生活垃圾卫生填埋场工程之典型设计

生活垃圾卫生填埋场工程之典型设计一．工程概况1．项目背景随着经济的发展，人们生活消费水平的提高，城市的生活垃圾产生量日渐增加。而目前市内还没有垃圾无害化处理的工程措施，基本上所有的垃圾都是简易堆放处理，没有进行无害化处理，其卫生要求远达不到环境法规的卫生标准。这些简易的垃圾堆放场已经造成一系列的环境污染问题。表现在：一，垃圾露天堆放，散发阵阵恶臭，污染大气环境，周围几平方公里的地方都可以闻到，严重影响景观。二，垃圾无隔离措施，其产生的渗滤液污染地下水和周围的地表水，极大地威胁居民的健康。三，污染周围的土壤，使土壤失去应有的功能。城市的经济持续增长，人口数量在上升，消费物品也在增加。若不处理对垃圾无害化处理，将引发重大的灾难，故建立生活垃圾填埋场处理工程。2．工程设计的主要内容城市生活垃圾卫生填埋场处理工程设计的主要内容包括：总平面布置（选址和场区总体设计等等），填埋工艺，防治工程，渗滤液收集导排工程，渗滤液处理工程，地下水、地表水导排处理工程，填埋气体收集与利用设计，环境监测设计，封场工程，辅助工程（如绿化、道路等），设备选型，二次污染防治设计，经济分析等等。3．设计规模根据城市人口规模与人均垃圾生产量等因素，确定城市生活垃圾卫生填埋场处理起始规模为600吨/天。4．技术经济指标垃圾处理规模：21.90万吨/年；填埋场库容：619.32万米3；使用年限：21年；渗滤液处理规模：300吨/天；渗滤液处理标准：三类；调节池容积：20000米3；单位垃圾处理总成本：284.58万元/年；投资回收期：12.95年二．总图布置1．选址此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600~1200t/d的垃圾处理量；附近有一大道，距市中心仅9.87公里，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10-7cm/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2000米以外，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。综上所述，将场址确定于此作为填埋场地。2．厂址概况填埋场该处地貌为两个山谷，基本为南北走向。山谷地形开阔，中间有一小山丘分隔，两个山谷在南端会聚。整个场地占地40平方千米。填埋场气候为亚热带季风气候，冬季多刮偏北风，夏季为东南风，年降雨在1000毫升以上。场地为双层结构水文地质类型，含水层埋藏较浅，富水性一般，以粘性土为主，且粘土厚度较为稳定，天然条件下松散层粉和基岩风华壳风化含水层的防渗、防污性能均良好。3．总图布置该填埋场处理工程主要生活区、填埋区、渗滤液处理区、沼气发电区四部分组成。整个厂区总占地面积约40平方千米，其中填埋场占地约25.3平方千米，渗滤液处理区约5平方千米，其余的为13.7平方千米。（见附图1。）整个厂区的布置按照国家现行的各种要求，根据场址的实际地形地貌、水文地质、风向、以及填埋工艺需要而综合考虑设计的。由于该城市常年夏季处于东南季风盛行风向，而冬季处于偏北风向，故综合该地形和风向季节性变换而将填埋区设在东部位置，同时在填埋区的周围设置绿化带。这样可避免风向季节性变换而把填埋区填埋垃圾时产生一些臭气污染影响当地居民。生活区包括行政办公楼、机修车间、喷泉广场、亭子、绿化带等等。渗滤液处理区包括水泵房、沉淀池、调节池等，当然其周围也配合一系列的绿化装饰点缀。渗滤液处理区与沼气发电区都尽量设置在填埋区附近，便于流体输送。三．填埋作业工艺卫生填埋通常是每天把运到填埋场，经性质和计量判定后进入填埋场内。垃圾按指定的单元作业点卸下，卸车后用推土机推铺，再用压实机碾压。