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1、第八章 固体废物的填埋处置,最终处置方法,海洋处置是利用海洋具有的巨大的稀释能力，在海洋上选择适宜的洋面作为固体废物处置场所的处理方法，主要包括海洋倾倒和远洋焚烧。,船用焚烧炉,陆地处置根据废物的种类及其处置底层位置，可分为土地耕作、工程库或贮留池贮存、土地填埋（卫生土地填埋和安全土地填埋）、浅地层埋藏以及深井灌注处置等。土地填埋处置具有工艺简单、成本较低、适于处理多种类型固体废物的优点，已成为固体废物最终处置的主要方法之一。,三峡库区巴东县垃圾填埋场,主要内容,四、垃圾填埋气体的收集与利用,三、渗滤液的收集与处理,二、填埋场的防渗,一、填埋场的规划和设计,第一节 填埋场的规划与设计,一、卫生
2、填埋场概述 现代（卫生）填埋法是利用工程手段，采取有效技术措施，防止渗滤液及有害气体对水体、大气和土壤环境的污染，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土地处置废物方法。从不同的角度，可将填埋场分为不同的种类：（1）根据结构：可分为衰竭型和封闭型填埋场。（2）根据不同的填埋地形特征：可分为山谷型、坑洼型和平原型填埋场。（3）根据填埋场中废物的降解机理：可分为好氧型、准好氧型和厌氧型填埋场等。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，填埋场通
3、常就是由若干填埋层所组成。,卫生填埋的主要优点：（1）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的要求。（3）是一种相对完全、彻底的最终处理方式。（4）运行管理相对简单。,填埋场规划的主要内容有：填埋场选址、计划填埋容量、计划填埋年限、场址利用计划等。,二、填埋场选址 1、应服从城市发展总体规划：现代填埋场是城市环卫基础设施的重要组成部分，其建设规模应与城市化的进程和经济发展水平相符。2、场址应有足够的库容量：通常填埋场的合理使用年限应在10年以上，特殊情况下也不应低于8年。3、场址应具有良好的自然条件：（1）场址的地质条件要稳定；（2）场址的竖向标高
4、应不低于城市防排洪标准；（3）场区周围500 m范围内应无居民居住点；（4）场址宜位于城市常年主导风的下风向和城市取水水源的下游；（5）场址就近应有相当数量的覆土土源。,4、场址运距应尽量缩短：通常认为较经济的废物运输距离不宜超过20 km。5、场址应具有较好的外部建设条件：包括方便的外部交通、可靠的供电电源、充足的供水条件等。填埋场场址的科学确定应遵循以下几个步骤：根据有效的运输距离确定选址区域，然后与当地有关主管部门讨论可能的场址名单，进而排除那些不适宜建场的场址，提出初选场址名单（35个）；确定两个以上的备选场址；提出首选方案，完成选址报告，提交政府主管部门决策。,三、填埋场的环境影响评
5、价 1、评价程序 开展环境影响评价时，应结合场地的适宜性进行深入的现场调查，在此基础上，确定环境要素及施工和运行时的影响因素，按环保要求和标准逐一进行评价。2、评价目的与内容 填埋场环境影响评价旨在论述填埋场建设的环境可行性，重点应回答与项目决策相关的如下问题：（1）填埋场选址的合理性。（2）填埋场设计与清洁生产的符合性。（3）拟定的污染控制方案的经济合理性和技术可行性。（4）填埋场的总量控制指标。,对拟建填埋场的环境影响评价具体应包括以下内容：（1）填埋场四周的自然环境和社会环境状况的调查与评价。（2）填埋场潜在影响区内的公众意见调查。（3）填埋场的工程分析。（4）填埋场环境影响预测与分析。
