陈垃圾沉降分析方法及工程应用.pdf

固 废 处 理 陈垃圾沉降分析方法及工程应用 顾蕾 上海浦东城市建设实业发展有限公司， 上海 200000 摘要 已填垃圾的沉降分析是正确评估填埋场服务年限和合理确定填埋厚度的重要依据， 根据陈垃圾的形 成机制、 沉降模型、 计算方法以及及有关参数， 并结合工程实例对填埋过程中的垃圾沉降发展过程进行了 研究， 确定了陈垃圾土的沉降特性。 关键词 陈垃圾; 填埋场; 垃圾沉降; 沉降特性 SETTLEMENT ANALYSIS AND APPLICATION OF MUNICIPAL SOLID WASTE IN THE EXISTING LANDFILLS Gu Lei Urban Construction and Development Cooperation of Pudong，Shanghai 200000，China AbstractSettlement analysis of municipal solid waste MSWis an important basis for uating service life of landfills and determining their thickness. According to the MSW settlement in the existing landfill，the settlement mechanism，settlement models，calculating s，and the s to determine the settlement parameters were discussed in details.The settlement characteristics of existing waste was analyzed combing with the practical engineering case. Keywordsexisting MSW;MSW landfill;MSW settlement;settlement characteristic 1陈垃圾形成机制 由于我国生活垃圾中易降解有机物含量较高， 含 水率较大， 造成生活垃圾进入填埋场后， 在逐渐转换 为陈垃圾土的过 程中， 其 形 成 机 制 与 自 身 的 特 点 有关。 生活垃圾进入填埋场后， 在水、 大气、 微生物的共 同作用下， 经历着各种生物、 物理和化学变化产生的 复合反应， 随着时间的推移会逐渐腐烂和生物降解， 并释放出填埋气体和大量含有机物的渗沥液。对我 国城市生活垃圾， 微生物对有机垃圾的降解作用在复 合反应过程中起主导作用， 由微生物对水中污染物的 降解和微生物对固体物质的降解两部分组成， 两种降 解同时进行。 微生物对垃圾的降解自填埋后依次经历好氧分 解阶段、 兼氧分解阶段和完全厌氧分解阶段， 如图 1 所示。 图 1垃圾降解过程示意 根据陈垃圾土在不同阶段的外观表现， 其形成过 程可大致划分为以下几个阶段 第一阶段 开始的几个星期为好氧分解或产酸阶 段。酸性条件为后续厌氧分解创造了条件。此阶段 所产 生 的 渗 沥 液 有 机 物 质 浓 度 高，ρ BOD5 /ρ COD 0. 4， pH 0. 4。 第三阶段 持续 1 年左右的不稳定产气阶段。此 时 pH 值上升到最大， 渗沥液的污染物浓度逐渐下 降， ρ BOD5 /ρ COD 0. 4， 填埋气体产量和产气中 甲烷浓度逐步升高。 第四阶段 7 年左右的厌氧分解半衰期或稳定阶 段。此时， 可降解的有机物质逐渐减少， pH 值保持不 变， 渗沥液的有机物浓度下降， ρ BOD5 /ρ COD ≤0. 1， 填埋气体产量下降， 填埋气体中甲烷浓度也逐 渐下降。 2陈垃圾沉降计算方法 Sowers 通过分析大量的现场垃圾沉降数据， 认为 垃圾沉降主要包括主固结沉降 固结压缩和瞬时沉 降 和长历时的次固结沉降 生物降解沉降 。 2. 1新鲜垃圾沉降 1 初期主固结沉降， 见式 1 ΔH c C′cH0log σi σ0 1 式中H0 垃圾初始厚度; C′c 修正的主固结压缩指数; σi 垃圾土中点受到的覆盖应力; σ0 前期压力， 取 σ0 48 kPa。 