环境工程系固体废物处理与处置课程设计.doc

(完整word版)环境工程系固体废物处理与处置课程设计
1．绪论
1.1生活垃圾概述
1.1.1生活垃圾的定义及特点
生活垃圾指的是人们在生活、娱乐、消费过程中产生的废弃物以及法律、行政法规规定为城市生活垃圾的固体废弃物。生活垃圾一般可分为四大类：可回收垃圾、厨余垃圾、有害垃圾和其他垃圾。生活垃圾是固体废物的一种，一般具有如下特性:
(1)无主性，即被丢弃后不易找到具体负责者;
(2)分散性，丢弃、分散在各处，需要收集;
(3)危害性，对人们的生产和生活产生不便，危害人体健康;
(4)错位性，在一个时空领域可能是废物而在另一个时空领域可能是宝贵的资源。
城市生活垃圾亦称城市固体废物，是由城市居民家庭、城市商业、餐饮业、旅馆业、旅游业、服务业，以及市政环卫系统、城市交通运输、文教机关团体、行政事业、工矿企业等单位所排出的固体废物。其主要组成为：厨余物、废纸屑、废塑料、废橡胶制品、废编织物、废金属、玻璃陶瓷碎片、庭院废物、废旧家用电器、废旧家具器皿、废旧办公用品、废日杂用品、废建筑材料、给水排水污泥等。
1.1.2生活垃圾的危害
（1）占用土地，污染土壤
我们每天丢弃的垃圾有的被任意堆放，有的被运到了垃圾填埋场，总之是被堆放了起来。垃圾越来越多，占用的土地就会越来越多。目前，全国垃圾堆存侵占土地面积高达5亿多平方米，约5万多公顷耕地，而我国的耕地面积仅1.3亿公顷，这就相当于全国每670公顷耕地就有0.25公顷用来堆放垃圾。这是一个十分惊人的数字。
另外，垃圾污染耕地的情况也相当严重。居民习惯性地把生活垃圾堆积在田头、路旁、山脚和溪边。这些垃圾多数未经处理，或仅经农民简易处理后用于农田，破坏了土壤结构，其中的有害成分通过食物链进入人体，危害人类健康。
（2）严重污染空气
我们经过垃圾堆时，总会闻到很臭的气味，这就是垃圾对大气的污染。难闻的气味是垃圾腐化后排放的氨、硫化氢等气体物质造成的。
（3）严重污染地下水和地表水
垃圾污染水体的情况也相当严重。垃圾在堆放分解过程中会产生大量酸性和碱性污染物，并会将垃圾中的重金属溶解出来，是有机物、重金属和病原微生物三位一体的污染源。没有采取污染控制措施的任意堆放，其中所含水分和淋入的雨水产生的渗沥水流入周围的地表水和渗入土壤，会造成地表水和地下水的严重污染。例如，贵阳市年夏哈马井和望城坡垃圾堆放场所在地区同时发生痢疾流行，其原因就是地下水被垃圾渗沥水污染，大肠杆菌值严重超标；安徽巢湖市万山垃圾场的污水流入当地村民饮用、灌溉用的两座小水库，致使年-年，在这一地区突然爆发了乙肝、胆肾结石以及奇怪的皮肤病，久治不愈。
1.2生活垃圾处理与处置方法
1.2.1焚烧
