环境工程固废3课件

,最终处置技术的核心是防止填埋废物中的有害物质对处置场周围的环境造成污染。其中，最主要的因素是雨水、地下水、地表径流以及废物自身分解产生的水分溶解废物中的有害组分形成的渗滤液对地下水及地表水造成的污染。可以说，水的控制是解决填埋场环境污染的关键之所在。在填埋场设计中重点考虑的水主要有三个部分，即地表水、地下水和渗滤液。,8.5填埋场地表水和地下水控制系统,8固体废物填埋处置技术,根据CJJ172004，6.5.7:填埋场应考虑填埋作业面及场外地表水径流，应按当地降雨量、汇水面积、径流量进行设计和建设。截洪沟、溢洪道、排水沟、导流渠、导流坝、垃圾坝等应做到清污分流。根据城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目标准第22条：填埋场洪雨水导排系统的防洪标准应符合现行国家标准防洪标准GB50201和城市防洪标准CJJ50的技术要求，不得低于该城市的防洪标准首先根据填埋场容积确定防洪标准,再根据防洪标准确定的降雨量和作业面计算雨水量,由雨水量确定排水沟渠断面。,长期截洪沟周边排水系统主要有设置在填埋场四周的排水沟组成，其作用是收集降在填埋场上游流域的雨水，并排往洪水调节池，防止进入填埋场区域，最终封场后往往还兼做填埋场表面的雨水排水系统。中期截洪沟场内排水系统包括填埋区排水系统和未填埋区排水系统，其目的都是将降水在未与填埋废物接触之前，迅速将其排出场外。因此，在填埋施工过程中对填埋场进行分区填埋和实施逐日覆土，并设置中期截洪沟，对实现场内排水系统的功能和减少渗滤液产生量是至关重要的。,8.5填埋场地表水和地下水控制系统,8.5.1地表水控制系统,8.5.2地表水排洪系统设计,首先根据填埋场容积确定防洪标准，再根据防洪标准确定的降雨强度和作用面积计算雨水量，由雨水量确定排水沟渠断面。（1）截洪沟流量计算1）推理公式地表水控制系统的设计流量随降雨强度、汇水面积、地形及地表状况的不同而有差异，通常可以由下列推理公式计算。式中，Q为截洪沟设计流量，m3/s；为地表径流系数；q为流域降雨强度，L/(s*ha)；F为截洪沟汇水流域面积，m2。式中暴雨强度q值的单位由L/(s*ha)化为m3/(s*ha)m3/秒.公顷，可为地表径流系数值（见相关手册），指地表径流的水量占总降雨量的百分数。它与地表的植被、坡度、土质性质、土壤墒情等因素有关。,8.5.2地表水排洪系统设计,（2）截洪沟的平面布置和断面选择1）截洪沟平面布置截洪沟平面布置的走向；原则上以垃圾填埋体与山体的交线的走向为走向。,8.5.2地表水排洪系统设计,（2）截洪沟的平面布置和断面选择1）截洪沟平面布置截洪沟施工压实要求在实际施工中，若以垃圾填埋体与山体的交线为中心线，新建工程拟放在垃圾填埋体外侧，基础坐落在岩体或土基上，尤其在坡积土层上，基础应进行压实处理，按规范规定，对于黏性土，压实的相对密度为0.930.96，对于无黏性土，压实相对密度为0.700.75。对于改建或封场工程拟放在垃圾填埋堆体内侧。基础大部分坐落在垃圾体上，以适应垃圾填埋堆体的沉降而同步沉降。若基础坐落在垃圾体上，亦应进行压实处理，如果是建筑垃圾，基础压实相对密实度能达到0.700.75，如果是生活垃圾，在基础以下应换土，换土深度视具体情况而定，一般情况下，以换土1m深度为宜。换土以后，应层填层夯压实，压实相对密度，对于黏性土为0.93左右，对于无黏性土为0.70左右。,8.5.2地表水排洪系统设计,应当指出，截洪沟应排出的地面径流为：截洪沟流域范围内的山坡径流和垃圾填埋体的径流两部分。