城市生活垃圾卫生填埋场设计--毕业设计

毕业设计

生活垃圾卫生填埋场设计

目录设计说明书

1、绪论

1.1生活垃圾

1.2生活垃圾处理与处置方法

1.3卫生填埋场概述

2、工程概况

2.1项目背景

2.2项目设计原始资料

2.3项目设计要求

设计计算书

3、填埋场的选址

3.1选址的考虑因素

3.2选址的程序

3.3地址的选定与所需的容积

4.填埋场的地基与防渗

4.1填埋区基底工程

4.2填埋场的防渗系统

4.3防渗材料

4.4防渗系统的构造

5. 渗滤液的产生及收集处理

5.1垃圾渗滤液概念和来源

5.2垃圾渗滤液的水质特征

5.3渗滤液收集系统

5.4渗滤液产生量的计算

5.4.1渗滤液产生量的计算

5.4.2渗滤液调节池设计

6.填埋气体的产生与收集处理6.1填埋气的组成

6.2填埋气体产生量的预测

6.3填埋场气体的收集与导排

6.3.1填埋场的导排方式及选择

6.3.2填埋场气体收集系统的设计

7.终场覆盖

7.1填埋场封场系统设计

7.2填埋场封场后的土地回用

8.封场后续工作

结语

参考文献

附图

主要符号说明

1、绪论

1.1生活垃圾概述

1.1.1生活垃圾的定义

生活垃圾，是指在日常生活中或者为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及法律、行政法规规定视为生活垃圾的固体废物。生活垃圾一般可分为四大类：可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾和其他垃圾。

城市生活垃圾亦称城市固体废物，是由城市居民家庭、城市商业、餐饮业、旅馆业、旅游业、服务业，以及市政环卫系统、城市交通运输、文教机关团体、行政事业、工矿企业等单位所排出的固体废物。其主要组成为：厨余物、废纸屑、废塑料、废橡胶制品、废编织物、废金属、玻璃陶瓷碎片、庭院废物、废旧家用电器、废旧家具器皿、废旧办公用品、废日杂用品、废建筑材料、给水排水污泥等。

1.1.1生活垃圾的危害

固体废物，特别是有害固体废物，如处理、处置不当，其中的有害物质可以通过环境介质——大气、土壤、地表或地下水体进入生态系统形成污染，对人体产生危害，同时破坏生态环境，导致不可逆生态变化。

（1）对土壤环境的影响：固体废物不加利用，任意露天堆放，不但占用一定的土地，导致可利用土地资源减少，而且如填埋处理不当，不进行严密的场地工程处理和填埋后的科学管理，容易污染土壤环境。

（2）对水体环境的影响：固体废物可随地表径流进入河流湖泊，或随风迁徙落入水体，从而将有害物质带入水体，杀死水中生物，污染人类饮用水水源，危害人体健康；固体废物产生的渗滤液危害很大，它可进入土壤污染地下水，或直接流入河流、湖泊或海洋，造成水资源的水质型短缺。

（3）对大气环境的影响：对方的固体废物中的细微颗粒、粉尘等可随风飞扬，进入大气并扩散到很远的地方；一些有机固体废物在适宜的温度和湿度下还可发生生物降解，释放出沼气，在一定程度上消耗其上层空间的氧气，使植物衰败；有毒有害废物还可发生化学反应生成有毒气体，扩散到大气中危害人体健康。

1.2生活垃圾处理与处置方法

1.2.1焚烧

焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定量的过剩空气与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，废物中有还有毒物质在800——1200℃的高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现废物无害化、减量化和资源化的处理技术。

堆废化是在控制条件下，利用自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，促进来源于生物的有机废物发生生物稳定作用，使可被生物降解的有机物转化为稳定的腐殖质的生物化学过程。

堆肥化系统的分类：按温度分为中温堆肥和高温堆肥；按技术分为露天堆肥和机械密封堆肥。1.2.3卫生填埋

卫生填埋是“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，并将垃圾压实减容至最小，填埋占地面积也最小。在每天操作结束或每隔一定时间用土覆盖，使整个过程对公共安全及环境均无危害”[1]的一种土地处理垃圾方法。