焚烧技术对垃圾进行焚烧处理减容、减量及无害化程度都很高，焚烧过程产生的热量用来发电可以实现垃圾的能源化，是一种较好的垃圾处理方法。但对焚烧条件控制不当会存在烟气污染问题，且设备投资巨大。国外通过改进焚烧系统工艺及强化民气处理等手段已经较好地解决了尾气污染问题，但投资也相应增加。如果引进国外技术进行垃圾焚烧发电，每处理100吨/日垃圾的建设成本通常在4干万元以上，我国的地方财政难以承受。另一方面，垃圾焚烧发电的经济性也值得进一步探讨。同常规燃煤发电相比，垃圾焚烧电厂的发电装机容量都很小，而且由于腐蚀问题，垃圾焚烧发电的效率一般不超过15%，远低于燃煤发电的水平。如果垃圾热值为5000以/kg，按15%的发电效率计算，每100吨/日垃圾处理量配套的装机容量不超过lOOOkW，lOOO吨/日处理量的垃圾电厂实际发电量不超过9000kW，与燃煤电厂相比这个规模实在是太小了，势必会导致运行成本的大幅度提高。电价无法同火电竞争，如果不依靠政府的财政补贴，垃圾电厂将不能维持运行，当然也就谈不上产生多少经济效益了。简单计算可知，采用焚烧发电方式处理垃圾，其成本在lOO元/吨以上。此外，北京、天津、广州、郑州、武汉、济南等城市也已经立项，准备建设垃圾焚烧电厂。实际上，由于焚烧尾气排放的污染问题，在发达国家中也不能被广泛接受。只是在地域狭小的国家如日本、法国等作为主要的垃圾处理方式，而美国、加拿大等国家还是以卫生填埋为主要处理手段。
1.2.2堆肥
堆肥技术堆肥技术的工艺也比较简单，适合于易腐有机质含量较高的垃圾处理，对垃圾中的部分组分进行资源利用，且处理相同质量的垃圾投资比单纯的焚烧处理大大降低。堆肥技术在欧美国家起步较早，已经达到工业化应用的水平。但引进国外技术投资巨大，不适合我国国情。针对这一情况，我国一些研究单位和企业已经开始了这方面的工作，并取得了一定的成绩。发达国家由于生活垃圾中的易腐有机物含量大大低于我国的一般水平，因此靠堆肥只能处理15%左右的垃圾组分，这在一定程度上阻碍了堆肥技术的推广。但就我国垃圾的具体情况来看，生活垃圾中的易腐有机物含量较高，采用堆肥技术可以达到比较好的处理效果。但堆肥技术也存在明显的缺点不能处理不可腐烂的有机物和无机物，因此减容、减量及无害化程度低。因此仅仅依靠堆肥处理仍然不能彻底解决垃圾问题。 在一些地方，简单的垃圾“堆肥”已经在一些填埋场应用，并产生了一定的效益。但是这与我们所讲的垃圾堆肥技术相去甚远，因为在这些地方仅仅是将生活垃圾填埋，靠自然发酵，若干年后再挖掘出来，筛去其中的塑料等不腐烂的物质后就当作肥料出售。实际上用这种肥料种植果树、蔬菜及粮食是危险的，原因是由于垃圾中不易腐有机组分(纸、塑料、布、橡胶等)的重金属(Pb，Cd，H窃)含量很高，占垃圾中重金属总量的85%以上，如果这类物质与易腐有机物长期共埋于地下，加上雨水的作用，重金属必然会渗入最终的有机肥产品中，用这种肥种出来的食品重金属含量必然超标，危害人体健康。因此，堆肥技术必须是将新鲜的垃圾首先进行分类后再将易腐有机组分进行发酵，才能有效地防止重金属的渗入，从而保证有机肥产品达到国家标准，真正实现无害化和资源化。
1.2.3卫生填埋
卫生填埋是“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。在每天操作结束或每隔一定时间用土覆盖，使整个过程对公共安全及环境均无危害”[1]的一种土地处理垃圾方法。
固体废物填埋场的构筑方式和填埋方式与地形地貌有关，可分为山谷型填埋和平地型填埋方式。平地型填埋又可分为地上式、地下式和半地下式。[2]
山谷型填埋场（图1）

