1、第第 八章八章 生活垃圾卫生填埋场生活垃圾卫生填埋场 v概念概念 v填埋场选址填埋场选址 v垃圾填埋场设计垃圾填埋场设计 v填埋工艺填埋工艺 v渗滤液收集系统渗滤液收集系统 v填埋场气体收集系统填埋场气体收集系统 v终场覆盖、封场与土地利用终场覆盖、封场与土地利用 v 可持续生活垃圾填埋技术可持续生活垃圾填埋技术 1-1 概念概念 一、生活垃圾一、生活垃圾 一般指城市生活垃圾，是指在城市一般指城市生活垃圾，是指在城市 居民日常生活中或为城市日常生活提供居民日常生活中或为城市日常生活提供 服务的活动中产生的固体废物服务的活动中产生的固体废物 。 二、卫生填埋技术二、卫生填埋技术 利用工程手段，采
2、取有效技术措施，防止渗滤液利用工程手段，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。至最小，填埋占地面积也最小。 卫生填埋优点卫生填埋优点 垃圾处理最为经济的方法 一次性投资额较低 一种完全的，最终的处理方法 不需要对其进行垃圾分类收集 对垃圾变化适应性强 填埋场垃圾若干年后即可形成矿化垃圾，可 以开采和利用。 卫生填埋场地设计规划程序主要包括：场地的 选择与勘察、环境影响评价、场地的设计、场地的 建造与施工、土地填埋操作、封场，场地的维护及 监测等 。 1-2 填埋场选址填埋场选址 场
3、地的选择是卫生土地填埋场全面规划 的第一步 防止污染原则 经济合理原则 遵循两个原则 填埋场选址填埋场选址 原则要求原则要求 原则基本要求 环境保护原则1、填埋场防洪标准应符合：大型填埋场（库容大于500万 m3）按50年一遇设计，100年一遇校核；其余按20年一 遇设计，50年一遇校核；2、离居民住宅区500m以外；3、 不应设在国家自然保护区、风景区、文物古迹区、国防 设施用低区；4、水源保护区下游，夏季主导风向下风 向 工程学及安全生 产原则 1、库容足够、使用年限宜10年以上，特殊不低于8年；2、 运距合理，交通方便；3、防渗处理容易；4、有较丰富 的土源；5、尽可能利用天然地形条件，
4、减少土方工程 量 经济原则1、尽量利用荒地、山谷；2、尽量提高单位面积上的填埋量， 即填埋场的空间利用系数E；3、尽量减少工程量；4、 运行管理经济合理；5、封场后综合开发利用 法律及社会支持 原则 1、必须符合城市用地规划、区域环境规划，城市总体规划 以及环境卫生专项规划；2、符合国家以及当地的有关 法律、法规；3、注意公众舆论和社会影响；4、尽量符 合城市给水排水设施规划 需要考虑的因素需要考虑的因素 l废物：依据废物的来源、种类、性质和数量确定场地的规模；废物：依据废物的来源、种类、性质和数量确定场地的规模； l地形：要便于施工操作，避开洼地，泄水能力强，可处置至地形：要便于施工操作，避
5、开洼地，泄水能力强，可处置至 少少20年填埋的废物量；年填埋的废物量； l土壤：要容易取得覆盖土壤，土壤容易压实，防溶能力强；土壤：要容易取得覆盖土壤，土壤容易压实，防溶能力强； l水文：地下水位应尽量低，距最下层填埋物至少水文：地下水位应尽量低，距最下层填埋物至少1.5m； l气候：要蒸发量大于降雨量，避开高寒区；气候：要蒸发量大于降雨量，避开高寒区； l噪声：要使运输及操作设备噪声不影响附近居民的工作和休噪声：要使运输及操作设备噪声不影响附近居民的工作和休 息；息； l交通：要方便，具有能够在各种气候下运输的全天候公路；交通：要方便，具有能够在各种气候下运输的全天候公路； l土地征用：要容