当垃圾填埋体年久沉降后，垃圾填埋体的径流不能进入截洪沟时，应采取两种措施：措施之一是应及时填平沉降部分，恢复原来5%的排水坡度，并按水土保持标准绿化植被后使用；,措施之二是在截洪沟适当位置，设置子埝(指档水的土坝），并在截洪沟一侧边墙开一缺口，将垃圾体径流导入截洪沟，见图。措施二是在措施一无法进行的情况下采取的，虽是不得已而为之，却也是行之有效的方法。尽管如此，也需考虑有效的水土保持措施。,8.5.2地表水排洪系统设计,措施之二是在截洪沟适当位置，设置子埝(指档水的土坝），并在截洪沟一侧边墙开一缺口，将垃圾体径流导入截洪沟，见图。措施二是在措施一无法进行的情况下采取的，虽是不得已而为之，却也是行之有效的方法。尽管如此，也需考虑有效的水土保持措施。,8.5.2地表水排洪系统设计,（2）截洪沟的平面布置和断面选择2）截洪沟断面设计截洪沟按清水渠道设计，流量小、纵坡大，运行中不至于淤积，防冲以护砌加以保护。过水断面形式选用等腰梯形或矩形。截洪沟的平均流速可以曼宁公式计算。式中，V为截洪沟的平均流速，m/s；R断面水力半径，m；i为渠底纵坡；n为糙率系数。截洪沟的流量则可以下式计算。Q=AV式中，Q为截洪沟的流量，m3/h；A为截洪沟的过水断面面积，m2。根据上式，对于梯形断面，经公式推导，可得,8.5.2地表水排洪系统设计,（2）截洪沟的平面布置和断面选择对于矩形断面（m=0），可得式中，Q为截洪沟的流量，m3/h；i为截洪沟的纵向底坡；n为截洪沟的糙率系数；b为截洪沟过水断面底宽，m；h为截洪沟过水断面水深，m；m为截洪沟过水断面边坡系数。上式包含流量Q、边坡系数m、糙率n、纵向底坡i、底宽b和水深h六个水力要素，只要确定其中的五个，就可求出其余的一个。实际遇到的问题是已知Q、m、n、i、b，求均匀流水深h（也叫正常水深）；或已知Q、m、n、i、h，求底宽b。这二类问题可由上式用式算法求解。,垃圾填埋体沉降后与截洪沟的分离,国内典型双复合衬里防渗结构30cm砾石层0.3m粘土层300-500g/m2无纺土工布1.5mmHDPE防渗膜300-500g/m2无纺土工布0.3m粘土层1.4m砾石层基础层,8.5.3地下水控制系统,8.6填埋场的主要设备主要设备包括推土机、压实机、挖掘机和铲运机。（1）推土机推土机用于将填埋场的大块垃圾在相对较短的距离内从一处搬运或推铺至另一处。（2）压实机压实机的主要作用是铺展和压实垃圾，也可用于表层土的覆盖。影响压实后密度的最重要因素是每一压实层的深度，为达到最大压实密度，垃圾应以400-800mm厚为一层进行铺展和压实，一般情况下采用500mm为一层厚。按压实过程工作原理，移动式压实过程分为碾（滚）压、实、振动三种，相应的压实机械有碾（滚）压实机、夯实压实机、振动压实机三大类，垃圾压实主要用碾（滚）压方式。填埋场常用的压实机具有下列形式：胶轮式压土机、履带式压土机和钢轮式布料压实机。(3)挖掘机挖掘机在填埋场主要用于挖掘各种基坑、排水沟、管道沟、电缆沟、灌溉渠道、壕沟、拆除旧建筑物，也可用来完成堆砌、采掘和装载等。填埋场常用的挖掘机有履带式挖掘机和前铲式挖掘机。,8固体废物填埋处置技术,8.6填埋场的主要设备,a）带式挖掘机用于挖土并装汽车，适用于日常或初始的垃圾覆盖，它可以用来完成一些特定的土方工程。b）前铲式挖掘机用来挖填垃圾的沟，日常的填埋单元的初步覆盖（没有压实和平整的功能）。(4)铲运机铲运机是一种利用铲斗铲削土壤，并将碎土装入铲斗进行运送的铲土运输机，能够完成铲土、装土、运土、卸土和分层填土、局部压实的综合作业，适于中等距离的运土。在填埋场作业中，用于开挖土方、填筑路堤、开挖沟渠、修筑堤坝、挖掘基坑、平整场地等工作。（5)装载机(6)运送机：密闭式压缩垃圾车等,8.7填埋工艺由于填埋区的构造不同，不同填埋场采用的具体填埋方法也不同。