固体废物填埋场的构筑方式和填埋方式与地形地貌有关，可分为山谷型填埋和平地型填埋方式。平地型填埋又可分为地上式、地下式和半地下式。[2]

山谷型填埋场（图1）

地上式填埋场（图2）

半地上半地下式填埋场（图3）

2、工程概况

2.1项目背景

在生活垃圾处理处置方式中，填埋无疑占据着举足轻重的位置，从全球来看，填埋大约占到70%左右，在各发达国家应用非常广泛，例如加拿大1989年卫生填埋处置量占82%；1991年英国、意大利年卫生填埋处置量占其总处置量的90%美国处置量为72%，西班牙处置量为75%，德国1993年卫生填埋处置量占73%。美国联邦环保局(USEPA)和很多州都已详细制定关于填埋场选址、设计、施工、运行、水气监测、环境美化，封闭性监测以及维护年限的法规【3】。而在我国,由于经济技术水平等的原因，填埋所占的比例更高，达到90%以上。虽然随着经济技术的发展，在未来的20年内，在拟建的垃圾处理项目中，填埋比例会稍有下降，但仍有大约75%的项目采用填埋方式。同时在我国的《城市垃圾处理及其污染防治技术政策》中明确提出：以填埋为主的路线，因此填埋必将在今后很长一段时间内占据主导地位，许多大中城市新建的垃圾填埋场，其日处理能力都达上千吨，总填埋库容达数千万立方米。

2.2项目设计原始资料

（1）该城市服务人口60万人，现状垃圾产量1.0~1.5kg/d.人，垃圾压实密度600kg/m3，垃圾场服务年限为10~20年。

（2）气象资料：该城市位于我国北方，地处中纬度平原地区，温带季风气候，四季分明，昼夜温差大，无霜期短，多年平均气温4~15o C。多年平均降水量为460~600mm。日最大降雨量可达180mm，该城市年主导风向为西北风。

（3）场址概况：填埋场库区周围汇水面积0.6km2。场底表土厚度0.5~4.6m不等，平均2.2m。土壤渗透系数为6.0×10-4m/s。场址地下水稳定水位埋深0.8m。

（4）距离填埋场5km处有城市污水处理场，紧挨填埋场有水、电源及公路。

2.3项目设计要求

（1）总体要求

按照设计任务合理选择设计方案，工艺流程要有一定的灵活性；设计概念清楚、参数选择恰当、计算正确，说明书简明扼要、文字流畅、论点明确；图纸表达正确、符合制图规范；图面整洁、布局合理、图中线型和尺寸标注符合要求；整个设计过程严格遵照相关标准。

（2）设计说明书

要求内容完整、阐述清楚、计算准确、文理通顺，提倡用计算机解决复杂计算问题。设计说明书要求8000字以上，使用A4纸。内容包括目录、前言、正文、计算书、设计计算框图、小结及参考文献等。

设计说明书中应当设计的依据及指导思想；设计方案的确定及具体技术指标的选用原则和技术要求

的说明

（3）设计计算书

包括填埋场总容量、填埋总量计算；垃圾填埋工艺流程及填埋作业程序确定；填埋场主体工程工艺设计计算；主体设施的工艺参数计算及主要尺寸的确定等；配套工程及辅助设施和设备的计算与工艺布置。

（4）设计图纸

包括垃圾填埋场平面布置图、处理工艺图及主要构筑物（防渗排渗系统、导气系统复合防渗衬里、渗滤液处理工艺等）结构图。图纸要求至少3张，其中2＃图纸2张，3＃图纸1张，手绘和计算机绘图应至少各一张。

3.填埋场的选址

3.1选址的考虑因素[4]

填埋场的选址总原则是应以合理的技术、经济方案，尽量少的投资，达到最理想的经济效益，实现保护环境的目的。必须加以考虑的因素有：运输距离、场址限制条件、可以使用的土地容积、入场道路、地形和土壤条件、气候、地表和水文条件、当地环境条件以及填埋场封场后场地是否可被利用。

