固体废弃物课程设计 垃圾填埋场设计之欧阳法创编

摘要
当今社会全球面临的最大挑战之一就是环境问题。

以北京市为例，据《人民日报》报道：“北京周围已被7000多座垃圾山包围，其中直径50米以上的垃圾场就有5000多座”。

据“全国城市生活垃圾处理及资源利用经验交流会”上发布的信息：“全国垃圾的历史堆存量已多达60多亿吨，侵占土地多达5亿平方米。

全国数百座大小城市，已有2/3的城市被郊区的垃圾山包围。

”由此可见垃圾问题的严重性。

杞县地处豫东平原，是国家水污染防治的重点区域之一。

近几年城市建设发展迅速，垃圾处理状况滞后于城市发展，处理设施落后于省内许多同等规模的县城。

其主要问题表现在：一是自然填坑，未做防渗处理，也没有气体和渗滤液收集、导排设施，不仅对地下水和周边环境造成了影响，还存在安全隐患；二是城郊已有的坑塘都被垃圾填满，目前已经无处可堆填，与城市建设和市容市貌不协调；三是环卫设施不
配套，机械化水平低下，影响了环境卫生事业的发展和城市的环境质量，因此，该项目的建设是十分必要的。

关键词：资源利用市容协调地下水污染
目录
1 工程概述2
1.1工程概况2
1.2 设计原则与范围2
1.3 设计依据3
2 基础资料4
2.1 城市概况4
2.2 自然条件5
3 垃圾量预测7
4 场址概况8
5 总图布置11
5.1 设计内容11
5.2 设计原则12
5.3 场区布置方案及特点12
5.4竖向布置13
5.5道路运输15
5.6 绿化工程15
6 卫生填埋库区工程16 6.1 填埋库容及使用年限16
6.2 防渗工程17
6.3 渗沥液收集导排系统22
6.4 填埋气体收集导排及利用23 6.5 防洪系统25
6.6 垃圾坝的设计27
6.7监测井29
6.8 填埋工艺30
6.9 填埋作业设备选择30
6.10 封场工程32
7 渗沥液处理工程34 7.1 处理工艺34
7.2 主要处理设备41
8 环境保护与监测44 8.1 设计依据44
8.2 环境污染来源及污染物分析44
8.3 环境监测45
9 工程效益分析48
10 附图49
致谢50
附录50
参考文献51
1 工程概述
1.1工程概况
* 项目名称：杞县城市生活垃圾卫生填埋场工程
* 项目场址：杞县城关镇东关村（东2公里处）
* 总用地：168亩
* 总库容：约179.4136万立方米
* 处理规模：平均157吨/日
* 服务年限：13年
* 项目服务范围：杞县城市居民所产生的生活垃圾1.2 设计原则与范围
1.编制原则
城市生活垃圾处理作为城市环境治理和环境保护项目，应在贯彻国家垃圾处理技术政策和城市总体规划指导的前提下，合理选择厂址和处理工艺、严格控制二次污染并防止新的污染产生，使工程的各项指标符合国家的有关法规和标准规定。

本项目的编制原则是：1）在认真贯彻执行国家关于城市垃圾处理的法规（条例）和技术标准的同时，结合当地环境卫生事业的发展，根据生活垃圾产生情况科学规划，合理确定建设
规模，对生活垃圾实行安全处置，使之真正达到国家规定的垃圾处理要无害化、减量化和资源化的总体目标。

2）坚持因地制宜和科学态度，选择合理的技术路线，采用先进工艺和技术上成熟的设备，确保各类设施互相协调，技术切实可行，降低垃圾处理的建设投资和运行成本，提高项目的社会效益和环境效益。