地上式填埋场（图2）

半地上半地下式填埋场（图3）

2．巴林左旗简介
2.1地理位置、人口、气象及水文条件
巴林左旗位于内蒙古自治区东南部、赤峰市北部，地理坐标为东经118°44′00″—119°48′02″，北纬43°36′53″—48°48′22″。东与阿鲁科尔沁旗为邻，西、南两面与巴林右旗接壤，北与西乌珠穆沁旗交界。东西宽52公里，南北长126公里；总面积6644平方公里。辖9个苏木镇、2个街道办事处、165个嘎查村、6个社区，总人口86万人，是一个以农牧业为主、农牧林矿结合的经济区。
巴林左旗属中温带半干旱气候。四季分别，年平均气温5.3℃,无霜期为110天至130天；平均日照时数在3000小时左右，南部略多于北部；年平均降水量为400毫米左右，年平均风速为3--4米/秒。
巴林左旗属辽河流域，境内最大的河流为乌力吉木仁河，流经6个苏木、乡、镇，旗内河长达174.91km，有浩尔吐河、乌兰坝河、干支嘎河、乌兰白旗河、查干白旗河、沙里河六条支流在巴林左旗境内汇入。流域面积100平方公里以上的河流有22条，50平方公里以上的河流有46条。
2.2历史及资源
巴林左旗辽代时为辽上京临潢府所在地。唐天佑四年(907年)，总管契丹部落联盟兵马大权的于越王耶律阿保机，经过部落选举的仪式取代了遥辇氏世为契丹可汗的地位，于正月庚寅在本地即皇帝位，是为辽朝开国之始。
金朝时期本旗为临潢府路之治所。金初沿袭辽制，本地仍称上京临潢府。熙宗天眷元年(1138年)，金都会宁府建号上京，本地改称北京临潢府，置北京路都转运司于此。
元朝时期本旗为特薛禅后裔世袭领地，先属应昌府路，后属全宁路，隶于中书省。
民国初年沿袭清末建置。民国12年(1923年)，热河巴林垦务局林东垦务分局设立，本旗开始大量放垦蒙荒。随着巴林2旗汉族人口的逐年增多，遂有建县之举。1925年，于本旗贝子庙建立林东设治局，代行县政，隶于热河特别区。1932年8月，林东设治局正式升为林东县。自此，本地实行“属人主义”的旗县并存体制，旗辖原巴林左翼旗未垦之地，仍隶昭乌达盟；县辖巴林左右2旗全境，隶属热河省。
1933年3月1日，日本侵占林东，本地沦陷。同年7月，撤销林东县，废除蒙旗札萨克制度，建立伪巴林左翼旗公署，隶于伪满兴安西分省(1934年11月改称兴安西省)。1943年10月1日，伪满洲国并兴安各省为兴安总省，本旗伪旗公署隶属之。
1945年8月10日，日本侵略者败逃，伪旗公署垮台。13日，由林东地区上层人士和子章、马真吾等人组建了林东维持会，维护地方治安。
1946年6月1日，中共热北地委于本旗建立第一个人民政权——林东行政委员会，和旗政府同属于热河省昭乌达盟行政委员会。1947年11月25日，林东行政委员会与巴林左翼旗政府合并，改称巴林左翼旗政府，隶属于热河省昭乌达盟政府。
1949年5月1日，巴林左翼旗随昭乌达盟划归内蒙古自治区。
1983年10月，实行市管县行政体制，昭乌达盟改为赤峰市，巴林左旗隶属之，至今。
巴林左旗矿产资源丰富。截至2007年，境内已发现各类矿产地130多处，其中工业矿床5个，矿点80多个，矿化点50多个，集中分布在岩浆活动频繁的北部基岩出露区。已发现矿种有30多种，主要有铅、锌、铜、锡等有色金属，金、银等贵重金属，铁、锰等黑色金属和叶腊石、珍珠岩、花岗岩等非金属。这些矿产主要分布在我旗白音诺尔镇、碧流台镇、富河镇、哈拉哈达镇、乌兰达坝苏木等境内。其中，已探明的有色金属储量分别为铅、锌矿石量4687.981万吨，现保有铅锌矿石量2656.498万吨，铜矿石量44.983万屯，银1400吨，黑色金属铁1618.7万吨，硫铁矿7300万吨，石灰石贮量1亿吨以上，硅灰石贮量在80.28万吨以下，还有陶土、萤石、沸石、水晶等非金属资源。
2.3垃圾填埋场设计的意义 
　 巴林左旗城区人均日产垃圾量1.1kg/d,垃圾问题亟待解决，垃圾填埋场的设计迫在眉睫。垃圾填埋是集市政基础设施建设、环境卫生、公益事业于一体的综合性工程，其建设合理才能使得桂阳县生活垃圾得到资源化、无害化、减量化的处理，才有利于民，才具有显著的社会环境效益。作为一名环境工程的学生，帮家乡设计垃圾填埋场更是我们义不容辞的责任。

3．工程概况
3.1项目背景
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【3】。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。
3.2项目设计原始资料
（1）巴林左旗服务人口18万人，现状垃圾产量1.1kg/d.人，垃圾压实密度600kg/m3，垃圾场服务年限为10～20年。
（2）气象资料： 巴林左旗位于内蒙古自治区东南部、赤峰市北部，地理坐标为东经118°44′00″—119°48′02″，北纬43°36′53″—48°48′22″，属中温带半干旱气候。四季分别，年平均气温5.3℃,无霜期为110天至130天；平均日照时数在3000小时左右，南部略多于北部；年平均降水量为400毫米左右，年平均风速为3--4米/秒。
（3）场址概况：填埋场库区周围汇水面积0.6km2。场底表土厚度0.5～4.6m不等，平均2.2m。土壤渗透系数为6.0×10-4m/s。场址地下水稳定水位埋深0.8m。
（4）距离填埋场5km处有城市污水处理场，紧挨填埋场有水、电源及公路。

