【《W县卫生填埋场工程设计计算案例》7300字】

W县卫生填埋场工程设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u5795W县卫生填埋场工程设计计算案例 126541.1场地整平与土方平衡 194631.1.1场地整平 178031.1.2土方平衡计算 356181.2库容计算 49491.2.1库容计算图的绘制 4320971.2.2有效库容的计算 6187361.3防渗系统设计 7302691.3.1防渗系统 7196711.3.2防渗材料 10169491.3.3防渗结构 10325881.4渗滤液收集和导排系统 1057311.1.1渗滤液的产生量 10133641.1.2渗滤液调节池设计 1117741.1.3渗滤液收集系统 12189251.5渗滤液处理系统 14205731.5.1渗滤液处理工艺选择 1430591.6填埋气体导排系统 14299311.6.1垃圾场产气量预测 1434611.6.2填埋气体的处理系统 1554091.7垃圾坝设计 17261781.7.1坝址选择 17262281.7.2坝型选择 17186431.7.3坝体结构 17327101.7.4坝基选择 17276261.8封场和最终覆盖系统 17130481.8.1封场系统设计 17164021.8.2封场后期维护 181.1场地整平与土方平衡1.1.1场地整平场地平整，应当遵守国家规定的现行标准《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》（CJJ17-2004J302-2004），需要进行平整的场地包括调节池、填埋库区、道路等区域，在进行平整时，要充分利用实际地形进行扩容，同时将地址地貌纳入考虑，从多方面综合考虑制定出完善的平整工程措施，则还有以下条件需要满足：(1)应尽量减少库底的平整设计标高，以减少库底的开挖深度，减少土方量，减少渗沥液、地下水收集系统及调节池的开挖深度。(2)除了要完成填埋区库容的目标以外，还要将边坡稳定性和防渗系统的铺设纳入考虑。(3)场地平整会涉及到放坡，对于坡度系数是有规定的，填埋库区的边坡系数应大于2，使边坡不至于太陡峭。经修整后的边坡，表面应没有明显的凹凸起伏，避免膜铺设时与地面有空隙，增大后续施工的难度。在边坡的转角处，应磨平棱角，使用更为平滑的圆角过渡，而圆角的半径应大于1m。(4)场地平整压实度要求①地基处理压实系数不小于0.93。②库区边坡的平整压实系数不小于0.90(5)由于进行土方平衡计算式，挖方量与填方量不能完全恰好相等，实际情况也是挖方量稍大于填方量，所以要考虑设置堆土区，放置多余的土方量，同时应做相应的防护措施，避免雨水冲刷和大风吹刮，造成流失。整个场地平整是填埋场工程的基础，也是工程量最大的步骤。在土方平整之后，库区的防渗导气等建设才可以实施。根据施工进程，可以将场地整平分为三个部分：场地清理、场地开挖和场地土方回填。场地清理，主要是清理地面杂物，如灌木，杂草或大体积石块；场地开挖，主要对边坡以及地面标高大于设计标高的地方进行开挖，为回填提供足够的土方；场地回填，将填埋库区的地面标高回填至设计标高，地面平整同时有一定的坡度。1.1.2土方平衡计算根据对W县垃圾量的预测，计算出填埋场预计填埋量为121.86万m3，并根据预估的填埋高度计算出所需填埋场占地面积为48023.07㎡。在进行场地的土方平衡计算时，为了保证精度减少误差，使用飞时达软件进行辅助计算，通过软件操作，在地形图上框选一个面积，在场区面积内布置20×20m的方格网，然后采集地面标高，确实设计标高，之后再进行放坡处理。用飞时达软件可以直接计算出场地平整的挖方量和填方量，同时汇总成统计表。画出后如图4-1所示。图4-1库区场地平整图计算得场地总挖方量47251.91m3，其中边坡挖方量27018.83m3，填埋区域内挖方量20236.08m3；场地总填方量44037.97m3，其中边坡填方量36.67m3，填埋区域内填方量44001.30m3；场地总净方量-3216.94m3，其中边坡净方量为-26982.16m3，填埋区域净方量为233765.22m3（如表4-1）。