分层压实到需要高度后，再在上面覆盖粘土和聚乙烯膜料，并重复上述的卸料、推铺、压实和覆盖的过程。以一日一层作业单元，每日进行覆盖。垃圾的压实密度大于0.8t/m3。每层垃圾厚度为2.5~3.0m，每层覆土矿工为15~30cm，通常四层厚度组成一个大单元，上面覆盖土在45~50cm。填埋时先从右到至左推进，然后从前向后推进。左、中、右之间的联线之间呈圆弧形，使覆盖面上排水畅通地流向两侧进入排水沟或边沟等，以减少雨水渗入垃圾体内，前后上部的连线呈一定坡度。外坡为1：4，顶坡不小于2%。单元厚度达到设计厚度后，可进行临时封场，在其上面覆盖45~50cm厚的粘土。并均匀压实，再加上15cm厚的营养土，种植浅根植物。最终封场覆土厚度大于1m。填埋场的作业方式实行分区分单元填埋，以分区分单元填埋为前提，然后再来考虑分层的填埋作业。为最大限度防止污染扩散，填埋作业过程中，正在进行填埋作业的子填埋区是裸露的，日覆盖采用膜覆盖，其他的区域均为中间覆盖或临时封区。首先进行的作业的是整平后的一区填埋库区底部，在实际进行填埋作业的过程中，要考虑是和填埋作业库区临时作业道路结合起来实施。第一次到达的填埋作业高度为距离整平询问绝对标高2m而后开始第二层填埋作业单元的设置。随着填埋作业高度的增加，可利用的填埋作业有效面积也在增加，这时为气体利用提供方便，已经经过临时封场的填埋单元可以通过导气石笼中间的垂直气井，将导气管和周围的移动式集气站连接起来，就可以对气体进行再利用了。整个填埋区的作业顺序是：先一区、二区、再三区，然后开始二期工程。填埋二期工程作业时，和填埋一区形成新的水平面积，继续向上填埋，形成堆体后临时封场，填埋三期作业。其填埋作业工艺流程图如图所示：填埋作业工艺流程图四．防渗工程与渗滤液处理设计1．防渗工程1．1防渗材料目前，从国内外的实践实用看来，用于垃圾卫生填埋场应用最广泛最成功的的是高密度聚乙烯（HDPE）膜，与其它防渗材料，它具有最好的耐久性。从防渗性能和经济实用角度考虑，此工程采用1.5mm厚度的高密度聚乙烯（HDPE）膜较为适当。其磨擦性能的考虑，比安全性的角度出发，在坡面上采用毛面HDPE膜较好，但设计中由于有足够的粘土层，所以此工程防渗主体结构全部采用1.5mm厚的光面HDPE膜。1．2防渗结构在垃圾填埋区场底、侧坡和调节池内都安装严密的防渗系统，使其密不透水，以防止污染地下水。核心部分是双层高密度聚乙烯（HDPE）膜。此外还设置的收集层。场底结构从上到下依次为：过滤层、主滤液收集层、保护层、主防渗层、主防渗层、次要滤液防渗层、次防渗层、保护层、构建底面。其相应的防渗材料设置依次为：轻型工布土、厚度为600mm碎石导流层、500g/m2无纺土工布层、1．5mm光面高密度（HDPE）膜、500g/m2的无纺土工布层、1．5mm光面高密度（HDPE）膜、500g/m2的无无纺土工布层、地基土。见下表和附图2填土垃圾层过滤层轻型工布土主滤液收集层厚度为600mm碎石导流层保护层500g/m2无纺土工布层主防渗层1．5mm光面高密度（HDPE）膜次要滤液防渗层500g/m2的无纺土工布层次防渗层1．5mm光面高密度（HDPE）膜保护层500g/m2的无纺土工布层构建底面地基土边坡和调节池的防渗结构与场底的都相同，这是从最安全的角度来出发考虑的，不能有一点大意。2．渗滤液收集导排系统2．1渗滤液导流层（即主滤液收集层和次滤液收集层）渗滤液主收集层：在无纺土工布保护层上铺设600mm的碎石层，粒径要求20~40mm，按上粗下细进行铺设，防止填埋的垃圾堵塞砾石缝从而影响渗滤液导流的效果。渗滤液次收集层：直接安装于主防渗层之下，目的是监测主防渗层是否渗漏，若有渗漏，则可在次盲沟中发现并收集起来。2．2渗滤液导渗盲沟渗滤液导渗盲沟负责渗滤液的最终排放，将其从场区内排往渗滤液沉淀池和调节池进行处理。