2 长历时次固结沉降， 见式 2 ΔH α C′αH0log t2 t1 2 式中H0 垃圾初始厚度; C′α 修正的次固结压缩指数; t1 次固结压缩开始时间， 可取 1 个月; t2 次固结压缩完成时间， 可取 10 ～ 20 a。 2. 2陈旧垃圾沉降 1 初期主固结沉降， 见式 3 ΔH c C′cH0log σ0 Δσ σ0 3 式中H0 垃圾初始厚度; C′c 修正的主固结压缩指数; σ0 作用于垃圾层中点的上覆压力; Δσ 竖向增填时引起的压力增量。 2 长历时次固结沉降， 见式 4 ΔH α C′αH0log t2 t1 4 式中H0 垃圾初始厚度; C′α 修正的次固结压缩指数; t1 次固结沉降开始时间， 对竖向扩建的 工程， 假设 t1等于已填垃圾的年龄; t2 次固结沉降结束时间， 可取 10 ～ 20 a。 3实例分析 3. 1工程概况 某生活垃圾填埋场建成于 20 世纪 90 年代， 设计 填埋标高为80 m， 填埋场总库容约 470 104m3， 设计 服务年限为15 a， 于 2008 年使用完毕。 该填埋场属于山谷型填埋场， 垃圾坝采用土石堆 石坝， 坝顶标高30 m， 坝长约220 m， 坝高在15 m左 右， 坝体上游面及垃圾坝底部设有排水带， 将垃圾污 水排入位于垃圾下游的污水池内。截污坝位于垃圾 坝下游30 m左右， 以拦截埋库区渗出的垃圾污水， 坝 型为混凝土重力坝， 坝顶标高20 m， 坝顶长度200 m。 污水池位于垃圾坝与截污坝之间， 用于调蓄垃圾污 水。老填埋场没有采取水平防渗措施， 只在污水池下 游处设置截污防渗墙， 以防止渗沥液渗漏。 新填埋场建设规划是在填埋场下游拓展扩建垃 圾坝， 新建污水调节池， 在老填埋场垃圾堆体上继续 进行堆高填埋至120 m标高， 新填埋场的总库容约 800 104m3。 本文将 老 填埋 场 垃 圾 堆 体 称 为“一 期 垃 圾 堆 体” ， 扩建新填埋场垃圾堆体成为“二期垃圾堆体” 。 按照实际运营结果， 该填埋场于 1993 年投入营运， 至 2008 年填满至设计标高， 共划分成 15 个垃圾分层， 陈垃圾填埋厚度与填埋年份的空间分布详见表 1。 为实现远期堆高填埋， 计划每年填高4 m， 累计堆高 40 m， 为简化计算， 假定按照逐年堆高分层， 共划分 成 10 个垃圾分层， 各分层垃圾堆体的密度统一取值 为 1. 05 t/m3。 3. 2参数工况 Sowers 在沉降计算公式中， 所推荐的固结压缩系 数的取值范围为 C′c 0. 17 ～ 0. 36， C′α 0. 03 ～ 0. 1。 胡敏云等对垃圾土压缩变形特性进行了研究， 采用杭 州天子岭填埋场的垃圾进行室内压缩试验， 根据试验 结果建立了垃圾土的压缩曲线， 通过考虑垃圾土孔隙 比变化影 响， 求 得 了 修 正 后 的 主 固 结 压 缩 指 数 为 C′c 0. 28， 修正后的次固结压缩指数为 C′α 0. 15。 利用文献［ 4］ 提供的参数， 对该填埋场扩建工程 进行沉降试算， 发现由此计算得到的沉降值偏大， 故 47 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 表 1陈垃圾物性指标 垃圾分区SW1SW2SW3SW4SW5SW6SW7SW8SW9SW10SW11SW12SW13SW14SW15 平均埋龄 /a129. 5 8. 57. 57. 56. 55. 55. 54. 53. 53. 52. 52. 51. 50. 5 平均埋深 /m25. 031. 022. 6 35. 040. 020. 029. 020. 032. 022. 022. 012. 516. 511. 54. 0 密度 / tm － 3 1. 1131. 1591. 0951. 1901. 2291. 0771. 1431. 0771. 1671. 0911. 0911. 0331. 0541. 0290. 948 对计算参数进行了调整， 最后用于沉降计算的修正后 的主、 次固结压缩指数分别取为 C′c 0. 