13固體廢物的填埋處理201512環(huán)科學生版

1、第十三章 固體廢物的土地填埋處置,一 土地填埋處置的概述二 衛(wèi)生土地填埋的概述三 填埋工藝四 場底防滲系統(tǒng)五 滲濾液的產(chǎn)生與控制六 填埋氣體的產(chǎn)生與控制七 填埋場的封場,一 土地填埋處置的概述,1 概念,土地填埋（landfill）： 從傳統(tǒng)的堆放和填地處置發(fā)展起來的一項最終處置技術，不是單純的堆、填、埋，而是一種按照工程理論和土工標準，對固體廢物進行有控管理的綜合性科學工程方法。,優(yōu)點：

2、工藝簡單，成本低，適用多種固體廢棄物。缺點： （1）容量限制：一般以20年為設計標準，可以通過分選延長使用壽命。 （2）二次污染：浸出液污染地下水，有機物產(chǎn)生氣體。,2 分類,二 衛(wèi)生土地填埋(Sanitary Landfill)的概述,1 概念,衛(wèi)生土地填埋： “利用工程手段，采取有效技術措施，防止?jié)B濾液及有害氣體對水體和大氣的污染，并將垃圾壓實減容最小，填埋占地面積最小。在每天操作結束或每

3、隔一定時間用土覆蓋，使整個過程對公共衛(wèi)生安全及環(huán)境均無危害”的一種土地處理技術。,Sanitary landfills are sites where waste is isolated from the environment until it is safe,每天將運到填埋場的固體廢物在限定的區(qū)域內(nèi)鋪散成40-75cm的薄層，然后壓實以減少廢物的體積，并在每天操作之后用一層厚15-30cm的土壤覆蓋、壓實。 固體廢物層和土

4、壤覆蓋層共同構成一個單元，即填筑單元（cell）。具有同樣高度的一系列相互銜接的填筑單元構成一個升層（lift）。 完整的衛(wèi)生土地填埋場是由一個或多個升層組成的。當土地填埋達到最終的設計高度之后，再在該填埋層之上覆蓋一層90-120cm的土壤，壓實后得到一個完整的衛(wèi)生土地填埋場。,衛(wèi)生土地填埋剖面圖,（1）好氧式填埋：高溫堆肥 減少填埋過程中垃圾降解所產(chǎn)生的水分，進而減少滲濾液的污染。 高溫，滅菌

5、。 結構復雜，施工困難，造價高。,（2）準好氧式填埋,（3）厭氧式填埋 結構簡單、操作方便、施工費用低，同時可回收沼氣。,,2 場地的選擇,選擇步驟：預選——初選——定點。,選擇原則：1）防止污染的環(huán)境安全原則； 2）經(jīng)濟合理原則； 3）工程合理原則 ； 4）政策法規(guī)原則（符合城市發(fā)展規(guī)劃）,考慮的因素：,（

6、1）合理確定有效填埋面積 滿足10年以上服務區(qū)內(nèi)垃圾的填埋量 一般生活垃圾填埋場的使用年限以15-25年為宜,（2）土質(zhì)條件與地形特點 底層土壤的防滲能力強 覆蓋土壤易取，易壓實，防滲能力強 地形要便于施工，避開洼地，泄水能力強,（3）水文地質(zhì)條件 地下水位盡量低，距底層填埋物至少有1.5m 最佳場址選在封閉的流域內(nèi),（4）氣候條件 蒸發(fā)量大于

7、降水量的環(huán)境，避免高寒區(qū),（5）環(huán)境條件 盡量避開居民區(qū)，適當遠離城市，盡量選建在城市的下風向。,（6）運輸距離要適中 一般要求在保證其它條件不受影響的情況下，運輸距離盡量短，以減少處置的成本。 交通方便，具有能夠在各種條件下運輸?shù)娜旌蚬贰?（7）考慮跡地的開發(fā)利用 跡地——完成填埋作業(yè)后的地盤。 封場后有相當面積的土地可以開發(fā)利用,3 場地的設計,（1）填埋總體

