)、各种碳氢化合物、水份和其他微量化合物。LFG产生的速度和量随时间和地点的不同而不同。填埋垃圾的分解速度和程度取决于诸多因素，如水份、温度、垃圾成分、填埋深度、垃圾压实度等等一般情况下，甲烷产生率为1.27.5L/kga。按体积计算，在稳定的城市垃圾填埋场产生的LFG中，甲烷含量的变化范围通常在30%50%。填埋气体主要由、硫化物、以及其他微量化合物等组成。通常的体积分数为45%至60%，为40%至50%。填埋气体是在多种微生物代谢作用下形成的，因而不同的填埋构造、不同的填埋废物和气候条件，所产生的气体的组成也会有一定的差别。1.2 垃圾填埋气体对环境的危害由于垃圾分解产生的LFG会使地下气体压力增加，少量受压的LFG会通过填埋场表面逸出，进入空气或在地底下向相邻地区迁移。甲烷气体会引起火灾和剧烈爆炸，是一种危险的物质。其他非甲烷有机混合气体通常较臭，有害环境和人类健康。因此，如果对LFG不加以有效控制，则会引起大气污染，水污染，甚至危及人类的安全和健康。若对LFG加以有效控制、收集、处理或利用，不仅能消除污染和破坏环境的隐患，而且能开发大量宝贵的能源。2. 15年的填埋场库容及覆土量：1） 任意年的垃圾填埋量：由得：其中：-任意年总填埋场库容；-任意年的覆土量；由于垃圾资源化和填埋期间的自然降解对垃圾的减容率为15%;则任意年的垃圾填埋量为：2） 任意年的覆土容积：由于覆盖土容积按填埋垃圾的填埋量的10%计;则任意年的覆土容积为： 3） 任意年的填埋场库容：4） 15年的填埋场库容：5） 15年的覆土量：3. 15年填埋气体的产气量：MP=MP0exp- td Dt=-dMPdtDt=MP0dexp- tdFt=i=1tTiDt-i=TiMP0dexp(-t-id)式中：MP 为t时间垃圾产CH4量(m N3/t)；MP0为新鲜垃圾产CH4潜能(m N3/t)；t为时间(a)；d为垃圾持续产CH4时间(a)；D(t)为垃圾产CH4速率(m N3/t/a)；F(t)为填埋场CH4产率(m N3/a) ；Ti 为第i年填埋垃圾量(t)3.1 MP0的确定 MP0为新鲜垃圾的产CH4潜能(m N3/t)，各国研究者关于 MP0进行过大量研究，确定该值的方法有现场实验法、实验室实验法、理论计算法等，所得 MP0的数值从2O到200 (m N3/t)，根据垃圾性质和实验方法的不同变化范围较大根据对现场垃圾填埋场进行的产CH4的潜能实验，测定的 MP0为85(m N3/t)，将测定值与各种理论计算值比较，发现与COD法的计算结果比较接近同时，根据对各城市的垃圾成分调查结果发现，北京、上海、深圳等大城市的干基有机物比例约有25 一35，中小城市的干基有机物比例约有15 一25 又通过垃圾概化分子式的方法计算，我国城市垃圾中干基有机物的COD转化系数约为12( kg一COD kg一DVS)每千克COD分解产生035mol的CH4，按照垃圾中的有机物在填埋场中厌氧分解的转化率为85 ，大城市垃圾中的干基有机物比例平均为30 ，中小城市垃圾中的干基有机物比例平均为20 ，确定出大城市垃圾填埋场的 MP0为85(m N3/t)，中小城市垃圾填埋场的MP0为65(m N3/t) 32 d的确定d的数值有很多争议，Bogner等人提出为20年，而Findikakis等人则提出是l2年实际上，因为特定的填埋场各种条件相差很大，只能通过在填埋场不同深度取样进行产气潜能分析得出为了考察我国城市垃圾在填埋场中的垃圾持续产CH4时间，通过对垃圾填埋场进行了现场调查，填埋垃圾大约在45年后其产CH4过程即趋于结束因此，我们选取大城市d=5年，中小城市d=4年，这基本符合我国城市垃圾中可堆腐有机物以厨余废物为主，分解周期较短的特点33 Ti 的确定 Ti是填埋场第i层中废弃物的吨数，可以按照填埋场每年填入废弃物量进行确定设该垃圾填埋场位于中小型城市，则由上述资料可知，MP0=65(m N3/t)，d=4a.年数exp(-t-id)TiMP0dexp(-t-id)Ft1234567891011121314150.03020.03880.04980.06390.08210.10540.13530.17380.22310.28650.36790.47240.60650.7788161147.4578560.30100832.55129381.53166231.98213408.65273948.68351901.55451721.73580090.88744905.55956491.901228010.881576875.302024750.0061147.45139707.75240540.3369921.83536153.81749562.461023511.141375412.691827134.422407225.303152130.854108622.755336633.636913508.938938258.9315年总产气量为：F(15)=F(1)+F(2)+F（15）=3.724.填埋气体的收集方式：为避免填埋气体在填埋垃圾内积累，消除由此而来的潜在火灾及爆炸危险，应在垃圾层中设有导排气系统。