表4-1土石方量统计表区块挖方量填方量净方量投影面积表面积单位面积净方量填埋库区-20236.0844001.30233765.2224861.0724861.070.96边坡-27018.8336.67-26982.1610720.8711987.06-2.52合计-47251.9144037.97-3216.9435581.9436848.13-0.09详见附图1土方平衡计算图。1.2库容计算1.2.1库容计算图的绘制依旧使用方格网法结合飞时达软件，将场地按照地形高度分为两层（如图4-2），再分别进行方格网的布置、放坡，然后同场地平整的操作步骤，对其土方量进行计算。图4-2填埋场分区图利用软件，计算得到的方格内的填方量就是该方格代表的的库容，然后对每层的方格内的填方量进行汇总统计，即可算得填埋场的总库容（如图4-3所示）。图4-3填埋场库容计算图计算得第一层的库容为768070.34m3，第二层的库容为595351.18m3，填埋场总库容为1363421.52m3。表4-2库容计算的土石方量统计表区域号区块号挖方量填方量净方量投影面积表面积单位面积净方量22-1-0.00941006.40941006.4052281.4652281.4618.0022-1边坡-0.00288152.46288152.4643740.1046532.266.59合计1229158.8696021.5698813.7212.8033-1-0.00118562.85118562.8519760.4819760.486.0033-1边坡-0.0080138.9680138.9628888.6429286.262.77合计198701.8148649.1249046.741.08总库容-0.001427860.67详见附图2库容计算图。1.2.2有效库容的计算填埋场有效库容为有效库容系数和总库容的乘积[14]。有效库容计算公式为：V式中：V—总库容，m3；V’—有效库容，m3。其中有效库容系数的计算公式为：ξ=1-(式中：I1—防渗所占库容系数；I2—中间覆盖所占库容系数，当中间覆盖层采用土工膜为覆盖材料时，可不考虑I2的影响，近似取0[18]；I3—封场所占库容系数。其中防渗所占库容系数I1的计算公式为：I式中：A1—防渗系统的表面积，m2，本设计为36848.13m2；h1—防渗系统厚度，m，本设计取1.6m；V—填埋库容，m3。则在本设计中：I封场覆盖所占库容系数I3的计算公式为：I式中：A2T—填埋场封场后垃圾堆体顶面覆盖系统的表面积，m2，本设计为19760.48m2；h2T—填埋场封场后垃圾堆体顶部覆盖系统的厚度，m，本设计取1.05m；A2S—填埋场封场后垃圾堆体边坡覆盖系统的表面积，m2，本设计的为：46532.26+29286.26=75818.53m；h2S—填埋场封场后垃圾堆体边坡覆盖系统的厚度，m，本设计取0.75m；V—总库容。则在本设计中：I所以，本设计的填埋场有效库容系数为：ξ=1-则本设计填埋场的有效库容为：VW县20年内的垃圾填埋量125.27万m3，经计算填埋场有效库容为1292213.9m3，所以该填埋场的库容可以支持1.3防渗系统设计1.3.1防渗系统卫生填埋场防渗，指的是设置于填埋体下部及侧坡与岩土连接部位的低渗性构造层。按构造类型，可分为3类：包括单、双层衬垫系统、复合防渗系统[13]。本设计选取其中较符合W县情况的几种进行比选，以选出最合适的防渗结构。1单层衬垫防渗系统这种防渗结构只有一个防渗层，其特征是全部由压实粘土构成，最小厚度为2m，但是防渗性能也因此较差，一般适用于防渗要求不高，地下水埋深较大的地区。图4-4单层衬垫防渗系统2单复合衬垫防渗系统单复合防渗衬垫，指的是由两种材料，即主防渗材料和副防渗材料搭配组合而成的防渗结构。