4.填埋场的选址
4.1选址的考虑因素[4]
填埋场的选址总原则是应以合理的技术、经济方案，尽量少的投资，达到最理想的经济效益，实现保护环境的目的。必须加以考虑的因素有：运输距离、场址限制条件、可以使用的土地容积、入场道路、地形和土壤条件、气候、地表和水文条件、当地环境条件以及填埋场封场后场地是否可被利用。
（1）运输距离：运输距离是选择填埋场地的重要因素，对废物管理系统起着重要作用。尽管运输距离越短越好，但也要综合考虑其他各个因素。
（2）场址限制条件：场址至少应位于居民区1km（参照德国标准）以外或更远。
（3）可用土地面积：填埋场场地应选择具有充足的可使用面积的地方，以利于满足废物综合处理长远发展规划的需要，应有利于二期工程或其他后续工程兴建使用。尽管没有填埋场大小的法律规定，填埋场地也要有足够的使用面积，包括一个适当大小的缓冲带，并且一个场地至少要运行五年。
（4）出入场地道路：由于通常适合填埋场的场地不再城市已建的道路附近，因此，建设出入填埋场的道路和使用长距离的运输车成为填埋场选址的重要因素。
（5）地形、地貌及土壤条件：不宜选址在地形坡度起伏变化大的地方和低洼汇水处，原则上的地形的自然坡度不应大于5%。
（6）气候条件:填埋场场址的选择应考虑在温和季节的主导风向。
（7）地表水水文:所选场地必须在百年一遇的地表水域的洪水标高泛滥区或最大洪泛区之外，或应在可预见的未来建设水库或人工蓄水淹没和保护区之外。填埋场的场地必须是位于饮用水保护区、水体和洪水区之外，并且必须在春潮区之外、泥炭沉积超过1m的沼泽区之外。还应建在地下水位以上。最佳的填埋场场址位置是在封闭的流域内，这对地下水资源造成的风险最小。
（8）地质和水文地质条件：场址应选在渗透性弱的松散岩层基础上，天然地层的渗透性系数最好能达到10-8m/s以下，并具有一定厚度。
（9）但地环境条件：填埋场场地位置选择，应在城市工农发展规划区、风景规划区、自然保护区之外；印在供水水源保护区和供水远景规划区之外；应具备较有利交通条件。
（10）地方公众：可通过自发的协议来达到，也可在废物处理合同中加以规定。
4.2选址的程序
（1）资料搜集
（2）野外勘探
（3）预选场地的社会、经济和法律条件调查
（4）预选场地可行性研究报告
（5）预选场地的初堪工作
（6）预选场地的综合地质条件评价技术报告
（7）工程勘察阶段
4.3地址的选定与所需容积
设垃圾填埋场服务年限为15年，覆土与垃圾压实之比为1:4，填埋高度为10m，地上3m，地下7m，取W为1.1kg/d*人，该地区主导风向为东南风，因此生活和管理设施宜集中布置并处于夏季主导风向的上风向，即垃圾填埋场的东南角，以减少对人们的影响。采用平原型填埋。
每年所需的场地体积为：