为了便于渗滤液的收集排放，在各区分别设置纵向盲沟，其中主收集层铺设直径为DN250mm的穿孔花管，由导流层形成盲沟断面，并用150g/m2织质土工布包裹。次盲沟由透水和受垃圾沉降影响小的透水软管组成。当次盲沟铺好之后再开始进行中间覆盖。3．地下水导排系统填埋场的工艺设计必须考虑对填埋库区底部可能存在的地下水进行导排。地下水导排沟位于渗滤液主导排沟下约2m处。先在沟内铺设反滤150g/m2土工布，然后再铺设DN200的HDPE穿孔花管，最后回填级配碎石到地下水导排沟沟顶。4．渗滤液处理工程4．1垃圾渗滤液垃圾渗滤液呈淡茶色或暗褐色，色度在2000~4000之间。有浓烈的腐化臭味，成分复杂，毒性强烈，有机物含量较多，被列入我国优先污染控制物“黑名单”的就有5种以上；氯氮浓度高，BOD5和COD浓度也远超一般的污水。垃圾渗滤液来源于三个方面：一是垃圾本身所带的水分；二是垃圾中有机物经分解后所产生的水；三是以各种途径进入垃圾填埋场的大气降水和地下水。其中进入场区的大气降水和地下水是决定渗滤液产生量的关键因素。垃圾在填埋场产生的渗滤液与时间的关系可分为以下几个阶段：1)调整期：在填埋初期，垃圾体中水分逐渐积累且有氧气存在，厌氧发酵作用及微生物作用缓慢，此阶段渗滤液量较少。2)过渡期：本阶段滤液中的微生物由好氧性逐渐转变为兼性或厌氧性，开始形成渗滤液，可测到挥发性有机酸的存在。3)酸形成期：滤液中挥发性有机酸占大多数，pH值下降，COD浓度极高，BOD5/COD为0.4~0.6，可生化性好，颜色很深，属于初期的渗滤液。4)甲烷形成期：此阶段有机物经甲烷菌转化为CH4和CO2，pH值上升，COD浓度急剧降低，BOD5/COD为0.1~0.01，可生化性较差，属于后期渗滤液。5)成熟期：此时渗滤液中的可利用成分大减少，细菌的生物稳定作用趋于停止，并停止产生气体，系统由无氧转为有氧态，自然环境得到恢复。4．2垃圾渗滤液处理工艺方案从国内外渗滤液水质监测将资料分析，渗滤液中BOD5/COD=0.2~0.8。开始时填埋场的渗滤液生化性较好，但随着时间的推移，其生化性将逐渐降低。城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，相辅相成，将处理效果发挥到最大限度。采用的设备有EGSB反应器和微滤装置（CMF）等。其污水处理工程拟采用EGSB反应器+CASS反应池+微滤装置（CMF）+生物滤池+反渗透（RO）的联合工艺，如图所示：图：垃圾渗滤液处理工艺流程4．3工艺设计（1）调节池：调节池容量为2.0万m3，污水进入调节池前通过加酸或碱调节pH值，使其处于厌氧微碱性阶段，从而为其下一步的厌氧反应提供稳定的条件。（2）EGSB反应器：（见附图3）EGSB即为膨胀式颗粒污泥床，是在UASB反应器的基础上发展起来的，继承了UASB的几乎所有优点，技术上更为先进。作为一种高效厌氧生物反应器，它具有很高的污泥浓度和容积负荷，能适应一定水质水量波动，具有较强的抗冲击负荷能力。此外它还可将难生物降解的高分子有机物分解成小分子、有助于提高有机物的可降解性，大大降低后续单元处理负荷。经EGSB反应器产生的沼气输送到沼气发电区进行发电。其特点如下：1)以颗粒化污泥为技术核心2)EGSB的高度达到15m而UASB只有5.5m，在同体积的情况下，EGSB的面积更小，进水分布会更均匀，传质效果更好3)因EGSB的颗粒化污泥呈悬浮态，与水的接触效果更好，有机物去除率更高4)EGSB反应器的污泥量可达50000~60000mg/L，而UASB则只有其一半处理量。因此EGSB承受更高的进水浓度，抗冲击能力更高，负荷更高。5)在处理高浓度有机废水时，处理出水不循环，可进一步节省能耗，降低运行成本。（3）CASS反应池：即循环活性污泥系统。它是在序批式