20， C′α 0. 10。计算老填埋场垃圾堆体的次固结沉降时， 式 4 中的 t1取为已填埋垃圾的年龄; 计算新填埋场垃 圾堆体的次固结沉降时， 式 2 中的 t1取为 1 个月。 次固结沉降的结束时间统一取 t2 20 a。 典型沉降点有关计算参数如表 2 所示。 表 2典型沉降点有关计算参数 沉降点下覆 垃圾 老垃圾 堆体 厚度/m 沉降点上覆 垃圾 新垃圾 堆体 厚度/m 修正主 固结压 缩指数 修正次 固结压 缩指数 初始应 力 /kPa 一期垃圾 密度 / tm － 3 二期垃圾 密度 / tm － 3 42. 531. 00. 20. 148见表 11. 05 3. 3沉降特性 3. 3. 1一期垃圾沉降分析 图 2陈垃圾沉降发展曲线 由计算结果可知， 陈垃圾堆体在沉降后形成中部 平坦、 四周稍陡的 “小盆地” 形状， 其特点是中间沉降 量较大， 而且较开阔， 库区中部最大沉降达8 m左右， 而四周沉降量受地形和堆高限制， 沉降迅速降低。 陈垃圾堆体典型沉降点沉降发展曲线如图 2 所 示， 陈垃圾沉降量呈逐年增大的趋势， 但年沉降增量 有逐渐减小的趋势， 表明沉降量主要发生在填埋初 期。从主、 次固结沉降比例来看， 陈垃圾主固结沉降 占总沉降的比例要比次固结沉降所占比例大， 但其比 例呈逐年减小 的趋 势， 从初 期 的 75 降到最 终的 52 ， 而次固结沉降比例呈逐年增大的趋势， 从初期 的 25 上升到最终的 48 ， 这表明陈垃圾作为已填 埋垃圾， 其深部垃圾的生物降解作用已经大部分发 生， 因而其沉降主要受外部荷载作用控制， 随着垃圾 填埋完毕， 陈垃圾的主固结沉降已经完成， 而远期的 次固结沉降仍在继续发生， 次固结沉降所占比例也开 始相应增加。从垃圾总沉降所占垃圾堆体厚度的比 例来看， 陈 垃 圾堆 体 的最 终 沉 降 约 占 堆 体 厚 度 的 18 左右。 以上分析结果与文献［ 5］ 提供的结论基本一致。 3. 3. 2二期垃圾沉降分析 二期垃圾沉降发展过程如图 3 示。二期垃圾沉 降量呈逐年增大的趋势， 年沉降增量在新填埋场垃圾 开始沉降的前几年内有逐渐增加的趋势， 随后呈逐渐 减小的趋势， 表明新填埋垃圾在填埋初期沉降发生较 快， 大部分沉降在这个时段内完成， 随后沉降呈缓慢 增加趋势， 最终趋于稳定。 图 3二期垃圾堆体典型沉降点沉降发展曲线 4结论及建议 根据陈垃圾土的形成机制， 研究了陈垃圾土的沉 降特性及计算方法， 结合工程实例， 对陈垃圾堆体的 沉降进行了分析。 1 在垃圾填埋初期， 沉降主要受主固结沉降控 制， 而垃圾堆体的远期沉降则受降解引起的次固结沉 降控制。 2 有关沉降计算的参数参考类似工程取值， 还 有待以后通过现场试验获取相关参数后进行进一步 验证。 3 建议今后加强已填垃圾的沉降观测和现场试 验工作， 进一步研究现场垃圾堆体的沉降特性。 下转第 55 页 57 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期 完全消毒灭菌的效果。经过消毒处理的废液排至污 水处理站进一步处理， 排放标准遵循 GB18466 － 2005 医疗机构水污染物排放标准 。 4. 7废气处理系统 废气处理系统由高效过滤器及高效吸附器组成。 高效过滤器 孔径0. 2 μm 保证细菌或芽孢全部截留 下来， 截留效率在 99. 99 以上。高效吸附器 活性 炭 完成对不凝气体中的挥发性有机物及重金属的 吸附， 使得排放的气体完全无害化。 4. 8高温蒸汽供给系统 蒸汽供给系统包括蒸汽锅炉和软化水处理机。 蒸汽锅炉用于提供灭菌系统所需高温蒸汽; 软化水处 理设备用于提供给蒸汽锅炉产生蒸汽所需要的软 化水。 电热蒸汽锅炉型号 WDQ1 － 1. 0， 额定工作压力 1. 0 MPa， 额定蒸发量1. 0 t/h， 电功率720 kW。 4. 9自动控制系统 本系统采用先进的 PLC 控制技术， 完成整个处 理过程的自动控制。控制系统构成包括硬件及软件 两部分。硬件 包括 PLC 控制面板、 传感元件、 控制 调解阀等单元构成。