（1）运输距离：运输距离是选择填埋场地的重要因素，对废物管理系统起着重要作用。尽管运输距离越短越好，但也要综合考虑其他各个因素。

（2）场址限制条件：场址至少应位于居民区1km（参照德国标准）以外或更远。

（3）可用土地面积：填埋场场地应选择具有充足的可使用面积的地方，以利于满足废物综合处理长远发展规划的需要，应有利于二期工程或其他后续工程兴建使用。尽管没有填埋场大小的法律规定，填埋场地也要有足够的使用面积，包括一个适当大小的缓冲带，并且一个场地至少要运行五年。

（4）出入场地道路：由于通常适合填埋场的场地不再城市已建的道路附近，因此，建设出入填埋场的道路和使用长距离的运输车成为填埋场选址的重要因素。

（5）地形、地貌及土壤条件：不宜选址在地形坡度起伏变化大的地方和低洼汇水处，原则上的地形的自然坡度不应大于5%。

（6）气候条件:填埋场场址的选择应考虑在温和季节的主导风向。

（7）地表水水文:所选场地必须在百年一遇的地表水域的洪水标高泛滥区或最大洪泛区之外，或应在可预见的未来建设水库或人工蓄水淹没和保护区之外。填埋场的场地必须是位于饮用水保护区、水体和洪水区之外，并且必须在春潮区之外、泥炭沉积超过1m的沼泽区之外。还应建在地下水位以上。最佳的填埋场场址位置是在封闭的流域内，这对地下水资源造成的风险最小。

（8）地质和水文地质条件：场址应选在渗透性弱的松散岩层基础上，天然地层的渗透性系数最好

能达到10-8

m/s 以下，并具有一定厚度。

（9）但地环境条件：填埋场场地位置选择，应在城市工农发展规划区、风景规划区、自然保护区之外；印在供水水源保护区和供水远景规划区之外；应具备较有利交通条件。

（10）地方公众：可通过自发的协议来达到，也可在废物处理合同中加以规定。

3.2选址的程序

（1）资料搜集（2）野外勘探

（3）预选场地的社会、经济和法律条件调查（4）预选场地可行性研究报告（5）预选场地的初堪工作

（6）预选场地的综合地质条件评价技术报告（7）工程勘察阶段

3.3地址的选定与所需容积

设垃圾填埋场服务年限为15年，覆土与垃圾压实之比为1:4，填埋高度为10m ，地上3m ，地下7m ，取W 为1.2kg/d*人，该地区主导风向为西北风，因此生活和管理设施宜集中布置并处于夏季主导风向的上风向，即垃圾填埋场的西北角，以减少对人们的影响。采用平原型填埋。

每年所需的场地体积为：

()r 1D

365V +??==

垃圾压实密度每年垃圾产生量

式中： W －垃圾产生率(kg ∕d ?人)；

P －城市人口；

D －压实后垃圾的密度(kg ∕m 3

)； r －覆土与垃圾之比。每年所需的场地面积为：H

A =

第一年填埋的废物体积为：3

51593125m

56001061.3365C D

365V =????=+?

设城市生活垃圾的年增长速率为5%（自定）

378367356345334323312m 4382.8345862268.794844%51V %51V m 2268.7948445018.756994%51V %51V m 5018.7569941445.720947%51V %51V m 1445.7209473281.686616%51V %51V m 3281.6866163125.653920%51V %51V m 3125.65392025.622781%51V %51V m 25.622781593125%51V %51V =?+=+==?+=+==?+=+==?+=+==?+=+==?+=+==?+=+=）（）（第八年的废物体积为：）（）（第七年的废物体积为：）（）（第六年的废物体积为：）（）（第五年的废物体积为：）（）（第四年的废物体积为：）（）（第三年的废物体积为：）（）（第二年的废物体积为： 3

1415313143121331112310113910389m 1174346.9381118425.641.05V %51V 8m 1118425.64165167.2831.05V %51V 3m 1065167.2821014445.031.05V %51V m 032.10144451255.96613805.1V %51V 5m 966138.1251920131.5481.05V %51V m 5481.9201317601.876315%51V %51V m 7601.8763154382.834586%51V %51V =?=+==?=+==?=+==?=+==?=+==?+=+==?+=+=）（：第十五年的废物体积为）（：第十四年的废物体积为）（：第十三年的废物体积为）（：第十二年的废物体积为）（：第十一年的废物体积为）（）（第十年的废物体积为：）（）（第九年的废物体积为：填埋的总废物体积为

