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第八章生活垃圾卫生填埋场 概念 填埋场选址 垃圾填埋场设计 填埋工艺 1 渗滤液收集系统 填埋场气体收集系统 终场覆盖 封场与土地利用 可持续生活垃圾填埋技术 2 1 1概念 一 生活垃圾 一般指城市生活垃圾 是指在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物 3 二 卫生填埋技术 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 填埋占地面积也最小 4 卫生填埋优点 垃圾处理最为经济的方法一次性投资额较低一种完全的 最终的处理方法不需要对其进行垃圾分类收集对垃圾变化适应性强填埋场垃圾若干年后即可形成矿化垃圾 可以开采和利用 5 卫生填埋场地设计规划程序主要包括 场地的选择与勘察 环境影响评价 场地的设计 场地的建造与施工 土地填埋操作 封场 场地的维护及监测等 6 1 2填埋场选址 场地的选择是卫生土地填埋场全面规划的第一步 防止污染原则 经济合理原则 遵循两个原则 7 填埋场选址原则要求 8 需要考虑的因素 废物 依据废物的来源 种类 性质和数量确定场地的规模 地形 要便于施工操作 避开洼地 泄水能力强 可处置至少20年填埋的废物量 土壤 要容易取得覆盖土壤 土壤容易压实 防溶能力强 水文 地下水位应尽量低 距最下层填埋物至少1 5m 气候 要蒸发量大于降雨量 避开高寒区 噪声 要使运输及操作设备噪声不影响附近居民的工作和休息 交通 要方便 具有能够在各种气候下运输的全天候公路 土地征用 要容易征得 且比较经济 开发 要便于开发利用 9 一 场地的容量和面积 卫生土地填埋场地的面积和容量与城市的人口数量 垃圾的产率 填埋场的高度 垃圾与覆盖材料量之比 以及填埋后的压实密度有关 通常 覆土和填埋垃圾之比为1 4或1 3 填埋后废物的压实密度为500 700kg m3 场地的容量至少供使用20年 1 3垃圾填埋场设计 10 每年填埋的废物体积可按下式计算 A V H V 垃圾的年填埋的体积 m3 W 垃圾产率 kg 人 天 P 城市人口数量 人 D 填埋后废物压实密度 Kg m3 C 覆土体积 m3 A 每年需要的填埋面积 m2 H 填埋高度 m 11 设计实例 一个10万人口的城市 平均每人每天产生垃圾1kg 采用卫生土地填埋法处置 覆土与垃圾之比为1 4 填埋后废物压实密度为600kg m3 填埋高度为7 5m 填埋场设计运营20年 解 垃圾的年填埋体积为 Va 365WP D C 365 1 100000 600 1 0 25 76041m320年的总填埋容量为 V20 76041 20 1520820m3所需的垃圾填埋面积为 A V20 H 1520820 7 5 202776m2 12 垃圾卫生填埋场防渗系统示意图 二 防渗系统设计 13 14 1 场地处理 为避免填埋场库区地基在垃圾堆积后产生不均匀沉降 保护复合防渗层中的防渗膜 在铺设防渗膜前必须对场底 上坡等区域进行处理 包括场地平整和石块等坚硬物体的清除等 15 2 场底防渗系统 一个完整的复合防渗系统应包含以下几个层次 过滤层渗滤液排水层保护层防渗层地下水排水层地基边坡上的防渗层锚固沟 16 3 填埋场防渗材料 防渗层是由透水性小的防渗材料铺设而成的 渗透系数K小 稳定性好 价格便宜是防渗材料选择的依据 目前 常用的主要有4种 