式中：
W－垃圾产生率(kg∕d•人)；
P－城市人口；
D－压实后垃圾的密度(kg∕m3)；
r－覆土与垃圾之比。
每年所需的场地面积为：
第一年填埋的废物体积为：= 150562.5000
设城市生活垃圾的年增长速率为5%（自定）(体积单位为：m3)
第二年的废物体积为：V2=（1+5%）V1=(1+5%)×150562.5000=158090.6250
第三年的废物体积为：V3=（1+5%）V2=(1+5%)×158090.6250=165995.1563
第四年的废物体积为：V4=（1+5%）V3 =(1+5%)×165995.1563 =174294.9141
第五年的废物体积为：V5=（1+5%）V4 =(1+5%)×174294.9141 =183009.6598
第六年的废物体积为：V6=（1+5%）V5 =(1+5%)×183009.6598 =192160.1428
第七年的废物体积为：V7=（1+5%）V6 =(1+5%)×192160.1428 =201768.1499
第八年的废物体积为：V8=（1+5%）V7 =(1+5%)×201768.1499 =211856.5574
第九年的废物体积为：V9=（1+5%）V8 =(1+5%)×211856.5574 =222449.3853
第十年的废物体积为：V10=（1+5%）V9 =(1+5%)×222449.3853 =233571.8545
第十一年的废物体积为：V11=（1+5%）V10 =(1+5%)×233571.8545 =245250.4472
第十二年的废物体积为：V12=（1+5%）V11 =(1+5%)×245250.4472 =257512.9696
第十三年的废物体积为：V13=（1+5%）V12 =(1+5%)×257512.9696 =270388.6181
第十四年的废物体积为：V14=（1+5%）V13 =(1+5%)×270388.6181 =283908.0490
第十五年的废物体积为：V15=（1+5%）V14 =(1+5%)×283908.0490 =298103.4514
填埋的总废物体积为
ΣV=V1+V2+V3+V4+V5+V6+V7+V8+V9+V10+V11+V12+V13+V14+V15
=150562.5000+158090.6250+165995.1563+174294.9141+183009.6598+192160.1428+201768.1499+211856.5574+222449.3853+233571.8545+245250.4472+257512.9696+270388.6181+283908.0490+298103.4514= 3248922.4803（m3）
填埋库容占体积的70%-90%，取80%
所以：V=80%V总
所以V总== 4061153.1003 （m3）
填埋场预计填埋深度8-10m，取10m
填埋用地面积为A=V总/H=4061153.1003 /10=406115.31003m2

5.填埋场的地基与防渗
5.1填埋区基底工程
《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》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%～1.3%时可以保证渗滤液排顺畅[5]。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。
5.2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。场底防渗系统主要有水平防渗系统和垂直防渗系统两种类型。水平防渗系统是在填埋区底部及周围铺设低渗透性材料制作的衬层系统。垂直防渗系统将密封层建在填埋场的四周，主要利用填埋场基础下方存在的不透水层或弱透水层，将垂直密封层构筑在其上，以达到将填埋气体和垃圾渗滤液控制在填埋场之内的目的，同时也有阻止周围地下水流入填埋场的功能。
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Kf小于规定标准，我国要求Kf小于10-9m/s。[5]同时要考虑：
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。
5.3防渗材料
防身材料多种多样，目前常用的主要有两类：黏土与人工合成材料。黏土除天然黏土外，还有改良土（如改良膨润土等）；人工合成材料种类很多，如高密度聚氯乙烯（HDPE）、低密度聚氯乙烯（LDPE）、聚氯乙烯(PVC)膜等,但近二十年来，国内外填埋场最常用的是高密度聚氯乙烯（HDPE）膜。实际上，大部分填埋场所选用的防渗层材料均是黏土和HDPE膜。
1、黏土
粘土是土衬层中最重要的部分，其具有低渗透特性。填埋场黏土衬层分为两类：自然黏土衬层与人工压实粘土衬层。自然黏土衬层是具有低渗透率、富含粘土的自然形成物，其渗透率应小于或等于。一般来说，天然粘土层和岩石层是否均一以及是否具有较低的渗透率，是很难检测验证的，仅仅使用自然黏土衬层作为填埋场防渗层是不可靠的。
2、人工合成材料
高密度聚乙烯（HDPE）膜是人工合成材料中最常用，也是最理想的防渗材料，它能有效阻止渗滤液的渗漏。美国环保署于1982年停止单独使用黏土作为有害废弃物处理场的防渗材料，并规定所有填埋场必须有一层防渗衬垫，在填埋场封场后，也必须采用防渗层进行封场以减少渗滤液的产生。[7]
HDPE膜具有优良的机械强度、耐热性、耐化学腐蚀性、抗环境应力开裂和良好的弹性，随着厚度增加（一般范围在0.75-2.5mm），其断裂点强度、屈服点强度、抗撕裂强度、抗穿刺强度逐渐增加。垃圾填埋场一般采用1.5-2.5mm厚的HDPE膜作衬垫层。
HDPE膜与压实黏土的特点和性能[7]
材料类型
渗透系数K（m/s）
对库容的影响
抗穿刺能力
应用范围
HDPE膜
1×（10-13-10-14）
较小
较差
整个基底层防渗
压实黏土
1×（10-6-10-7）
较大
较好
场底防渗