V 15

V 14V 13V 12V 11V 10V 9V 8V 7V 6V 5V 4V 3V 2V 1V ++++++++++++++=∑=5

93125+622781.25+653920.3125+686616.3281+720947.1445+756994.5018+794844.2268+834586.4382+876315.7601+920131.1255+966138.1255+1014445.032+1065167.648+1118425.648+1174346.93=12798785.47m 3

填埋库容占体积的70%-90%，取80%

15998481.80.8V V 80%V V ===总总

所以：所以：填埋场预计填埋深度8-10m ，取10m

填埋用地面积为A=V/H=15998481.84/10=1599848.184m 2

4.填埋场的地基与防渗

4.1填埋区基底工程

《城市生活垃圾卫生填埋技规范》规定，场底地基是具有承载能力的自然土层或经过碾压、夯实的平稳层，且不应因填埋垃圾的沉陷而使场底变形、断裂，场底基础表面经碾压后，方可在其上贴铺人工衬里。场底应有纵、横向坡度。纵横坡度宜在2%以上，以利于渗滤液的导流。实际设计建设中，长宽一般为300～400m 或更大，如按2%坡度进行设计，则场区两端高差在6～8m 或更多。受地下水埋深土方平衡及整体设计的影响，场区两端高差过大会造成较大的困难。根据北京填埋场（安定、北神树）建

设经验，垃圾卫生填埋场场底纵向主要坡度为1%～1.3%时可以保证渗滤液排顺畅[5]

。为确保填埋场安全，考虑到填埋场土体条件较差，需要对其整形，坑底及周围进行平整，取土同时作为坑四壁局部填土、每日覆盖用土和最终覆盖用土。填埋区底部按设计高程完成基底工程以后，底部要求平整，以利于防渗膜的铺设。

4.2填埋场的防渗系统

填埋场防渗系统，不仅要能防止渗滤液渗出污染地下水，还要防止地下水涌入填埋场。场底防渗系统主要有水平防渗系统和垂直防渗系统两种类型。水平防渗系统是在填埋区底部及周围铺设低渗透性材料制作的衬层系统。垂直防渗系统将密封层建在填埋场的四周，主要利用填埋场基础下方存在的不透水层或弱透水层，将垂直密封层构筑在其上，以达到将填埋气体和垃圾渗滤液控制在填埋场之内的目的，同时也有阻止周围地下水流入填埋场的功能。

防渗层的建设方法多种多样,采用何种工艺方法建设防渗层是设计中的重要内容，不管使用什么方法、什么材料，最终达到的目的是渗透系数K f 小于规定标准，我国要求K f 小于10-9

m/s 。[5]

同时要考虑： 1)使用寿命。填埋场的使用寿命，封场后要求的防渗层的寿命，以及本身的可靠性。

2)与填埋场的相容性。选用的材料不能被填埋物侵蚀，由于渗滤液的性质不稳定，所以选择的材料要适应渗滤液的各种性质，如抗酸、抗碱等。 3)场地条件及气候条件。

4)建设费用。防渗材料的选择既要达到防渗要求，又要考虑经济合理，厚的土工膜具有更好的防渗性能，但必将提高建设费用。

4.3防渗材料

防身材料多种多样，目前常用的主要有两类：黏土与人工合成材料。黏土除天然黏土外，还有改良土（如改良膨润土等）；人工合成材料种类很多，如高密度聚氯乙烯（HDPE ）、低密度聚氯乙烯（LDPE ）、聚氯乙烯(PVC)膜等,但近二十年来，国内外填埋场最常用的是高密度聚氯乙烯（HDPE ）膜。实际上，大部分填埋场所选用的防渗层材料均是黏土和HDPE 膜。 1、黏土

