现代垃圾填埋技术设计理念及其工程应用.pdf

固 废 处 理 现代垃圾填埋技术设计理念及其工程应用 王艳明 方建民 兰吉武 上海市政工程设计研究院, 上海 200092 摘要 对现代垃圾填埋技术的设计要点进行归纳, 并结合上海市老港填埋场四期工程介绍其在工程设计中的具体应用。 关键词 现代填埋 设计理念 分期实施 发展规划 高维 双层防渗 1 概述 目前我国城市生活垃圾处置主要采用垃圾填埋。 长期以来 ,我国垃圾填埋场建设一般均按照现行的设 计规范 服务 8～ 10 a , 所需的填埋场库区工程一次 性建成 ,且填埋场建设主体同运营主体往往脱节, 普 遍存在重建设轻运营的现象, 造成一次性投资庞大, 资金有效利用率较低和运行维护管理费用较高等问 题,一般在投产运营不久就纷纷暴露诸多运营上的不 便和潜在的环境污染等后遗症 [ 1] 。 目前国内填埋场工程一方面由于采用传统的填 埋技术理念 ,填埋场工程科学技术含量不高 ,普遍未 达到环保标准, 造成新建填埋场选址尤为困难 [ 1] ; 另 一方面对已建垃圾填埋场仍然沿用粗放型运行管理 模式 ,对拟建垃圾填埋场继续采用传统的设计与建设 理念 , 填埋场的空间利用系数明显偏低, 平均约为 15～ 30,仅为欧美发达国家的 1 2～ 1 3,土地利用率很 低,土地资源浪费严重 [ 2,3] 。近年来 ,随着欧美发达国 家一些专业从事固体废弃物处理处置的著名公司进入 我国,以及我国环卫工程建设在投融资体制方面的变 革,国外专业公司进入我国固体废弃物领域处理处置 领域的同时 ,亦带来了全新的现代垃圾填埋技术理念。 2 现代化垃圾填埋技术理念 区别于传统粗放型填埋技术, 现代化垃圾填埋技 术理念认为填埋场工程不能被简单地看成是在短期 内就应一次性完成库区工程建设的静态工程 ,而应是 一项在时间与空间上均不断拓展与变化的动态的土 建工程,直至整个填埋服务期 。 现代化垃圾填埋技术设计理念一般应包括以下 几个方面的内容 [ 4,5] 1 充分研究填埋场选址特点, 拟定合理的填埋 场库区发展规划和分期实施计划, 最大程度减少废弃 工程 ,减少一次性资金投入,提高资金利用率 。 2 分析场址的工程地质与水文地质条件 ,从库 区库容、 堆体稳定和填埋作业要求等多方面进行了充 分论证,合理确定库底标高和高维填埋堆体的封场标 高,最大限度增加场址的填埋库容, 显著提高土地利 用率 ,节约土地资源 。 3 采用现代化沼气收集、 利用系统, 实现沼气资 源化回收利用, 有效减少温室效应。 4 填埋场库底单元划分应有利于运行管理, 即 各单元应有独立的地下水控制系统、渗沥液导排系 统,且各单元衔接具有可靠的雨污分流措施 ,从根本 上实现有效的雨污分流, 有效减少渗沥液产生量。 5 采用安全可靠的防渗系统, 防止垃圾渗沥液 渗漏 。 6 具有完备的封场计划, 实现封场后渐进的生 态修复。 7 针对高维填埋作业的特点, 拟定详细的填坝 动态发展规划, 包括分期土方平衡规划 、填埋单元与 作业道路发展规划以及分期投资计划,有利于实现现 代化的运营管理 。 8 采取全方位的环保措施, 并对渗沥液采用安 全可靠的处理措施, 满足达标排放。 3 工程应用 3. 1 工程概况 老港填埋场四期工程场址地貌属于上海地区 4 大地貌单元中的潮坪地带 , 整个滩地由西向东以 1‰ 的自然坡度倾斜 ,地面高程约为 3. 7 ～ 4. 1 m ,规划用 地南北界距约 4 200 m ,东西宽度约 800 m 。 场址土层地质自上而下可划分为 11 层 ,共 13 个 亚层 ,各土层的土力学参数详见表 1。 场址地下水补给、迳流关系明显 地下潜水含水 层主要赋存于①～ ⑥土层 ,该含水层具有多层状分布 发育的特点 ,其水量较大 ,富水性强 ,补给来源主要为 51 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 表 1 各土层土力学参数表 层号土 层 名 称土层厚度 m 地基土承载力特征值 fak kPa 地基土压缩模量 Es MPa 粘聚力 C kPa 内摩擦角 ①1 杂填土3. 30～ 4. 70 ①2 冲填土 淤泥质粘土1. 10～ 2. 903. 8713. 021. 5 ②砂质粉土夹粉质粘土5. 40～ 8. 801007. 848 . 026. 0 ④淤泥质粘土7. 20～ 15. 00602. 0714. 011. 5 ⑤粘土5. 00～ 13. 40803. 3617. 013. 5 ⑥粉质粘土0. 20～ 1. 901306. 6742. 017. 0 ⑦1砂质粉土夹粉质粘土3. 70～ 4. 9010. 464 . 029. 5 ⑦2粉细砂25. 10～ 31 . 3015. 40033. 0 ⑧1粉质粘土8. 30～ 20. 306. 3422. 07. 0 ⑧2 砂质粉土与粉质粘土互层3. 10～ 7. 008. 909 . 028. 5 ⑨细砂1. 70～ 1. 7013. 94032. 0 ⑩粉质粘土4. 30～ 4. 307. 3243. 018. 0 11细砂未钻穿10. 1944. 618. 0 大气降水及浅滩地表河流水体的渗入, 排泄方式以蒸 发及水平渗透为主, 另有少部分向下渗透。承压含水 层主要赋存于⑦1砂质粉土夹粉质粘土和⑦2粉细砂 层中,埋深在自然地面 -34. 50 m 以下, 其补给来源 主要为近海水域及地表河流, 部分为上部潜水下渗补 给,排泄以人工开采为主 。该层承压水与近海水体呈 补迳排关系。各主要土层的渗透系数详见表 2。 表 2 各土层渗透特性表 层号及土名 渗透系数 室内土工试验结果 cms- 1 垂直渗透 Kv水平渗透 Kh ②砂质粉土夹粉 质粘土 3. 6510- 4～ 1 . 9710- 78. 3310- 4～ 2. 0310- 7 ④淤泥质粘土 1 . 8510- 7～ 2 . 7610- 81. 7810- 7～ 8. 1410- 8 ⑤粘土 2 . 3110- 7～ 1 . 