垃圾填埋场设计开题分析报告

垃圾填埋场设计开题报告

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一、选题依据

1.设计目的及意义

近年来，堰桥地区规模不断扩大，人民生活水平不断提高，城市生活垃圾急剧增加，日产生活垃圾460吨，年清运生活垃圾17万吨，过去的生活垃圾处理以自然堆放、简易堆肥为主，并且处置设施较滞后，原有的杨楼垃圾堆放场处理工艺及设计规模均不满足现在日产近500t 生活垃圾的需求，并且对地下水、大气、环境等造成的二次污染严重影响了周围群众的生活质量和经济、社会的发展。因此对生活垃圾进行无害化处理势在必行。该项目的建设可以有效地控制城市生活垃圾对环境的污染，使废弃物的处理达到减量化、资源化和无害化的要求。为使堰桥城市建设走上可持续发展的良性轨道，成为先进的中等城市，尽快投资兴建城市生活垃圾无害化处理工程是十分必要的。

2.设计拟解决的工程实际问题

（1）场底平整问题。目前对于山谷型垃圾填埋场场底平整的一般做法是按原有山谷地形对场底进行简单的压实平整。但是, 当山谷的原始坡度比较陡时, 若只对场底进行简单的压实处理, 则由于防渗膜的内摩擦角小、垃圾堆体和中间覆盖层抗剪强度低, 会引起垃圾堆体的滑移或底部防渗层系统的剪切破坏。因此, 对原始坡度较陡的山谷型小型垃圾填埋场, 可设计成阶梯型场底, 即沿着填埋场谷底方向平整出一段缓坡、一段陡坡相结合的阶梯型场底。

（2）雨水导排和防渗问题。山谷型小型垃圾填埋场的降雨汇水,

除了填埋库区面积外, 通常还有比库区面积大得多的场外汇水面积通过设置环库截洪沟, 可以防止场外雨水进入填埋库区, 并及时排放掉库区表面径流, 减少渗滤液产生量当填埋场所在山谷地形较陡时, 可通过逐渐增大截洪沟断面和设置跌水等措施, 确保截洪沟能有效地截流场外雨水。场外雨水经截洪沟截流后汇入填埋库区下游自然冲沟。山谷型小型垃圾填埋场防渗系统主要由填埋库区防渗层和地下水导排层组成, 以尽量减少垃圾渗滤液的渗漏量, 防止地下水进入填埋场内, 造成二次污染。对山谷型小型垃圾填埋场来说, 一般采用单复合衬里的防渗结构即可, 地下水可由地下水导排沟排出。

（3）渗滤液和填埋气收集导排问题。山谷型小型垃圾填埋场由于具有良好的自然地形, 且渗滤液量较少, 只要沿填埋场谷底开挖一条渗滤液收集主盲沟, 在两边开挖支盲沟, 盲沟内铺设HDPE 穿孔管, 就能有效地收集和导排渗滤液。在垃圾填埋过程中, 垃圾填埋气体是主要的降解产物之一。填埋气体在垃圾堆体中的无控制迁移, 不仅可造成大气污染, 而且可能引起火灾和爆炸事故。目前, 大中型垃圾填埋场一般通过设置横向和竖向导气石笼来达到对填埋气体的排放和控制。山谷型小型填埋场由于规模小, 产气量少,可考虑采用水平导气管和边坡石笼相结合的填埋气体排放控制方式。

（4）渗滤液处理问题。垃圾渗滤液具有水质水量变化大、有机污染物浓度大、氨氮含量高和部分COD 难以生物降解等特点, 目前还没有经济有效的处理工艺, 一般采用以生化处理为主, 生化与物化、土地处理法相结合的处理工艺。

（5）终场覆盖问题。垃圾填埋场封场后, 一般要30～50 a 才能完全稳定, 达到无害化。当垃圾填埋场达到使用寿命时, 需进行终场覆盖, 以减小渗滤液产生量, 进行填埋场生态恢复和土地回用。对于本设计中的填埋场来说, 由于填埋库区面积较小, 土地回用价值不大,终场覆盖主要起到减少渗滤液产生量和对填埋场进行生态恢复的作用。为减少投资, 通常采用单层防渗系统。

