城市垃圾填埋场设计

1、固体废物处理与处置课程设计指导教师：刘智峰姓名：张飒学号：0811044025兴平市生活垃圾填埋场初步设计摘要：通过调查分析了兴平市目前的人口、面积、生活垃圾产量及其他相关资料，对兴平市的垃圾填埋场进行合适的选址，对填埋场进行总体布置，计算库容量，设计防渗工程，渗滤液处理系统，填埋气体的收集及利用等。对该市的生活垃圾填埋场进行整体的初步设计，以减少生活垃圾对环境造成的污染和对人体造成的危害。 关键词：垃圾填埋场；初步设计；环境污染1设计概论近些年来，社会经济的发展使得人们生活水平不断提升，从而造成生活垃圾量的日益增长。许多原有填埋场难以达到填埋要求，有的城市甚至没有填埋场，生活垃圾自然堆放，对

2、周围环境和居民产生不良影响。当生活垃圾无规则且露天置于城市中时，其所散发的臭味严重影响附近居民的生活，产生的渗滤液会污染地下水和周围的地表水，威胁人类健康。由此可见，设计城市生活垃圾填埋场的必要性和迫切性。城市生活垃圾处理的方式主要有堆肥、焚烧和填埋三种。堆肥法是垃圾资源化利用的有效方法，但处理量因市场需求而定，许多大中城市难以用堆肥法消纳和处理所产生的垃圾，另外，堆肥前后的残余垃圾仍需处理。焚烧法虽然能有效处理垃圾，但相对成本较高，投资大。相对来讲，垃圾的卫生填埋技术适合于经济发展较落后，土地资源较丰富的地区使用的垃圾最终处理方法。在许多经济发达的国家，填埋法仍然是生活垃圾的主要处理方法，就

3、我国目前经济发展水平而言，在今后相当长的一段时间了，卫生填埋法仍会是绝大多数城镇处理生活垃圾的重要方法。就本设计而言，由于该地区经济发展受限，因此，卫生填埋法是最佳选择。卫生填埋法有如下特点1：（1）是完全独立的城市垃圾无害化处理方；（2）是一切固体废物的最终处理方法；（3）无需对垃圾进行预处理；（4）处理成本相对较低；（5）处理技术相对简单，有利于推广；（6）填埋场场址的选择多样化，且填埋场经若干年后加以终场覆盖，土地可作多种用途，实现土地再利用。设计区的概况:目前，兴平是一个县级城市，受经济等各方面的限制，填埋场还没有实施建设，但已在规划之中。2009年，对兴平市的生活垃圾填埋场已投标申请

4、。在此，只对兴平市做以简单的初步设计。经分析调查，兴平市地理位置是南低北高，降雨量中等级别。近年来，经济发展在不断提升，生活垃圾产量也随着增加。实践中应对填埋场尽快实施建设。2 设计内容通过调查与分析，对兴平市进行生活垃圾填埋场设计，根据地理位置，地质条件和气候特征，选择合理的场址，根据城市人口和人口产生垃圾量对填埋场进行总体布置，计算库容量，设计防渗工程，渗滤液处理系统，填埋气体的收集及利用等。2.1填埋量（库容）计算与使用年限2兴平市总人口57万人，平均每人每天产生垃圾量1.5kg，采用卫生土地填埋处置，覆土与垃圾体积之比为1:4，填埋后废物压实密度为500kg/m3，如果设计的填埋高度为

5、7.0m，服务期为15年。试计算该填埋场的占地面积和总容量。计算过程如下：1年填埋废物的体积为： V1=365mPt/Vs=365×1.5×570000/500365×1.5×570000/（500×4）m3=780188m3 假设不考虑该城市垃圾产生量随时间的变化，则运营15年所需的库容为： V15=15×V1=15×780188m3 =1.17×107m3 设计高度为7.0m时，填埋场面积为： A15=1.17×107/7.0m2=1.67×106m22.2场址的选择填埋场选址3总原则是应以

