固废垃圾填埋场课程设计

固废处理课程设计说明书

1010741217 杨菁全一、绪论

（一）服务人口数、生活垃圾产量及特点

上海市奉贤区2012年人口共计112.99万人，根据上海市奉贤区人口调查历年人口调查情况，以6%的人口增长率递增，到2030年有322.51万人左右，按人均垃圾产生量为0.89 kg/(人·d)，且该值在15年内保持变化不大，则15年间奉贤区生活垃圾产量为1069.11万吨。

服务面积人口采用下式计算：

式中：

A n——第n年的服务人口数，人

A0——初始服务人口是，人（本区初始服务人口数A0为112.99万人）

P ——机械增长率（根据上海奉贤市人口调查历年人口，本次设计中，增长率为6%）n ——第n年，年

历年人口计算结果如下：

预测人口算计结果如下：

其中2010年的数据明显高于其他年份的原因：

1上海应用技术学院新校区建成，来了很多师生。

2 外来人口占了总人口的48.7%，外来人口的增多导致总人口的增多。

预测人口增长率为6%，其原因：

1 外来人口显逐年递增的趋势，由于务工经商，工作调动，学习培训，随迁家属，婚姻婚嫁等原因来此居住的人越来越多。

2 南桥新城是上海市“十二五”期间重点推进建设的三大新城之一，规划人口为75万，预计南桥新城建成后将会有更多的入住奉贤。

3 随着高校的扩招，学校师生人口数将会增加。

4 十八届三中全会提出开放单独二胎的新政策实行后，会有更多的新生儿，人口数量随之增加。

垃圾产生量采用下式计算：

Wn= (An a)/1000

式中：

Wn——第n年的日产垃圾量，t/d

a ——第n年的垃圾人均日产率，kg/(d·p)

历年垃圾数量计算结果如下：

预测垃圾数量计算结果如下：

城市生活垃圾的特点主要有：

1我国生活垃圾含水高，一般为55％-65％，一些南方城市在夏季高达70％。

2我国生活垃圾中厨余和餐饮等有机废物比例大，为45％—55％

3我国生活垃圾依然以混合收集为主，尽管近年来大力推行生活垃圾分类收集，但收效甚微。全国绝大部分城市处理的都是混合原生垃圾。

卫生填埋场技术

（二）卫生填埋场技术

卫生填埋是采取防渗、铺平、压实、覆盖等方式对生活垃圾进行处理和对气体、渗滤液、蝇虫等进行治理的垃圾处理方法。生活垃圾卫生填埋场属于《城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准》规定的IV类、III级垃圾填埋场，它应该满足以下要求：

1. 防渗处理工程措施必须保证填埋场内垃圾堆体与外界的水环境隔离，其中防渗层的渗透系数必须小于10-7cm/s，以减少对地下水和土壤的污染。

2. 填埋场必须有效的控制填埋气体，防止甲烷气体爆炸。可以采取自然排气法排气，但填埋场区空气中的甲烷气体含量不得大于5%。对不能利用的甲烷气体应引出地面进行燃烧处理。

3. 填埋场渗滤液导排系统应能有效的收集填埋场内的渗滤液，经预处理后输送到指定的污水处理设施，经过处理并达到相应的排放标准后排入水体。

4. 填埋作业应分层铺盖、填埋、压实，并尽可能做到当日覆盖。填埋作业过程中要采取措施防止蚊蝇的孳生。

二、工程概况

（一）项目地区概况

奉贤区位于上海市南部，东与浦东新区接壤，西与金山区和松江区比邻，南临杭州湾，北与闵行区相隔黄浦江。有13.7千米长的江岸线和31.6千米的海岸线，是一个风光秀丽的海滨城市。全区土地面积720.44平方公里，区属耕地面积25794.5公顷。奉贤区临江濒海，属于亚热带季风气候，常年主导风为东南风，气候温和，日照充足，四季分明，雨水充沛。空气质量在上海内陆部分为最好，空气降尘量是上海市中心的十分之一。区内地势平坦，属于长江三角洲冲积平原。常年降雨量1162毫米，常年无霜期225天，常年平均气温15.7℃。