8、設計思路,2）地下水保護系統(tǒng),3）氣體的產(chǎn)生及控制,1）場地的面積和容量,（2） 場地設計主要考慮因素：,一年中需要進行衛(wèi)生填埋的固體廢物體積可按下式計算：,4 填埋操作,操作步驟,主要設備,推土機壓實機挖掘機鏟運機,目前采用可重復利用的塑料膜替代日覆蓋土,三 填埋工藝（以生活垃圾為例）,四 場底防滲系統(tǒng)—固廢填埋場最重要組成部分,通過在填埋場底部和周邊鋪設低滲透性材料建立襯層系統(tǒng)以阻隔填埋氣體和滲濾液進入周圍的土壤和

9、水體產(chǎn)生污染，并防止地下水和地表水進入填埋場，有效控制滲濾液產(chǎn)生量。1 場地處理 鋪設防滲膜前進行場地平整和石塊等堅硬物的清除 。 其中：山坡開挖與平整宜與膜的分期鋪設同步，邊坡坡度一般取1:3,平整開挖順序為先上后下。,2 填埋場防滲材料（1）天然防滲材料：黏土、亞黏土、彭潤土等 ——天然防滲層（2）人工合成有機材料（柔性膜）：塑料卷材、橡 膠、瀝青涂層等，最

10、重要的是高密度聚乙烯 （HDPE)。 ——人工單/雙層防滲層,3 場底防滲系統(tǒng)（從上到下）過濾層——保護排水層，過濾掉滲濾液中的懸浮物和其他故態(tài)、半固態(tài)物質(zhì)；排水層（包括滲濾液收集系統(tǒng)）——及時將滲濾液排出，減輕防滲層壓力，減少滲濾液外滲的可能性；保護層——保護防滲層，防止其受外界影響而被破壞；防滲層——通過鋪設滲透性低的材料（改性黏土、柔性膜等），將滲濾液阻隔于填埋場中，同時液防止

11、外部的地下水和地表水進入填埋場中。,不同組合形成單層、雙層、單復合、雙復合防滲系統(tǒng),單層襯層防滲系統(tǒng)：只能用在抗損壞性低的條件下；單復合襯層防滲系統(tǒng)：典型結構為柔性膜（上層）＋黏土礦物層（下層），防滲效果優(yōu)于雙層襯層；雙層襯層防滲系統(tǒng)：用于混合型填埋場，即生活垃圾與危險廢物共同處置的填埋場；雙復合襯層防滲系統(tǒng)：綜合了單復合和雙層防滲系統(tǒng)的優(yōu)點，具有抗損壞能力強、堅固性好、防滲效果好等優(yōu)點，但造價較高。用于危險廢物安全填埋場。

12、,人工防滲襯層的設計： 1）對HDPE 膜性能要求： 密度0.95g/cm3,熔流指數(shù)0.05～0.3g/10min，碳黑添加量2～3％，膜厚0.5～2.5mm，滲透系數(shù)小于10-12 cm/s。 2）對HDPE膜鋪設要求： 平坦、無皺折、搭接盡量減少焊縫、邊坡與底部交界處布設焊縫、接縫平行于斜坡面，基礎底部膜避開垂直穿孔管道、邊坡膜要錨固（矩形槽覆土錨固法）。 3）對HDPE

13、復合襯層下墊層（保護層）的要求： 采用天人防滲材料（黏土），黏土層厚度0.6～1.0m，黏土層壓實度不低于90％，下墊層不含直徑大于0.5cm的顆粒物、不脫水、開裂，施放化學除莠劑。,4）單HDPE復合襯層的結構設計： 邊坡黏土層厚度比底層大10％（邊坡防滲比底層難），底部黏土層（保護層）厚度0.6～1.0m，排水層（砂/礫石）厚度大于30cm，邊坡坡度1：3，底部坡度2～4％。 5）HD

14、PE雙襯層的結構設計： 上層HDPE膜0.6～2.0mm，基底HDPE膜1.0～1.5mm，底部黏土層（保護層）小于等于100cm（邊坡100cm），排水層30cm，過濾層15cm，邊坡1:3,底坡2～4％。,5 滲濾液收集系統(tǒng) 包括：導流層、收集溝、多孔收集管、集水池、提升多孔管、潛水泵和調(diào)節(jié)池。,,（1） 導流層 指填埋場底一系列坡度的階地，厚度不小于300mm，由卵石（無，用碎石）鋪設而成。目