粘土 膨润土 土工膜 土工织物膨润土垫 GCL 1 普通粘土 一个合格的粘土衬垫其透水率必须很低 K 1 10 7cm s 并有足够的抗剪强度和最小的收缩势 以防脱水开裂 有人研究表明 透水率 抗剪强度 最小收缩势分别与粘土的干密度和含水量有关 通过叠加法可找出同时满足三个设计标准的区域 因此只要控制合适的填筑含水量和干密度 就可以将某种粘质土压实成低透水性 又有足够强度 在干燥时又具有最小收缩势和不开裂的隔离衬垫材料 17 2 膨润土 是一种优良的天然粘土 其主要成份是蒙脱石矿物 膨润土的渗透系数K 10 7cm s 具有极强的防水性 这主要是由于该土壤吸水后 体积会迅速膨胀 形成一层连续不透水柔性隔离层 而且可以自动修补土层中的缝隙 阻止水分子通过 随时间的推移 膨润土还会吸收周围环境的细小颗粒 特别是重金属 吸收后抗渗性能还会增加 膨润土这种优良特性已被广泛应用于国内外各种卫生填埋场的防渗结构中 18 3 土工膜 是一种薄的 柔韧的 连续的 不透水的合成材料 具有长期化学稳定性及良好的机械性能 多用于填埋场之底及边坡防渗透系统中 也可用于填埋场封场系统 最常用的是高密度聚乙烯 HDPE 膜 聚乙烯是聚合物中分子结构最简单的一种 它的比重为0 92 耐酸碱 抗化学腐蚀能力强 吸湿性低 低湿时仍是柔性 电绝缘极好 高密度聚乙烯材料 比重可达到0 94 其机械强度 熔点和硬度等都比低密度的为优 19 4 土工织物膨润土垫 GCL 是由两层或多层土工织物 或土工膜 中间夹一层膨润土粉末以针刺 缝合或粘接 而成的一种复合材料 可以替代一般粘土密封层 国外大量用于垃圾卫生填埋场的防渗结构 它可单独使用 也可与土工膜组合使用 GCL的主要组成部分是膨润土粉末层 它具有高膨胀性和高吸水能力 湿润时透水率很低 裹在膨润土外面的土工合成材料一般为无纺土工织物 也有采用机织土工织物或土工膜的 主要起保护和加固作用 使GCL具有一定的整体抗剪强度 20 4 防渗构造 4 1单层防渗层单层防渗透层是指单独使用压实粘土 膨润土或HDPE膜等铺设而成的防渗层 北京阿苏里和天津双口垃圾填埋场均采用了这种结构 单层防渗层的主要优点是造价低廉 施工快捷 21 4 2单复合防渗层单复合防渗层是多层结构的防渗系统 各层次具有一定的功能 提高了防渗系统的安全性 复合防渗层在国外应用相当广泛 但由于各国国情不同 目前复合防渗层的结构还没有统一的标准 即使同一国家不同地区的填埋场由于垃圾性质 场地地形地质的不同 防渗透层结构也不尽相同 22 常见复合防渗层构造 23 超过100G的市政课件下载地址 携手十一通过市政qq群 136816564 24 4 3双层衬层防渗层此种防渗系统有两层防渗层 两层之间是排水层 以控制和收集防渗层之间的液体和气体 25 4 4双复合衬层防渗层此系统综合了单复合衬层防渗系统和双层衬层防渗系统的优点 具有抗损坏能力强 坚固性好 防渗效果好等优点 但其造价比较高 26 5 防渗系统选择 填埋场场底防渗系统的选择应根据环境标准要求 场区地质 水文 工程地质条件 衬层系统材料来源 废物性质及衬层材料的兼容性 施工条件 经济可行性等因素进行综合考虑 一般来说 垂直防渗系统的造价比水平防渗系统要低 自然防渗系统的造价比人工防渗系统要低 单层衬层防渗系统 单复合衬层防渗系统 双层衬层防渗系统和双复合衬层防渗系统的造价依次增大 27 渗滤液通过防渗层系统的渗透流量 计算公式 Q AKJ AKH D式中Q 穿过防渗层的渗滤液流量 m3 dA 