（二）设计编制依据

《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》（CJJ17-2001）

《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889-1997）

《生活垃圾填埋场环境监测技术标准》（CJ/T3037）

《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）

《工业企业厂界噪声标准》（GB12348~12349-90）

《污水综合排放标准》（GB8978-1996）

《环境空气质量标准》（GB3095-1996）

《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）

《地面水环境质量标准》（GB3838-88）

《地下水质量标准》（GB/T14848-93）

《土壤环境质量标准》（GB15618-1995）

《危险废物鉴别标准》（GB5085）

《城市生活垃圾采样和物理分析方法》（CJ/T3039-1995）

（三）设计原始材料

设计服务年限及范围：设计服务年限为2016—2030年，为期15年；服务范围为上海市奉贤区行政范围。

三、填埋场选址

（一）填埋场选址的考虑因素

1填埋场场址的选择应符合国家及地方城乡建设总体规划要求，场址应处于一个相对稳定的区域，不会因自然或人为的因素而受到破坏。

2填埋场场址的选择应进行环境影响评价，并经环境保护行政主管部门批准。

3填埋场场址不应选在城市工农业发展规划区、农业保护区、自然保护区、风景名胜区、文物（考古）保护区、生活饮用水源保护区、供水远景规划区、矿产资源储备区和其他需要特别保护的区域内。

4填埋场距飞机场、军事基地的距离应在3000m以上。

5填埋场场界应位于居民区800m以外，并保证在当地气象条件下对附近居民区大气环境不产生影响。

6填埋场场址必须位于百年一遇的洪水标高线以上，并在长远规划中的水库等人工蓄水设施淹没区和保护区之外。

7填埋场场址距地表水域的距离不应小于150m。

8填埋场场址的地质条件应符合下列要求：

a. 能充分满足填埋场基础层的要求；

b. 现场或其附近有充足的粘土资源以满足构筑防渗层的需要；

c. 位于地下水饮用水水源地主要补给区范围之外，且下游无集中供水井；

d. 地下水位应在不透水层3m以下，否则，必须提高防渗设计标准并进行环境影响评价，取得主管部门同意；

e. 天然地层岩性相对均匀、渗透率低；

f. 地质构结构相对简单、稳定，没有断层；3.1.9 填埋场场址选择应避开下列区域：破坏性地震及活动构造区；海啸及涌浪影响区；湿地和低洼汇水处；地应力高度集中，地

面抬升或沉降速率快的地区；石灰熔洞发育带；废弃矿区或塌陷区；崩塌、岩堆、滑坡区；山洪、泥石流地区；活动沙丘区；尚未稳定的冲积扇及冲沟地区；高压缩性淤泥、泥炭及软土区以及其他可能危及填埋场安全的区域。

9填埋场场址必须有足够大的可使用面积以保证填埋场建成后具有10年或更长的使用期，在使用期内能充分接纳所产生的危险废物。

10填埋场场址应选在交通方便、运输距离较短，建造和运行费用低，能保证填埋场正常运行的地区。

11本设计填埋场的选址经过从工程学、经济学、环境学、政策法规等方面的综合的缜密的考虑而选取的。

1) 从经济学上看，此填埋场满足一定的库容量，能容纳垃圾处理量；场址交通方便，运距合理；场址周围有相当数量的土石料，用于天然防渗层和覆盖层的粘土等。

2) 从工程学方面看，场地有适当的自然地形作为填埋空间其地形、地貌及土壤条件适当；天然地层渗透性系数达到107cm/s以下，并具有一定的厚度，其地质条件很好；场址蒸发量大于降水量，不位于台风经过的地区，其暴雨发生率也较低，位于大气混合扩散作用的下风向，即气象条件适当。

3) 从环境学上看，场址远离专用水源补给区，地基基础位于最高丰水位标高至少1米以上，对地表水、地下水影响较小，同时场址位于居民区2000米以外，且位于居民区的下风向对居民区的影响也较小。

4) 从政策法规上看，此填埋场的建立符合城市发展规划，符合当地城市环境卫生事业发展规划要求。

（二）填埋场容积

填埋场共分分三期计算,覆土与垃圾比为1:5

计算公式如下：

垃圾填埋容量（m3/d）=6/5×垃圾填埋量（t/d）/垃圾压实密度（t/m3）

压实密度取0.7t/m3

计算结果如下：

四、填埋场的地基与防渗

（一）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Kf 小于规定标准，我国要求Kf 小于10-9m/s 。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。

（二）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

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6--???。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

高密度聚乙烯（HDPE）膜是人工合成材料中最常用，也是最理想的防渗材料，它能有效阻止渗滤液的渗漏。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。

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。

（三）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

复合衬里（库区边坡）系统示意图

单层衬里（库区底部）系统示意图

单层衬里（库区边坡）系统示意图

（四）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6.0×10-4 m/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。

