固体废物的填埋处理2015（12环科）学生版

1、第十三章 固体废物的土地填埋处置,一 土地填埋处置的概述 二 卫生土地填埋的概述 三 填埋工艺 四 场底防渗系统 五 渗滤液的产生与控制 六 填埋气体的产生与控制 七 填埋场的封场,一 土地填埋处置的概述,1 概念,土地填埋（landfill）： 从传统的堆放和填地处置发展起来的一项最终处置技术，不是单纯的堆、填、埋，而是一种按照工程理论和土工标准，对固体废物进行有控管理的综合性科学工程方法。,优点：工艺简单，成本低，适用多种固体废弃物。 缺点： （1）容量限制：一般以20年为设计标准，可以通过分选延长使用寿命。 （2）二次污染：浸出液污染地下水，有机物产生气体。,2 分类,二 卫生土地填埋(

2、Sanitary Landfill)的概述,1 概念,卫生土地填埋： “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，并将垃圾压实减容最小，填埋占地面积最小。在每天操作结束或每隔一定时间用土覆盖，使整个过程对公共卫生安全及环境均无危害”的一种土地处理技术。,Sanitary landfills are sites where waste is isolated from the environment until it is safe,每天将运到填埋场的固体废物在限定的区域内铺散成40-75cm的薄层，然后压实以减少废物的体积，并在每天操作之后用一层厚15-30cm的

3、土壤覆盖、压实。 固体废物层和土壤覆盖层共同构成一个单元，即填筑单元（cell）。具有同样高度的一系列相互衔接的填筑单元构成一个升层（lift）。 完整的卫生土地填埋场是由一个或多个升层组成的。当土地填埋达到最终的设计高度之后，再在该填埋层之上覆盖一层90-120cm的土壤，压实后得到一个完整的卫生土地填埋场。,卫生土地填埋剖面图,（1）好氧式填埋：高温堆肥 减少填埋过程中垃圾降解所产生的水分，进而减少渗滤液的污染。 高温，灭菌。 结构复杂，施工困难，造价高。,（2）准好氧式填埋,（3）厌氧式填埋 结构简单、操作方便、施工费用低，同时可回收沼气。,2 场地的选择,选择步骤：预选初选定点。,选择

4、原则：1）防止污染的环境安全原则； 2）经济合理原则； 3）工程合理原则 ； 4）政策法规原则（符合城市发展规划）,考虑的因素：,（1）合理确定有效填埋面积 满足10年以上服务区内垃圾的填埋量 一般生活垃圾填埋场的使用年限以15-25年为宜,（2）土质条件与地形特点 底层土壤的防渗能力强 覆盖土壤易取，易压实，防渗能力强 地形要便于施工，避开洼地，泄水能力强,（3）水文地质条件 地下水位尽量低，距底层填埋物至少有1.5m 最佳场址选在封闭的流域内,（4）气候条件 蒸发量大于降水量的环境，避免高寒区,（5）环境条件 尽量避开居民区，适当远离城市，尽量选建在城市的下风向。,（6）运输距离要适中 一

5、般要求在保证其它条件不受影响的情况下，运输距离尽量短，以减少处置的成本。 交通方便，具有能够在各种条件下运输的全天候公路。,（7）考虑迹地的开发利用 迹地完成填埋作业后的地盘。 封场后有相当面积的土地可以开发利用,3 场地的设计,（1）填埋总体设计思路,2）地下水保护系统,3）气体的产生及控制,1）场地的面积和容量,（2） 场地设计主要考虑因素：,一年中需要进行卫生填埋的固体废物体积可按下式计算：,4 填埋操作,操作步骤,主要设备,推土机 压实机 挖掘机 铲运机,目前采用可重复利用的塑料膜替代日覆盖土,三 填埋工艺（以生活垃圾为例）,四 场底防渗系统固废填埋场最重要组成部分,通过在填埋场底部和