6、易征得，且比较经济；土地征用：要容易征得，且比较经济； l开发：要便于开发利用。开发：要便于开发利用。 一、一、场地的容量和面积场地的容量和面积 卫生土地填埋场地的面积和容量与城市的 人口数量、垃圾的产率、填埋场的高度、垃圾 与覆盖材料量之比，以及填埋后的压实密度有 关。通常，覆土和填埋垃圾之比为1：4或1：3， 填埋后废物的压实密度为500700kg/m3，场 地的容量至少供使用20年。 1-3 垃圾填埋场设计垃圾填埋场设计 每年填埋的废物体积可按下式计算： C D WP V 365 AV/H V：垃圾的年填埋的体积，m3； W : 垃圾产率，kg/人天； P: 城市人口数量，人； D: 填
7、埋后废物压实密度，Kg/m3； C: 覆土体积，m3; A: 每年需要的填埋面积，m2; H：填埋高度，m 设计实例 一个10万人口的城市，平均每人每天产生垃圾1kg， 采用卫生土地填埋法处置，覆土与垃圾之比为1：4，填 埋后废物压实密度为600 kg/m3， 填埋高度为7.5m，填埋 场设计运营20年。 解：垃圾的年填埋体积为： Va =365WP/D+C=3651100000/600(1+0.25)=76041m3 20年的总填埋容量为： V20=7604120=1520820m3 所需的垃圾填埋面积为： A=V20/H=1520820/7.5=202776m2 垃圾卫生填埋场防渗系统示意
8、图 二、二、防渗系统设计防渗系统设计 1 1、场地处理场地处理 为避免填埋场库区地基在垃圾堆积后产生不均匀沉降， 保护复合防渗层中的防渗膜，在铺设防渗膜前必须对场 底、上坡等区域进行处理，包括场地平整和石块等坚硬 物体的清除等。 2 2、场底防渗系统场底防渗系统 一个完整的复合防渗系统应包含以下几个层次： 过滤层 渗滤液排水层 保护层 防渗层 地下水排水层 地基 边坡上的防渗层 锚固沟 3 3、填埋场防渗材料填埋场防渗材料 防渗层是由透水性小的防渗材料铺设而成的，渗透系数 K小，稳定性好，价格便宜是防渗材料选择的依据。目前， 常用的主要有4种:粘土、膨润土、土工膜、土工织物膨润土 垫(GCL
9、)。 (1)普通粘土:一个合格的粘土衬垫其透水率必须很低 (K110-7cm/s)并有足够的抗剪强度和最小的收缩势，以 防脱水开裂。 有人研究表明，透水率、抗剪强度、最小收缩势分别与 粘土的干密度和含水量有关。通过叠加法可找出同时满足 三个设计标准的区域，因此只要控制合适的填筑含水量和 干密度，就可以将某种粘质土压实成低透水性、又有足够 强度，在干燥时又具有最小收缩势和不开裂的隔离衬垫材 料。 (2)膨润土:是一种优良的天然粘土，其主要成份是蒙脱 石矿物，膨润土的渗透系数K 10-7cm/s，具有极强的 防水性，这主要是由于该土壤吸水后，体积会迅速膨胀， 形成一层连续不透水柔性隔离层，而且可以
10、自动修补土 层中的缝隙，阻止水分子通过。随时间的推移，膨润土 还会吸收周围环境的细小颗粒，特别是重金属，吸收后 抗渗性能还会增加，膨润土这种优良特性已被广泛应用 于国内外各种卫生填埋场的防渗结构中。 (3)土工膜:是一种薄的、柔韧的、连续的、不透水的合 成材料，具有长期化学稳定性及良好的机械性能，多 用于填埋场之底及边坡防渗透系统中，也可用于填埋 场封场系统。最常用的是高密度聚乙烯(HDPE)膜。聚 乙烯是聚合物中分子结构最简单的一种，它的比重为 0.92，耐酸碱，抗化学腐蚀能力强，吸湿性低，低湿 时仍是柔性，电绝缘极好。高密度聚乙烯材料，比重 可达到0.94，其机械强度、熔点和硬度等都比低密