3.设计拟应用的现场资料综述

（1）地理位置

【区域位置】堰桥市位于河南省中南部，地处北纬32o18’~33o35’、东经113o10’~115o12’。东西长191.5公里，南北宽137.5公里，总面积15083平方公里，占全省总面积8.9%。东与安徽省阜阳市接壤，西与南阳市相连，北与周口、平顶山和漯河为界，南与信阳市毗邻。全市辖9县1区（汝南、平舆、新蔡、上蔡、西平、遂平、确山、正阳、泌阳县和驿城区）。中共驻马店市委、驻马店市人民政府驻驿城

【交通】堰桥市地处我国南北方、东西部的结合地带，承东启西，贯南通北，交通发达，素有“豫州之腹地、天下之最中”的美称。京广铁路、京珠、大广高速、石武客专和107、106国道纵贯南北，新阳高速横跨东西，上武高速和焦桐高速穿境而过，省道、县道纵横交错，形成了四通八达的交通网络。市区北至新郑机场、南到武汉天河机场，只有两小时左右的车程。

【地貌】市内主要有山地、丘陵、岗地、平原等地貌类型。山地包括豫南桐柏山向西延伸的余脉，山地面积为1950平方公里，占全市土地总面积的12.9%。

【河流】堰桥东西横跨淮河、长江两大流域。以西部桐柏山、伏牛山余脉为界，向东流者属淮河的支流，向西流者为长江的支流。淮河流域面积13300多平方公里，由洪汝河水系、淮河干流水系、沙颍河水系组成。流域面积大于1000平方公里的河流有5条，大于100平方公里的有42条。

【气候】堰桥市地处亚热带与暖温带的过渡地带，具有亚热带与暖温带的双重气候特征，是典型的大陆性季风型半湿润气候。阳光充足，热量丰富，雨量充沛，四季分明，温和湿润。

（2）城市发展的现状

堰桥位于河南省中南部，地处黄淮平原。改革开放以来，经济得到了迅速发展，逐步建设成为以农业副产品加工、医药、轻纺工业为基础，发展商贸，旅游和高新产业的现代化大城市。特别是撤地建市后，城市规模不断扩大，人民生活水平不断提高，城市生活垃圾急剧增加，目前日产生活垃圾460吨，年清运生活垃圾17万吨，然而堰桥城市生活垃圾处置设施较滞后，原有的杨楼垃圾堆放场处理工艺及设计规模均不满足现在日产近500t生活垃圾的需求，已严重到影响经济持续发展，影响人民的身体健康。为改善人民的居住环境和生活条件，促进

经济发展，加快城市生活垃圾填埋场建设进程已是迫在眉捷的重要问题。

（3）厂址

该垃圾处理场拟建于堰桥以西19km，确山蚁蜂镇东1.5km，商桐公路以北的低山丘陵地带。场址工程地质条件好，周围居民稀少，符合环保和规划要求，是较理想的场址。总征地面积共358.4亩。

4.设计拟应用的文献综述

张冬虎等在《山谷型小型垃圾填埋场设计》结合三峡库区小型垃圾填埋场设计工程, 对山谷型小型垃圾填埋场的设计进行的研究和探讨。介绍了雨水导排和防渗系统、渗滤液和填埋气收集导排系统、渗滤液处理系统、终场覆盖系统等工程部分的设计。

李仲根等在《垃圾填埋场渗滤液中的汞及现场污水处理设施对其的去除》中对贵阳市高雁垃圾卫生填埋场产生的渗滤液原液和不同处理单元过程中汞的含量进行了调查分析,结果表明该填埋场渗滤液原液中的汞含量为79. 4 mg ·L - 1 ,处于国内外的中低水平,就汞而言污染并不严重。经过处理,渗滤液有近2/ 3 的汞被去除了。渗滤液原液中的汞主要以颗粒态为主,随着处理单元过程,这一比例逐渐降低。渗滤液中的汞含量与填埋垃圾汞含量、p H、以及填埋物质对汞的吸附有关。

黄毅等在《我国垃圾填埋气的产生和利用状况研究》描述了填埋气的组成和性质，分析了影响其产生的因素。介绍了目前我国垃圾填埋气存在的产量大、增长速度快、无控制排放和回收利用率低等问题，

指出了我国进行填埋气回收利用的有利条件和前景，并进一步提出了今后在垃圾填埋气回收利用方面需要解决的一些问题。

黎青松等在《垃圾场终场覆盖技术策略研究》通过研究欧美发达国家垃圾填埋场终场覆盖技术, 具体阐述了填埋场终场覆盖系统的处理技术策略, 并指出了我国垃圾填埋场终场覆盖的处理途径及对策。