6、周边铺设低渗透性材料建立衬层系统以阻隔填埋气体和渗滤液进入周围的土壤和水体产生污染，并防止地下水和地表水进入填埋场，有效控制渗滤液产生量。 1 场地处理 铺设防渗膜前进行场地平整和石块等坚硬物的清除 。 其中：山坡开挖与平整宜与膜的分期铺设同步，边坡坡度一般取1:3,平整开挖顺序为先上后下。,2 填埋场防渗材料 （1）天然防渗材料：黏土、亚黏土、彭润土等 天然防渗层 （2）人工合成有机材料（柔性膜）：塑料卷材、橡 胶、沥青涂层等，最重要的是高密度聚乙烯 （HDPE)。 人工单/双层防渗层,3 场底防渗系统（从上到下） 过滤层保护排水层，过滤掉渗滤液中的悬浮物和其他故态、半固态物质； 排水层（包

7、括渗滤液收集系统）及时将渗滤液排出，减轻防渗层压力，减少渗滤液外渗的可能性； 保护层保护防渗层，防止其受外界影响而被破坏； 防渗层通过铺设渗透性低的材料（改性黏土、柔性膜等），将渗滤液阻隔于填埋场中，同时液防止外部的地下水和地表水进入填埋场中。,不同组合形成单层、双层、单复合、双复合防渗系统,单层衬层防渗系统：只能用在抗损坏性低的条件下； 单复合衬层防渗系统：典型结构为柔性膜（上层）黏土矿物层（下层），防渗效果优于双层衬层； 双层衬层防渗系统：用于混合型填埋场，即生活垃圾与危险废物共同处置的填埋场； 双复合衬层防渗系统：综合了单复合和双层防渗系统的优点，具有抗损坏能力强、坚固性好、防渗效果好等

8、优点，但造价较高。用于危险废物安全填埋场。,人工防渗衬层的设计： 1）对HDPE 膜性能要求： 密度0.95g/cm3,熔流指数0.050.3g/10min，碳黑添加量23，膜厚0.52.5mm，渗透系数小于10-12 cm/s。 2）对HDPE膜铺设要求： 平坦、无皱折、搭接尽量减少焊缝、边坡与底部交界处布设焊缝、接缝平行于斜坡面，基础底部膜避开垂直穿孔管道、边坡膜要锚固（矩形槽覆土锚固法）。 3）对HDPE复合衬层下垫层（保护层）的要求： 采用天人防渗材料（黏土），黏土层厚度0.61.0m，黏土层压实度不低于90，下垫层不含直径大于0.5cm的颗粒物、不脱水、开裂，施放化学除莠剂。,4）单

9、HDPE复合衬层的结构设计： 边坡黏土层厚度比底层大10（边坡防渗比底层难），底部黏土层（保护层）厚度0.61.0m，排水层（砂/砾石）厚度大于30cm，边坡坡度1：3，底部坡度24。 5）HDPE双衬层的结构设计： 上层HDPE膜0.62.0mm，基底HDPE膜1.01.5mm，底部黏土层（保护层）小于等于100cm（边坡100cm），排水层30cm，过滤层15cm，边坡1:3,底坡24。,5 渗滤液收集系统 包括：导流层、收集沟、多孔收集管、集水池、提升多孔管、潜水泵和调节池。,（1） 导流层 指填埋场底一系列坡度的阶地，厚度不小于300mm，由卵石（无，用碎石）铺设而成。目的是将全场的渗

10、滤液顺利地导入收集沟内地渗滤液收集管内。 （2）收集沟 设置于导流层的最低标高处，并贯穿整个场底，尽量设置成直管，中间不出现弯折点。位于场底中轴线上的为主沟，在主沟上依间距3050m设置支沟。收集沟中填充卵石或碎石 。,（3）多孔收集管,分为主管和支管，分别埋设在收集沟的主沟和支沟中，管材选择HDPE，开孔率25，公称直径不小于100mm，管的周围以卵石/碎石填充。具备足够的刚度和强度，不允许在集水管上直接停放机械（第一次铺放垃圾）。,渗滤液收集管分为垂直水平两部分，形成垂直水平立体收集系统。,水平收集管：只在填埋场底层铺设，坡度应不小于2； 垂直收集管：一般按50m间距梅花形交错布置，收集管