11、度 的为优。 （4）土工织物膨润土垫(GCL ):是由两层或多层土工织物 (或土工膜)中间夹一层膨润土粉末以针刺(缝合或粘接)而成 的一种复合材料，可以替代一般粘土密封层。国外大量用 于垃圾卫生填埋场的防渗结构，它可单独使用，也可与 土工膜组合使用。 GCL的主要组成部分是膨润土粉末层，它具有高膨胀 性和高吸水能力，湿润时透水率很低，裹在膨润土外面的 土工合成材料一般为无纺土工织物，也有采用机织土工织 物或土工膜的，主要起保护和加固作用，使GCL具有一定 的整体抗剪强度。 4 4、防渗构造防渗构造 4.1 单层防渗层 单层防渗透层是指单独使用压实粘土、膨润土或 HDPE膜等铺设而成的防渗层，北
12、京阿苏里和天津双口垃 圾填埋场均采用了这种结构。单层防渗层的主要优点是 造价低廉，施工快捷。 4.2 单复合防渗层 单复合防渗层是多层结构的防渗系统，各层次具 有一定的功能，提高了防渗系统的安全性。复合防渗 层在国外应用相当广泛，但由于各国国情不同，目前 复合防渗层的结构还没有统一的标准，即使同一国家 不同地区的填埋场由于垃圾性质、场地地形地质的不 同，防渗透层结构也不尽相同。 常见复合防渗层构造 4.3 双层衬层防渗层 此种防渗系统有两层防渗层，两层之间是排水层， 以控制和收集防渗层之间的液体和气体。 4.4 双复合衬层防渗层 此系统综合了单复合衬层防渗系统和双层衬层防渗系 统的优点，具有抗
13、损坏能力强、坚固性好、防渗效果好 等优点，但其造价比较高。 5 5、防渗系统选择防渗系统选择 填埋场场底防渗系统的选择应根据环境标准要求，场 区地质，水文、工程地质条件，衬层系统材料来源，废物 性质及衬层材料的兼容性，施工条件，经济可行性等因素 进行综合考虑。 一般来说，垂直防渗系统的造价比水平防渗系统要低， 自然防渗系统的造价比人工防渗系统要低，单层衬层防渗 系统、单复合衬层防渗系统、双层衬层防渗系统和双复合 衬层防渗系统的造价依次增大。 渗滤液通过防渗层系统的渗透流量，计算公式： Q=AKJ=AKH/D 式中 Q穿过防渗层的渗滤液流量，m3/d A面积，m2 K防渗层的渗透系数，m/d J
14、水力梯度 H渗滤液深度，m D防渗层的厚度，m 1-4 填埋工艺填埋工艺 生活垃圾卫生填埋典型工艺流程图 1-5 渗滤液收集系统渗滤液收集系统 1、渗滤液收集系统组成部分 导流层 调节池 潜水泵 提升系统 集水池 多孔收集管 收集沟 系统 导流层：为了防止渗滤液在填埋库区场底积蓄，填 埋场底应形成一系列坡度的阶地。目的是将全场的 渗滤液顺利的导入收集沟内的渗滤液收集管内。厚 度不小于300mm，上层粒径4060mm，下层粒径 2540mm的卵石铺设。 收集沟：设置于导流层的最低标高处，并贯穿全场， 断面通常采用等腰梯形或菱形，铺设于场底中轴线 上为主沟，在主沟上依间距3050m设置支沟。 多孔
15、收集管：分为主管和支管，位于主沟和支沟中，通 常采用高密度聚乙烯（HDPE），预先制孔，孔径通常 为1520mm，孔距50100mm，开孔率2%-5%左右。 集水池：全场的垃圾渗滤液汇集到此，然后通过提升系 统越过垃圾主坝进入调节池。 调节池：主要作用是对渗滤液进行水质和水量的调节， 平衡丰水期和枯水期的差异，为渗滤液系统提供恒定的 水量，同时可对渗滤液水质起到预处理作用。 卫生土地填埋场内会产生一定数量的浸出液，其数量 和性质与许多因素有关。渗滤液的主要来源如下： (a)降水 (b)地表径流 (c)地下水 (d)垃圾含水 2、渗滤液产生 渗滤液产生量计算公式 Q=CIA/1000 式中 Q渗