6、（5）结合环境影响预测与分析结果，给出填埋场污染物的总量控制指标。,四、计划填埋量与填埋年限 拟填埋的废物总量与使用的覆土量之和即为计划填埋量。通常计划填埋量是填埋场的理论容量，比实际填埋量要大10%以上。填埋场的理论容量可根据加和各个填埋层体积进行估算。填埋场的总填埋容量（Vt，单位m3）可按以下公式计算：式中，P为填埋场服务区域内的预测人口；m为人均每天废物产量，kg；t为填埋年限，a；为废物最终压实密度，kg/m3；Vs为覆土量，m3。通常我国人均每天城市固体废物产量可按0.81.2 kg/（人d）考虑。一般情况下，填埋年限以1020年为宜。通常填埋场的覆土量约占填埋容积的10%25%。
7、,覆土是卫生填埋作业的必要步骤，虽不可避免地会占用有效的填埋容积，但有助于改善景观、减少气味和风扬碎片、防止疾病传播等。覆土可分为日覆土、中间覆土和最终覆土，其中日覆土的用土量最多。通常填埋场的覆土量约占填埋容积的10%25%.,五、场址开发利用计划 在填埋场运行结束后的长期维护监管中，事先制定一个周密而清晰的场址开发利用规划（含封场规划）是十分必要的。在废物填埋场服务期结束后，需对整个填埋场进行最终覆盖。通常场址的开发利用应具备以下基本条件：（1）场地下沉量逐渐变小，直至停止。（2）场地具有一定的承载力。（3）无坡面下滑破坏的可能。（4）无可燃气体、恶臭产生或影响非常小。（5）没有对土壤和地
8、下水的污染。（6）不会对建筑物基础造成不良影响。（7）适于植物生长。,第二节 填埋场的防渗,填埋场防渗的主要目的是阻止渗滤液和填埋气体外泄污染周围的土壤和地下水，同时还要防止外来水，包括地下水、地表水和降水等大量进入填埋场，增大渗滤液产生量。,一、防渗方式 按照填埋场防渗设施铺设时间的不同，防渗方式可分为场区防渗和终场防渗。后者是指当填埋场的填埋容量使用完毕后，对整个填埋场进行的最终覆盖，故亦称其为终场覆盖；前者是填埋场运行作业前施作的主体工程之一，根据防渗设施设置方向的不同，又可分为水平防渗和垂直防渗。,（1）水平防渗：指防渗层向水平方向铺设，防止渗滤液向周围及垂直方向渗透而污染土壤和地下水
9、。（2）垂直防渗：指防渗层竖向布置，防止废物渗滤液横向渗透迁移，污染周围土壤和地下水。,二、防渗材料（1）天然防渗：天然防渗材料主要有黏土、亚黏土、膨润土等。天然防渗衬里的主要优点是造价低廉、施工简单。由于土地资源的日益紧缺和防渗要求的不断提高，天然衬里的使用受到了很大限制。,膨润土,黏土,（2）改良型衬里 改良型衬里是指将性能不达标的亚黏土、亚沙土等天然地质材料通过人工添加物改善其性能，以达到防渗要求的衬里。人工改性的添加剂分为有机、无机两种。无机添加剂相对费用较低、效果好，比较适合发展中国家推广应用。常用的两种改良型衬里如下：黏土膨润土改良型衬里：在天然黏土中添加适量膨润土矿物，使改良后的
10、黏土达到防渗材料的要求。黏土石灰、水泥改良型衬里：在天然黏土中添加适量的石灰、水泥以改善黏土性质，从而大大提高黏土的吸附能力和酸碱缓冲能力。,（3）人工合成膜防渗 人工衬里材料通常要满足以下要求：必须与渗滤液相容，不因与渗滤液的接触而使其结构完整性和渗透性发生变化。渗透系数小于110-7 cm/s。具有适宜的强度和厚度，可铺设在稳定的基础之上。抗臭氧、紫外线、土壤细菌及真菌的侵蚀。具有适当的耐候性，能承受急剧的冷热变化。具有足够的抗拉强度，能经得起填埋体的压力和填埋机械与设备的压力。有一定的抗尖锐物质的刺破、刺划和磨损力。厚薄均匀，无薄点、气泡及裂痕。便于施工及维护。,高密度聚乙烯（HDPE）
11、因耐化学腐蚀能力强，制造工艺成熟，易于现场焊接，工程施工经验比较成熟，而被广泛应用于填埋场的水平防渗中。,高密度聚乙烯膜,三、防渗结构（一）水平防渗系统 1、结构类型,（1）单层衬里系统：只有一层防渗层，可由黏土或HDPE膜构成，其上是渗滤液收集系统和保护层，必要时其下有一个地下水收集系统和保护层。该系统适用于抗损性低、场址区地质条件良好、渗透性差、地下水较贫乏的条件。,（2）单复合衬里系统：防渗层由两种防渗材料相互紧密贴合而成，提供综合防渗效力。较典型的单复合结构是上层为柔性膜，其下为低渗透性的黏土矿物，其余部分与单层衬里系统相同。该系统适用于抗损性较高、地下水位高、水量较丰富的条件。,（3