面积 m2K 防渗层的渗透系数 m dJ 水力梯度H 渗滤液深度 mD 防渗层的厚度 m 28 1 4填埋工艺 生活垃圾卫生填埋典型工艺流程图 29 1 5渗滤液收集系统 1 渗滤液收集系统组成部分 30 2020 1 9 31 导流层 为了防止渗滤液在填埋库区场底积蓄 填埋场底应形成一系列坡度的阶地 目的是将全场的渗滤液顺利的导入收集沟内的渗滤液收集管内 厚度不小于300mm 上层粒径40 60mm 下层粒径25 40mm的卵石铺设 收集沟 设置于导流层的最低标高处 并贯穿全场 断面通常采用等腰梯形或菱形 铺设于场底中轴线上为主沟 在主沟上依间距30 50m设置支沟 32 多孔收集管 分为主管和支管 位于主沟和支沟中 通常采用高密度聚乙烯 HDPE 预先制孔 孔径通常为15 20mm 孔距50 100mm 开孔率2 5 左右 集水池 全场的垃圾渗滤液汇集到此 然后通过提升系统越过垃圾主坝进入调节池 调节池 主要作用是对渗滤液进行水质和水量的调节 平衡丰水期和枯水期的差异 为渗滤液系统提供恒定的水量 同时可对渗滤液水质起到预处理作用 33 卫生土地填埋场内会产生一定数量的浸出液 其数量和性质与许多因素有关 渗滤液的主要来源如下 a 降水 b 地表径流 c 地下水 d 垃圾含水 2 渗滤液产生 34 渗滤液产生量计算公式 Q C I A 1000式中Q 渗滤液水量 m3 dC 浸出系数 填埋区0 4 0 6 封场区0 2 0 4I 降雨量 mm dA 填埋面积 m2 35 3 渗滤液性质 a 色味 呈淡茶色或暗褐色 色度在2000 4000之间 有较浓的腐败臭味 b pH值 填埋初期pH值为6 7 呈弱酸性 随着时间的推移 可提高到7 8 呈弱碱性 c BOD5 随着时间和微生物活动的增加 浸出液中的BOD5也逐渐增加 一般填埋6个月至2 5年 达到最高峰值 此时BOD5多以溶解性为主 随后BOD5开始下降 到6 15年填埋场稳定化为止 36 d COD 填埋初期COD略低于BOD5 随着时间的推移 BOD5急速下降 而COD下降缓慢 从而COD略高于BOD5 浸出液中生化反应的能力可用BOD5 COD之比来反映 当BOD5 COD 0 5时 则认为浸出液较易生物降解 当BOD5 COD 0 1时 则认为浸出液难于降解 e TOC 浓度一般为265 2800mg L BOD5 TOC可反映浸出液中有机物氧化状态 填埋初期 BOD5 TOC值高 随着时间推移 填埋场趟于稳定化 浸出液中的有机碳以氧化态存在 则BOD5 TOC值降低 37 f 溶解总固体 浸出液中溶解固体总量随填埋时间推移而变化 填埋初期 溶解性盐的浓度可达10000mg L 同时具有相当高的钠 钙 氯化物 硫酸盐和铁 填埋6 24个月达到峰值 此后随时间的增长无机物浓度降低 g SS 一般多在800mg L以下 h 氮化物 氨氨浓度较高 以氨态为主 一般为0 4mg L左右 有时高达lmg L 有机氨占总氮的10 38 i P 浸出液中几乎不含磷 但生物处理时 必须添加与BOD5相当的磷 j 重金属 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埋时 重金属含量会增加 可能超标 39 渗滤液特征随填埋场年龄的变化 40 4 渗滤液处理方法 垃圾渗滤液的处理现状渗滤液性质的复杂多变性给渗滤液的处理处置带了极大的困难 到目前国内外尚未发展出完善的适合垃圾渗滤液处理的工艺 对渗滤液的处理处置目前的途径主要有以下几个方面 