5.4防渗系统构造
防渗层组成主要有以下6种类型
1、单层HDPE膜防渗层
2、压实粘土防渗层
3、双层HDPE膜（中间含HDPE网格）与压实粘土构成的复合防渗层
4、双层HDPE膜与压实粘土构成的复合防渗层
5、HDPE膜与压实粘土构成的复合防渗层
6、双层HDPE膜（中间含HDPE网格）防渗层
单层HDPE膜防渗层结构简单、施工容易、投资较省，但是其防渗安全性差，一旦HDPE膜某处受损，下面的自然土层渗透系数大 ，垃圾渗滤液很容易通过HDPE膜的破损处渗出，使整个防渗层失去防渗作用，这种防渗层目前也很少采用。

单层衬里（库区底部）系统示意图[6]
单层衬里（库区边坡）系统示意图[6]
复合防渗层结构复杂，施工也较难，投资相对较高，但其防渗安全性很高。因为即使单层HDPE膜发生破损，但很快渗滤液会遇到另一层HDPE膜或者压实粘土层，阻止渗滤液继续渗漏，整个防渗层仍能有效发挥防渗作用。

复合衬里（库区底部）系统示意图[6]

复合衬里（库区边坡）系统示意图[6]
5.5场地防渗系统法案的选定
在本设计中根据所给的原始资料可以知道：土壤渗透系数为6.0×10-4 m/s，故k=6.0×10-2>10-5cm/s属于渗漏性场地。场区地下水位较低，离地面仅0.8m,此填埋场没有独立的水文地质单元，也无不透水层或弱透水层，因此也属于渗透性场地，故不宜采用垂直防渗系统，而采用水平防渗系统。由于度量粘土衬层渗透性的主要指标是渗透系数，根据《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》可知道，天然粘土类衬里的渗透系数不应大于10-7cm/s并且要2米厚的粘土。
因原始资料中并未给出当地土层中天然粘土的渗透系数，对比以上所介绍的三种防渗材料性能并考虑施工中常用的材料，故排除了用天然材料作衬垫层的方案，而选择了人工合成防渗膜。在人工合成防渗膜中选用了性能较优，国内外使用经验较多的高密度聚乙烯（HDPE）防渗膜。
根据原始资料可知该填埋场土壤渗透系数为6.0×10-4m/s大于10-5cm/s，地下水稳定水位平均埋深0.8m，即地下水位较高，场区地质条件不好，因此选择了双层衬层防渗系统。(附图2所示)
6.渗滤液的产生及收集处理
6.1垃圾渗滤液概念和来源
垃圾渗滤液是指超过垃圾所覆盖土层饱和蓄水量和表面蒸发潜力的雨水进入填埋场地后，沥经垃圾层和所覆盖土层而产生的污水。渗滤液还包括垃圾自身所含的水分、垃圾分解所产生的水及浸入的地下水。
城市垃圾填埋场渗滤液的处理一直是填埋场设计、运行和管理中非常棘手的问题。主要来源有：
(1) 降水的渗入，降水包括降雨和降雪，它是渗滤液产生的主要来源；
(2) 外部地表水的渗入，这包括地表径流和地表灌溉；
(3) 地下水的渗入，这与渗滤液数量和性质与地下水同垃圾接触量、时间及流动方向等有关；当填埋场内渗滤液水位低于场外地下水水位，并没有设置防渗系统时，地下水就有可能渗入填埋场内；
(4) 垃圾本身含有的水分，这包括垃圾本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附量；
(5) 覆盖材料中的水分，与覆盖材料的类型、来源以及季节有关；
(6) 垃圾在降解过程中产生的水分，与垃圾组成、pH值、温度和菌种等有关，垃圾中的有机组分在填埋场内分解时会产生水分；
6.2垃圾渗滤液的水质特征
垃圾渗滤液主要来源于降水和垃圾本身的内含水和分解产生的水。垃圾渗滤液的主要污染成分有：有机物、氨氮和重金属等。其种类和浓度与垃圾类型、组分、填埋方式、填埋时间、填埋地点的水文地质条件、不同的季节和气候等密切相关[7]，其水质主要呈现以下特征：
(1)CODCr和BOD5浓度高：在新的垃圾填埋场，大量挥发性酸的存在可能会产生高的CODCr和BOD5；
(2)BOD5与CODCr比值变化大：BOD5/CODCr值的高低与渗滤液处理工艺方法的选择密切相关。渗滤液BOD5/CODCr值与垃圾填埋场的使用年限有关，对“年轻”填埋场而言，其渗滤液多具有良好的生化处理可行性，可采用生物方法加以处理。而对于“年老”填埋场的渗滤液的处理而言，必须考虑其可生化性随时间的变化；
(3)金属含量高：垃圾渗滤液中含有10多种金属（重金属）离子，由于物理、化学、生物等的作用，垃圾中的高价不溶性金属被转化为低价的可溶性金属离子而溶于渗滤液中，在处理过程中必须考虑对它们的去除；
(4)营养元素比例失调，氨氮的含量高：随着填埋场使用年限的增加，当进入产甲烷阶段后，渗滤液中的NH4+浓度不断上升。另外，渗滤液中还存在溶解性磷酸盐的不足、碱度较高、无机盐含量高的问题[7]。
6.3渗滤液收集系统
6.3.1收集系统的作用
渗滤液收集系统应保证在填埋场使用年限内正常运行，收集并将填埋场内渗滤液排至场外指定地点，避免渗滤液在填埋场底部蓄积。渗滤液的蓄积会引起下列问题：
1、场内水位升高导致垃圾体中污染物更强烈的浸出，从而使渗滤液中污染物浓度增大；
2、底部衬层上的静水压增加，导致渗滤液更多的地渗漏到地下水——土壤系统中；
3、填埋场的稳定性受到影响；
4、渗滤液有可能扩散到填埋场外。
6.3.2收集系统的构造[8]
渗滤液收集系统主要由渗滤液调节池、泵、输送管道和场底排水层组成。
1、排水层：场底排水层位于底部防渗层上面，由沙或砾石构成。当采用粗沙砾时，厚度为30-100cm，必须覆盖整个填埋场底部衬层，其水平渗透系数不应大于0.1（cm/s），坡度不小于2%。
2、管道系统：一般穿孔管在填埋场内平行铺设，并位于衬层的最低处，且具有一定的纵向坡度（通常为0.5%-2.0%）。
3、防渗衬层：由黏土或人工合成材料构筑，有一定厚度，能阻止渗滤液下渗，并具有一定坡度（通常为2%-5%）。
4、集水井、泵、检修设施以及监测和控制装置等。