控制面板采用微机或中文菜单 式触摸屏设计， 使操作人员易于掌握;软件 控制程 序编程使用梯形图或模块编程， 编程简单; 系统设置 了三种运行模式。分别为参数设置模式， BD 试验模 式， 灭菌处置模式。 1参数设置模式 进入参数设置模式， 操作人员 可对灭菌器的灭菌时间、 温度、 压力等参数， 依据医疗 废物性质进行在线修改， 同时也可对废液处置装置的 消毒时间、 温度、 压力， 依据废液量的多少进行在线 修改。 2BD 试验模式 目的是测试检测空气排除效果 或抽真空性能， 以保证正常灭菌时的灭菌效果。 3灭菌处置模式 进入灭菌处置， 系统将开始进 行医疗废物的灭菌处置程序。 5结语 建设医疗废物集中处置工程是解决医疗废物环 境问题的重要途径， 它能最大限度地实现医疗废物的 减量化和无害化， 保证环境安全。医疗废物集中处置 工程在我国各大城市刚开始筹建， 选择合理的工艺和 先进的设备， 可有效提高医疗废物处理效果、 降低工 程造价以及便于日后的管理维护。本文的工程实例 为城市医疗废物高温蒸汽集中处置工艺设计提供了 一定的依据和经验。 参考文献 ［1 ］ 中华人民共和国国务院令 380 号. 医疗废物管理条例. 2003. ［2 ］ 国家环境保护总局危险废物管理培训与技术转让中心. 危险 废物管理与处理处置技术［M］ . 北京 化学工业出版社， 2003. ［3 ］ 鄢钢，袁兴中，曾光明. 医疗垃圾高压蒸汽消毒器设计［J］ . 环境污染治理技术与设备，2003，4 1 69- 72. 作者通信处暴雅娴050010河北省石家庄市裕华东路 55 号北 方设计研究院市政环境工程设计所 电话 0311 86690895 E- mailbaoyaxian yahoo. com. cn 2010 － 01 － 25 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 75 页 参考文献 ［1 ］ Edil T B，Ranguette V J，Wuellner W W. Settlement of municipal refuse，geotechnics of waste fills theory and practice［R］ .In Landva A，Knowles D ed. ASTM STP 1070. 1990，Philadelphia， U. S. A. ［2 ］ Gourc J P，Thomas S，Vuillemin M. Proposal of a waste settlement survey ology environmental［C］ . Geotechnics，Rotterdam， 1998 195- 200. ［3 ］ Sowers G F. Settlement of waste disposal fills［C］ / /Proceedings of the 8th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. Moscow1973207- 210. ［4 ］ 胡敏云， 陈云敏， 温振统. 城市垃圾填埋场垃圾土压缩变形的 研究［J］ . 岩土工程学报，2001，23 1 123- 126. ［5 ］ 王艳明， 张乾飞. 老填埋场竖向加高扩容工程的沉降计算与分 析［J］ . 环境工程， 2007， 25 4 59- 61. ［6 ］ 胡敏云. 城市生活垃圾填埋场沉降分析与计算［J］ . 土木工程 学报，2001，24 6 88- 92. ［7 ］ 张振营. 城市垃圾填埋场有机物降解沉降模型的研究［J］ . 岩 土力学，2004，25 2 238- 241. ［8 ］ 柯瀚. 填埋场封场后的次沉降计算［J］ . 岩土工程学报，2003， 25 6 742- 746. 作者通信 处顾蕾200052上海市长 宁区 番 禺 路 222 弄 50 支 弄21 号 601 室 E- mailzqf7586 sohu. com 2010 － 03 － 05 收稿 55 环境工程 2010 年 8 月第 28 卷第 4 期