2.处理方案选择原则
处理方案选择的原则是：技术成熟，工艺简洁，设备可靠，能适应生活垃圾的特性，满足环境保护的要求，同时还要考虑下列因素的影响：
1）当地的经济实力和投资能力
2）城市建设和社会发展对环境的要求
3）各种垃圾处理方法的优缺点
4）生活垃圾理化性质及变化趋势
5）技术与设备的可靠性和适应性
6）对资源再利用的潜力和程度
1.3 设计依据
*《国家计委、建设部、国家环保总局关于推进城市污水、垃圾处理产业化发展的意见》
* 河南省委、河南省人民政府豫发[2003]9号
文件
《河南省委、河南省人民政府关于加快城镇化进程的决定》
* 河南省发改委、财政厅、建设厅、环保局豫计收费[2002]1394号文件
《关于实行城市生活垃圾处理收费制度促进垃圾处理产业化的通知》
*《城市环境卫生专用设备》（CJ/T29—91）
*《市政工程设计技术管理标准》建设部（93）建城技字第42号
*《工业企业厂界噪声标准》（GB12348—90）
*《工业企业设计卫生标准》（TJ36—79）
*《建筑设计防火规范》（GBJ16—87 2001年版）
*《恶臭污染物排放标准》（GB1455-93）
*《城市垃圾产生源分类及垃圾排放标准》(CJ/T3033—1996)
*国家现行的其他标准和规范
2 基础资料
2.1 城市概况
1.地理位置
杞县位于河南省东部。

地理坐标为东经114º36＇～114º54＇，北纬34º13＇～34º44＇之间。

东邻睢县，西接开封，南邻太康，北依兰考。

西南与通许接壤，东北与民权县为邻，西北距开封市55km，省会郑州市120km。

2.社会环境概况
杞县南北长55公里，东西宽32公里，区域总面积1214.8km2，其中耕地83192公顷。

总人口104万人，其中农业人口96.5万人。

辖城关、高阳、葛岗等8个镇和城郊、宗店、板木、竹林等13个乡，共计568个村委会，1063个自然村。

按《杞县城总体规划》（1995～2010）确定的杞县城性质为：全县政治、经济、文化、科技信息中心，以农副产品深加工、纺织、机械、化工等工业为主导，商业贸易综合发展的现代化小城市。

3.经济概况
2003年杞县全县完成国内生产总值48.1亿元，较上年增长 6.5%；财政收入完成 1.02亿元，同比增长4.1%。

一、二、三产业增加值分别完成21.3亿元、16.2亿元和10.6亿元；占国内生产总值的比重分别为44.3%、33.7%和22%；完成全社会固定资产投资5.9亿元，同比增长18%；完成全社会消费品零售总额7.4亿元，同比增长3.7%。

4.交通运输
杞县地理位置优越，交通便利。

106国道贯穿县城南北，310高速公路和豫04省道横跨东西，北依陇海铁路，东距京九铁路90公里，西至京广铁路和郑州国际机场70公里，交通四通八达，加强了县城与周围地区在经济发展上的联系。

2.2 自然条件
1.地形地貌
杞县地处黄淮平原，南部地表略有起伏，北部和西部稍有沙丘，东北部有黄河故道遗汊数条，其他为平原。

地势由西北向东南缓慢倾斜，平均坡降在1/5000～1/7000之间，海拔高度平均58m。

土质淤地占24%，主要分布在淤泥河两岸及圉镇东部和南部；沙地占
10.4%，主要分布在县境北部和东北部边缘地区；清河地占36%，两河土地占29.6%，多分布在惠济河两岸及付集、圉镇以北，在各类土壤面积中含盐碱者占9%。

2.地震与地震裂度
按全国地震区域划分，杞县属六级地震烈度区，从历史地震发生情况看（据杞县志所载的有关地震记录），杞县无强大地震，多数为无感地震，且发震的频率小，震中在杞县境内的无详细记载。

