固体废物处理与处置课程设计

概述

土地填埋处置具有工艺简单，成本较低，适于处理多类型固体废物的优点。目前土地填埋处置已经成为固体废物最终处置的主要方法之一。

填埋是进行固体废物最终处置的较为理想的方法。它是由传统的废物堆放和填地技术发展的一种城市固体废物处置技术。经过长期的改良，废物填埋已经演变为一种系统而成熟的科学工程方法，及现代（卫生）填埋法。该法是利用工程手段，采取有效技术措施，防止渗滤液及有害气体对水体、大气和土壤的污染，使整个填埋作业及废物稳定过程对公共卫生安全及环境均无危害的一种处置废物方法。

卫生填埋：根据填埋场中废物的降解机理，可将其分为好氧型、准好氧型和厌氧型填埋场。目前，我国普遍采用的是厌氧型填埋场。现代填埋场的基本构成是填埋单元，它是由一定空间范围内的废物层和覆土层共同组成的单元。具有类似高度的一系列相互衔接的填埋单元构成一个填埋层，填埋层通常就是由若干填埋层所组成。由于填埋场为城市的社会发展提供了城市固体废物的重要出路同时还为开发利用其生物能源带来相当的经济效益。与其他处理方法相比，它的主要优点：1）其一次性投资较低，运行也较为经济。2）适应性广，对生活废物的种类、性质和数量均无苛刻要求。3）是一种相对安全、彻底的最终处理方式。4）运行简单管理相对简单。

1.垃圾填埋气体的产生及其对环境的危害：

1.1 垃圾填埋气体的产生

固体废弃物在垃圾填埋场填埋后即开始分解。目前普遍认为填埋气体产生过程可分为以下五个阶段：第一阶段：好氧分解阶段；第二阶段：好氧至厌氧的过渡阶段；第三阶段：酸发酵阶段；第四阶段：产甲烷阶段；第五阶段：填埋场稳定阶段。第四阶段中，在产甲烷细菌的作用下，VFA 转化成4CH 和2CO 。该阶段是能源回用的黄金时期。一般废物填埋180至500d 后进入稳定产甲烷阶段。该阶段的主要特征是产生大量的4CH ；2H 和2CO 的量逐渐减少；浸出液COD 下降，PH 维持在6.8至8.0，且金属离子+

2Fe 、+

2Zn 浓度降低。

在厌氧分解过程中，土壤和垃圾中的微生物分解填埋废弃物中的大部分有机物，延续产生10～40a(年)的LFG(填埋气体)。垃圾在生物分解过程中产生的LFG 主要由甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)组成，同时伴有少量的氮(N2)、氧(O2)、各种碳氢化合物、水份和其他微量化合物。LFG 产生的速度和量随时间和地点的不同而不同。填埋垃圾的分解速度和程度取决于诸多因素，如水份、温度、垃圾成分、填埋深度、垃圾压实度等等一般情况下，甲烷产生率为1.2～7.5L/kg ·a 。按体积计算，在稳定的城市垃圾填埋场产生的LFG 中，甲烷含量的变化范围通常在30%～50%。

填埋气体主要由4CH 、2CO 、2N 、2O 、硫化物、3NH 、2H 、CO 以及其他微量化合物等组成。通常4

CH 的体积分数为45%至60%，2CO 为40%至50%。填埋气体是在多种微生物代谢作用下形成的，因而不同的填埋构造、不同的填埋废物和气候条件，所产生的气体的组成也会有一定的差别。

1.2 垃圾填埋气体对环境的危害

由于垃圾分解产生的LFG 会使地下气体压力增加，少量受压的LFG 会通过填埋场表面逸出，进入空气或在地底下向相邻地区迁移。甲烷气体会引起火灾和剧烈爆炸，是一种危险的物质。其他非甲烷有机混合气体通常较臭，

有害环境和人类健康。因此，如果对LFG 不加以有效控制，则会引起大气污染，水污染，甚至危及人类的安全和健康。若对LFG 加以有效控制、收集、处理或利用，不仅能消除污染和破坏环境的隐患，而且能开发大量宝贵的能源。

2. 15年的填埋场库容及覆土量：

1） 任意年的垃圾填埋量：

由365t s mpt

v v ρ

=+得：

其中：

t v --------任意年总填埋场库容；s v --------任意年的覆土量；

由于垃圾资源化和填埋期间的自然降解对垃圾的减容率为15%; 则任意年的垃圾填埋量为： 2） 任意年的覆土容积：

由于覆盖土容积按填埋垃圾的填埋量的10%计; 则任意年的覆土容积为： 3） 任意年的填埋场库容： 4） 15年的填埋场库容： 5） 15年的覆土量：

3. 15年填埋气体的产气量：

式中：

为t 时间垃圾产CH4量(

)；

为新鲜垃圾产CH4潜能(

)；t 为时间(a)；d 为垃圾持续产时

间(a)；D(t)为垃圾产速率(

)；F(t)为填埋场CH4产率(

) ； 为第i 年填埋垃圾量(t)．

3.1

的确定

为新鲜垃圾的产CH4潜能(

)，各国研究者关于 进行过大量研究，确定该值的方法有现场实验法、

实验室实验法、理论计算法等，所得

的数值从2O 到200 (

)，根据垃圾性质和实验方法的不同变化范围

较大．根据对现场垃圾填埋场进行的产CH4的潜能实验，测定的

为85(

)，将测定值与各种理论计算值比

较，发现与COD 法的计算结果比较接近．同时，根据对各城市的垃圾成分调查结果发现，北京、上海、深圳等大城

市的干基有机物比例约有25％一35％，中小城市的干基有机物比例约有15％一25％．又通过垃圾概化分子式的方法计算，我国城市垃圾中干基有机物的COD转化系数约为1．2( kg一COD／ kg一DVS)．每千克COD分解产生0．35mol 的CH4，按照垃圾中的有机物在填埋场中厌氧分解的转化率为85％，大城市垃圾中的干基有机物比例平均为30％，

中小城市垃圾中的干基有机物比例平均为20％，确定出大城市垃圾填埋场的

为85()，中小城市垃圾填

埋场的为65()．

3．2 d的确定

d的数值有很多争议，Bogner等人提出为20年，而Findikakis等人则提出是l2

年．实际上，因为特定的填埋场各种条件相差很大，只能通过在填埋场不同深度取样进行产气潜能分析得出．为了考察我国城市垃圾在填埋场中的垃圾持续产CH4时间，通过对垃圾填埋场进行了现场调查，填埋垃圾大约在4—5年后其产CH4过程即趋于结束．因此，我们选取大城市d=5年，中小城市d=4年，这基本符合我国城市垃圾中可堆腐有机物以厨余废物为主，分解周期较短的特点．

3．3 的确定

是填埋场第i层中废弃物的吨数，可以按照填埋场每年填入废弃物量进行确定．

设该垃圾填埋场位于中小型城市，则由上述资料可知，65()，d=4a.

年数

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10

11

12

13

14

15

0.0302

0.0388

0.0498

0.0639

0.0821

0.1054

0.1353

0.1738

0.2231

0.2865

0.3679

0.4724

0.6065

0.7788

1

61147.45

78560.30

100832.55

129381.53

166231.98

213408.65

273948.68

351901.55

451721.73

580090.88

744905.55

956491.90

1228010.88

1576875.30

2024750.00

61147.45

139707.75

240540.3

369921.83

536153.81

749562.46

1023511.14

1375412.69

1827134.42

2407225.30

3152130.85

4108622.75

5336633.63

6913508.93

8938258.93 15年总产气量为：