11、随着垃圾层的增加而逐段增高。,（卫生填埋场一般分层填埋，各层垃圾压实后，覆盖一定厚度的黏土层，可减少固废污染和雨水下渗，但也造成上部渗滤液不能流到底部导流层，因此需要布设垂直渗滤液收集系统）,立管（垂直收集管）同时也用于导出填埋气体，称为排渗导气管,（4）集水池和提升系统 渗滤液集水池位于垃圾主坝前的最低洼处（水平衬层系统在垃圾主坝前某一区域下凹形成集水池），以砾石堆填，全场的渗滤液汇集于此并通过提升系统越过垃圾主坝进入调节池。 若渗滤液收集主管直接穿过垃圾主坝（穿坝管不开孔，渗滤液利用重力流从垃圾堆体内导出，进入导流层的渗滤液通过穿坝管导出），则可省略集水池和提升系统（适合山谷型填埋场）。

12、提升系统：通常采用HDPE斜管提升。,直管：垃圾对体的固结沉降给管外侧施加向下的下拽力和负摩擦力，潜在威胁下部的水平防渗膜。,（5）调节池 对渗滤液进行水质和水量的调节。,五 渗滤液的产生与控制,1 渗滤液的产生,渗滤液产生量的预测,（1）水量平衡法（理论计算法）,卫生土地填埋场,渗滤液年产生量的数学表达式： Q = P + D + G + W - E,（2）经验公式法,实测相邻地区已建填埋场渗滤液的产生量，推算出待测填埋场单位面积渗滤液的产生量。数学表达式如下：,Q = q A10-4,Q 渗滤液产生量，m3/d q 单位面积渗滤液产生量， m3/（had） A 填埋面积，ha，包括作业区和

13、完成区,（3）经验统计法,（4）根据垃圾产生量进行类比分析,渗滤液产生量与垃圾量之间存在一定的比例关系，一般在0.21.1之间。,垃圾量小，降雨大的地区，取高值。 垃圾量大，降雨小的地区，取低值。,2 渗滤液的组成及特征,填埋场中废物的分解过程,渗滤液水质,阶段：好氧分解阶段；,阶段：液化及产酸阶段；,阶段：甲烷增长阶段；,阶段：稳定产甲烷阶段；,阶段：填埋场稳定阶段 。,渗滤液水质及变化规律,生活垃圾渗滤液化学成分统计,特征：,（1）渗滤液的化学成分复杂：有机、无机、重金属 （2）渗滤污染成分浓度很高： COD：105mg/L NH3：700mg/L 硬度：7000mg/L （3）有机物含量

14、高，成分复杂： 超过100种，主要是低分子的脂肪酸、腐殖酸类和高分子的灰黄酸类物质。 （4）无机污染成分复杂，其种类和浓度在很大程度上收垃圾成分和淋滤时间的影响。 （5）存在重金属：Cu、Fe、Pb、Zn、Cd、Mn、Mg等 （6）渗滤液中的细菌、大肠杆菌含量很高。 细菌：25.6万个/克 大肠杆菌总数：25.8万个/克,3 渗滤液的控制对策,（1）渗滤液产生量的控制,1）入场垃圾含水率的控制 垃圾含水率30 降低垃圾中有机物含量（分离作堆肥）,（2）渗滤液的收排系统设置,作用：保证在填埋场预设寿命期限内正常运行，收集并将渗滤液排至场外指定地点，避免渗滤液在填埋场底部蓄积。,渗滤液蓄积引起的问

15、题,1）填埋场内的水位升高，导致更强烈的渗出，使渗滤液的污染物浓度增大。 2）底部衬层之上的静水压增加，导致渗滤液更多地泄漏到地下水土壤系统中。 3）填埋场的稳定性受到影响。 4）渗滤液有可能扩散到填埋场外。,收排系统的组成：,（3）渗滤液的处理与最终处置,六 填埋气体（Landfill gas, LFG）的产生与控制,（一） 填埋气体的产生过程,填埋场的气体产生情况,好氧分解,厌氧分解,CO2、H2O、NH3、N2、H2,CH4、CO2,填埋气体组分，%,阶段：好氧分解阶段； 阶段：液化及产酸阶段； 阶段：甲烷增长阶段； 阶段：稳定产甲烷阶段； 阶段：填埋场稳定阶段 。,（二） 填埋气体对环