3.水文与水资源
1)表径流与河流
杞县境内及过境河渠共135条，总长1200余公里，河网密度0.427/平方公里，径流总量6900立方米。

属淮河水系。

主要河渠有4大干流，22条支流，23条分支，共49条。

分4个水系，分别为惠济河水系、铁底河水系、涡河故道和大堰沟水系。

人工灌溉（灌淤）渠4条，即跃进干渠、惠南干渠（含东、西两支）、东风干渠（含一、二干）和兰杞干渠。

其中较大的有惠济河、淤泥河、铁底河。

上述河流除惠济河、淤泥河为常年性河流外，其他属于季节性河流。

2)地下水
杞县处于黄河冲积平原扇的前沿，地下水丰富。

全县地下水总量7.65亿立方米，可利用量1.78亿立方米，分布差异较大。

地下水来源为大气降水补给及引黄灌溉水源补给，通过包含带的粉质砂土的孔隙和裂隙直接补给地下水。

地下水流向为西北向东南，基本上和地形倾斜一致，水力坡降为1/5000左右。

目前全县地下水埋深为2～4米，局部地下水埋深1～2米。

5.气候条件
杞县属温带大陆性季风气候，四季分明。

春季多风干旱、夏季炎热多雨、秋季凉爽多阴雨、冬季寒冷少雨雪。

3 垃圾量预测
据调查2012年城区日产居民生活垃圾83吨，人均1.28公斤。

设计服务人口为10万人，平均垃圾产量1.28kg/d，人口增长率5%，服务年限为13年。

垃圾清运率每年均为100%。

4 场址概况
1.填埋场类型
经现场踏勘和分析，可研依椐杞县的自然条件及场址比选结果，推荐场址为山谷型填埋场。

2.填埋场等级划分与规模确定
“城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准”规定：垃圾卫生填埋场根据建设规模（总库容）和日处理能力两种方式进行分类与分级。

按填埋场建设规模划分：
Ⅰ类总库容1200万m3以上
Ⅱ类总库容500万m3～1200万m3
Ⅲ类总库容200万m3～500万m3
Ⅳ类总库容100万m3～300万m3
按日处理能力划分：
Ⅰ级日处理量1200t/d以上
Ⅱ级日处理量500 t/d～1200t/d
Ⅲ级日处理量200t/d～500 t/d
Ⅳ级日处理量200t/d以下
根据杞县城市居民生活垃圾产量和场址库容，项目为Ⅳ类Ⅳ级处理场规模。

3.填埋场选址条件
场址选择是项目实施成功与否的关键，根据《生活垃圾卫生填埋技术规范》（CJJ17—2004）规定，场址选择由建设项目所在地的建设、规划、环保、环卫、国土资源、水利、卫生监督、地质勘察等有关部门和专业设计单位的有关专业技术人员参加。

选址条件是：
1）符合城市总体规划、区域环境规划、城市环境卫生专业规划的要求；
2）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；
3）库容应保证填埋场使用年限在10年以上，特殊
情况下不应低于8年；
4）交通方便，运距合理；
5）人口密度、土地利用价值及征地费用均较低；
6）位于地下水贫乏地区、环境保护目标区域的地下水流向下游地区及夏季主导风向下风向；
7）场址距大、中城市规划建成区应大于5公里，距小城市规划建成区应大于2公里。

4.场址比选与场址确定
预选场址基本条件对比
依据两个场址对比分析结果，本着优中选优的原则，我们认为：场址1优于场址2，作为填埋场主要条件具备且较好，因此，我们选择场址1为项目场址。

5 总图布置
5.1 设计内容
项目为杞县城市生活垃圾无害化处理工程，以消纳和处理杞县城市生活垃圾、保护城市环境为根本目的。

因此，处理方案和场址选择是项目的重点，并同时对处理方案及场址的环境影响以及投资效益进行分析
论证，其内容主要包括：
* 项目建设的必要性
* 场址比选、确定与评价
* 建设规模的确定
* 处理方案选择
* 工艺设计
* 总平面图布置
* 配套设施与设备配置
* 环境保护与安全生产
* 财务及经济分析
* 投资估算
5.2 设计原则
（1）满足有关规划及生产工艺要求，合理布局，为各准也设计、生产创造有利条件。

（2）充分利用厂区的自然条件、当地的水文、气象条件及工艺要求进行合理分区和总图布置，并尽量节约用地。

（3）适应场内外运输，使交通线路顺直通畅，各区联系方便快捷，生产运营能有效进行。

（4）竖向设计应满足工艺、道路运输及厂区排水的
要求。

（5）通过围墙或防护网有效维护场区边界；强化场区绿化、美化，减少环境污染，建设出一个安全、卫生、美化的场区。

5.3 场区布置方案及特点
根据总图布置原则，将场区按功能特点划分为四个区，即管理区、填埋库区、渗沥液处理区和堆土区看，总占地面积为120.7亩。

管理区根据生产、生活的需要建有门卫房、综合楼、验收计量间、洗车台、小车库及机修间、给水泵房、垃圾车辆、锅炉房、清水池等建、构筑物，该去位于场区的东南面，占地 2.7亩，本着以人为本的设计原则该去重点绿化。