4.1导气系统导气系统由垂直导气管组成，垂直导气管安装在渗沥液收集管的支座上，管间距40m。导气管管材采用特制穿孔工程塑料管，管径为DN200。导气管四周设石笼透气层即铅丝网包拢级配碎石滤料（300mm厚，粒径50150mm。），导气系统的铺设随着填埋作业逐层上升而逐根加高。4.2排气系统排气系统采用分散排放方式，即每根导气管均设一根排气管，将收集的填埋气在排气管口点燃。排气管口高出最终覆盖层1m（即距离地面高约6.5m），有利于填埋气体的扩散。4.3填埋气体导埋系统填埋气体导排系统示意图见附图15.抽气井布点：抽气井按三角形布置，影响半径应通过现场试验确定。但由于抽气井的布置会影响集气/输气管路径，应根据现场条件和实际限制因素，对抽气井进行适当调整。同时，在建设LFG抽气井的过程中，井的确切位置还需要根据遇到的情况适当进行调整。抽气井按三角形布置，影响半径应通过现场试验确定。但由于抽气井的布置会影响集气/输气管路径，应根据现场条件和实际限制因素，对抽气井进行适当调整。同时，在建设LFG抽气井的过程中，井的确切位置还需要根据遇到的情况适当进行调整。1) 15年的填埋废物的体积:v15=v15t+v15s=3.1106m32) 如果填埋高度为35m，则填埋场面积为： A15=3.110635=8.8104m23) 假设填埋场的长a为：400m，则填埋场的宽b为: b=A15a=220m4) 抽气井到填埋场的距离为65m，井间距为50m。抽气井的个数为： 400-13050+1220-13050+1=18座400m所以抽气井个数取整为18座。抽气井布置图见图5。6.抽气井及井口装置图：抽气井及井口装置图见附图 47.填埋场的工艺流程图：7.1填埋区划分根据地形特点，将填埋作业区划分为一、二两个填埋区域，每个区域内按1010m（或根据地形条件以100m2为单位）划分填埋单元，从最低点分层填埋。7.2垃圾填埋工序（1）垃圾进场后按划分好的单元卸下，用推土机摊平摊铺均匀至厚度为0.60.8m后，再用垃圾压实机反复压实使其密度不小于0.85t/m3，然后继续填埋第二、第三层，至垃圾压实厚度达到2m，然后覆盖0.2m的土层，继续向下一部分推进。当天的垃圾按填埋单元填埋完成后，表面需再覆盖一层0.2m的土层，做到当日垃圾当日覆盖。（2）当一个填埋区域的垃圾填埋完成并压实到0.85t/m3后，表面要覆盖一层0.5m厚的土层，以保证填埋场整体的环境。（3）当填埋场最终完成填埋后，整个填埋区的表面要覆盖一层0.5m厚的粘土（渗透系数10-7cm/s），或覆盖人工合成材料，上部再填0.5m厚的盐土，并均匀压实。（4）垃圾最终填埋完成后，至少在三年内封闭监测，不准使用，要特别注意防火、防爆。三年后经鉴定达到安全期后可作为人造景观及一些无机类物资堆放场地等。未经长期观测，填埋场地区绝对不能作为工厂、商店、学校等建筑用地。此外，为便于降水的自然排放，垃圾堆体顶面应由最高点坡向四周，保证坡向平整，坡度不小于5%。7.3垃圾填埋工艺流程图7.4垃圾填埋场的结构垃圾填埋场主要由底部衬垫系统、顶部封盖系统和排液排气设施组成。1）衬垫系统衬垫是设在垃圾场底部和周边的隔渗层。根据垃圾成份的危害程度，一般有单层衬垫系统与双层衬垫系统之分，后者常用于危害性大的垃圾场。双层系统由两个部分组成，主防渗层以上为渗滤液收集层，作用是收集和隔离来自垃圾的渗滤液，不让它们往下渗漏。以下至基土构成渗漏检测层。设置此层的目的，是万一防渗层发生渗漏，渗滤液将进入此层，则可通过预设的管道从此层中汲取液样，检验是否出现了渗漏，是否要采取对策，以保证全系统的安全运作。若为单层衬垫系统，其结构实际即为双层系统上部的渗滤液防渗和收集系统，而省去其下的渗漏检测系统。2）封盖系统无论是危险性垃圾或城市固体垃圾，封盖系统的结构基本相同。从地面向下各分层的材料与功能如下：为耕植土层，厚60cm，生长植被，表面坡度最终应达35%，以利排水；为滤层，一般为无纺土工织物，用于防止其上的土粒侵入下卧的排水层而使之失效；为排水层，要求其渗透系数不小于110-2cm/s，也可以是渗透性等效的其它排水材料，如土工网，通过它排除从上面的来水量；为防渗层，一般可用土工膜，尽量防止水分入渗；与构成复合防渗层，可以是厚60cm的渗透系数不大于110-7cm/s的压实性粘土，或其它低渗透性材料；为填埋的垃圾。3） 排液和排气的设施。填埋气体工艺流程图见附58.总结：在本次设计中，我通过与小组的讨论以及从图书馆所借的资料，我对固体废物的处理与处置在课堂讲解的基础上有了一个更深层次的理解，尤其是固体废物的填埋处置，最终对固体废物卫生填埋和填埋气的产生原理，填埋气的组分、性质及产气量计算有了更深一步的理解和掌握。这次课程设计的重点是垃圾填埋场中抽气井的布设与产气量的估算。在抽气井的布设中，首先进行的工作是垃圾填埋场的在服务年限产气量的估算预测，其次是对垃圾填埋气体的产生过程及其对环境的影响进行分析，再次是确定填埋气体的收集方式，最后对填埋气体综合利用净化技术进行分析，在此基础上完成对抽气井布设的设计和规划。在查阅其他专业资料的过程中，发现各资料中，对于相同知识的理解和认识，各作者的分析角度存在较大的差异。但终归知识体系是统一的，存在的不同却能够促使我们