15、的是將全場的滲濾液順利地導入收集溝內(nèi)地滲濾液收集管內(nèi)。（2）收集溝 設置于導流層的最低標高處，并貫穿整個場底，盡量設置成直管，中間不出現(xiàn)彎折點。位于場底中軸線上的為主溝，在主溝上依間距30－50m設置支溝。收集溝中填充卵石或碎石 。,（3）多孔收集管,分為主管和支管，分別埋設在收集溝的主溝和支溝中，管材選擇HDPE，開孔率2－5％，公稱直徑不小于100mm，管的周圍以卵石/碎石填充。具備足夠的剛度和強度，不允許在集水管上直接停

16、放機械（第一次鋪放垃圾）。,滲濾液收集管分為垂直＋水平兩部分，形成垂直－水平立體收集系統(tǒng)。,水平收集管：只在填埋場底層鋪設，坡度應不小于2％；垂直收集管：一般按50m間距梅花形交錯布置，收集管隨著垃圾層的增加而逐段增高。,（衛(wèi)生填埋場一般分層填埋，各層垃圾壓實后，覆蓋一定厚度的黏土層，可減少固廢污染和雨水下滲，但也造成上部滲濾液不能流到底部導流層，因此需要布設垂直滲濾液收集系統(tǒng)）,立管（垂直收集管）同時也用于導出填埋氣體，稱為排滲導氣

17、管,（4）集水池和提升系統(tǒng)滲濾液集水池位于垃圾主壩前的最低洼處（水平襯層系統(tǒng)在垃圾主壩前某一區(qū)域下凹形成集水池），以礫石堆填，全場的滲濾液匯集于此并通過提升系統(tǒng)越過垃圾主壩進入調(diào)節(jié)池。若滲濾液收集主管直接穿過垃圾主壩（穿壩管不開孔，滲濾液利用重力流從垃圾堆體內(nèi)導出，進入導流層的滲濾液通過穿壩管導出），則可省略集水池和提升系統(tǒng)（適合山谷型填埋場）。提升系統(tǒng)：通常采用HDPE斜管提升。,直管：垃圾對體的固結沉降給管外側施加向下的下拽力

18、和負摩擦力，潛在威脅下部的水平防滲膜。,（5）調(diào)節(jié)池 對滲濾液進行水質(zhì)和水量的調(diào)節(jié)。,五 滲濾液的產(chǎn)生與控制,1 滲濾液的產(chǎn)生,滲濾液產(chǎn)生量的預測,（1）水量平衡法（理論計算法）,,衛(wèi)生土地填埋場,,滲濾液年產(chǎn)生量的數(shù)學表達式： Q = P + D + G + W - E,,,,,,（2）經(jīng)驗公式法,實測相鄰地區(qū)已建填埋場滲濾液的產(chǎn)生量，推算出待測填埋場單位面積滲濾

19、液的產(chǎn)生量。數(shù)學表達式如下：,Q = q A×10-4,Q —— 滲濾液產(chǎn)生量，m3/dq —— 單位面積滲濾液產(chǎn)生量， m3/（ha?d）A —— 填埋面積，ha，包括作業(yè)區(qū)和完成區(qū),,（3）經(jīng)驗統(tǒng)計法,（4）根據(jù)垃圾產(chǎn)生量進行類比分析,滲濾液產(chǎn)生量與垃圾量之間存在一定的比例關系，一般在0.2～1.1之間。,垃圾量小，降雨大的地區(qū)，取高值。垃圾量大，降雨小的地區(qū)，取低值。,2 滲濾液的組成及特征,填埋場中廢物的分解過

20、程,滲濾液水質(zhì),階段Ⅰ：好氧分解階段；,階段Ⅱ：液化及產(chǎn)酸階段；,階段Ⅲ：甲烷增長階段；,階段Ⅳ：穩(wěn)定產(chǎn)甲烷階段；,階段Ⅴ：填埋場穩(wěn)定階段 。,滲濾液水質(zhì)及變化規(guī)律,,生活垃圾滲濾液化學成分統(tǒng)計,特征：,（1）滲濾液的化學成分復雜：有機、無機、重金屬（2）滲濾污染成分濃度很高： COD：105mg/L NH3：700mg/L 硬度：7000mg/L（3）有機物含量高，成分復雜： 超