比如在地下水位较高的平原地区一般采用平面堆积法填埋垃圾；在山谷型填埋场可采用倾斜面堆积法；在地下水位较低的平原地区可采用掘埋法；在沟壑、坑洼地带的填埋场可采用填坑法填埋垃圾。实际上，无论何种填埋方法均由卸料、推铺、压实和覆土四个步骤组成。,8固体废物填埋处置技术,同样根据城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目标准第29条：卫生填埋应采用单元作业，作业工序为卸车、推铺、压实、覆盖，并应编制科学合理的填埋作业计划。,城市生活垃圾卫生填埋作业过程,（）填埋场出入口和运转控制室废物进场记录设施和地衡设置,（2）卸料采用填坑作业法卸料时，往往设置过渡平台和卸料平台。而采用倾斜面作业法时，则可直接卸料。,（3）铺设:卸下垃圾的推铺由推土机完成，一般每次垃圾推铺厚度达到时，一般情况下采用500mm为一层厚,进行压实。,（4）压实压实是填埋作业中一道重要工序，填埋垃圾的压实能有效地增加填埋场的容量，延长填埋场的使用年限及对土地资源的开发利用；能增加填埋场强度，防止坍塌，并能阻止填埋场的不均匀性沉降；能减少垃圾空隙率，有利于形成厌氧环境，减少渗入垃圾层中的降水量及蝇、蛆的孳生；也有利于填埋机械在垃圾层上的移动。,（5）覆土卫生填埋与露天垃圾堆放场的根本区别之一就是卫生填埋场的垃圾除了每日覆盖以外，还要进行中间覆盖和最终覆盖。日覆盖、中间覆盖和终场覆盖的功能各异，各自对覆盖材料的要求也不相同。,日覆盖的作用：改善道路交通；改进景观；减少恶臭；减少风砂和碎片（如纸、塑料等）；减少疾病通过媒介（如鸟类、昆虫和鼠类类）传播的危险；减少火灾危险等。日覆盖要求确保填埋层的稳定并且不阻碍垃圾的生物分解，因而要求覆盖材料具有良好的通气性能。一般选用砂质土等进行日覆盖，覆盖厚度为15cm左右。,中间覆盖常用于填埋场的部分区域需要长期维持开放（2年以上）的特殊情况。它的作用：可以防止填埋气体的无序排放；防止雨水下渗；将层面上的降雨排出填埋场外等。中间覆盖要求覆盖材料的渗透性能较差。一般选用粘土等进行中间覆盖，覆盖厚度为30cm左右。,杀虫当填埋场温度条件适宜时，幼虫在垃圾层被覆盖之前就能孵出，以致在倾倒区附近出现一群群的苍蝇。当出现这种情况是，通过在填埋场操作区喷洒杀虫药剂可以控制这个问题。,填埋垃圾按单元从压实表面开始，向外向上堆放。一般，一个作业期（通常是一天）构成一个填满单元（隔室）。工作面的长度随填埋条件和作业尺度的大小不同而变化，工作面是指在给定时间内垃圾卸载、放置和压实等工作面积。单元的宽度一般为3-9m，取决于填埋场的设计和容量。一个或几个填埋单元层完工之后，要在完工工作面上铺设填埋气体导管,8.8填埋终场覆盖系统终场覆盖是填埋场运行的最后阶段，也是最关键的阶段。其功能包括：减少雨水和其他外来水渗入填埋场内；控制填埋场气体从填埋场上部释放；抑制病原菌的繁殖；避免地表径流水的污染，避免垃圾的扩散；提供一个可以进行景观美化的表面；便于填埋土地的再利用等。,卫生填埋场的终场覆盖系统由多层组成，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，从上至下由保护层、排水层、防渗层和排气层组成。,表层的设计取决于填埋场封场后的土地利用规划，通常要能生长植物。表层土壤层的厚度要保证植物根系有足够的延伸空间,不造成下部密封工程系统的破坏，此外，在冻结区表层土壤层的厚度必须保证防渗层位于霜冻带以下。,根据CJJ172004，6.6.4:填埋场最后封场应在填埋物上覆盖粘土或人工合成材料。粘土的渗率系数应小于1.010-7cm/s,厚度为2030cm,其上再覆盖2030cm的自然土,并均匀压实。根据CJJ172004，6.6.5:填埋场封场后应覆盖植被。