毕业论文∶城市生活垃圾卫生填埋场的设计

城市生活垃圾卫生填埋场的设计
目录
摘要
Abstract
绪论
概述
本地区的概况
生活垃圾卫生填埋场的特点及设计的内容
场址的选择
场址的选择·
选址的要考虑的因素
选址顺序
环境影响评价与检查场址
全面科学的环境影响评价
场址的检查
地址的选定与所需的容积
第一章设计要求与总体布置
填埋场设计的基本依据
总体布置
第二章填埋场的地基与防渗密封
填埋区基底工程
填埋场的防渗系统
防渗材料
防渗系统的构造
人工防渗系统应符合的要求
人工防渗材料施工应符合的要求
填埋场密封方式
第三章渗滤液的产生与收集处理
垃圾渗滤液概念
垃圾渗滤液的来源
垃圾渗滤液的产生量
渗滤液产生量的计算方法
减少渗滤液产生量的方法
垃圾渗滤液的水质特征
渗滤液收集处理系统
渗滤液收集系统的设计
渗滤液的处理方法
5.7.3渗滤液处理方法的选择
第四章填埋气体的产生与收集处理
填埋场气体的产生机理
填埋气体的特性
填埋气体的控制
填埋气体收集系统
提高产气的方法
填埋气的利用
第五章填埋操作与辅助设施填埋方式
垃圾填埋流程
道路系统
封场与利用
填埋场的沉降
填埋机械及其它辅助设施
第六章环境保护与监测
结语
参考文献
摘要
随着经济的发展、工业化与城市化进程的加快、城市建设规模的扩大，人口不断涌入城市，使城市生活垃圾急剧增多。

城市垃圾污染环境，对城市居民的健康和生存构成严重威胁，已成为社会一大公害。

治理城市生活垃圾已成为我国各大城市的重大环境问题，同时，随着人类环保意识的加强，城市生活垃圾卫生填埋场的设计理论及工程技术问题日益受到应有的重视。

然而，我国卫生填埋场的设计理论及其机理尚有待深入研究和探讨，为此，本文结合卫生填埋场的建设，对此进行了探讨。

因此，如何安全有效地解决垃圾的最终处置问题，避免形成二次污染，并将垃圾作为能开发利用的资源，实现可持续发展是卫生填埋所必须研究解决的重要课题。

本文首先对我国垃圾填埋场进行了综合分析，探讨了城市生活垃圾的特性，在此基础上，对填埋场的选址、防渗层的构造措施、防渗材料的工程特性、渗滤液的产生及处理、填埋气体的收集及利用、封场措施、填埋场的综合利用以及环境保护和监测等问题进行了深入的探讨。

关键词：生活垃圾；填埋场；防渗层；渗滤液；填埋气体
Abstract
Along with economic development, industrialization and urbanization process accelerated, the scale of the cities’ construction expanded, Population keeps pouring into cities, MSW have increased drastically. MSW polluted the environment and constituted a serious threat to the survival and the health of urban residents, has become a public hazard. MSW management has become many large cities’ major environmental problem, meanwhile, as people’s environmental awareness increasing, the design theory and technical problems of MSW Sanitary Landfill Site have received the attention increasingly which they deserved. However, China's sanitary landfill’s design theory and it’s mechanism has yet to be thoroughly studied and discussed, for this, based on the sanitary Landfill’s building,the paper discussed it. Therefore, the question of how to Solve the problem of the garbage’s final disposal in safe and effective solution, avoid the secondary pollution , and make the trash become the resources which are able to be developmented and utilizated , the sanitary landf ill’s sustainable development is the important issues must be studied and resolved.
This paper on garbage landfill for a comprehensive analysis to examine the MSW characteristics, on this basis, on the landfill site, the construction of impermeable layer, impervious materials to the engineering characteristics of leachate production and processing, Landfill gas collection and utilization, the closure of the farms, Comprehensive Utilization of the landfill and environmental protection and monitoring conducted in-depth discussions.
Keywords : MSW; Landfill; Impermeable layer; Leachate; Landfill gas
第一章绪论
概述
垃圾处理的最佳方式是综合处理，由于城市垃圾处理方式和技术的选择受垃圾成分、经济发展水平、能源结构、自然条件及传统习惯因素的影响，因而每个城市的选择可能各不相同，没有统一和固定的模式。

在生活垃圾处理处置方式中，填埋无疑占据着举足轻重的位置，从全球来看，填埋大约占到70%左右，在各发达国家应用非常广泛，例如加拿大1989年卫生填埋处置量占82%；1991年英国、意大利年卫生填埋处置量占其总处置量的90%美国处置量为72%，西班牙处置量为75%，德国1993年卫生填埋处置量占73%。