粘土是土衬层中最重要的部分，其具有低渗透特性。填埋场黏土衬层分为两类：自然黏土衬层与人工压实粘土衬层。自然黏土衬层是具有低渗透率、富含粘土的自然形成物，其渗透率应小于或等于

s cm 10110176--???。一般来说，天然粘土层和岩石层是否均一以及是否具有较低的渗透率，是

很难检测验证的，仅仅使用自然黏土衬层作为填埋场防渗层是不可靠的。 2、人工合成材料

的渗漏。美国环保署于1982年停止单独使用黏土作为有害废弃物处理场的防渗材料，并规定所有填埋场必须有一层防渗衬垫，在填埋场封场后，也必须采用防渗层进行封场以减少渗滤液的产生。[7] HDPE膜具有优良的机械强度、耐热性、耐化学腐蚀性、抗环境应力开裂和良好的弹性，随着厚度增加（一般范围在0.75-2.5mm），其断裂点强度、屈服点强度、抗撕裂强度、抗穿刺强度逐渐增加。垃圾填埋场一般采用1.5-2.5mm厚的HDPE膜作衬垫层。

HDPE膜与压实黏土的特点和性能[7]

4.4防渗系统构造

防渗层组成主要有以下6种类型

1、单层HDPE膜防渗层

2、压实粘土防渗层

3、双层HDPE膜（中间含HDPE网格）与压实粘土构成的复合防渗层

4、双层HDPE膜与压实粘土构成的复合防渗层

5、HDPE膜与压实粘土构成的复合防渗层

6、双层HDPE膜（中间含HDPE网格）防渗层

单层HDPE膜防渗层结构简单、施工容易、投资较省，但是其防渗安全性差，一旦HDPE膜某处受损，下面的自然土层渗透系数大，垃圾渗滤液很容易通过HDPE膜的破损处渗出，使整个防渗层失去防渗作用，这种防渗层目前也很少采用。

复合防渗层结构复杂，施工也较难，投资相对较高，但其防渗安全性很高。因为即使单层HDPE膜发生破损，但很快渗滤液会遇到另一层HDPE膜或者压实粘土层，阻止渗滤液继续渗漏，整个防渗层仍能有效发挥防渗作用。

复合衬里（库区底部）系统示意图[6]

复合衬里（库区边坡）系统示意图[6]

单层衬里（库区边坡）系统示意图[6]

4.5场地防渗系统法案的选定

在本设计中根据所给的原始资料可以知道：土壤渗透系数为6.0×10-4m/s，故k=6.0×10-2>10-5cm/s属于渗漏性场地。

场区地下水位较低，离地面仅0.8m,此填埋场没有独立的水文地质单元，也无不透水层或弱透水层，因此也属于渗透性场地，故不宜采用垂直防渗系统，而采用水平防渗系统。

由于度量粘土衬层渗透性的主要指标是渗透系数，根据《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》可知道，天然粘土类衬里的渗透系数不应大于10-7cm/s并且要2米厚的粘土。

因原始资料中并未给出当地土层中天然粘土的渗透系数，对比以上所介绍的三种防渗材料性能并考虑施工中常用的材料，故排除了用天然材料作衬垫层的方案，而选择了人工合成防渗膜。在人工合成防渗膜中选用了性能较优，国内外使用经验较多的高密度聚乙烯（HDPE）防渗膜。

根据原始资料可知该填埋场土壤渗透系数为 6.0×10-4m/s大于10-5cm/s，地下水稳定水位平均埋深0.8m，即地下水位较高，场区地质条件不好，因此选择了双层衬层防渗系统。

5.渗滤液的产生及收集处理

5.1垃圾渗滤液概念和来源

垃圾渗滤液是指超过垃圾所覆盖土层饱和蓄水量和表面蒸发潜力的雨水进入填埋场地后，沥经垃圾层和所覆盖土层而产生的污水。渗滤液还包括垃圾自身所含的水分、垃圾分解所产生的水及浸入的地下水。