5.设计相关技术的国内外现状

国外填埋场结构

由于传统垃圾填埋技术存在缺陷，从二十世纪后期开始，欧美等国开始研究一种新的填埋场方式，即生物反应器填埋技术。这种技术以填埋垃圾被微生物降解的机理和过程为依据，通过一系列手段优化填埋场内部环境，使其成为一个可控生物反应器，为微生物大量繁殖提供一个最优的生存空间。生物反应器填埋技术不仅能对填埋场产生的渗滤液实现很大程度的场内就地净化，还为填埋场的提前稳定创造了良好条件，同时增加填埋气体回收利用的经济效益，明显提高垃圾的生物降解速度和效率，从而提高垃圾的资源化、无害化水平。目前，生物反应器填埋技术已经在世界各国得到了广泛的运用，如美国环保署已着手修改现有的垃圾管理法规以推广这一新型的垃圾填埋技术。1 979年，生活垃圾半好氧生物反应器填埋技术被日本采用，近年来，该工艺还在马来西亚、印尼、菲律宾及巴西等国被广泛运用，同时该技术的培训课程也在亚太地区逐步开展。

国内目前也普遍采用这种填埋方式进行垃圾处理，并在许多地方

取得了很好的效果。

国外防渗系统构造

欧美各国垃圾填埋场防渗系统的构造以及材料性能如表1所示。从表中可以看出, 欧美国家普遍是土工膜和掺有膨润土的复合土而成的2 层防渗层。

表1各国垃圾填埋场防渗层构造

国家复合土

厚度/cm 透水系数

( cm/s)

防渗层构造

澳大利亚

60 1×10-7土工膜+复合土

比利时

100 1×10-7土工膜+复合土

法国

500 1×10-5土工膜+复合土

德国

75 1×10-8土工膜+复合土

匈牙利

50 1×10-7土工膜+复合土

意大利

100 1×10-7土工膜+复合土

英国

100 1×10-7土工膜+复合土

美国

50 1×10-72层土工膜+复合土

葡萄牙

50 1×10-7土工膜+复合土

瑞典

80 1×10-7土工膜+复合土

由橡胶和树脂类制成的高分子土工膜本身的透水性能特别好, 透水系数一般小于10- 11 cm/s。欧美各国设置在土工膜下面的复合土厚度至少50cm, 这使垃圾填埋场能够保持多年不渗漏。比如, 在土工膜破损的情况下, 假设积聚在复合土上面的水位有30cm 高, 那么渗滤水透过复合土层需要的时间, 美国的防渗构造是T US= 12.7 年; 法国的防渗构造是T FA= 10 年左右。也就是说在上面防渗层都损坏的情况下单靠最下面的复合土也能保证12.7 年和10 年不渗漏。位于日本东京青梅的日出垃圾填埋场代表了日本垃圾场建设的科技水平, 防渗系统采用了2 层土工膜, 1 层GCL,最下面是1 层50cm 厚的掺有膨润土的复合土, 严格意义上来说等于是4 道抗渗。最上面一层TPO 破损造成渗漏的情况下, 中间层GCL 中的膨润土遇到渗滤水立即膨胀止水, 阻止渗滤液渗入地下水系统。GCL 这个产品由于是2 层无纺布中间夹了干燥的膨润土, 在施工过程中特别是在边坡上铺设, 很容易造成膨润土分布不均匀, 从而影响防渗效果, 所以在GCL 的下面又设置了一层土工膜和掺膨润土的复合土, 真正做到了万无一失。

国内的某垃圾填埋场设计中采用了相当于3 层防渗层的防渗系统,HDPE 土工膜, GCL 以及复合土层, 在国内此做法应该说是相当超前了。

国外填埋气发电利用现状

近年来，城市垃圾能源的利用作为一项新兴的能源产业，正迅速在全球蓬勃发展。现在全球有800多座填埋气发电厂在运行，填埋气作为一种新能源，其开发前景广阔。在发达国家，由政府投资建设规

范的垃圾填埋场，同时铺设气体收集装置，然后将气体使用权向社会公开拍卖，开发商通过竞标获取气体使用权。一般5～10年之内即可收回气体收集利用装置的投资。这种做法一方面规范了填埋场建设，另一方面也降低了开发商投资风险，提高了开发商的积极性。

