固体废物课程设计.docx
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1、1 绪论1.1生活垃圾概述1.1.1生活垃圾的定义人们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、餐厨垃圾、有害垃圾和其它垃圾。常用的垃圾处理方法主要有综合利用、卫生填埋、焚烧和堆肥。1.1.2生活垃圾对环境的危害固体废物如处理、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
2、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
3、处理与处置方法1.2.1卫生填埋处理填埋是大量消纳城市生活垃圾的有效方法,也是所有垃圾处理工艺剩余物的最终处理方法,垃圾在填埋场发生生物、物理、化学变化,分解有机物,达到减量化和无害化的目的。卫生填埋处理技术是将垃圾填入到洼池或者是大坑当 中,用防渗材料将地面与垃圾接触部位覆盖住,避免垃圾渗滤液 进入地下水发生污染;并在场地的底部铺设排水管道,把渗滤液 引到场外;在垃圾体内设置导气系统,把填埋气导出利用或者燃烧;在场地的四周挖设截洪沟,避免洪水进入场内。1.2.2焚烧处理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800-1
4、200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。1.2.3堆肥处理将生活垃圾堆积成堆,保温至5570储存、发酵,借助垃圾中细菌、放线菌、真菌等微生物分解的能力,将有机物分解成无机养分。经过堆肥处理后,生活垃圾变成卫生的、无味的腐殖质。既解决垃圾的出路,又可达到再资源化的目的,但是生活垃圾堆肥养分含量低,杂质含量较高,长期使用易造成土壤板结和地下水质变坏,需在堆肥预处理或后处理单元进行严格分选。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1.3卫生填埋场概述1.3.1卫生填埋场定义卫生填埋场用于处置生活垃圾,指设有渗滤液
5、、填埋气体收集或处理设施及地下水监测装置的垃圾处理场地。1.3.2卫生填埋场特点卫生填埋场垃圾处理操作设备简单、适应性和灵活性强;与其他方法相比具有建设投资少,运行费用低的特点,而且可以回收沼气,综合效益较好。但是与焚烧法相比,卫生填埋场主要存在以下问题:占地面积大、减量耗时长、气候变化感度强、垃圾渗滤液量大且处理难度高等。1.3.3卫生填埋场填埋的基本原则根据估算的废物处理量,构造适当大小的填埋空间,并须筑有挡土墙。于填埋场周围设有围挡或障碍物。填埋场须构筑地层下陷及设施下陷的措施。应有防止地表水流入及雨水渗入设施。应有收集和处理渗滤液的措施。应有填埋气体收集和处理设施。填埋场于每工作日结束
6、时,应覆盖15cm以上的黏土,予以压实;于终止使用时,覆盖50cm以上的细土。3 填埋场的选址3.1选址要求节选自城市生活垃圾卫生填埋技术规范(CJJ17-2004)1填埋场场址设置应符合当地城市建设总体规划要求:符合当地城市区域环境总体规划要求;符合当地城市环境卫生事业发展规划要求。2填埋场对周围环境不应产生影响或对周围环境影响不超过国家相关现行标准的规定。3填埋场应与当地的大气防护。水土资源保护。大自然保护及生态平衡要求相一致。4填埋场应具备相应的库容,填埋场使用年限宜10年以上;特殊情况下,不应低于8年。5选择场址应由建设、规划、环保、设计、国士管理、地质勘察等部门有关人员参加。3.1选
7、址因素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
8、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
9、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10-8m/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。3.3选址程序(1)资料搜集(2)野外勘探(3)场址初选根据城市总体
10、规划、区域地形、地质资料在图纸上确定3个以上候选场址;(4)候选场址现场踏勘选址人员对候选场址进行实地考察,并通过对场地的地形、地貌、植被、水义、气象、交通运输和人口分布等对比分析确定预选场址;(5)预选场址方案比较选址人员对2个以上(含2个)的预选场址方案进行比较,并对预选场址进行地形测量、初步勘探和初步工艺方案设计,完成选址报告,并通过审查确定场址。(6)预选场地的社会、经济和法律条件调查(7)预选场地可行性研究报告(8)预选场地的初堪工作(9)预选场地的综合地质条件评价技术报告(10)工程勘察阶段3.4地址选定与所需容积该城市服务人口90万人,现状垃圾产量1.0kg/(人.d),垃圾压实
11、密度为800kg/m3,垃圾填埋场设计服务年限为10年。覆土与垃圾压实之比为1:4,填埋高度为10m,地上3m,地下2m,该城市位于我国南方,属于亚热带季风气候,季风明显,降水充沛,四季分明,无霜长期。该市多年平均气温为17,多年平均降水量1452mm,日最大降水量达到130mm,该城市年主导风为偏南风,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,即垃圾填埋场的偏南角,以减少对人们的影响。场址概况:填埋场库区周围汇水面积为0.6km2。场底表土厚度为0.54.6m不等,平均2.2m。采用卫生填埋。每年所需的场地体积为:式中:W垃圾产生率(kgd人);P城市人口; D压实后垃圾的密度
12、(kgm3);r覆土与垃圾之比。每年所需的场地面积为:第一年填埋的废物体积为:V1=365WPD+C =3651.0910580054=513281.25m3设城市生活垃圾的年增长速率为5%第二年的废物体积为:V2=1+5%V1=1+5%513281.25 =538945.3125m3第三年的废物体积为:V3=1+5%V2=1+5%538945.3125=565892.5781m3第四年的废物体积为:V4=1+5%V3=1+5%565892.5781=594187.2070m3第五年的废物体积为:V5=1+5%V4=1+5%594187.2070=623896.5674m3第六年的废物体积为:
13、V6=1+5%V5=1+5%623896.5674=655091.3958m3第七年的废物体积为:V7=1+5%V6=1+5%655091.3958=687845.9655m3第八年的废物体积为:V8=1+5%V7=1+5%687845.9655=722238.2638m3第九年的废物体积为:V9=1+5%V8=1+5%722238.2638=758350.1770m3第十年的废物体积为:V10=1+5%V9=1+5%758350.1770=796267.6859m3 填埋的总废物体积为V=V1+V2+V3+V4+V5+V6+V7+V8+V9+V10=513281.25+538945.3125
14、+565892.5781+594187.2070+623896.5674+655091.3958+687845.9655+722238.2638+758350.1770+796267.6859=6455996.4030m3填埋库容占体积的70%-90%,取80%所以:V=80%V总所以:V总=V0.8=8069995.5038m3填埋场预计填埋深度8-10m,取8m填埋用地面积A=VH=8069995.50388=1008749.4380m24 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
15、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300400m或更大,如按2%坡度进行设计,则场区两端高差在68m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
16、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Kf小于规定标准,我国要求Kf小于10-
17、9m/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防渗材料防渗材料多种多样,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
18、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。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
19、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。7HDPE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材料类型渗透系数K(m/s)对库容的影响抗穿刺能力应用范围HDPE膜1(10-13-10-14)较小较差整个基底层防渗压实黏土1(10-6-10-7)较大较好场底防渗4.4防渗系统构造防渗层组成主要有以下6种类
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