填埋库区是本项目的核心部分，处于整个场区夏季主导风向的下风口，占地94.7亩，为总面积的78.5%，该区主要包括：防渗系统、渗沥液手机导排系统、填埋气体导排系统、雨污分流系统、填埋作业道路、垃圾坝等。

渗沥液处理区布置在场区东南面，占地 5.1亩，该区建有渗沥液调节池、UASB池、CASS池、中间水池、
污泥池、污水处理管理站、污水提升泵站等构建筑物。

堆土区占地4亩，主要用来临时堆放开挖的土方。

整个场区设有一个出入口供人流物流合用。

各区的道路有机的也入场口连接，使全场的交通顺畅合理。

为了满足填埋规范及工艺的要求，场区内设置5个监测井，用于检测地下水水质，位置待初涉阶段依据水文、地质详勘报告而定。

5.4竖向布置
1．竖向设计的原则
1）满足填埋工艺及各分区功能布置要求。

2）以工程勘察报告为依据，方案制定满足工程地质、水文地质等要求。

3）充分利用所选场址的自然地形。

4）满足各项技术标准、规程、规范要求，保证工程建设与使用期间的稳定和安全。

2.设计的内容
竖向设计对基础资料的要求设计工作开展之初，设计部门通过现场踏勘或向建设单位提出工程设计所需的基础资料清单等获取基础资料，一般包括：现状地形图、工程勘察报告、场址周边外部条件等。

现状地形图测绘工作应由具备相应资质条件的部门
完成，测绘范围适宜及测绘精确与否将直接关系到设计方案的制定和工程量的计算。

目前，测绘工作多采用GPS定位技术。

设计人员应进行现场踏勘，对关键部位的测绘提出具体要求以避免误差的出现。

工程勘察GB50021—2001岩土工程勘察规范要求：各项工程建设在设计和施工之前，必须按基本建设程序进行岩土工程勘察，勘察工作应由具备相应资质条件的部门完成。

由于填埋场工程建设的特殊性，大多地区的地质勘察部门未从事过此类项目的勘察工作，在勘察大纲编制、勘察任务实施及勘察成果提交过程中，往往忽视了填埋场设计及建设过程中对工程地质与水文地质的具体要求，经常出现的问题包括：未提供地层土性渗透系数指标；给出了地下水静止水位，但未查明地下水静止水位变幅情况及其影响原因；未确定地下水流场走向；勘察报告缺少对场地的整体稳定性及垃圾堆体的变形和稳定性分析等等。

场址周边外部条件填埋场场址周边的道路、河流、湖泊、给排水等外部条件，对于场区的竖向设计方案的确定起着重要作用。

设计单位在现场踏勘的基础上，应对勘察部门的工作内容提出具体的范围和要求，如：与进场路衔接的场外道路的位置、高程；用于场区排水河
道的堤岸高程；丰水期、枯水期河道水面高程和河道底部高程；周边河流、湖泊对填埋场场址地下水位的影响等。

一般勘察部门把工作重点放在场址区域范围内，而忽视了对场址外部条件的勘察，在设计过程中容易造成勘察成果欠缺，耽误设计周期。

因此，一个优秀的垃圾卫生填埋场设计方案是建立在前期基础资料详实、周全，并充分考虑影响设计及后期运行等综合因素的前提条件下完成的。

5.5道路运输
(1)场外道路
该垃圾处理场位于城区以东方向，杞裴路西南侧200米处。

据县城3公里。

进场道路需新修约50m与场外道路相通，道路按四级公路标准设计，砼路面，道路宽7.0m。

（2）场内道路
场内道路为入口处至管理区、渗沥液处理区、填埋库区的道路。

道路设计为7m宽，砼路面，道路总长为170m，道路转弯半径最小为16m。

（3）作业道路
作业道路为垃圾运输车辆进入填埋作业面之间设置
的临时道路了，以保证垃圾运输车在垃圾填埋堆积面上的正常运行，作业道路可用建筑垃圾铺设。

作业道路设计为4m宽，坡度5%。

5.6 绿化工程
为了有效改善填埋场及周围环境，生活管理区内种植树木、草坪等，尽量使空地绿化；填埋库区周围设20米宽的绿化隔离控制带，采用高大乔木形式，减少污染；填埋场封场后也应进行植被，使封场后的外貌尽量与周围环境相适宜。