16、滤液水量，m3/d C浸出系数，填埋区0.40.6，封场区0.20.4 I降雨量，mm/d A填埋面积，m2 3、渗滤液性质 (a)色味；呈淡茶色或暗褐色，色度在20004000之 间，有较浓的腐败臭味。 (b) pH值：填埋初期pH值为67，呈弱酸性，随着 时间的推移，可提高到78，呈弱碱性。 (c)BOD5：随着时间和微生物活动的增加，浸出液中 的BOD5也逐渐增加。一般填埋6个月至2.5年，达到 最高峰值，此时BOD5多以溶解性为主，随后BOD5 开始下降，到615年填埋场稳定化为止。 (d) COD：填埋初期COD略低于BOD5，随着时间的推移， BOD5急速下降，而COD下降缓慢，从
17、而COD略高于 BOD5。浸出液中生化反应的能力可用BOD5/COD之比来 反映。当BOD5/COD=0.5时，则认为浸出液较易生物降解； 当BOD5/COD0.1时，则认为浸出液难于降解。 (e) TOC：浓度一般为2652800mg/L。BOD5/TOC可反映 浸出液中有机物氧化状态。填埋初期，BOD5/TOC值高； 随着时间推移，填埋场趟于稳定化，浸出液中的有机碳以 氧化态存在，则BOD5/TOC值降低。 (f)溶解总固体：浸出液中溶解固体总量随填埋时间推移而 变化。填埋初期，溶解性盐的浓度可达10000mg/L，同时 具有相当高的钠、钙、氯化物、硫酸盐和铁。填埋624 个月达到峰值，此
18、后随时间的增长无机物浓度降低。 (g) SS：一般多在800mg/L以下。 (h)氮化物：氨氨浓度较高，以氨态为主，一般为0.4mg/L 左右，有时高达lmg/L，有机氨占总氮的10%。 (i) P：浸出液中几乎不含磷，但生物处理时，必须添加与 BOD5相当的磷。 (j)重金属：生活垃圾单独填埋时，重金属含量很低，不会 超过环保标准。但与工业废物或污泥混埋时，重金属含量 会增加，可能超标。 渗滤液特征随填埋场年龄的变化 4、渗滤液处理方法 垃圾渗滤液的处理现状 渗滤液性质的复杂多变性给渗滤液的处理处置带了极 大的困难,到目前国内外尚未发展出完善的适合垃圾渗滤 液处理的工艺。对渗滤液的处理处置目
19、前的途径主要有 以下几个方面:(1)将渗滤液输送到城市污水处理厂与城市 生活污水合并处理;(2)采用渗滤液回灌技术处理;(3)现场建 造渗滤液处理厂处理。 1-6 填埋场气体收集系统填埋场气体收集系统 设置气体收集与排放系统的目的是为了有控制地疏导填 埋气体，避免填埋气体在场内的淤积或向场外发生横向迁移， 以免发生沼气爆炸危险；而且，可以利用回收的沼气进行发 电，实现填埋气体的资源化利用，在避免有害成分向空气中 释放的同时，提高填埋场的经济效益。 微生物分解有机物过程大致分四个阶段 第一阶段:好氧生物分解，消耗大量氧气，产生大量的热， 历时几天到几星期。 第二阶段:厌氧分解，氧气耗尽后进入厌氧
20、分解阶段，历时 两个月到一年，填埋气体的主要成分为CO2 , N2及少量的 H2, CO, O2 , H2S, NH3等。 第三阶段:甲烷发酵不稳定期，历时约2年左右，填埋气体 的主要成分为CO2 , CH4。 第四阶段:甲烷发酵稳定期，历时20年以上，填埋气体的主 要成分为CH4, CO2。 1、填埋场气体的组成 在填埋场中，城市固体废弃物中的有机物在微生物 的作用下发生分解，产生大量气体，主要成分是二氧化 碳(C02)和甲烷(CH4)，还有一些微量气体。微量气体虽 然数量很少，但有的有剧毒，会对公众健康带来危害。 城市固体废弃物填埋场气体成分典型值 2、影响填埋场气体生产因素 废弃物的组成