5610- 81. 9610- 7～ 5. 2410- 8 ⑥粉质粘土1 . 9610- 5～ 2 . 1610- 71. 5410- 5～ 8. 6410- 7 3. 2 工艺布置特点 本工程设计处理规模为 4 900 t d, 设计服务年限 为20 a, 填埋库区四周为吹填施工或填土碾压施工构 筑的围堤,围堤圈围的库区面积约为 8. 110 5 m, 设 计总库容为23. 6 10 6 m 3 ,占地为 765m L 1 055 m W 的矩形区域,属典型的平原型填埋场。 根据填埋作业发展规划, 填埋库区按照 4 个阶段 分期实施 ,从北向南依次发展阶段一至阶段四库区, 详见图1 。阶段一库区呈 765 m 522 m 的矩形区域, 设计库容约为 9. 0 10 6 m 3 ; 阶段二至阶段四库区均 约呈 765 m 180 m 的矩形区域, 设计库容分别约为 4. 9 10 6 m 3 ; 各期库区以南北走向的中脊线为界, 划 分成若干个大单元 阶段一库区共划分为 6 个大单 元,每个单元尺寸约为382 m 175 m, 阶段二至阶段 四库区分别划分为 2 个大单元 , 每个单元尺寸约为 382 m 178 m ,详见附图 。库区填埋发展规划允许在 前阶段的单元实施填埋作业时 ,同时可以进行下一阶 段单元的施工, 而运营交通和填埋作业不会受后续土 建工程的影响。 附图 填埋库区示意图 为尽可能增加库容, 采用高维填埋作业工艺, 即 在竖向布置上, 库区基底最大挖深一般为 4. 0～ 8. 0 m 以现状地坪标高为基准 , 垃圾堆体最小堆高为 26 m ,最大堆高为 38 m 以库区周围围堤堤顶地面标 高起算 , 堆体边坡一般控制在 1∶ 3, 沿高程间隔 8～ 10 m布置 3～ 5 m 宽中间平台 ,顶部封场覆盖坡度取 1∶ 5; 为满足高维埴埋作业的需要, 在垃圾堆体上规划 布置双车道作业道路 ,道路纵坡一般 4。 为解决库区地下水与渗沥水的收集与导排,各单 元库底均开挖修整成规则的“起伏波纹状” ,即各单元 52 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 库底基层以单元东西走向的纵向中轴线为基准,两侧 向中间以 2的坡度倾斜 , 中脊线处向库区边壁以 2的坡度倾斜, 至库区边壁的最大挖深一般为 8. 0～ 9. 0 m ,“起伏波纹状”的基层布置不仅增加了开 挖量 、 拓展了库容,而且构成“人工的”独立水文单元, 即每个单元都有独立的地下水控制系和渗沥液收集 与导排系统; 同时各单元分别在主盲沟的末端沿东、 西两侧围堤的边坡布置侧管收集井 ,井内布置渗沥液 提升泵与地下水提升泵, 这避免了垃圾填埋作业对 雨、 污分流设施的干扰 , 有利于各单元分期填埋时实 现雨污分流,最大限度减少渗沥液的产生量。 3. 3 防渗工程 3. 3. 1 垂直防渗工程 为减少施工期基坑开挖时的外渗水量以及尽可 能阻隔库区范围内地下水的补给, 考虑 ④ 淤泥质粘土 层渗透系数较小 ,可作为相对隔水层, 结合库区周边 路堤的布置,在路堤中心线位置设置垂直防渗帷幕, 防渗帷幕进入相对隔水层深度不小于 2 m, 厚度 ≮ 330 mm, 防渗帷幕的渗透系数 i ≤1. 0 10 -6 m s, 防渗帷幕沿路堤四周形成封闭 。 3. 3. 2 水平防渗工程 根据上述场址工程地质与水文地质条件 ,本填埋 场场址不具备自然防渗的水文地质条件 ,必须采取人 工衬垫防渗。 考虑工程选址位于长江口附近的东海滩涂水域, 场址地下水同长江口附近水域水体存在明显的补迳 关系, 从水源保护角度 , 有必要采取更严格的防渗体 系。本设计采用双层水平防渗系统 库区防渗组成结构从上至卜依次为 轻质有纺土 工布保护层 600 mm 砾石层 主渗沥液收集层 重 质无纺土工布保护层1. 5 mmHDPE 防渗膜 5 mm 厚土 工 复 合 排 水 网 垫 次 渗 沥 液 收 集 层 1. 5 mmHDPE 防渗膜 无纺土工布保护层 150 mm 砾石层 地下水导排层 有纺土工布反滤层 。 4 渗沥液收集和输送 渗沥液主收集系统由覆盖在整个填埋场底部 600 mm 厚的碎石层组成 ,各单元碎石排水层的沟谷 中央布置一根 DN200穿孔HDPE 管主盲沟,次盲沟采 用DN160 穿孔 HDPE 管间隔 40 m 沿坡面等高线走向 布置 ,渗沥液在重力作用下通过碎石排水层经次盲沟 流入主盲沟,库区各单元的渗沥液经过次盲沟和主盲 沟汇集至各单元渗沥液收集井 ,然后通过压力感应式 潜水泵提升后经 DN200HDPE 渗沥液输送干管送入渗 沥液调节池 。 次渗沥液收集层位于填埋场上、下两层 HDPE 防 渗膜之间, 由土工复合排水网垫组成, 在主盲沟位置 采用 DN200穿孔 HDPE 管将次渗沥液收集层内的渗 沥液汇至次渗沥液收集井内, 经压力感应式潜水泵自 动排出。 5 结论 现代垃圾填埋技术理念在老港生活垃圾卫生填 埋场 Ⅳ期工程设计中得到充分应用 ,同传统的平原型 垃圾填埋场相比 ,老港生活垃圾卫生填埋场四期工程 在以下方面取得突破性进展。 1 按照填埋库区发展规划 ,土建工程分期实施, 减少工程一次性投资费用 , 有效提高 资金利用率和 降低垃圾填埋处理的运营管理费用 。 2 采用高维填埋作业工艺 ,提高填埋场库容 ,同 老港填埋场 Ⅰ ～ Ⅲ工程相比较 ,填埋场空间利用系数 增加至原来的 6 倍多 ,有效节省了土地资源 , 这对土 地资源宝贵 、 填埋场选址日益艰难的沿海发达地区来 说,具有显著的经济效益与社会效益 。 3 构筑“人工的”独立水文地质单元 ,对地下水 和渗沥水进行有效的收集与导排,对位于滩涂潮坪地 带的填埋场成功地实施可靠的防渗衬垫 ,对有效保护 周围水环境具有十分重要的意义。 4 采取合理的雨污分流措施, 有效减少渗沥液 产生量。 参考文献 1 冯亚斌, 陈全等. 对我国垃圾填埋场存在若干问题的调查研究. 环 境卫生工程, 2001. 9 1 . 