美国联邦环保局(USEPA)和很多州都已详细制定关于填埋场选址、设计、施工、运行、水气监测、环境美化，封闭性监测以及维护年限的法规[2]。

而在我国,由于经济技术水平等的原因，填埋所占的比例更高，达到90%以上。

虽然随着经济技术的发展，在未来的20年内，在拟建的垃圾处理项目中，填埋比例会稍有下降，但仍有大约75%的项目采用填埋方式。

同时在我国的《城市垃圾处理及其污染防治技术政策》中明确提出：以填埋为主的路线，因此填埋必将在今后很长一段时间内占据主导地位，许多大中城市新建的垃圾填埋场，其日处理能力都达上千吨，总填埋库容达数千万立方米。

垃圾卫生填埋具有处理和最终处置生活垃圾的双重功能，其主要优点是速度快、方法简单，技术比较成熟，在较大范围内能适应垃圾产量的变化，建设费用和管理费用相对较低。

但填埋场的一个与生俱来的缺点：占地面积大，据估计：全国现有的大中型填埋场大约有200座左右，按平均每座占地60hm2,则大约占了1.2万hm2土地，相当于1/4个上海市区面积。

同时，除了日益增加的垃圾，世界上其他资源(能源)都日渐稀少，统计资料显示：到目前为止，我国填埋场或堆场中已堆积的垃圾大约有60多亿，并且城市生活垃圾总量仍以每年8%~10%的速度增长，全国城市生活垃圾年产量达到1.5亿吨[11]。

在这样一个严峻的时刻，可持续发展的理念已经深入人心，因此，填埋方式也必将发生转变，可持续填埋也终将会进入人们的视线，垃圾填埋场也将从一个单纯的藏污纳垢场所变为一种资源的矿场，从而真正体现填埋场的可持续发展的理念，这就需要填埋场设计人员在设计时使填埋场不仅安全填埋生活垃圾，不对填埋场周围环境造成危害，还有利于填埋垃圾的资源化、能源化和填埋场的后续开发利用，真正做到填埋场的可持续发展。

本地区的概况
本地区位于东部长江下游，属于经济较发达地区，随着城市的发展，城市人口不断增加，市区面积不断扩大，且近年来，郊区农村的生活垃圾的处理也越来越受到重视，并将最终纳入城市卫生填埋系统，以解决农村环保意识和环卫设施相对落后，农村生活垃圾污染不断加剧的现象，因此所需要的填埋场面积将越来越大；而居民消费结构的改变，不仅使生活垃圾产生的量增加，市区的生活垃圾量每年的递增速度超过了10％。

垃圾的成分也起了很大的变化，垃圾中的大件刚性固体废物、有机废物、塑料制品和对环境有危害的重金属等物质所占的比例快速增加。

然而，从长远来考虑，即使采用最现代化的填埋技术，也有安全隐患，因此要尽可能少地填埋垃圾，搞好垃圾源头控制，还应根据垃圾处理的需要，进
行有限度的分类回收，循环利用垃圾，尽量使垃圾无害化、减量化、资源化。

城市垃圾处理技术应向多元化方向发展，向综合处理方向发展。

但现阶段首先应建设符合标准的城市生活垃圾卫生填埋场，逐步消除垃圾堆放场，优先解决城市日益增加的垃圾产量的出路问题。

本市的生活垃圾主要为居民生活垃圾，商业垃圾，集贸市场垃圾，街道清扫垃圾，公共场所垃圾，机关、学校、厂矿等单位的生活垃圾。

有机物约占总量的60%，其中废纸、塑料、玻璃、金属、织物等可回收物约占总量的30%，近年来，城市煤气化率上升，厨余类有机物在垃圾中比重增大，利用潜力增加，但需要分类收集，垃圾中煤渣、灰土含量下降，垃圾容重进一步降低，运输车辆需求增加，填埋作业难度加大；垃圾中可回收物质增加；垃圾发热值也有了很大的提高。

生活垃圾卫生填埋场的特点及本设计的内容
填埋场主要用来填埋城市垃圾等一般固体废物，使其对公众健康和环境安全不会造成危害。

所谓填埋就是在铺设有良好防渗性能衬垫的场地上，将固体废弃物铺成一定厚度的薄层，加以压实，并加上覆盖层。

其场地必须具有合适的水文，地质和环境条件，并要进行专门的规划、设计，严格施工和加强管理。

为防止周围环境被污染，必须设有一个渗滤液收集和处理系统，还要提供气体（主要为甲烷和二氧化碳）的排除或回收通道，并对填埋过程中产生的水、气和附近的地下水进行监测，还需能达到抵御百年一遇以上洪水的设计标准。