12、）双层衬里系统：有两层防渗衬里，上衬里之上为渗滤液收集系统，下衬里之下为地下水收集系统。两衬里之间是排水层，以控制并收集通过上衬里渗漏下来的渗滤液或填埋气体。该系统在防渗的可靠性上优于单衬里系统，但在施工和衬里的坚固性及防渗效果等方面不如单复合衬里系统，其适用条件类同于单复合衬里系统。,（4）双复合衬里系统：与双层衬里系统的结构类似，不同之处是双复合衬里系统的上下衬里分别采用的是单复合衬里。该系统综合了单复合衬里系统和双层衬里系统的优点，具有抗损害能力强、坚固性好、防渗可靠性高等特点，但其造价很高。双复合衬里系统适用于废物危险性大、对环境质量要求很高的条件。,填埋场基础衬层系统结构的两个典型示
13、例：,2、水平防渗系统的选择 填埋场场区水平防渗系统的选择应根据环境标准要求、场址的地质、水文地质与工程地质条件、衬里材料来源、填埋废物性质及其与衬里兼容性、施工条件、经济可行性等因素进行综合考虑。一般而言，天然防渗系统造价较人工防渗系统的低，单层衬里、单复合衬里、双层衬里、双复合衬里防渗系统的造价依次递增。目前，我国大部分地区的城市固体废物卫生填埋场多采用单层衬里和单复合衬里防渗系统。,（二）终场防渗系统 1、系统的功能：削减渗滤液的产生量，控制填埋场气体从填埋场上部无序释放，避免废物的扩散，抑制病原菌的繁殖以及提供一个可供景观美化和填埋土地再用的表面等。,2、系统的构成与设计：由多层组成，
14、可分为两大部分：第一部分是土地恢复层，即为表土层；第二部分是密封层，从上至下由保护层、排水层、防渗层和调整层（或基础层）组成。,终场防渗系统的构成,填埋场终场防渗系统,第三节 渗滤液的收集与处理,一、渗滤液的产生及其特征 废物渗滤液是指废物在填埋或堆放过程中因其分解产生的水或废物中的游离水、降水、径流及地下水入渗而淋滤废物形成的成分复杂的高浓度有机废水。大量资料表明，降水、地表径流和地下水入渗是废物渗滤液产生的主要原因。,垃圾渗滤液从黑色的防渗膜边缘流出，随雨水一起流到垃圾场外。,深圳和上海垃圾填埋场渗滤液主要污染指标浓度,渗滤液具有以下基本特征：（1）有机污染物浓度高，特别是5年内的“年轻”
15、填埋场的渗滤液。（2）氨氮含量较高，在“中老年”填埋场渗滤液中尤为突出。（3）磷含量普遍偏低，尤其是溶解性的磷酸盐含量更低。（4）金属离子含量较高。（5）溶解性固体含量较高。（6）色度高，具较浓的腐败臭味。（7）水质历时变化大。,城市生活垃圾、工业废物、城市生活垃圾和工业废物混合处置填埋场的渗滤液成分比较,二、渗滤液产量估算（一）经验公式法：日本指南解说推荐的主要因素相关法。式中，L为渗滤液产生量，m3/d；A1、A2分别为正在填埋区和已完成填埋区的面积，m2；C1、C2分别为正在填埋区和已完成填埋区的渗出系数，其值一般在0.20.8之间，且C1C2；I为填埋场所在区域的最大年或月降水量的日换
16、算值，mm/d。（二）水量均衡法：以填埋场为主体，根据进出水量平衡原理，可得渗滤液产生量的估算式。式中，L为渗滤液产生量；P为填埋场作业区域的平均日降水量；W为废物中的含水量；Q1为作业区域的地下水入渗量；Q2为地表径流流入量；E1为填埋场地表自然蒸发量；E2为填埋场地表植被被叶面蒸发量；Q3为填埋场地表流失量；Q4为作业单元底部衬层渗出量；H为填埋场持水量。,三、渗滤液的收集系统（一）收集系统的功能 收集系统的主要功能是将填埋场内产生的渗滤液迅速汇聚收集，并通过输水管、集水池等输送至指定地点。渗滤液在填埋场衬里上的蓄积可能引起以下问题：1、场内水位升高会使更多废物浸在水中，导致有害物质更强烈