2 周北海, 松藤康司等. 中国垃圾填埋场的问题与改善方法. 环境科 学研究, 2001. 11 3 . 3 Shi Bin etx. Environmental Geotechnical Problems and Their Treatment of Municipal Sanitary Landfills in the Southeast of China, Journal of DIsaster Prevention and Mitigation Engineering , 2003. 23 4 . 4 钱学德, 郭志平等. 现代卫生填埋场的设计与施工, 北京 中国建筑 工业出版社, 2000. 12. 5 Amalendu Bagchi -2nd“Design, Constructiion, andMonitoring of Landfills. Feb. 1994. 作者通讯处 王艳明 200092 上海中山北二路 901 号 上海市政工 程设计研究院 电话 021 65985848 转5401 传真 021 65986487 E -mail wangym. gp3smedi. com 2004- 10-22 收稿 53 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 number of flue gas. It was indicated that desulfurization of condensing fluegaswas intensified by fog lye. Keywords Ca OH 2slurry droplet, condensing flue -gas, desulfurization and spray PURIFICATION OF ORGANIC WASTE GAS FROM THE WIRE PRINTED DISTRICT OF PRINTED CIRCUIT BOARD PLANTLi Shanhong et al 43 Abstract The flowchart of the intermittent fixed be active carbon adsorption for purification of the organic waste gas was selected in accordance with the organic waste gas pollution problems from the wire printed district of the printed circuit board plant. Through the calculation ability of the causing cold and quantitites of the adsorption. some parameters of the activated carbon adsorption are designed, such as the gas velocity of the empty tower was about 0. 6 m s, the activated carbon is coconut. The activated carbon adsorption bed was designed as double story with drawers. After the adsorption bed purification, practical monitor testified the efficient of the benzene. toluene andxylene purifiedto 81. 59, 83. 50, 85. 43 by adsorption. The waste activated carbon was accumulated and desorption. The recycle organic products were mixed into the diesel oil to be used as fuel of motors. Keywords organic waste gas, production of printed criculit board, activated carbon adsorption and purification ATION OF ATMOSPHERIC POLLUTANTS DURING PRODUCTION OF POLYVINYL CHLORIDE AND TREATMENT MEASURESShi Lijuan et al 46 Abstract It is explained that the production position and features of vinyl chloride monomer during the production of polyvinyl chloride PVCby analyzing the manufacturing process of PVC. Based on which its treatment conditions are also analyzed, and finally high -efficient and feasible controlling measures are proposed. Keywords PVC, production of pollutant, influence and control measures APPLICATION OF AMMONIA PROCESS FLUE GAS DESULPHURIZATION TO COAL -FIRED BOILERZhou Jianhong et al 49 Abstract Taking the project of 75 t h pulverised coal combustion boiler as an example, this paper discusses the application of ammonia processflue gas desulphurization to the coal -fired boiler. The result shows that, with the desulphurization unit is put into operation, average desulphurization effect in the system has reached 95. 