为一现代卫生填埋场的简图[2]和剖面图[13]。

现代卫生填埋场简图
现代卫生填埋场剖面图
填埋场的功能主要有两个方面，即贮留固体废物、隔断固体废物污染和对固体废物进行处置。

通常一个完整的卫生填埋场地主要由填埋场、辅助设施和未利用的空地组成。

填埋场建设程序主要包括：场址的选择、环境影响评价、地质灾害评估、可行性研究、土地征用、工程初步设计、施工图设计、工程施工、竣工验收等环节[7]。

填埋工程的项目应包括：填埋场场地平整，基底处理，填埋单元划分，周边和单元之间的通道，衬垫系统，渗滤液收集系统，封顶级配，封顶剖面，雨水管理系统，地下水监测系统和填埋气体监测系统。

图表示固体废弃物的堆填过程和封闭后的情况[2]。

在现代卫生填埋场设计中最重要的关键部位包括衬垫系统，渗滤液收集系统，气体收集系统和最终覆盖（封顶）系统。

衬垫系统位于填埋场底部和四侧，它是一种水力屏障，用来隔离固体废弃物以免对填埋场的地下水和四周的土产生物染。

衬垫系统是填埋场最重要的组成部分，填埋场渗滤液是由于降水经过废弃物过滤和对废弃物压榨产生的，是一种典型的污染液，若不加处理排入周边土体及地下水中，将对土体和地下水产生严重的污染，渗滤液收集系统用来收集填埋场中产生的渗滤液并将其排放至废水处理站或集水池集中进行处理。

气体收集系统用于收集废物中有机成分分解时产生的气体，收集后的气体可用来发电或有控制地进行燃烧。

对填埋场进行封顶的目的是减少封闭后降水对填埋场的渗入以减少渗滤液的产生[2]。

图废弃物填埋过程的封闭
a)填埋单元基底和渗滤液收集系统；b)填埋场固体废弃物的堆填；c)封顶后的封闭填埋场
不同填埋单元之间的相互联系和填埋的次序在填埋场设计中十分重要，根据这些单元如何组合，从几何外形来看，一般可将填埋场的型式分成四类(见图) [2] (1)平地堆填:填埋过程只有很小的开挖或不开挖(图a)，通常适用于
比较平坦且地下水埋藏较浅的地区。

(2)地上和地下堆填:填埋场由同时开挖的大单元双向布置组成，一旦两个
相邻单元填满了，它们之间的面积也就填满了(图1.4b )，通常用于比较平坦但地下水埋藏较深的地区。

(3)谷地堆填:堆填的地区位于天然坡度之间(图1.4c )，它可能包括少许
地下开挖。

(4)挖沟堆填:与地上和地下堆填相类似，但其填埋单元是狭窄的和平行的
(图1.3d)。

通常仅用于比较小的废物沟。

图1.4 四种填埋场类型
a)平地堆埋;b)地上和地下堆填;c)谷地堆填d)挖沟堆埋
在本次设计过程中，以卫生填埋场技术标准作为建设和运行的技术要求，深入探讨卫生填埋场的设计方法的主要方面及应用上应注意的若干技术，对填埋作业区建设HDPE膜衬垫的人工防渗系统，雨污水分流系统，渗滤液处理系统等，填埋操作采取分层压实、日覆盖、中间覆盖和堆坡填埋后的终场覆盖工艺；铺设纯玻璃钢管道，将预处理后的渗透液输送至市区污水厂进行深度达标处理；填埋气体收集纯化后用于发电，对封场填埋单元进行长期的监测和维护，最终场地将规划建设为园艺基地、生态型休闲度假区或者是以环保和生态教育为主题的森林公园。