2000年美国全国共有2541个垃圾填埋场。小型垃圾填埋场收集的气体主要采用直接燃烧的方式进行处理，法律规定年收集10万吨以上垃圾的填埋场就有义务将填埋气体进行回收转变为能源。从1981年美国第一座垃圾填埋气体发电厂落成到2000年，美国已先后建设了299套填埋气发电机组。其中伊利诺斯州的垃圾填埋气发电厂，占地61公顷，填埋180万吨垃圾，其发电能力相当于每年用2.8万桶石油的发电量。

荷兰1991年就已颁布城市垃圾填埋气发电计划，并投资8000多万美元，建造了几座大型填埋气发电厂。荷兰北部威达斯特垃圾气田，储有1500万吨生活垃圾，每小时可产生填每小时可产生填埋气体5000m3，可转化为4.5兆瓦的电能。到2000年，荷兰全国垃圾填埋气利用达2.5亿m3以上，可供荷兰全国30多万个家庭的用电量。

英国将填埋气收集利用纳入可再生能源范畴加以支持，并已成为英国可再生能源发电的重要组成部分，同时也是可再生能源发电中成

本最低的技术之一。英国目前垃圾填埋气体发电能力达18兆瓦。英国能源部拟将在10年内再投资1.5亿英镑兴建一批填埋气发电厂。除了以上国家以外，法国、芬兰、日本、瑞典都有大型垃圾填埋气发电站在运行。

国内多个填埋场在近年来也开展了填埋气发电利用项目的实施。国内填埋气发电利用除了资源化以外，还可以申请清洁发展机制（CDM）交易，这一点不但可以让项目得到较高的投资回报，还可减少以帮助当地政府完成“减排指标”。目前，广州、上海、杭州、苏州、济南等都已经建成运行了填埋气发电设施，目前运行状况良好。还有很多填埋场正在进行相应的评估，将来大中型填埋场都将要建设填埋气利用设施，填埋气发电利用的前景非常广阔

国外垃圾填埋场终场处理技术

一般地，填埋场可分为两类: 一类为生活垃圾填埋场,会产生垃圾渗滤液、填埋气体、臭味等, 对周围的环境有较大影响; 另一类为惰性填埋场(如建筑垃圾填埋场) , 该类填埋场比较稳定, 对周围环境影响较少。而有些国家对填埋场不进行分类, 如美国、加拿大、荷兰、意大利等对两种类型的填埋场均采用同样的覆盖技术要求。不同类型的填埋场其终场覆盖技术策略也不一样。惰性填埋场的终场覆盖较为简单, 一般在垃圾体上覆盖一定厚度的粘土或膨润土板, 再覆盖一定的营养土进行植被生态恢复, 整个覆盖的土壤厚度超过1 m。也有少数要求严格的国家, 如德国规定惰性填埋场的营养层下要有0. 3 m 厚的排

水层, 垃圾体上需有起稳定作用的基础层。而对于生活垃圾填埋场, 大部分国家规定终场覆盖应由复合层构成, 整个系统可分为5层, 自上而下分别是植被层、营养层、排水层、阻隔层、基础层, 基础层。目前发达国家对填埋场的终场覆盖趋向于更严格的技术要求, 现在正大力开展这方面的研究工作, 尤其是覆盖使用的新材料、各层的铺设技术, 以及终场覆盖的有效性、整体性的评估等。如最近对植被层及排水层的研究表明, 充分的营养层厚度及表层的生态植被恢复, 对保持覆盖系统的整体性十分重要, 并建议排水层和营养层之间从目前至少厚1.