21、 含水量 pH值 有效营养成分 温度 生物种群 氧化还原电位 硫酸盐浓度 3、产气量的预测 理论计算法: CaHbOcNd+(4a-b-2c+3d)/4H2O(4a+b-2c-3d)/8CH4 + (4a-b+2c+3d)/8 CO2+dNH3 经验公式计算法： Q=K(L-R) 式中Qt时间内的总产气量,m3/kg; R当年填埋垃圾量，t K产气速率常数,a-1;L最大可能产气量,m3/kg 实测法： 据研究表明，实际产气量大约为理论产气量的1/2 4、填埋场气体收集方式 4.1 被动气体收集系统 被动型气体控制是利用填埋场内部产生气体的压 力和浓度梯度，将气体导排入大气或控制系统。对 于填
22、埋场主要气体和微量气体，被动控制是在主要 气体大量产生时，为其提高渗透性的通道，使气体 沿设计的方向运动。 4.2 主动气体收集系统 主动控制系统，即在填埋场内铺设一些垂直的导气 井或水平的盲沟，用管道将这些导气井和盲沟连接至抽 气设备，利用抽气设备对导气井和盲沟抽气。 填埋气体主动控制系统主要由抽气井、集气管、冷 凝水收集井、泵站、真空源、气体处理站以及气体监测 设备等组成。 5、填埋场气体的利用 对填埋气利用方式的确定，需要综合考虑多方面的 因素，包括：填埋气的产生量与产气速率，利用方式 的经济可行性，填埋场内部及周边地区的能源需求及 使用条件等。 国内外利用现状，目前主要有以下几种利用方
23、式： 作燃气使用 一种是作为燃气本地使用，要求甲烷最低浓度为35 ，场内使用适于有较大能源需求的填埋场，特别是已经 使用天然气的填埋场。另一种是输入燃气管道，经过干燥 和过滤等净化处理过程，使甲烷浓度达到95以上，要求 燃气管道距填埋场较近，并有接收气体的能力。 发电 LFG可用于内燃机或气轮机发电，要求甲烷浓度在40 以上，且必须去除填埋气中的水分和H2S等杂质，控制焚 烧温度，以防产生腐蚀和化学反应。场内使用适于有高耗 电设备的填埋场，或者输入附近电网供场外用户使用。 作化工原料 LFG中的CH4和CO2可通过物理、化学吸附方法及膜分 离法加以分离，分离出的组分可用作化工原料。 1-7 终
24、场覆盖、封场与土地利用终场覆盖、封场与土地利用 对于一个已被填满的城市固体废弃物填埋场，最后进 行适当封闭是完全必要的。设计最终覆盖(封顶)系统的目 的是限制降水渗入废弃物以尽量减少有可能侵入地下水 源的渗滤液的产出。 典型的填埋场最终覆盖系统 封场后还必须对其进行维护，包括场地维护和污染治 理的继续运行和监测。具体为:渗滤液处理系统运行和监 测、渗滤液调节池臭气处理系统运行和监测、填埋气体导 排与利用系统运行和监测、地下水监测、地表水监测、地 面沉降监测、场地维护等等。 1-8 可持续生活垃圾填埋技术可持续生活垃圾填埋技术 填埋场封场数年后（在南方地区一般在810年以 上，在北方地区1015
25、年以上），垃圾中垃圾中易降 解物质完全或接近完全降解，垃圾填埋场表面沉降量 非常小（如15mm/a），垃圾自然产生的渗滤液和气 体量极少或不产生，此时的垃圾填埋场可以认为达到 稳定化状态，所形成的垃圾称为矿化垃圾。 矿化垃圾经过开采，可以得到 50-60% 的有机细料， 10-15% 的可回收利用的物品（塑料、玻璃、金属等）。 由于特殊的形成条件，矿化垃圾具备良好稳定的多孔结构， 具有较大的吸附比表面积，有机质含量高，阳离子交换容 量大，并且其中含有丰富的微生物。因此，矿化垃圾是一 种性能优越的生物介质，可作生物反应床的填料，用来处 理废水。 还可以加工成建筑材料 ：稳定后的矿化垃圾可用作一般性 的建筑材料。如筛分过的矿化垃圾细料，加入凝固剂后可 作为道路路基原料。而用矿化垃圾中的煤渣和碎石粉碎后 与425号水泥、黄沙掺合后可制作大型砖块，另外矿化垃 圾也可代替泥土作制砖原料，有利于减少泥土使用量，保 护耕地。 现代卫生填埋简图