92percent, and sulfur dioxide content in the flue gas from the boiler has been reduced to less than 135 mg per cubic meter, which is far lower than the specified limits. This paper also discussed operating index, treatment effect and existing problems. Keywords desulfurization by ammonia process, FGD, coal-fired boiler and sulfur dioxide DESIGN PRINCIPLE OF MODERN SOLID WASTE LANDFILL SITE AND ITS APPLICATION Wang Yanming et al 51 Abstract The design principle of modern landfilling site is summarized herein. An example project called Shanghai Laogang Landfill Site Phase -Ⅳis referred to show the detailed application of the theory. Keywords modern landfilling, design principle, constructing by stages, developing plan, high dimension and double anti-seepaging layer STUDIES ANDTECHNICAL DESIGNS OF ON -SITE TREATMENT OF NIGHSOIL AND KITCHEN GARBAGEChen Zhulei et al 54 Abstract This paper offers a suitof disposal techniques at source of the night soiland kitchen garbage. A pilot -scale system. whichwasused to dealwith the night soil and kitichen garbage from one unit of a residential building for simulationwas designed according to the data of lab-scale trials. The system comprises vacuum collection, anaerobic digestion of solids, composting of digestive sludge and anaerobic -aerobic disposal of mixed sewage. Its handling capacity was0. 2 t d. The night soil and kitchengarbage can be collected at source and disposed at locale, synchronously, the bacterial fertilizer and methane can be produced through the system. Keywords night soil, kitchen garbage, vacuum collection and anaerobic digestion STUDY ONTECHNOLOGY OF OPTIMIZAITONTREATMENT OF LIVING RUBBISHES IN CITIES AND TOWNSLiu Dayi et al 57 Abstract The present situation of technology of treating living rubbish is synopsized, the technology of optimization treatment of living rubbish is put forward, and comparedwith the present technology. The engineering example indicates that the new technology has high efficency of treatment, it isworth popularizing. Keywords cities and towns, living rubbish and optimization treatment technology STUDY ONDETERMINING CONCENTRATIONOF TOTALVOLATILE ORGANICCOMPOUND IN 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23,No. 3, Jun. , 2005