第二章填埋场的选址
场址的选择
这是卫生填埋的第一步也是最重要的一步。

本市人口常驻人口近290万，全市面积3843平方公里，境内地貌类型复杂，地势东部平原坦荡，西部丘陵起伏。

有可观的江滩资源，是重要的土地后备资源。

丘陵地带的土质为黄棕壤，平原地区多为水稻土。

膨润土矿为特大型矿床，储量位于全国第三位。

选址要遵循两个原则：一场址能够满足垃圾卫生填埋、防止污染的需要，二是经济合理。

选址的要考虑的因素
1.城市总体规划、区域环境规划、城市环境卫生专业规划及相关规划；
2.土地利用价值及征地费用，场址周围人群居住情况与公众反映，填埋气体利用的可能性；
3.地形、地貌及相关地形图，土石料条件，包括取土石料难易、远近和存储总量；
4.工程地质与水文地质；
5.洪泛周期（年），降水量，蒸发量，夏季主导风向及风速，基本风压值；
6.道路、交通，给排水及供电条件；
7.拟填埋处理的垃圾量和性质，服务范围、垃圾收集运输情况；
8.城市污水处理现状及规划资料；
9.城市电力和燃气现状及规划资料。

除此以外,还要考虑与项目建设相关的各个环节,包括图中的各项因素。

填埋场场址选择的考虑因素[1] 选址顺序
根据2004年建设部《城市生活垃圾填埋技术规范》的规定，垃圾卫生填埋场场址的选择如下：
填埋场场址设置应符合当地城市建设总体规划要求，符合当地城市环境卫生事业发展规划要求。

填埋场对周围环境不应产生污染或对周围环境影响不超过国家相关现行标准的规定。

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。

填埋场应与当地的大气防护、水资源保护、大自然保护及生态平衡要求相一致。

选址应由建设、规划、环保、设计、国土管理、地质勘察等部门有关人员参加。

填埋场防洪应符合表的规定：
表填埋场防洪标准
填埋场不应设在下列地区：
1. 地下水集中供水水源地及补给区；
2. 洪泛区和泄洪道；
3. 填埋库区与污水处理区边界：距居民居住区或人畜供水点500m以内的地区；距河流和湖泊50m以内的地区；距民用机场3km以内的地区；
4. 活动的坍塌地带，尚未开采的地下蕴矿区、灰岩坑及溶岩洞区；
5. 珍贵动植物保护区和国家、地方自然保护区；
6. 公园，风景、游览区，文物古迹区，考古学、历史学、生物学研究考察区；
7. 军事要地、基地，军工基地和国家保密地区。

环境影响评价与检查场址
在进行场址选择时要对备选的场地进行综合的环境影响评估，即环境影响评价。

建设项目环境影响评价报告书必须在项目的可行性研究阶段完成；在进行可行性研究的同时，必须对建设项目的环境影响作出评价。

环境影响评价的目的是：填埋场建造前、建造过程中以及建成后评估、确定它对环境的潜在影响；指出如何减少或排除对环境的影响；确定环境背景值以便监督检查可能发生的环境问题。

全面科学的环境影响评价
对垃圾卫生填埋场建设进行环境影响评价，可分为三个阶段。

1）准备阶段。

通告，告知所有关系人；确认作出环境影响评价的必要性；确认作出环境影响评价的规模；环境影响评价工作有关各个方面的组织；确认环境影响评价工作范围。

2）研究阶段。

项目对环境影响的确认；项目对环境影响的描述；项目对环境影
响的检验；备选场址现况检查；两种决策（选中与否）比较；考虑采取补偿措施；起草环境影响评价报告。

3）后期评价阶段。

审查环境影响评价报告；决定项目可以进行或项目只能靠补偿措施进行或项目不可进行。

场址的检查
备选场址现况检查在环境影响评价研究阶段进行。

地质与水文方面的检查作为重点。

检查的结果应列入环境影响评价报告书中。

检查内容应包括：地质结构、渗透性、离地下水的距离、场址的天然坡与人工坡的稳定性、低层土的承载能力与变形特性、自然灾害（地震、暴风雨、洪灾等）风险。

同时要进行其它相关的调查及检验：附近居民点的情况；道路与其它交通情况；当地的气象条件；处理渗滤液与利用沼气的可能性；对当地生态环境的影响（包括风景）；对现有水文条件（水域）的影响；对文化、宗教场所与疗养胜地（旅游）的影响；描述费用的情况。

另外，在场址调查中要积累照片资料。

这些资料可能被用于：今后对场址的情况作更好的总体评估；描述场址的细节问题（观察现场）；为以后的分析作原始资料[1]。

地址的选定与所需的容积
垃圾填埋场可选在市区的东北角、港截洪坝下游500米处。

那里为多年淤积的荒滩泽地，场地宁静深幽，人烟稀少，无农作物，不受主风向的影响，总规划占地83公顷，一期规划占地20公顷，设计填埋高度为，总容积达110万立方米，设计使用年限为10年，填埋场二期工程规划总占地面积32公顷，设计使用年限为8～10年。