21、過100種，主要是低分子的脂肪酸、腐殖酸類和高分子的灰黃酸類物質(zhì)。（4）無機污染成分復雜，其種類和濃度在很大程度上收垃圾成分和淋濾時間的影響。（5）存在重金屬：Cu、Fe、Pb、Zn、Cd、Mn、Mg等（6）滲濾液中的細菌、大腸桿菌含量很高。 細菌：25.6萬個/克 大腸桿菌總數(shù)：25.8萬個/克,3 滲濾液的控制對策,（1）滲濾液產(chǎn)生量的控制,1）入場垃圾含水率的控制 垃圾含水率

22、<30％ 降低垃圾中有機物含量（分離作堆肥）,（2）滲濾液的收排系統(tǒng)設置,作用：保證在填埋場預設壽命期限內(nèi)正常運行，收集并將滲濾液排至場外指定地點，避免滲濾液在填埋場底部蓄積。,滲濾液蓄積引起的問題,1）填埋場內(nèi)的水位升高，導致更強烈的滲出，使?jié)B濾液的污染物濃度增大。2）底部襯層之上的靜水壓增加，導致滲濾液更多地泄漏到地下水—土壤系統(tǒng)中。3）填埋場的穩(wěn)定性受到影響。4）滲濾液有可能擴散到填埋場外。,,收排系統(tǒng)的

23、組成：,（3）滲濾液的處理與最終處置,六 填埋氣體（Landfill gas, LFG）的產(chǎn)生與控制,（一） 填埋氣體的產(chǎn)生過程,填埋場的氣體產(chǎn)生情況,好氧分解,厭氧分解,CO2、H2O、NH3、N2、H2,CH4、CO2,,,,填埋氣體組分，%,階段Ⅰ：好氧分解階段；階段Ⅱ：液化及產(chǎn)酸階段；階段Ⅲ：甲烷增長階段；階段Ⅳ：穩(wěn)定產(chǎn)甲烷階段；階段Ⅴ：填埋場穩(wěn)定階段 。,,（二） 填埋氣體對環(huán)境的影響,（1）爆炸和火災

24、 “類似瓦斯爆炸”（2）對水環(huán)境的影響 CO2——地下水pH下降——鹽類溶解——含鹽量升高（3）對大氣環(huán)境的影響 溫室氣體排放 微量有害氣體排放：一氯甲烷、四氯化碳、氯仿等,（三）甲烷產(chǎn)生量的預測及影響因素,（1）經(jīng)驗公式推算,氣體的產(chǎn)生量主要與有機物中可能分解的有機碳成比例,G = 1.866× Cg/C,式中：G——氣體產(chǎn)生量，L Cg——可能分解（氣化）

25、的有機碳量，g C——有機物中的碳量，g,1 甲烷產(chǎn)生量的預測,（2）理論計算法,有機物厭氧分解的總反應式：,若轉化為生物量的部分忽略不計，則總反應式變?yōu)椋?有機降解物的經(jīng)驗化學式,微生物的化學組成,,,若已知有機廢物的元素組成，通過此公式就可計算產(chǎn)生的氣體質(zhì)量（kg）和數(shù)量（m3）。,（3）COD估算法,該法建立在質(zhì)量守恒定律基礎上，并假設垃圾中COD值等于產(chǎn)氣中甲烷燃燒的耗氧量。 其數(shù)學表達式為：

26、,2 甲烷產(chǎn)生量的影響因素,（1）垃圾特性 垃圾中可降解的有機物的含量以及這些有機物中纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪的構成比例。（2）垃圾堆體中的水分（3）溫度 甲烷菌的適宜溫度：30～65℃。 在一個深的、封閉好的環(huán)境中，產(chǎn)生甲烷的最適宜溫度為40 ℃。（4）pH值 甲烷菌最適宜的pH值：6.8～7.5（5）場地特性 厭氧環(huán)境（填埋厚度>5