图6.1 渗滤水集水系统
6.4渗滤液的计算
6.4.1渗滤液产生量的计算
渗滤液的产生量为：

式中Q---表示渗滤液年产生量，m3/d;
A1---填埋区汇水面积，m2；
A2----填埋区的面积，m2；
C---渗出系数,取0.4；
I---表示最大年或月降雨量的日换算值，mm。
（1）第一块填埋区
填埋场的服务年限为15年，填埋库区分四块，分别进行填埋。第一块填埋区的服务年限为4年，则第一块库区面积为
A1===64894.31953m2
渗滤液平均日产量：
Q=I×C×(A1+A2)×10-3=1385.2/365×0.4×64894.31953×10-3=98.51135m3/d
渗滤液最大日产量：
Qmax=I×C×(A1+A2)×10-3=180×0.4×64894.31953×10-3=4672.3910 m3/d
（2）第二块填埋区
第二块填埋区服务年限为4年
第二块库区面积为A2= 78879.45098m2
C2=C1×0.6=0.6×0.4=0.24
式中：C2为及时覆盖区域的渗透系数
渗滤液平均日产量：
Q=I×C×(A1+A2)×10-3=1385.2/365×(0.4×64894.31953+0.24×78879.45098)×10-3=170.3561m3/d
渗滤液最大日产量：
Qmax=I×C×(A1+A2)×10-3=180×(0.4×64894.31953+0.24×78879.45098)×10-3=8079.9833 m3/d
（3）第三块填埋区
第三块填埋区服务年限为4年
第三块库区面积为A3== 95878.46566 m2
已填埋的面积=第一块填埋面积+第二块填埋面积=64894.31953+78879.45098= 143773.7705 m2
渗滤液平均日产量：
Q=I×C×(A1+A2)×10-3=1385.2/365×(0.4×95878.46566+0.24×143773.7705)×10-3=276.4977m3/d
渗滤液最大日产量：
Qmax=I×C×(A1+A2)×10-3=180×(0.4×95878.46566+0.24×143773.7705)×10-3=13114.276 m3/d
（4）第四块填埋区
第四块填埋区服务年限为3年
第四块库区面积为A4=== 85240.01185 m2
已填埋的面积=第一块填埋面积+第二块填埋面积+第三块填埋面积
=64894.31953+78879.45098+95878.46566 =239652.2362m2
渗滤液平均日产量：
Q=I×C×(A1+A2)×10-3=1385.2/365×(0.4×85240.01185+0.24×239652.2362)×10-3=347.6759m3/d
渗滤液最大日产量：
Qmax=I×C×(A1+A2)×10-3=180×(0.4×85240.01185+0.24×239652.2362)×10-3=16490.257 m3/d