足够安全接收市区以及周边部分郊县的垃圾[5]。

本市人口常驻人口近290万，产生的垃圾约∕人·天，城市垃圾的单位体积重量815kg ∕m 3,覆土与垃圾之比：以土壤为覆盖材料，则覆土与垃圾之比约为1：3～1：4；压实密度：500～800 kg ∕m 3。

每年所需的场地的体积[3]：
式中：
W －垃圾产生率(kg ∕日·人)；
P －城市人口；
D －压实后垃圾的密度(kg ∕m 3)；
r －覆土与垃圾之比。

每年所需的场地的面积： 第三章 设计要求与总体布置
填埋场设计的基本依据
填埋场的设计应符合《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》和现行的其它相关标准，设计前应掌握下列资料：
城市用地规划、区域环境规划、场址周围人群活动分布与城区的关系；
地形、地貌及相关地形图；
地层结构、岩石及地质构造等工程地质条件；
365(1)WP V r D
=
=⨯⨯+每年垃圾产生量垃圾压实密度H V A =
地下水水位深度、流向等场址水文地质资料及利用情况；
夏季主导风及风速；
降水量、蒸发量等气象背景资料；
周围水系流向及用水状况；
洪泛周期（年）；
待填埋处理的垃圾总量和日填埋量；
垃圾类型、性质、组成成分；
石料条件，包括取土石料难易、远近和存储总量；
交通条件及供水供电条件。

垃圾卫生填埋场的设计与一般工程项目的设计内容基本相同，如三通一平、场区布局、建筑物、构筑物、防洪、防火、绿化、环保等。

总体布置
在填埋场入口处应具备通道、错车的空间、计量设施、检查站、工作人员休息室、更衣室、淋浴设备、化验室、车间和机器房等；主体包括：场底基础处理与防渗系统；周边设引排地表水的分区截洪沟、库区截洪沟及地下水导排系统；场区道路；石笼、盲沟等渗滤液导流系统；潜水装置、排气装置、收容装置和冲洗装置共同构成的渗滤液接纳系统，还有单独开辟的渗滤液净化处理系统和填埋气体导排及回收利用系统，以及最终的填埋场封场系统及各种监测设施等等。

填埋库区的占地面积应为场区总面积的70－90％，还应留一定的空间在填埋场前设立一个垃圾处理中心，预先分离收集有用物质和有害物质。

第四章填埋场的地基与防渗
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300～400m或更大，如按2%坡度进行设计，则场区两端高差在6～8m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%～%时可以保证渗滤液排顺畅[1]。

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，以利于防渗膜的铺设。

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。

通常的防渗方法有水平防渗和垂直防渗。

垂直防渗指山谷型填埋场，地质条件较好，场底为无裂缝基岩，一般在地下水出口处建筑防渗帷幕，使填埋场底部的渗滤液阻积于帷幕前的水池中，不向下游及邻近地区渗透。

我国典型的山谷型垂直防渗填埋场有杭州天子岭填埋场等。

在特殊地质条件的平原也可采用垂直防渗技术。

水平防渗指平原性地貌的填埋场，在水平方向设置防渗系统，在
填埋场的底部和周边形成隔离层，可实现渗滤液和地表水、地下水的分流处理、排放，如北京安定填埋场和深圳下坪垃圾填埋场等[2]。

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
小于规定内容，不管使用什么方法、什么材料，最终达到的目的是渗透系数K
f
标准，我国要求K
小于10-9m/s。

[1]同时要考虑：
f
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。

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 f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 )。

(1)普通粘土:一个合格的粘土衬垫其透水率必须很低(K≤1×10-7cm/s)并有足够的抗剪强度和最小的收缩势，以防脱水开裂。

(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，而且可以自动修补土层中的缝隙，阻止水分子通过。

(3)土工膜:是一种溥的、柔韧的、连续的、不透水的合成材料，具有长期比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。

(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。

防渗系统的构造
单层防渗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，其造价低，施工快，但安全系数低，只有地下水污染风险极低的情况下（如地下水位低、土质防渗性好）才推荐使用。

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。

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，但总的说来一个完整的复合防渗系统应包含以下几个层次：
(1)渗滤液排水层
该层上部直接与垃圾接触，起着收集和排出渗滤液的作用。

该层常规做法是400mm厚粗砂层，粗砂层内按一定间距设置排水盲沟，盲沟内设穿孔管，汇集垃圾填埋体中流出的渗滤液并排出填埋坑外。

(2)保护层。