树种的选择应根据当地习惯，多选用吸尘、降噪、防毒、易生长的树种、灌木或草木植物。

6 卫生填埋库区工程
6.1 填埋库容及使用年限
库容本处理厂属于山谷型填埋场，填埋库区占地面积为94.7亩。

为了形成初始填埋库容，在库区下游设置一座垃圾坝，垃圾吧内边坡按1:3 进行设计，填埋库区边坡按1:3进行设计，场地坡度修正为2%。

在计算填埋场容积时，分为两部分进行计算，其中一部分为垃圾坝
坝顶标高以下部分，另一部分容积式当填埋的垃圾堆体逐渐向空中发展时，这时，为了保证整个堆体的稳定性，在堆体表面将要形成一定的坡度，垃圾堆体外坡设计为1:3,共设置3个马道平台，马道平台宽2m，它一方面可以缓冲坡面被雨水冲刷，另一方面在运行过程中，在该马道平台上可以设置临时终场排水沟，汇水面积内的雨水可以通过此排水沟汇入环场截洪沟，以尽量减少垃圾渗滤液的处理量，另外还便于对坡面进行检查、维修，有利于垃圾填埋库区的生态恢复。

当堆体达到设计标高时进行封场，封场坡度为5%。

根据上述参数计算，本填埋库区的原始库容为85万m3
按照生活垃圾处理率100%考虑，从2010年到2023年处理城市生活垃圾的总容量为74.4957万吨，需要库容78.4165万m3。

其中填埋垃圾需要库容68.8114万m3垃圾填埋初始压实密度按0.8t/m3计算，最终沉降容重按0.95t/m3计算）覆土需要库容10.6022万m3覆盖用土量按初始压实体积的13%计算）与本工程库容79.4136 万m3一致，可以满足需求。

填埋场标高、面积、容积计算见下表。

填埋库区库容计算表
6.2 防渗工程
根据填埋场防渗设施(或材料) 铺设方向的不同，可将填埋场防渗分为垂直防渗和水平防渗，根据所用防渗材料的来源不同又可将水平防渗进一步分为自然防渗和人工防渗两种。

1. 水平防渗
水平防渗层的构造形式，经历了最初的不加限制到早期的粘土单层设计，直至进气的柔性膜与粘土复合层的发展历程。

用于填埋场防渗层的天然材料主要有粘土、亚粘土、膨润土，人工合成材料主要有聚氯乙烯
（PVC）、高密度聚乙烯（HDPE），条状低密度聚乙烯（LLDPE）、超低密度聚乙烯（VLDPE）、氯化聚乙烯（CPE）和氯磺化聚乙烯（CSPE）。

高密度聚乙烯（HDPE）膜作为一种高分子合成材料，有其抗拉性好、抗腐蚀性强、抗老化性能高等优良的物性、化学性能，使用寿命50年以上。

根据地质勘查情况，为达到既保证安全又经济可行的目的，本设计作出三种防渗方案进行技术经济比较，以便确定最合适的防渗结构体系。

方案一：单层HDPE膜＋粘土复合衬垫
1）竖向结构其竖向结构构造自上而下分别如图所示
图2 单层膜＋粘土复合垫
2）工程造价：HDPE膜选用进口产品，土工网格、土工布选用国内产品，其余按当地市场价格，单位工程造价大概为142.5元/m3。

方案二：双层HDPE膜复合防渗衬垫
1）竖向结构其竖向结构构造自上而下分别如图所示：
图 3双层膜＋粘土复合垫
2）工程造价：HDPE膜选用进口产品，土工网格、土工布选用国内产品，其余按当地市场价格，单位工程造价大概为173.1元/m2。

方案三：单层HDPE＋膨润土复合防渗衬垫
1）竖向结构其竖向结构构造自上而下分别如图所示：
图4 单层膜＋膨润土复合垫
2）工程造价：HDPE膜、含膨润土交织土工布选用进口产品，土工布选用国内产品，其余按当地市场价格，单位工程造价大概为166.1元/m2。