6、合理的技术，经济方案，尽量少的投资，达到最理想的经济效果，实现保护环境的目的。在评价填埋场场址的适宜性时，必须加以考虑的因素主要有：运输距离，场址限制条件，入场道路，地形和气候条件等。（1） 生活垃圾的处理必须考虑从垃圾点源到填埋场的运输距离具有一定的经济性，应该做到，在条件许可的前提下，应以最少的运输距离运输最大量的生活垃圾。（2） 卫生填埋场滋生蚊、蝇等昆虫可能对场址及周边地区基本农田保护区、果园、茶园、蔬菜基地种植环境及农产品产生不良影响，如蚊、蝇叮咬水果及其排泄物影响农产品品质及产量，因此，应远离农业田园等地区。（）垃圾运输过程中应保证道路的通畅性，选择车流量少，人流量少，距离近，且道

7、路平坦的运输要道，这样一来，既不会给人群带来恶臭的环境，影响情绪，也不会延缓垃圾运输的时间，提高了垃圾运输效率，更不会因路途颠簸而使垃圾倾撒，从而达到稳定运输的效果。（）垃圾卫生填埋场及其周边地区是否存在重要基础设施（如：水利设施、跨越的高压输变电线路及穿越主要交通干线）这样的场址选择使环境风险隐患较大。（5）场址选择应充分利用当地的地形地势，以减少投资。场址A：以西宝高速为分界线，选择线路以南，市区正南作为垃圾填埋场，此地段地势平坦，居住人数大，有几条河流穿过，水量较充沛，无风景游览区和特殊受保护地带。场址B：选择兴咸公路线以北，市区偏西作为垃圾填埋场，此地段地势有一定坡度，居住用户较少，水

8、量较南面地区干涸，周围一定距离外有景观。经分析比较，场址A比场址B的垃圾运输距离短，可以节省开支，而且不会因是否污染周围景观而有所顾虑，但是若选择场址A，会使污染加剧，由于人口基数大，且有河流通过，填埋场会通过污染河流而再次污染环境，危害人体健康，与垃圾填埋场的设计目的相违背。若选择场址B，则相比而言要很多，场址B的运输距离是有一定开支，但可以利用其稍带山谷型的地势建造填埋场，取得更大的经济效益。况且，这里相对来说，人口较少，水量较少，都不会造成更大的污染。至于周围的景区，东面的汉武帝陵和西面的杨贵妃墓等都在受垃圾填埋场的影响距离之外。因此，选择场址B作为该市的生活垃圾填埋场较合适，2.3总体

9、布置根据填埋场的面积和位置规划总体平面布置图：总面积为2.5×106m2，其中填埋区是1.67×106m2，渗滤液处理区是031×106m2，沼气发电区是025×106m2，生活区及其他区占地0.27×106m2。对其作图如图（1）所示。2.4 防渗工程与渗滤液处理设计2.4.1 防渗材料根据来源的不同，可将防渗材料分为三类，即天然防渗，改良型衬里和人工合成膜防渗。其各自的内容及优缺点如表（1）所示。来源分类材料名称优点要求天然防渗黏土、亚黏土、膨润土等造价低廉，施工简单对渗透系数的要求小于1×10-7改良型衬里黏土-膨润土改良型衬里

10、，使用的添加剂相对费用低，效果好黏土-石灰、水泥改良型衬里人工合成膜防渗高密度聚乙烯（HDPE）,聚氯乙烯（PVC）防渗性能优于前两者，耐腐蚀，易焊接等表（1）防渗材料及特点根据上述表格中各个材料的对比及目前国内外的实践实用看来，高密度聚乙烯（HDPE）是普遍采用的防渗材料，因其具有防渗性能好，抗腐蚀能力强，具有良好的机械和焊接性能，低温可工作，不易老化等优点。本设计中因填埋场不具备天然防渗的条件，故采用高密度聚乙烯（HDPE）作为防渗材料。2.4.2 防渗结构4根据填埋场场区的地形、地质及水文地质条件，填埋废物的性质特征以及填埋场渗滤液收集系统、保护层和过滤层的不同组合，填埋场的水平防渗系统