主防渗材料按照标准它的厚度≥1.5mm的HDPE膜，副防渗材料一般为≥1m厚度、防渗系数≤1.0×10-7cm/s的压实粘土。这两种防渗材料无缝贴合而成，一般常用像HDPE土工膜作为第一层的材料；天然黏土层作为第二层。因为这两层结构，可以分别用来收集渗滤液和地下水，防渗效果更加优秀，是比较常用的防渗系统。图4-5单复合衬层防渗系统3双层衬垫防渗系统双层衬垫系统，顾名思义可知是使用两层主防渗材料来防止渗滤液泄露的防渗结构。此外在这两层防身材料之间，额外布置了第二渗滤液导流层，既提高对防渗层渗漏的防护能力，又可在第二渗滤液导流层布设水分和水质监测探头，用于监测上层防渗膜是否遭到破坏。图4-6双层衬层防渗系统考虑到W县地理和地质条件，设计选择采用垂直与水平防渗相结合的结构，并采用单复合衬层防渗系统。虽然复合防渗层结构相较于单层，复杂程度等大，施工难度也随之增加，投资相对较高，但其防渗性能更加优良。如果布置在上方的HDPE膜意外遭到破损，膜下防渗保护层也能挡住渗滤液继续往下渗透，依然可以做好防渗工作。1.3.2防渗材料构筑防渗层的主要材料为黏土、土工织布和HDPE膜。用于防渗层的黏土除满足一定的渗透系数要求外，还应控制砂砾的含量，不得大于5％。黏土层施工时，应分层摊铺与压实。土工布常用于作HDPE膜的上、下保护层（即使下层为黏土层时，也宜补充设置土工布层提供对膜的保护），一般采用无纺土工布，其规格按单位面积的质量划分，常用规格为200g/㎡至600g/㎡。其中与渗滤液导流层接触的上保护层宜使用400g/㎡以上的规格，并且导流层只能使用无锐角的河卵石。如果导流层采用一般的碎石充填，则上保护层应采用0.3m黏土（K不作要求）加200g/㎡土工布的结构。土工布铺设后，各布幅间应进行绗缝连接。防渗层使用的HDPE膜，是一种相对较薄的柔性热塑或热固聚合材料，在填埋场中应用最广泛最成功的一种土工膜。所以本设计采用HDPE膜。1.3.3防渗结构场底防渗结构从下到上依次为:经压土机压实的地基、有保护作用的土壤保护层、2.

0mm厚光面HDPE膜、600g/m2

无纺土工布层、400mm

厚卵石导流层，居民区产生的垃圾堆体。

边坡防渗结构较复杂，有多种防护组织:压实基础、600g/m2

无纺土工布层、压实土壤保护层、2.

0mm厚光面HDPE膜、砂袋保护层，垃圾堆体。1.4渗滤液收集和导排系统生活垃圾堆放在卫生填埋场后，经一系列反应后，会产生垃圾渗滤液，其主要来源包括但不限于：垃圾自身携带的水分，气候降雨和沿山脊流下的水流。垃圾渗滤液中含有多种污染物，成分复杂浓度高，一旦泄露，会对周围环境和人体造成巨大危害。所以除设置防渗系统以外，还要在设计垃圾填埋场的过程中，设计相应的渗滤液收集和导排系统，用来收集处置垃圾渗滤液。1.1.1渗滤液的产生量渗滤液产生量可采用《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》GB50869提供的经验公式法进行计算，具体公式如下：Q=式中：Q—浸出水量，m3/月；I—月降水量，mm；C1—正在进行作业的填埋区浸出系数，其值一般在0.4~1.0之间。因为W县年降雨量值大于800mm，本设计取0.8[14]；A1—正在进行作业的填埋区域面积，m2；C2—已中间覆盖区浸出系数，当用膜覆盖时，宜取（0.2~0.3）C1，本设计取C2=0.16；A2—已中间填埋区域面积，m2；C3—已终场覆盖区汇水面积，m2;A3—已终场覆盖区浸出系数，宜取0.1~0.2，本设计取0.1假设填埋场已经全部封场，所以A1=0，则A2=93757m2，A3=19760.48m2。所以，一月份渗滤液产生量：Q同理可计算出其他月份的渗滤液产生量，如表4-3所示。月份逐月平均降水量（mm）当月渗滤液产生量(m3)1月399.76785.82月379.76446.23月359.66106.74月819.813917.95月849.714427.26月879.414936.57月333.75661.98月343.65831.79月353.86001.410月205.23482.011月235.43991.312月265.84500.6表4-3渗滤液产生量统计表1.1.2渗滤液调节池设计调节池是渗滤液集中存放的地方，通过它调配给渗滤液处理区。