根据种植植被的根系深浅而确定覆盖营养土厚度，营养土厚度不应小于20cm，总覆土应在80cm以上。,根据CJJ172004，6.6.6:填埋场封场后应充分考虑堆体的稳定性和可操作性。封场坡度宜为5%。,国内填埋场常用封场覆盖基本结构,保护层的功能是防止上部植物根系以及挖洞动物对下层的破坏，保护防渗层不受干燥收缩、冻结解冻等的破坏，防止排水层的堵塞，维持稳定等。,根据CJJ172004，6.6.7:填埋场封场应考虑地表水径流，排水防渗、覆盖层渗透性和填埋气体对覆盖层的顶托力等因素，使最终覆盖层安全长效。,排水层的功能是排泄通过保护层入渗进来的地表水等，做到填埋场封场后应具有排水清污分流，同时也降低入渗水对下部防渗层的水压力。排水层中应有排水管道系统等设施。其排水层最小透水率为10-2cm/s，倾斜度一般3%。,防渗层是终场覆盖系统中最为重要的部分。其主要功能是防止入渗水进入填埋废物中，防止填埋场气体逃离填埋场。防渗材料有压实粘土、柔性膜、人工改性防渗材料和复合材料等。防渗层的渗透系数要求K10-7cm/s，铺设坡度2%。,排气层用于控制填埋场气体，将其导入填埋气体收集设施进行处理或者利用。防止填埋气体对覆盖层的顶托力，使最终覆盖层安全长效。,覆盖材料的用量与垃圾填埋量的关系为1：4或1：3。覆盖材料包括自然土、工业渣土和建筑渣土等。自然土是最常见的覆盖材料，但除了挖掘法外，其他类型的填埋场都存在着大量取土而导致的占地和破坏植被问题。工业渣土和建筑渣土作为覆盖，不仅能解决自然土取用问题，而且能为废弃渣土的处理提供出路。,8.9填埋气体的综合利用,垃圾填入填埋场后，微生物首先进行好氧分解，消耗填埋场中的氧气，产生大量的热，造成厌氧环境；随之进入第二步，厌氧分解。这一过程较为复杂，场内产生的气体组分目前已被发现的有100种以上，主要有两类：一类是填埋场主要气体；另一类是填埋场微量气体。,主要填埋气体组成在生化分解反应过程中，填埋场有机物首先转变成可溶性分子态有机物，在甲烷菌的作用下进一步降解为高分子有机酸，然后分解为乙酸及盐酸盐，随之产生以甲烷和二氧化碳为主的填埋气体。其他主要气体还有：氨、一氧化氮、氢、硫化氢和氮等。,填埋气体主要特征：温度达43-49C，相对密度约为1.02-1.06.为水蒸气所饱和,高位热值在15630-19537kj/m3。在填埋场，当甲烷在空气中的浓度在5%-15%之间时，会发生爆炸。在产气稳定期间，厌氧条件下产生的沼气成分一般为50%-70%CH4和30%-50%CO2,以及其他低含量的NH3、H2S和有机气体。,填埋气体组成,填埋微量气体组成：问题主要存在于一些老填埋场。,填埋气体产量1、化学计量法，即以垃圾成分和元素分析数据为依据，得出混合垃圾或某一类垃圾的化学组成式，再由化学反应式计算最高产气量。式中，与废物的元素组成有关（例如：C5H10O2N2）。2、利用垃圾中的有机物可生物降解的特性进行计算。,填埋气体产量3、根据生活垃圾中的全有机碳元素量来计算沼气发生量。据国外资料介绍，第2种计算方法较为合理，因而可以认为这种方法所求出的值，可能就是填埋沼气量的最大值。利用有机物可生物降解特性预测单位质量垃圾的甲烷最高产量计算公式如下：Ci=KPi（1Mi）ViEiC=Ci式中Ci单位质量垃圾中某种成分所产生的甲烷体积，L/kg；K经验常数，单位质量的挥发性固体物质标准气体状态下所产生的甲烷体积，其值为526.5，L/kg；Pi某种有机成分占单位质量垃圾的湿重百分比，%；Mi某种有机成分的含水率，%（质量分数）；Vi某种有机成分的挥发性固体含量，%（干重）；Ei某种有机成分的挥发性固体中的可生物降解物质的含量，%（质量分数）；C单位质量垃圾所产生的CH4最高产量，L/kg。,4、经验公式法根据