1 将渗滤液输送到城市污水处理厂与城市生活污水合并处理 2 采用渗滤液回灌技术处理 3 现场建造渗滤液处理厂处理 41 1 6填埋场气体收集系统 设置气体收集与排放系统的目的是为了有控制地疏导填埋气体 避免填埋气体在场内的淤积或向场外发生横向迁移 以免发生沼气爆炸危险 而且 可以利用回收的沼气进行发电 实现填埋气体的资源化利用 在避免有害成分向空气中释放的同时 提高填埋场的经济效益 42 微生物分解有机物过程大致分四个阶段 第一阶段 好氧生物分解 消耗大量氧气 产生大量的热 历时几天到几星期 第二阶段 厌氧分解 氧气耗尽后进入厌氧分解阶段 历时两个月到一年 填埋气体的主要成分为CO2 N2及少量的H2 CO O2 H2S NH3等 第三阶段 甲烷发酵不稳定期 历时约2年左右 填埋气体的主要成分为CO2 CH4 第四阶段 甲烷发酵稳定期 历时20年以上 填埋气体的主要成分为CH4 CO2 43 1 填埋场气体的组成 在填埋场中 城市固体废弃物中的有机物在微生物的作用下发生分解 产生大量气体 主要成分是二氧化碳 C02 和甲烷 CH4 还有一些微量气体 微量气体虽然数量很少 但有的有剧毒 会对公众健康带来危害 44 城市固体废弃物填埋场气体成分典型值 45 2 影响填埋场气体生产因素 废弃物的组成含水量pH值有效营养成分温度生物种群氧化还原电位硫酸盐浓度 46 3 产气量的预测 理论计算法 CaHbOcNd 4a b 2c 3d 4 H2O 4a b 2c 3d 8 CH4 4a b 2c 3d 8 CO2 dNH3经验公式计算法 Q K L R 式中Q t时间内的总产气量 m3 kg R 当年填埋垃圾量 tK 产气速率常数 a 1 L 最大可能产气量 m3 kg实测法 据研究表明 实际产气量大约为理论产气量的1 2 47 4 填埋场气体收集方式 4 1被动气体收集系统被动型气体控制是利用填埋场内部产生气体的压力和浓度梯度 将气体导排入大气或控制系统 对于填埋场主要气体和微量气体 被动控制是在主要气体大量产生时 为其提高渗透性的通道 使气体沿设计的方向运动 48 4 2主动气体收集系统主动控制系统 即在填埋场内铺设一些垂直的导气井或水平的盲沟 用管道将这些导气井和盲沟连接至抽气设备 利用抽气设备对导气井和盲沟抽气 填埋气体主动控制系统主要由抽气井 集气管 冷凝水收集井 泵站 真空源 气体处理站以及气体监测设备等组成 49 50 5 填埋场气体的利用 对填埋气利用方式的确定 需要综合考虑多方面的因素 包括 填埋气的产生量与产气速率 利用方式的经济可行性 填埋场内部及周边地区的能源需求及使用条件等 51 国内外利用现状 目前主要有以下几种利用方式 作燃气使用一种是作为燃气本地使用 要求甲烷最低浓度为35 场内使用适于有较大能源需求的填埋场 特别是已经使用天然气的填埋场 另一种是输入燃气管道 经过干燥和过滤等净化处理过程 使甲烷浓度达到95 以上 要求燃气管道距填埋场较近 并有接收气体的能力 52 发电LFG可用于内燃机或气轮机发电 要求甲烷浓度在40 以上 且必须去除填埋气中的水分和H2S等杂质 控制焚烧温度 以防产生腐蚀和化学反应 场内使用适于有高耗电设备的填埋场 或者输入附近电网供场外用户使用 作化工原料LFG中的CH4和CO2可通过物理 化学吸附方法及膜分离法加以分离 分离出的组分可用作化工原料 53 1 7终场覆盖 封场与土地利用 对于一个已被填满的城市固体废弃物填埋场 最后进行适当封闭是完全必要