渗滤液调节池的容量需要经过计算确定，大致过程为用逐月渗滤液产生量减去调节池逐月能够处理的渗滤液量，然后正值相加累计，计算出的最大累计余量即为调节池容量。根据逐月渗滤液产生量，大致确定渗滤液当月处理量为7000m³/月，而4月份渗滤液产生量为13917.9m³所以4月份渗滤液的余量为：13917.9调节池容量为各月渗滤液余量的正值相加。调节池的计算如下表4-4所示。表4-4渗滤液调节池容量的计算月份降雨量（mm）渗滤液产生量（m3）渗滤液处理量（m3）渗滤液余量（m3）调节池容量（m3）1399.76785.87000-211.222281.62379.76446.27000-553.83359.76106.77000-893.34819.813917.970006917.95849.614427.270007427.26879.814936.570007936.57333.55661.97000-1338.18343.55831.77000-1168.39353.56001.47000-998.610205.13482.07000-3518.011235.53991.37000-3008.712265.74500.67000-2499.4算得调节池最小容量为22281.6m3，取22300m3。取安全系数为1.1，则调节池最终容量为24530m³。调节池有效水深H取10m，则调节池的面积A=24530÷10=2400m调节池长L取60m，则宽B为2400÷60=40m。所以调节池尺寸为L×B×H=60×40×10m。1.1.3渗滤液收集系统渗滤液收集导排设施应该包括导流层、盲沟、收集管等内容[18]。（1）渗滤液导流层渗滤液导流层设置在填埋场底部和侧壁下部一定的位置。导流层是渗滤液流入收集管的缓冲区，可以使用空隙率大的材料进行铺设，如砾石，但要求导流层中碳酸钙含量不大于10%，它的铺筑厚度大于0.4m。（2）导渗盲管导渗盲管布置于导流层下方，采用支、干沟相结合的平面布置方式，在本设计中，设置一条纵向的主盲沟，次盲沟间隔分布，与主盲沟的夹角为60度，整体呈鱼刺状布置。（3）导气石笼井导渗石笼井与填埋场渗滤液的干管连接，以导出、提升渗滤液至调节池中。同时石笼井在填埋过程中随着填埋高度增加而不断增高。图4-7渗滤液收集盲沟断面图收集管有一部分穿孔，以2%~5%的开孔率打好孔径为12~16mm的孔，相邻孔之间按梅花状布置。开孔图如图4-8。图4-8渗滤液收集管开孔示意图1.5渗滤液处理系统1.5.1渗滤液处理工艺选择本填埋场的渗滤液处理规模较大，所以选择适用性广的“UASB+FEO+CASS”的组合工艺。该组合工艺对于有机污染物有较好的处理效果，得到稳定的出水水质。（1）UASBUASB，上流式厌氧污泥床反应器，外形是一个圆柱形，，它由三个部分—进出水系统，三相分离器和微生物反应区组成，其中三相分离器是最核心的部分，可以使气液固三相得到分离。该技术利用的是厌氧反应，不需要进行曝气，所以动力消耗小，达到减少能耗的目的，而且反应生成的甲烷可以作为能源利用，是一个对于环境、经济都很友好的选择。（2）FEO一般是用来处理工业废水的电化学技术，通过调整可以应用于渗滤液处理，是一种高效且出水稳定的渗滤液处理技术。（3）CASSCASS工艺系统反应器由3个分区组成，分别是生物选择区、缓冲区和主反应区。生物选择区在缺氧条件下运行，选择出适合渗滤液处理的微生物，主反应区在好氧状态下运行，利用活性污泥微生物进行生物氧化反应。CASS池具备抑制丝状菌生长繁殖，脱氮除磷易于操作等诸多优点，有利于工艺的正常运行。1.6填埋气体导排系统填埋气体（LFG）主要是CH4和CO2，同时还含有低浓度芳香烃等挥发性有机物。LFG具有安全风险、污染潜力和温室效应。所以一定要管理好LFG的导排和处理。