11、结构可以分为单层衬里、单复和衬里、双层衬里和双复合衬里系统。在此设计中，由于地下水的水位高，该地区水量较丰富，填埋场距离与最近的居民居住区距离较近，设计时对场区周边环境质量要求严格，以避免影响附近居民，从而选择单复合衬里系统作为防渗系统较为合适，其结构如图（2）：图（2）单复合衬里系统此种防渗系统的防渗层由两种防渗材料相互紧密贴合而成，提供综合防渗效力。其典型结构是上层为柔性膜，下层为低渗透性的粘土矿物。单复和衬里使用的关键是使柔性膜与粘土层紧密结合，以保证当柔性膜破损时渗滤液不会引起沿两者结合面的移动。终场防渗系统：终场防渗系统是指当填埋场的填埋容量用尽、运行终止后，对整个填埋场进行的最终覆

12、盖，故又称终场覆盖系统。其主要功能是：削减渗滤液的产生量，控制填埋场气体从填埋场上部无序释放，避免废物的扩散，抑制病原菌的繁殖以及提供一个可供景观美化和填埋土地再用的表面等。终场防渗系统从下至上依次为调整层、防渗层、排水层、保护层和表土层。其结构如图（3）所示，其中防渗层、保护层和表土层是该系统的基本组成，其余两层可根据废物的性质和填埋场所在地的气候条件等条件酌将增减。该地区的水量较丰富，通过保护层入渗的水量多，对防渗层构成较大渗透压力，因此，排水层不可省。排水层设计的渗透系数为10-3cm/s，坡度为4%。图（3）终场防渗系统2.4.3 渗滤液的产量估算废物渗滤液是指废物在填埋或堆放过程中因

13、其有机物分解产生的水或废物中的游离水、降水、径流及地下水入渗而淋滤废物形成的复杂的高浓度有机废水。渗滤液具有有机物浓度高、氨氮含量多、金属离子含量高、磷含量偏低等特点，当渗滤液不能得到很好的收集与处理时，渗滤液会渗出地表，散发臭味，影响居民生活，且招致蚊蝇，恶化环境，并再次通过蚊蝇的不定飞行传播疾病，危害人体健康，渗滤液的累积又会造成地下水污染和土壤污染。所以，对渗滤液的收集与处理势在必行。 首先，对渗滤液的产量进行估算。本填埋场正在进行填埋施工时的面积A1=90 hm2，渗出系数C1=0.5，填埋完成的面积A2=170 hm2，渗出系数C2=0.25，当地的最大月降水量的日换算值为1.5mm

14、/d。则根据经验公式法，得渗滤液产量是：L=(C1A1C2A2)×I×10-3=(0.5×9000000.25×1700000)×1.5×10-3m3/d =1312.5m3/d2.4.4收集系统的构成：该填埋场渗滤液的收集采用典型的填埋场渗滤液收集系统，其结构有以下几部分组成：倒流（排水）层，导流（盲）沟与导流管，集液池及提升系统，调节池。倒流（排水）层主要由粗沙粒和卵石组成，覆盖于整个填埋场底部衬里之上。导流盲沟设置在导流层的底部，并贯穿整个场底，盲沟中填充卵砾石或碎石，导流管的管材对采用高密度聚乙烯。集液池及提升系统的设置是为了

15、将平原地区填埋场中难以借助重力的渗滤液聚集并抽送入调节池。调节池既可作为渗滤液初步处理，又可调节渗滤液的水质水量。调节池的容积设计步骤为：按公式Qm=Ii×C×A/1000求出每月渗滤液产量；按公式Qr=Qm-Qt求出每月渗滤液剩余量；再根据需要调节的渗滤液体积得出调节池的容积。渗滤液处理工艺方案5由于渗滤液的水量水质波动大，组分复杂和污染强度高，渗滤液处理一直处于不断的探究和完善当中。归纳起来，渗滤液处理的主要工艺方案有合并处理和单独处理，合并处理是指将渗滤液直接或与处理后引入填埋场就近的城市生活污水处理厂进行处理；而单独处理方案按工艺特点又包括土地处理，生物处理和物化处