城市垃圾填埋场渗滤液的处理一直是填埋场设计、运行和管理中非常棘手的问题。主要来源有：

(1) 降水的渗入，降水包括降雨和降雪，它是渗滤液产生的主要来源；

(2) 外部地表水的渗入，这包括地表径流和地表灌溉；

(3) 地下水的渗入，这与渗滤液数量和性质与地下水同垃圾接触量、时间及流动方向等有关；当填埋场内渗滤液水位低于场外地下水水位，并没有设置防渗系统时，地下水就有可能渗入填埋场内；

(4) 垃圾本身含有的水分，这包括垃圾本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附量；

(5) 覆盖材料中的水分，与覆盖材料的类型、来源以及季节有关；

(6) 垃圾在降解过程中产生的水分，与垃圾组成、pH值、温度和菌种等有关，垃圾中的有机组分在填埋场内分解时会产生水分；

5.2垃圾渗滤液的水质特征

垃圾渗滤液主要来源于降水和垃圾本身的内含水和分解产生的水。垃圾渗滤液的主要污染成分有：有机物、氨氮和重金属等。其种类和浓度与垃圾类型、组分、填埋方式、填埋时间、填埋地点的水文地质条件、不同的季节和气候等密切相关[7]，其水质主要呈现以下特征：

(1)COD Cr和BOD5浓度高：在新的垃圾填埋场，大量挥发性酸的存在可能会产生高的COD Cr和BOD5；

(2)BOD5与COD Cr比值变化大：BOD5/COD Cr值的高低与渗滤液处理工艺方法的选择密切相关。渗滤液BOD5/COD Cr值与垃圾填埋场的使用年限有关，对“年轻”填埋场而言，其渗滤液多具有良好的生化处理可行性，可采用生物方法加以处理。而对于“年老”填埋场的渗滤液的处理而言，必须考虑其可生化性随时间的变化；

(3)金属含量高：垃圾渗滤液中含有10多种金属（重金属）离子，由于物理、化学、生物等的作用，垃圾中的高价不溶性金属被转化为低价的可溶性金属离子而溶于渗滤液中，在处理过程中必须考虑对它们的去除；

(4)营养元素比例失调，氨氮的含量高：随着填埋场使用年限的增加，当进入产甲烷阶段后，渗滤液中的NH4+浓度不断上升。另外，渗滤液中还存在溶解性磷酸盐的不足、碱度较高、无机盐含量高的问题[7]。

5.3渗滤液收集系统

5.3.1收集系统的作用

渗滤液收集系统应保证在填埋场使用年限内正常运行，收集并将填埋场内渗滤液排至场外指定地点，避免渗滤液在填埋场底部蓄积。渗滤液的蓄积会引起下列问题：

1、场内水位升高导致垃圾体中污染物更强烈的浸出，从而使渗滤液中污染物浓度增大；

2、底部衬层上的静水压增加，导致渗滤液更多的地渗漏到地下水——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。

5.3.2收集系统的构造[8]

渗滤液收集系统主要由渗滤液调节池、泵、输送管道和场底排水层组成。

1、排水层：场底排水层位于底部防渗层上面，由沙或砾石构成。当采用粗沙砾时，厚度为30-100cm ，必须覆盖整个填埋场底部衬层，其水平渗透系数不应大于0.1（cm/s ），坡度不小于2%。

2、管道系统：一般穿孔管在填埋场内平行铺设，并位于衬层的最低处，且具有一定的纵向坡度（通常为0.5%-2.0%）。

3、防渗衬层：由黏土或人工合成材料构筑，有一定厚度，能阻止渗滤液下渗，并具有一定坡度（通常为2%-5%）。

4、集水井、泵、检修设施以及监测和控制装置等。

5.4渗滤液的计算

5.4.1渗滤液产生量的计算

渗滤液的产生量为：

-32110)A (A C I Q ?+??=

式中Q---表示渗滤液年产生量，m 3

/d;

A1---填埋区汇水面积，m 2

； A2----填埋区的面积，m 2； C---渗出系数,取0.4；

I---表示最大年或月降雨量的日换算值，mm 。（1）第一块填埋区

填埋场的服务年限为15年，填埋库区分四块，分别进行填埋。第一块填埋区的服务年限为4年，则第一块库区面积为24-11m 255644.28910

2556442.89

H V A === 渗滤液平均日产量：