17、的浸出，从而增加渗滤液净化处理的难度。2、场内壅水会使底部衬里之上的静水压力增加，增大水平防渗系统失效及渗滤液下渗污染土壤和地下水的风险。3、场内废物含水过量，影响填埋场的稳定性。,（二）收集系统的构成 汇流系统的主体是一位于场底防渗衬层上的、由砾卵石或碎（渣）石构成的导流层。渗滤液的输送系统多由集水槽（池）、提升多孔管、潜水泵、输送管道和调节池等组成。,典型的填埋场渗滤液收集系统由以下几部分构成：1、导流（排水）层：主要由粗沙砾或卵石组成，需覆盖整个填埋场底部衬里上。2、导流（盲）沟与导流管：导流盲沟设置在导流层的底部，并贯穿整个场底，其断面常为等腰梯形。3、集液池及提升系统：平原型填埋场需
18、采用集液池和提升系统。4、调节池：既可作为渗滤液的初步处理设施，又起到渗滤液水质和水量调节的作用。,四、渗滤液的处理（一）合并处理 合并处理是指将渗滤液直接或预处理后引入填埋场就近的城市生活污水处理厂进行处理。但该方案的应用有一定的前提条件：（1）必须有城市生活污水处理厂，且距填埋场较近。（2）易造成对污水处理厂的冲击负荷。由于污水管道的纳污标准远低于渗滤液原水的污染物指标，因此渗滤液往往需要先在现场进行预处理。现场预处理宜采用生物处理为主的工艺，最好采用生物脱氮工艺。,（二）单独处理 1、土地处理：利用土壤中的微生物降解作用使渗滤液中的有机物和氨氮发生转化，通过土壤中有机物和无机胶体的吸附、
19、络合、螯合、颗粒的过滤、离子交换吸附和沉淀等作用去除渗滤液中悬浮固体和溶解成分，通过蒸发作用减少渗滤液中的产生量。（1）填埋场回灌处理系统：主要利用填埋废物层类似于“生物滤床”的吸附、解吸作用以及填埋场覆盖层的土壤净化作用、最终覆盖后填埋场地表植物的吸收作用和蒸发作用将渗滤液减质减量化。（2）土壤植物处理系统：通过吸附、离子交换和沉淀等作用，土壤颗粒从渗滤液中将悬浮固体过滤掉，并将溶解性固体组分吸附在颗粒上。土壤中微生物将渗滤液中的有机物转化和稳定，并转化有机氮。植物利用渗滤液的各种营养物生长，以保持和增加土壤的渗入容量，并通过蒸腾作用减少渗滤液量。,2、生物处理（1）好氧生物处理：包括活性污
20、泥法、稳定塘法、生物转盘和滴滤池等方法。（2）厌氧生物处理：包括上流式厌氧污泥床、厌氧淹没式生物滤池、混合反应器等。（3）厌氧与好氧结合方式：实践表明，采用厌氧好氧处理工艺既经济合理，处理效率有高。A/O、A2/O和SBR等具有脱氮功能的组合工艺具有较好的效果。3、物化处理 物化法更多的是用来处理老龄渗滤液。物化处理包括混凝沉淀、化学氧化、吸附、膜分离、氨氮吹脱、过滤等方法。,用于渗滤液处理的生物、化学和物理过程及应用说明,第四节 垃圾填埋气体的 收集与利用,一、垃圾填埋气体的产生过程及其对环境的影响（一）垃圾填埋气体的产生过程：填埋气的产生过程是一个复杂的生物、化学、物理的综合过程，其中生物
21、降解是最重要的。,填埋气产气阶段,1、第一阶段好氧分解阶段：复杂的有机物通过微生物胞外酶分解成简单有机物，并进一步转化为小分子物质和CO2。2、第二阶段好氧至厌氧的过渡阶段：随着O2的逐渐消耗，厌氧条件逐步形成。作为电子受体的硝酸盐和硫酸盐开始被还原为N2和H2S。3、第三阶段酸发酵阶段：复杂有机物在微生物作用下水解至基本结构单位，并进一步在产酸细菌的作用下转化成挥发性脂肪酸（VFA）和醇。4、第四阶段产甲烷阶段：在产甲烷细菌的作用下，VFA转化成CH4和CO2。5、第五阶段填埋场稳定阶段：该阶段几乎没有气体产生，浸出液及废物的性质稳定。,垃圾填埋场气体收集利用工程,干填埋气组成,（二）垃圾填
22、埋气体对环境的影响 1、爆炸和火灾：CH4在向大气逸散过程中，容易在低洼处或建筑物内聚集。在有氧存在的条件下，甲烷的爆炸极限是5%15%。2、对水环境的影响：填埋气迁移透过垃圾层和土壤层进入地下水中，其中CO2极易溶解于地下水，造成地下水pH下降，导致周围岩层中更多的盐类溶入地下水，从而使地下水的含盐量升高。3、对大气环境的影响：填埋气中的CH4对温室效应的贡献相当于相同质量的CO2的21倍。而城市垃圾产生的CH4排放量约占全球CH4排放量的6%18%。垃圾填埋场还会产生NH3、H2S等恶臭气体和其他挥发性有害气体。,二、填埋气产生量的预测 根据产气模型建立的基础不同，可以把产气模型分为三类：