16、境的影响,（1）爆炸和火灾 “类似瓦斯爆炸” （2）对水环境的影响 CO2地下水pH下降盐类溶解含盐量升高 （3）对大气环境的影响 温室气体排放 微量有害气体排放：一氯甲烷、四氯化碳、氯仿等,（三）甲烷产生量的预测及影响因素,（1）经验公式推算,气体的产生量主要与有机物中可能分解的有机碳成比例,G = 1.866 Cg/C,式中：G气体产生量，L Cg可能分解（气化）的有机碳量，g C有机物中的碳量，g,1 甲烷产生量的预测,（2）理论计算法,有机物厌氧分解的总反应式：,若转化为生物量的部分忽略不计，则总反应式变为：,有机降解物的经验化学式,微生物的化学组成,若已知有机废物的元素组成，通过此公

17、式就可计算产生的气体质量（kg）和数量（m3）。,（3）COD估算法,该法建立在质量守恒定律基础上，并假设垃圾中COD值等于产气中甲烷燃烧的耗氧量。 其数学表达式为：,2 甲烷产生量的影响因素,（1）垃圾特性 垃圾中可降解的有机物的含量以及这些有机物中纤维素、蛋白质、脂肪的构成比例。 （2）垃圾堆体中的水分 （3）温度 甲烷菌的适宜温度：3065。 在一个深的、封闭好的环境中，产生甲烷的最适宜温度为40 。 （4）pH值 甲烷菌最适宜的pH值：6.87.5 （5）场地特性 厌氧环境（填埋厚度5m）,（四）填埋场气体的控制,（1）被动型控制：通过填埋场内部产生气体的压力和浓度梯度， 将气体导排入

18、大气或控制系统。,适合于废物填埋场量不大、填埋深度浅、产气量小的小型城市垃圾填埋场（小于40000m3）和非城市垃圾型填埋场。,（2）主动型控制,填埋气集排系统,垂直导气井：在填埋场内部或周边用直径1m的匀钻钻至填埋场底部以上3米以内或碰到渗滤液液面（取高者）。管径150mm，PVC，上部1/3无孔，下部2/3有孔，周边回填2550mm的砾石，钻孔口用细黏土和彭润土封闭。竖井应先在填埋场中打孔。（排气不排液）,水平盲沟：沿填埋场纵向逐层横向布置水平收集管，直至两端设立的导气井将气体引出场面。沟宽0.60.9m，深1.2m。水平暗沟须与填埋场的垃圾层一样成层布置（垃圾铺放同步）。该法工程量大、材

19、料用量多、投资高。适用于小面积、窄形、平地建造的填埋场（量小）。,1）气体收集管（输送管） 抽气需要的真空压力和气流均通过预埋管网输送至抽气井（负压），主要的气体收集管应设计成环状网络。,（无孔）,有孔,2）冷凝水收集和泵站 冷凝水收集井可使随气流移动的冷凝水从集气管中分离，防止管子堵塞，每60150m设置一个。 3）抽风机 置于稍高于集气管末端的建筑物内，抽风机使抽气系统形成真空并将填埋废气输送至废气发电厂或燃气站。 4）气体监测设备 填埋场周边的天然土层内埋设气体监测设备，取样口用空心钻打至地下水位以下或填埋场底部1.5m处。,4 填埋气的资源化利用,（1）预处理,（2）资源化利用途径,1）就地利用,2）沼气发电： 沼气 净化装置 贮气罐 内燃发动机 发电机 供电,3）并入城市燃气网,4）净化提纯作为化工原料,七 填埋场的封场 (landfill closure),封场： 对达到寿命的填埋场进行表面覆盖处理。,封场后至少3年内（即不稳定期）不得进行任何方式的使用，并进行封场监测，注意防火防爆。 有资