16、理。设计中的填埋场距该市的污水处理厂较远，且单独处理效果良好，因此，本填埋场采用单独处理中的生物处理法，其结合厌氧生物的脱氮除磷工艺，由于渗滤液具有氮含量和有机物浓度高，磷含量普遍偏低等特点，故选择工艺时可以避免对磷的去除，只进行脱氮，BOD5，COD等有机物的去除。将有机物氧化和硝化合并成一个系统以简化工艺，从而形成二段生物脱氮工艺，其工艺流程图如图（4）示：图（4）渗滤液处理工艺流程 经过二段生物脱氮工艺处理后，滤液中的BOD5，COD及氨氮等有机物浓度大幅度降低，处理效果好。2.5 填埋气体收集与利用设计 垃圾填埋气体又称填埋气（LFG），填埋场的垃圾经过复杂的生物、化学、物理的综合反应

17、过程，产生填埋气。填埋气会引起爆炸和火灾，污染水和大气环境。2.5.1 填埋气体生产量预测 运用IPCC的经验统计模型进行预测： VCH4=MSW×H×DOC×r×（16/12）×0.5 其中城市固体废物量MSW=15×365×1.5×570000×10-3t=4.68×106t；城市垃圾填埋率H=85%；垃圾中可生物降解有机碳的质量分数DOC=15%（IPCC推荐发展中国家DOC值为15%）；垃圾中可降解有机碳的分解率r=77%（IPCC推荐为常数77%）16/12为CH4和C之间的转换系数；

18、0.5为甲烷中的碳与总碳的比率。则预测产气量为： VCH4=4.68×106t×85%×15%×77%×（16/12）×0.5 =306306m3通常在填埋气的产生量当中，甲烷的体积分数为4560%，本设计中取甲烷的体积分数为55%，故可以计算出总填埋气量Q=（306306/0.55）m3=556920m3 又由于甲烷不可能100%的发酵，再加上一部分的外溢气体，通常的甲烷发酵量为25%，因此实际的产气量为Q0=（556920/25%）m3=2.23×106m32.5.2 填埋气体收集方式6为了控制填埋气对环境的不利影响并对

19、其进行资源化利用，需要改变填埋气的散排状态并加以认为收集。填埋气体的收集系统分为被动收集系统和主动收集系统两种。前者适用于垃圾填埋量不大、填埋深度浅、产气量较低的小型城市垃圾填埋场（容积小于40000m3），在大型填埋场中往往采用主动收集系统来收集填埋气体。本设计中采取主动收集系统对填埋气体进行收集，主要包括集气系统和输送系统，对两种系统的方式作重点分析及选取。填埋气通常的从产生到利用的程序为：填埋垃圾体收集井导出收集管输送管脱水装置罗茨风机填埋气体利用系统集气系统方式的选取通常填埋气收集系统有两类：竖井集气系统和水平集气系统。从竖井的集气效果来看，厚度大的垃圾填埋层要比浅层垃圾集气效果好。由

20、于此设计中垃圾厚度大于3m，竖井间距设计为60m。竖井分边井和中部井两大类，边井井间距较小，而中部井井间距适当大一些。边井的主要作用在于控制沼气不外溢，以保护环境为主。利用集气管道收集后，送往不同的利用系统。填埋气主要由CH4、CO2、N2、O2、硫化物、NH3、H2、CO及其他微量化合物等组成，见表（2）。通常CH4的体积分数为45%60%,CO2为40%50%，此外还有不少于1的其他挥发性有机物。组分体积分数/%CH44560CO24050N2010O202硫化物01NH30.11.0H200.2CO00.2微量化合物0.010.6表（2）填埋气的组成及各自含量输送系统方式的选取 为了使填

21、埋气收集系统达到稳定运行状态，管道布置通常采用干路和支路的形式，干路互相联系或形成一个“闭合回路”，从而可以得到一个比较均匀的真空分布，是系统运行更加容易、灵活。由于垃圾填埋场内部的填埋气的温度通常在1652变化，集气管道内的填埋气温度接近周围的环境温度。在输送过程中，填埋气会逐渐变量而冷凝。因此冷凝液的收集和排放是填埋气是输送系统设计时考虑的重点。为了排除冷凝液，集气管的安装应该保持7%的坡度，并在集气管道的最低处安装冷凝液收集排放装置。冷凝液先用贮存，在排入排水系统，做进一步的处理。输送管道的末端需要安装风机来保证集气系统和输送系统压力的相对稳定和填埋气流量的相对稳定。2.5.3 填埋气净