23、动力学模型、统计学模型和经验模型。1、IPCC的统计模型 政府间气候变化专门委员会（IPCC）在1995年推荐使用的估计垃圾产气量的经验模型为：式中，VCH4为垃圾填埋场的CH4排放量，mN3；MSW为城市固体废物量，t；H为城市垃圾填埋率；DOC为垃圾中可降解有机碳的质量分数；r为垃圾中可降解有机碳的分解率。（16/12）为CH4和C之间的转换系数；0.5为CH4中的碳和总碳的比率。,2、生物降解理论量最大产气量模型 该模型是一个基于垃圾组分降解的半经验模型，形式为：式中，C为单位质量垃圾产生的CH4量，L（CH4）/kg（湿垃圾）；K为经验常数，单位质量的挥发性固体物质标准状态下产生的CH
24、4量，一般为526.5L（CH4）/kg；Pi为某垃圾组分占单位质量垃圾的湿重质量分数；Mi为某有机组分的含水率；Vi为某有机组分的挥发性固体干重含量；Ei为某有机组分中挥发性固体的可降解物的含量。,3、Marticorena经验模型 该模型认为各处填埋气体的产生具有等同性和可累加性，在以年为单位的时间尺度上，一个地区的垃圾也可认为是分层分块填埋于不同处，所以将该预测模型应用于区域填埋气体产生量的预测是可行的。式中，MP为时间为t的垃圾的特定产CH4潜能，mN3/t；MP0为新鲜垃圾的特定产CH4潜能，mN3/t；t为时间，a；td为垃圾生命持续时间，a；D为某一层垃圾的特定年CH4产率，mN
25、3/（ta）；F为整个填埋场的CH4产率，mN3/a或mN3/h；mi为第i层中废物的质量，t。,三、填埋气的收集 填埋气体的收集系统分为被动收集系统和主动收集系统两种。在大型填埋场中往往采用主动收集系统来收集填埋气体。（一）集气系统：通常填埋气收集系统有竖井收集系统和水平收集系统两类。从竖井的集气效果来看，厚度大的垃圾填埋层要比浅层垃圾集气效果好。水平集气系统主要适用于新建的和正在运行的垃圾填埋场，其特点是填埋垃圾的同时收集沼气。（二）输送系统：为了使填埋气收集系统达到稳定运行状态，管道布置通常采用干路和支路的形式，干路互相联系或形成一个“闭合回路”，从而可以得到一个比较均匀的真空分布，使系
26、统更加容易、灵活。冷凝液的收集和排放是填埋气输送系统设计时考虑的重点。,竖井集气回收系统示意图,四、填埋气净化技术（一）吸收分离：采用碱性溶液为吸收剂去除填埋气中的CO2。（二）吸附分离：根据吸附后吸附剂再生方法不同，吸附分离可分为变温吸附（TSA）和变压吸附（PSA）。（三）膜分离：利用分子的渗透速率差使不同气体在膜两侧富集而实现分离。,五、填埋气的利用（一）发电：填埋气属中等热值燃气，只需经过脱水、脱硫等预处理便可送至锅炉或内燃机燃烧进行发电和供热。,（二）作为汽车燃料：通过对填埋气进行预处理后，可以保证填埋气组分达到天然气的品质。当处理后的填埋气达到车用压缩天然气GB 180472000
27、标准后，就可以作为双燃料汽车的气体燃料。,（三）作为城市居民用燃气：目前暂不主张直接作为民用燃气使用。（四）作为燃料电池的燃料：燃料电池是一种将化学能直接转换为电能的发电装置，它所用的“燃料”并不燃烧，而是通过氧化还原反应直接产生电能。,第五次作业 1、现代填埋场的建造及运行包括哪些具体步骤？（p202第2题）2、处理渗滤液的基本方法有哪些？各自的特点是什么？（p202第10题）3、分析填埋场垃圾填埋气体的产生过程。4、计算一个接纳填埋5万城市居民所排生活垃圾的卫生填埋场的面积和容量。已知每人每天产生垃圾2.0kg/(人d)，覆土与垃圾之比为1:4，废物填埋密度为600kg/m3，填埋高度为7m，填埋场设计运营10年。5、某填埋场总面积为10.0hm2，分四个区进行填埋。目前已有三个区填埋完毕，其面积为A2=7.5hm2，浸出系数C2=0.25。另有一个区正在进行填埋施工，填埋面积A1=2.5hm2，浸出系数C1=0.5。当地的平均降雨量为3.0mm/d，最大月降雨量的日换算值为6.8mm/d。求渗滤液产生量。,