6.4.2渗滤液调节池设计
最小调节池容积的由下式确定：
V≥（Qmax-Q）×5
其中：
V—调节池有效容积；
Q —设计最大渗滤液产生量；
Q—渗滤液处理厂规模。
由于原始资料里并未给出城市污水处理场处理渗滤液的规模，因此设Q=1000 m3/d，则：
V=（Qmax-Q）×5=（16490.257-1000）×5=77451.285 m3/d
调节池的水面面积A，调节池的有效水深H取5m，超高0.5m,则
A=V/H=77451.285/5=15490.257㎡
调节池的长度L.取调节池的宽度B为100m,则
L=15490.257/100=154.903m
取整得，池的实际尺寸：长×宽×高＝160m×100m×5.5m

图 6.2 调节池剖面图

7. 填埋气体的产生与收集处理
7.1填埋气的组成
填埋场的主要气体包括氨、二氧化碳、一氧化碳、氢、硫化氢、甲烷、氮和氧等，其中以甲烷和二氧化碳的含量最高。其典型特征为温度约43-49℃，相对密度约1.02-1.06，水蒸气含量达到饱和，高位热值为15630-19537KJ/m3。
7.2填埋气体产生量的预测
垃圾在第t年的产气速率为：Gt=MtL0ke-kt
式中：Gt—第t年垃圾的产气速率，m3/a;
Mt—第t年所填垃圾量，t；
L0—气体产生潜力，m3/t；取160 m3/t
K—气体产气常数，1/a；取0.06；
t—年份，a。
e—取2.72。
变 量
取 值 范 围
建 议 数 值
潮湿气候
中湿度气候
干旱气候
L0（m3/t）
0~312
140~180
140~180
140~180
K（1/a）
0.003~0.4
0.10~0.35
0.05~0.15
0.002~0.10
填埋场产期一级模型参数的建议值[8]

第一年产气量：G1= MtL0ke-kt﹙600×150562.5000/1000﹚×160×0.06×2.72(—0.06)/10000=81.67万m3/a
第二年产气量：G2=G1+ MtL0ke-kt = 81.67 +﹙600×158090.6250/1000）×160×0.06×2.72—﹙0.06×2﹚/10000=162.427万m3/a
第三年产气量：G3=G2+ MtL0ke-kt=162.427+﹙600×165995.1563/1000﹚×160×0.06×2.72﹙—0.06×3﹚/10000=242.28万m3/a
第四年产气量：G4=G3+MtL0ke-kt =242.28+﹙600×174294.9141/1000﹚×160×0.06×2.72﹙—0.06×4﹚/10000=321.24万m3/a
第五年产气量：G5=G4+MtL0ke-kt =321.24+﹙600×183009.6598/1000﹚×160×0.06×2.72﹙—0.06×5﹚/10000=399.32万m3/a
第六年产气量：G6=G5+MtL0ke-kt =399.32+﹙600×192160.1428/1000﹚×160×0.06×2.72﹙—0.06×6﹚/10000=476.52万m3/a
第七年产气量：G7=G6+MtL0ke-kt =476.52+﹙600×201768.1499/1000﹚×160×0.06×2.72﹙—0.06×7﹚/10000=552.86万m3/a
第八年产气量：G8=G7+MtL0ke-kt =552.86+﹙600×211856.5574/1000﹚×160×0.06×2.72﹙—0.06×8﹚/10000=628.35万m3/a
第九年产气量：G9=G8+MtL0ke-kt =628.35+﹙600×222449.3853/100