22、化方式的选取7填埋气（LFG）在利用或空烧前，常需要进行一些处理，这是由环境保护条例，处理和利用填埋气体的设备所决定的。由于各填埋场的情况不同和填埋气体的质量差异，预处理流程也不同。用焚烧工艺处理或利用填埋气体只要除去气体中的悬浮粒子和水份就可以了。利用气体收集风机抽吸原始填埋气体，通过过滤器去除细小垃圾和悬浮粒子，然后通过分级压缩和中间冷却，把气体压力提高到符合后续各个工艺流程的要求。去除压缩和冷却过程中的冷凝液, 并进行处理。经过加压后的气体通过硅胶和活性碳吸附塔进一步除去水份、微量有机物和硫化物等。填埋气（LFG）的主要成分是CH4和CO2 对LFG的净化实际就是对CH4和CO的分离净化

23、，目前，去除甲烷中的CO2常用的分离方法有：吸收分离、吸附分离和膜分离。常见的技术是胺净化。这是一项相当成熟的技术, 天然气处理中有70%采用该技术，然而胺净化设备较复杂，净化器既大又笨重，需要连续监控和经常维护，投资和运行费用较高。 气体膜分离是利用特殊制造的膜与原料气接触，在膜的两侧压力差驱动下，气体分子透过膜的现象。膜分离在装置方面无上述缺点，在多数情况下，膜分离装置的投资费用都较低，装置简单, 几乎在无人操作和维修情况下就能自动运作。膜分离技术的迅速发展，为该项技术在LFG净化方面的应用提供了更高的效率及更新的分离膜。大量的费用分析表明，在大范围应用的前提下和胺净化相比，膜分离具有特别

24、明显的价格优势。本设计也采用膜分离技术对甲烷中的CO2进行分离净化。从材料来看，醋酸纤维素膜，聚酰亚胺膜用于CH4和CO2的分离比较多，此设计中选择用醋酸纤维素膜来分离H4和CO2。2.5.4 填埋气的利用填埋气通常在以下几方面得到利用：发电；作为汽车燃料；作为城市民用燃气；作为燃料电池的燃料。填埋气体收集及发电系统主要是由填埋气收集系统、燃烧系统和发电系统组成，填埋气经收集后，然后经压缩机加压输送至内燃发机组，经燃烧转化成电能传输到电力升压站，输送到当地电网供用户使用，相对于其它可再生能源发电技术，垃圾填埋气发电技术因其短时可贮存性，较强的调峰能力，适中的发电容量等特点更易被电网吸收，而且还

25、比较简单易行费用较低等优点。甲烷在填埋气中，一般可占40%60，是一种有价值的能源，其低位热值约为15 63019 537 kJ/m3，应得到充分利用，化害为利，变废为宝，其中，利用填埋气发电就是前景非常广阔的一种利用方式，国内多个填埋场在近年来开展了填埋气体发电利用项目的实施。从经济和环境等方面综合考虑，本设计对填埋气用于发电处理利用8，其处理流程如图（5）所示：图（5）填埋气发电系统利用(1)垃圾填埋场填埋气发电利用项目9是必要的,是填埋场重要的污染治理配套设施之一,保障了填埋场和周围环境的安全,合理利用资源回收能量,具有环境效益、社会效益、经济效益相结合的优势,符合国家相关政策规定。(2)填埋气体的产生机制受到填埋技术、压实程度、覆盖层密闭性、填埋垃圾成份等许多因素的影响,其产生速率与预测会有一定的差距和不稳定性,因此,必须继续加强对垃圾填埋覆盖的严格管理,以加强填埋气体的收集,提高回收率,保证项目的经济收益稳定增长。(3)填埋气体回收利用项目采用清洁发展机制,将为我国温室气体减排和环境卫生状况改善提供良好的契机。3 结语本填埋场从选址、设计到方案选择、设备选型等都经过了实际的分析调查和严密的设计计算才最终确定的，填埋场以最少的经济投