双层衬里（库区底部）系统示意图

（五）填埋工艺

我小组的课程设计采用的是水平填埋工艺。

五、渗滤液的产生及收集处理

（一）垃圾渗滤液

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；

（二）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。

（三）渗滤液收集系统

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。

收集系统的构造

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。

（四）渗滤液的计算 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，m3/d; A1---填埋区汇水面积，m2； A2----填埋区的面积，m2； 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 。剧资料显示，奉贤地区最大年的降雨量为1444.9mm ，最大月降雨量为373.8mm ，日平均值为12.46mm 。

（1）第一期

第一期服务年限为5年

第一库区面积为：600*1000 m2 ；C1=0.4

渗滤液平均日产量：Q=1444.9/365*0.4*600*1000)/1000=950.07m3/d 渗滤液最大日产量：Q max=12.46*0.4*600*1000/1000=2990.4 m3/d （2）第二块填埋区

第二块填埋区服务年限为5年

第二块库区面积为A2=1081289.817/10=108128.9817 m2

C2=C1×0.6=0.6×0.4=0.24

式中：

C2为及时覆盖区域的渗透系数

渗滤液平均日产量：

Q=1444.9/365*（0.4*600*1000+0.24*600*1000)/1000=1520.11m3/d 渗滤液最大日产量：

Q max=12.46*（0.4*600*1000+0.24*600*1000)/1000=4787.64m3/d （3）第三块填埋区

第三块填埋区服务年限为5年

第三块库区面积为600*1000 m2

已填埋的面积=第一块填埋面积+第二块填埋面积=1200000m2

渗滤液平均日产量：

Q=1444.9/365*（0.4*600*1000+0.24*1200000)/1000=2090.16 m3/d 渗滤液最大日产量：

Q max=12.46*（0.4*600*1000+0.24*1200000))/1000=6578.88 m3/d

（五）渗滤液调节池设计

最小调节池容积的由下式确定：

V≥（Qmax-Q）×5

其中：

V—调节池有效容积；

Qmax —设计最大渗滤液产生量；

Q—渗滤液处理厂规模。

设Q=6000m3/d，则：

V=（Qmax-Q）×5=(6578.88-6000)*5=2894.4m3/d

调节池的水面面积A，调节池的有效水深H取5m，超高0.5m,则A=V/H=2894.4/5=578.88m2

调节池的长度L.取调节池的宽度B为22m,则

L=578.88/22=27m

取整得，池的实际尺寸：长×宽×高＝27m×22m×5.5m

（六）渗滤液处理工艺

五、填埋气体的产生与收集处理

（一）填埋气的组成

填埋场的主要气体包括氨、二氧化碳、一氧化碳、氢、硫化氢、甲烷、氮和氧等，其中以甲烷和二氧化碳的含量最高。其典型特征为温度约43-49℃，相对密度约

1.02-1.06，水蒸气含量达到饱和，高位热值为15630-19537KJ/m3。

（二）填埋气体产生量的预测

垃圾在第t年的产气速率为：

Gt=MtL0ke-kt

式中：

Gt—第t年垃圾的产气速率，m3/a;

Mt—第t年所填垃圾量，t;

L0—气体产生潜力，m3/t;取150 m3/t

K—气体产气常数，1/a，取0.006；

t—年份，a。

e—取2.72

填埋场产期一级模型参数的建议值

填埋气计算结果如下：

（三）填埋场气体的收集与导排

填埋场气体的收集系统

收集填埋气体的作用时减少填埋气体向大气的排放量、控制填埋气体的无序迁移，并为填埋气体的回收利用做准备。收集系统可分为主动式和被动式两种，被动式收集系统利用垃圾体内的气体压力来收集填埋气体，主动收集系统则是采用抽真空的方法来控制气体的流动。

主动气体收集系统主要由抽气井、集气管、冷凝水收集井和泵站、真空源、气体处理站（回收或焚烧）以及气体监测设备等组成。

被动收集设施根据设置方向分为竖向收集方式和水平收集方式两种类型。被动收集系统的优点是费用较低，而且维护保养也比较简单。若将排气口与带阀门的管子连接，被动收集系统即可转变成主动收集系统。

我小组的课程设计采用的是被动式气体收集设施。

填埋场的导排方式及选择

在选择填埋场气体控制方式时，应立足于填埋场的实际情况，进行综合考虑，确定最佳方案。由于该设计为新建填埋场，初期产气量不大，而后会迅速增加，因此该设计