各方案技术经济对比
1）对方案一的评价
A）次方案是三个方案中较经济的一个方案
B）适用性：若在填埋作业是，第一层所填垃圾很有尖锐物或在填埋过程中压实机械操作不当，使单层膜被刺穿，则防渗系统基本失效，造成水体污染。

故本方案对填埋作业是的技术要求较高，且发生膜刺穿时造成的危害较大。

2）对方案二的评价
A）次方案造价较贵，并要求较高的监管水平
B）适用性：双层膜具有双保险的作用。

若第一层被刺穿，还有下层膜及土工布可阻挡渗滤液进一步向下渗透，因此可将经过上层膜孔洞的渗漏量减至最少，从而可大大减少通过防渗衬垫的渗漏量。

3）对方案三的评价
A）次方案造价在三个方案中相对经济
B）适用性：单层膜＋膨润土的复合防渗衬垫最为经
济实用。

既可解决单层摸的穿刺问题，又可减少造价，不仅防渗效果良好，可靠性、耐久性也好，且施工方便，膨润土能够对局部渗漏点起到补漏的作用。

因此，本设计采用方案三的方案。

施工工艺：
（1）特点和要求
HDPE膜是高密度聚乙烯合成材料，具有较强的延展性和良好的防渗性能，但遇尖锐物易破裂。

因此，HDPE膜的垫层、铺衬、覆盖及其他相关作业等在施工过程中均应十分严格地加以保护，这是保证垃圾填埋场防渗系统质量的关键。

（2）坡面可分为土质坡面和石质坡面，根据设计规定，坡面放破系数不得德育1:1.25。

土质坡面经机械开挖后，用人工整平夯实，彻底清除树根、砾石等尖锐杂物，然后铺垫一层土工布（400g/m2）、铺衬HDPE膜，再在膜上铺垫一层土工布；石质坡面应与周围土质坡面厚度一致，经修凿的石质坡面上用水泥砂浆抹平，然后铺衬HDPE膜，上覆一层土工布。

沟谷一般由数条支沟和1条主干沟组成。

支沟上设渗滤液收集沟（下设地下水收集盲沟）和鱼刺状渗滤液收集支沟；主干沟上设汇集渗滤液收集沟的渗滤液主盲
沟（下设地下水主干沟）。

场底为垃圾堆填区，场底基础为土方层填筑，机械碾压平整。

场底土层（30cm厚）应由人工彻底清除树根、石块等杂物，然后铺筑40cm粗砂层，粗砂层中不得含有粒径>2.5cm的角砾或其他尖锐物。

在粗砂层表面铺垫一层土工布，然后铺衬HDPE膜，上覆50cm过筛的优质粘土保护层，再铺筑40cm粗砂过滤层，才能用于垃圾堆填。

图5 水平防渗结构图
（3）在坡面进行HDPE膜铺衬时，坡面上端应进行锚固，锚固采用锚固沟法，即在坡面上端距破口100cm 处开挖宽、深各100cm的矩形沟槽，将HDPE膜和下层土工布沿沟槽底部及边缘铺设，然后用粘土分层回填夯实。

石质坡面的锚固方法与土质基本相同，但锚固沟的
尺寸可适当缩小，沟内采用低强度等级素混凝土回填。

HDPE膜的拼接接口采用专用机械熔焊，局部破损也可采用焊接法修补。

由于HDPE膜是进口产品，铺衬和焊接施工时应有专家现场指导。

2.垂直防渗
垂直防渗系统在山谷型填埋场中应用较多，在平原区填埋场中也有应用。

垂直防渗系统广泛用于新建填埋场的防渗工程和已有填埋场的污染治理工程，尤其对于已有填埋场的污染治理，因目前对其基底防渗尚无办法，因此周边垂直防渗就特别重要。

根据施工方法的不同，可用于垂直防渗墙工程施工的方法有地基土改性法、打入法和开挖法等。

6.3 渗沥液收集导排系统
垃圾处理场渗沥液的收集和排出系统，是垃圾处理场能否正常运行的重要设施。

如果渗沥液收集和排出系统不能正常工作，将会使渗沥液大量蓄积于处理场内，从而导致以下问题：
由于渗沥液的积蓄，使处理场底部的防渗层上的水压增大，从而使渗沥液的渗漏导致地下水及下游水体和土地受到污染。

使填埋的垃圾在水中浸泡，从而使大量。