0 m 提高到厚1. 5 m。对影响填埋场终场覆盖的一些因素如光热, 填埋气体的迁移、扩散及其对植被的影响, 填埋场终场沉降,植被的侵入和动物对覆盖层的啃肆等问题越来越引起了人们的关注, 并有了一些相应的研究成果。

我国垃圾填埋场终场处理技术

我国在《城市生活垃圾卫生填埋技术标准》(CJJ17 - 88) 中对垃圾填埋场的终场覆盖处理规定: 填埋场之上应覆盖一层20～30 cm 厚、渗透率不大于10 - 7 cm/ s 的粘土, 其上再覆盖45～50cm 厚的自然土, 并均匀压实; 如果种植浅根系植物, 应在最终覆盖土上加营养土15 cm , 如果种植深根系植物, 应适当加厚营养土, 总覆土厚度应在1 m 以上。封场顶面坡度不应大于33 % , 封场顶面坡度超过10 %的地方应建造水平台阶; 坡度小于20 %时, 坡高每升高2 m 建一台阶; 当坡度大于20 % , 小于33 %时, 根据实际情况适当增加台阶。我国的垃圾填埋场终场覆盖系统仅采用了单层的防渗系统, 且不设导流层和基础层,

阻隔层粘土厚度较薄。同欧美国家相比, 我国的垃圾终场覆盖要求偏低, 且越来越不适应经济水平的发展及环境保护的要求。目前我国已逐渐开展了这方面的研究, 并开始在实际封场工程中拟采用高标准的覆盖要求。

二、设计方案及技术路线

本设计的填埋场采用改良型厌氧卫生填埋场，垃圾填埋场采取分区，分单元逐日填埋覆土的工艺。

填埋场采用复合防渗工艺。填埋场气要妥善处理，防止影响周围环境。

对近期产生的填埋气体采用集中收集焚烧处理，远期可利用发电发挥更大的益。

该市生活垃圾卫生填埋场渗滤液属于含氮量高、有机物浓度高的污水，其流量和负荷在不断变化。故此工程拟采用生物处理与物化处理相结合的方法，并辅以深度处理，使其扬长避短，互相补充，将处理效果发挥到最大限度。

填埋场管理须进行环境监测，它是垃圾处理设施运行状况的评价等级，监测内容涉及到大气、地下水、地表水、渗滤液、填埋气体、

堆体沉降、苍蝇密度、填埋垃圾等方面的测定。

辅助工程包括土建工程、道路工程、给水与排水工程、消防工程、供配电设计、自控仪表设计、垃圾计量、通讯、节能、绿化等。

垃圾埋场最终覆盖系统主要组成有：表土层、保护层、排水层、屏

障层和基础层/气体收集层等5层。

。

三、可能存在的问题及解决措施

CAD绘图方面，Word排版方面，与设计有关的资料方面可能存在一些问题

通过学习和请教老师解决上述这些问题。

四、设计成果

1．开题报告，5000字左右，主要是对即将做的垃圾填埋场设计初步思路的概括。

2．设计说明书。主要是对垃圾填埋场的概述和工程设计。

3．设计计算书。主要对垃圾量、填埋场容积衡量计算；截洪沟设计计算，渗滤液产量（污水处理站设计规模）计算，非标准设备及其结构尺寸设计等的就算。

4．设计图纸

(1)垃圾填埋场总平面布置图

(2)垃圾填埋场场地平整图

(3)垃圾填埋场分区图

(4)垃圾填埋场导排防渗布置图

(5)垃圾填埋场气体收集井布置图

(6)垃圾填埋场监测点平面布置图

(7)场底及边坡防渗锚固剖面图

(8)竖井及盲沟剖面图

(9)渗滤液处理站平面布置图

(10)渗滤液处理站高程布置图

五、进度计划

毕业设计进度表

时间内容

2011.3.21-

熟悉毕业设计任务，进行调研分析，查阅文献，设计方案确定，2011.4.1

完成开题报告与英文资料的翻译。

2011.4.4-

设计初稿: 确定垃圾处理量、填埋场库容、挖填方等计算，渗滤2011.5.13

液产生量计算，渗滤液收集管管径、间距等的计算，截洪沟尺

寸等的计算，气体导排的设计计算等；污水处理站相关计算设

计等以完成说明书、计算书,完成设计图纸

2011.5.16-

修改图纸和说明书，完成二稿工作

2011.5.27

2011.5.30-

完成三稿工作，排版装订成册

2011.6.3

2011.6.6-

答辩

2011.6.10

六、参考资料

[1] 施工工程师常用规范选——上、中、下册.北京：中国建筑工业出版社，1994

[2] 城市环境卫生设施设置标准CJJ27-2005，中华人民共和国

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[4] 李颖主编.城市生活垃圾为生填埋场设计指南.北京：中国环境科学出版社，2005

[5] 赵由才主编.实用环境工程设计手册《固体废物污染控制工程与资源化》.北京：化学工业出版社，2002

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