27、m）,（四）填埋場氣體的控制,（1）被動型控制：通過填埋場內(nèi)部產(chǎn)生氣體的壓力和濃度梯度， 將氣體導排入大氣或控制系統(tǒng)。,適合于廢物填埋場量不大、填埋深度淺、產(chǎn)氣量小的小型城市垃圾填埋場（小于40000m3）和非城市垃圾型填埋場。,（2）主動型控制,填埋氣集排系統(tǒng),垂直導氣井：在填埋場內(nèi)部或周邊用直徑1m的勻鉆鉆至填埋場底部以上3米以內(nèi)或碰到滲濾液液面（取高

28、者）。管徑150mm，PVC，上部1/3無孔，下部2/3有孔，周邊回填25－50mm的礫石，鉆孔口用細黏土和彭潤土封閉。豎井應先在填埋場中打孔。（排氣不排液）,水平盲溝：沿填埋場縱向逐層橫向布置水平收集管，直至兩端設立的導氣井將氣體引出場面。溝寬0.6－0.9m，深1.2m。水平暗溝須與填埋場的垃圾層一樣成層布置（垃圾鋪放同步）。該法工程量大、材料用量多、投資高。適用于小面積、窄形、平地建造的填埋場（量?。?。,,,1）氣體收集管（輸送管

29、）抽氣需要的真空壓力和氣流均通過預埋管網(wǎng)輸送至抽氣井（負壓），主要的氣體收集管應設計成環(huán)狀網(wǎng)絡。,,（無孔）,,,有孔,2）冷凝水收集和泵站冷凝水收集井可使隨氣流移動的冷凝水從集氣管中分離，防止管子堵塞，每60－150m設置一個。3）抽風機置于稍高于集氣管末端的建筑物內(nèi)，抽風機使抽氣系統(tǒng)形成真空并將填埋廢氣輸送至廢氣發(fā)電廠或燃氣站。4）氣體監(jiān)測設備填埋場周邊的天然土層內(nèi)埋設氣體監(jiān)測設備，取樣口用空心鉆打至地下水位以下或填

30、埋場底部1.5m處。,4 填埋氣的資源化利用,（1）預處理,（2）資源化利用途徑,1）就地利用,2）沼氣發(fā)電：沼氣 凈化裝置 貯氣罐 內(nèi)燃發(fā)動機 發(fā)電機 供電,3）并入城市燃氣網(wǎng),4）凈化提純作為化工原料,,,,,,,七 填埋場的封場 (landfill closure),封場： 對達到壽命的填埋場進行表面覆蓋處理。,封場后至少3年內(nèi)（即不穩(wěn)定期）不得進行任何方式的使用，并進行封場

31、監(jiān)測，注意防火防爆。 有資料表明，沼氣的產(chǎn)生期可長達50年，后期產(chǎn)量較少。,1 封場覆蓋系統(tǒng)（final cover system）的結構,封場覆蓋層系統(tǒng)結構系統(tǒng)示意圖,排水層：只有當通過保護層入滲的水量(來自雨水、融化雪水、地表水、滲濾液回灌等)較多或者對防滲層的滲透壓力較大時才是必要的。排氣層：只有當填埋廢物降解產(chǎn)生較大量填埋場氣體時才需要。,封場覆蓋系統(tǒng)（cover system）的功能： （1）減少雨

32、水等滲入填埋場 （2）控制填埋場氣體從填埋場上部的釋放 （3）抑制病原菌的繁殖 （4）避免地表徑流水的污染，避免固體廢物的擴散 （5）避免固體廢物與人和動物的直接接觸 （6）提供一個可以進行景觀美化的表面 （7）便于填埋土地的再利用,2 覆蓋層的外形設計,作用：可降低進入填埋場區(qū)內(nèi)的地表徑流量，起到減少積水對頂部防滲層的負荷，保護防滲層。,填埋場的外形坡度：1：

33、3,第十三章內(nèi)容提綱,1 土地填埋的概念2 土地填埋的分類3 選擇填埋場地時需考慮的因素4 場地的面積和容量：常用的設計參數(shù)及計算方法5 填埋方法6 填埋操作的步驟7 場底防滲系統(tǒng)的主要組成部分（從上至下）8 填埋場滲濾液的主要來源9 滲濾液產(chǎn)生量的預測,10 滲濾液的組成及特征11 滲濾液產(chǎn)生量的控制12 滲濾液的處理與最終處置方法13 填埋氣體的產(chǎn)生過程14 甲烷產(chǎn)生量的預測及影響因素15 填埋場氣體的控制