1.6.1垃圾场产气量预测根据《生活垃圾填埋场填埋气体收集处理及利用工程技术规范》CJJ133−2009，对于生活垃圾填埋产气量有：G=M式中：G为填埋气体产生总量（填埋场所有垃圾在一年中产生的），m3M为所填埋的垃圾重量，t；L0为单位重量垃圾的最大产气量，一般在100~160m3/t，本设计取120m3/t；k为垃圾产气速率常数，1/a，取0.1；t为从垃圾进入填埋场开始算起的年份，取1。由于2020年还未开始填埋，故没有产生填埋气体，不进行计算。对于2021年，到2040年为止垃圾进入填埋场的时间为20年，2021年垃圾的产量为5.71万吨，所以2021年垃圾产气量为：G计算得填埋场总产气量如下表4-4：表4-4垃圾产气量预测表年份当年垃圾产量（万吨/年）当年产气量（万m³/年）20215.71177.5920225.81309.1120235.92409.7720246.03487.6320256.14548.6620266.25597.2820276.36636.7720286.48669.5620296.59697.5420306.71721.7720316.84743.5120326.96763.4120337.09782.0120347.21799.9220357.35816.8420367.48833.6020377.61850.1620387.75866.6420397.89883.1520408.0489.75总计13491.39由表可知，W县垃圾填埋场在使用年限内的总产气量为13491.39万m3。1.6.2填埋气体的处理系统（1）填埋气体导排由于大部分填埋气体在填埋场填埋过程中就会产生，因此在垃圾填埋的同时，填埋气导排设施也应该同步安装，防止气体逸散。填埋气体（LFG）的导排主要有两种方式：主动导排和被动导排方式。A．主动导排主动导排，是利用机械设备连接至导气竖井利用机械压差，从而将填埋堆体内的填埋气导流出来。B．被动导排被动导排，是通过自然对流的方式将填埋气体进行导排。与主动导排系统相比，这种方法不用外加抽气设备，因此没有什么运行费用。（2）LFG的处理和利用现有3种LFG的处理与利用模式：①被动导排；②主动收集后燃烧处理；③主动收集后燃料利用。被动导排，是把LFG从填埋体中导排出来后，利用自然扩散的作用，将气体排入沼气池或火炬系统，使其回收利用资源化。这种方式有明显的缺点，即仅依靠自然扩散作用对气体的处理效率很低，也不能解决因为VOCs和CH4等衍生物引发的环境问题。目前，此方式仅在小型或封场后的填埋场应用。主动收集后燃烧处理，可以有效地解决LFG的安全和环境问题，其缺陷是没有利用其中CH4的能量资源。这种方式在发达国家应用相当普遍，其关键技术是对低CH4含量LFG气体的有效燃烧。主动收集后燃料利用是最理想的LFG管理方式，可同时解决安全和环境问题，并回收能源。目前，应用比例最高的LFG燃料利用方式是由内燃机发电。我国杭州、上海、广州等地的生活垃圾卫生填埋场均已建成了LFG发电站。考虑到W县填埋场的垃圾处理量大，产气量也大，故采用主动导排方式。并按照等边三角形的方式布置导排系统，对于这种布置方式有：D=2Rcos30°式中：D为等边三角形布局的井间距离，m；R为垂直抽气井的有效半径，m。对于垃圾埋深大，导气石笼井建造高度很高的填埋场，井间距常用30~50m。本设计取井间距40m，则导气井的有效半径为：R=即井的有效半径约为23m。1.7垃圾坝设计垃圾坝，用于阻挡固体废物，也有增加库容的作用，接触垃圾堆体的一侧要设置严密的防渗结构1.7.1坝址选择坝址选择应考虑以下几点因素：地质条件，垃圾坝应建在地质条件好的密实土或岩层上，满足填埋场的边坡稳定性和构筑物的承载力要求。水质条件，需要分析施工过程中，水位变化对坝基结构的影响，并提出解决方案。1.7.2坝型选择坝型按照材料可以分为黏土坝、碾压式土石坝、浆砌石坝和混凝土坝。其中碾压式土石坝可以就近取材利用当地材料筑坝，造价低。根据W县的地址条件，本设计选择经济实惠的碾压式土石坝。