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固体废物课程设计指导书


环境工程专业 《固体废物的处理与处置》课程设计

任务书与指示要点

重庆大学城环学院 环境工程教研室

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2015 年 2 月 13 日

设计任务书与指示要点
一、设计任务书
1. 设计题目 固体废物的处理与处置课程设计 : 根据《御临河流域污染整治规划》, 需在石船镇建立一个服务人口为 10 万人的垃圾卫生填埋场,以消纳渝北区 统 景 、石船、龙兴等 7 个乡镇的 城镇生活垃圾,垃圾填埋场的设计使用年 限为 15 年。 2. 设计目的 训练学生全面掌握本课程的基本知识,培养学 生独立完成垃圾处理方 案的比较、垃圾填埋场选址的步骤、对所选场址的评析以及填埋场工程设 计。 通过设计,学生应掌握垃圾填埋场设计的一般原则、步骤和方法,了 解如何查阅有关资料、手册以及规范,掌握垃圾填埋场主体工程的设计以 及设计说明书的编制和设计图的绘制等基本方法。 3. 设计任务及内容 根据所提供的资料,完成垃圾卫生填埋场的方案设计,内容包括原始 资料的分析,垃圾处理工艺的选择,垃圾填埋场址的评析以及垃圾填埋工 程的设计等几部分。 (1) 垃圾处理工艺的选择 根据所提供资料,城市垃圾的基本性质,通过焚 烧、堆肥、卫生填埋 几种处理方案比较,选择卫生土地填埋为该市城市生活垃圾处理工艺。 (2) 垃圾填埋场址的评析 根据所提供的资料,评价所选场址是否适合,主要从工程因素,社会 环境因素以及经济因素几方面出发。 (3) 垃圾填埋工程设计
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包括:库容的计算,填埋场范围确定,截洪沟、垃圾坝、截污坝、浸 出液调节池以及浸出液处理厂、气体处理设施、防渗工程的设计、计算, 另外还包括填埋场的操作方法、步骤,填埋场地的监测以及其他辅助设施 的设计。

4. 设计要求 (1) 绘制设计图纸 3 张,包括: 垃圾卫生填埋场(封场后)总平面布置图一张 (1 号 ) ; 垃圾卫生填埋场渗滤液收集填埋气输导平面布置图一张 (1 号 ) ; 垃圾卫生填埋库区纵剖面图一张 (2 号 ) 。 (2) 设计说明书一份,内容包括: 前言,主要设计原始资料,垃圾处理工艺方案的比较,场址选择和所 选场址自然条件 ( 地形、地貌、水文、地质、气象等 ) 的评析,填埋工艺设 计 ( 包括工程设计计算,填埋操作方法以及辅助工程的设计 ) ,设计中存在 问题及个人体会。 (3) 完成时间;一周

二、课程设计指示要点
1. 确定填埋场所需库容 ( 1 )垃圾年填埋量

Vi ? 365? Wi?.Pi (1 ? K )
式中: V i ——第 i 年填埋垃圾量, m 3 ; W ——第 i 年垃圾人均日产量,取 0.8 ~ 1.2 ㎏ / ( 人 .d ) ; P ——第 i 年服务区内人口总数,人; γ——垃圾压实密度,取 0.8 ~ 1.0 kg/m 3 ; K ——覆盖土容积系数,一般取 0.1 ~ 0.25 。覆盖土体积也可根据覆 盖土用量单独计算。 ( 2 )填埋场理论库容

V理论 ? ? Vi
i ?1

n

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( 3 )填埋场有效库容

V有效 ?

V理论 Cs

式中 Cs ——填埋垃圾自然沉降系数,一般取 1.25 ~ 1.5 。 设计中应保证填埋场所需库容不小于 有效库容。 2. 确定填埋场范围 ( 1 )垃圾坝确定 确定垃圾位置、标高。 ( 2 )填埋区范围初步确定 从垃圾坝开始,按边坡 1:3 进行表面造坡,并每升高 5 米,做一个 3 米 休息平台,如此直至最高顶层。 ( 3 )计算填埋区实际库容 如图 1 所示,自填埋库区底向上分 i(i=1,2…N)个计算单元,单元 i 与 单元 i+1 之间的几何空间近似棱台,其对应的高程差为 hi,在地形图中计算出各 单元高程对应的库区面积 Ai,可按下式计算填埋区的总容量:

V ? ?1 Ai Ai ?1 )hi 3 ( Ai ? Ai ?1 ?
i ?1

N

(7-38)

式中:V——填埋库区实际总容量,m3。

图 1 填埋场库区容量计算简图

值得注意的是, 当计算单元高程位于封场平台或锚固平台处时, 应以棱台上、 下底面对应的实际面积计为该高程的库区面积。 如图 1, 计算 i+1 单元的体积时, 下底面积为 Ai+1 减去该处的封场平台面积;计算 i-1 单元的体积时,上底面积为

Ai 减去该处的锚固平台面积。
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当实际库容 V 小于有效库容 V 有 效 或 V 较有效库容 V 有 效 超过 20% 时,需重复 ( 1 ) - ( 3 )步骤,直至满足要求为止。 (4) 根据填埋区范围,总图 布置,确定填埋场面积。 3. 场区防洪与排水 (1) 根据地形图,划定填埋场所在流域分水岭,对环库截洪沟,库内分区 截洪沟进行定线。 (2) 截洪沟设计流量 Q

Q ? K .F ( 适 用 于 流 域 面 积 小 于 1 平 方 公 里 )
式中; Q —— 地表水流量 (m 3 / s) ; F ——汇水面积 (km 2 ) ; (3) 确定截洪沟尺寸 ( 采用试算法 ) K —— 径流模数;

S ? V ? (b ? m..h).h
式中: S-- 过水断面

Q

V ?
(m 2 ) ;

1 n

R 3i 2

2

1

R?

(b ? m.h ).h b ? 2.h 1? m 2

V ——平均流速 (m / s) ; i ——管路坡度;

n ——粗糙度;

R ——水力半径 (m) ;

b ——倒梯形断面下底宽 (m) ; h ——有效水深 (m) ;

m ——边坡系数; 一般取 0.3 — 0.6m 。

h 1 ——超高 (m)

则倒梯形断面尺寸为:上底宽 a = b+2m(h 1 + m) 下底宽 b 4. 排渗导气 设置纵横导排渗盲沟和竖向石笼,有组 织的排除浸出液和垃圾产生的 气体。 5. 地下排水 确定排水管间距及管径。 地下径流控制的主要方法之一,是在填埋场底设置导排管道,以保持场底地 下径流的上下游联通。其构造如图 2 所示。 导排管道与地下水径流应同向布设,管道间距可由 Donnan 公式计算: 高为 H = h+h 1

L2 ?
式中:L——排水管间距,m;
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2 2 4K hb ? ha Qd

?

?

(1)

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K——填埋场底土壤渗透系数,m/d; ha——导排管与基岩隔水层间的高差,m; hb——填埋场底地下水最高允许水位与基岩隔水层间的高差,m; Qd——地下水补给率,m3/(m2·d)。

图2

填埋场地下径流控制典型构造

若忽略填埋场渗滤液渗漏对地下水的补给,则地下水补给率为:

Qd = K·i
式中:i——地下径流水力坡度,量纲为 1。 将式(2)代入式(1),可得:

(2)

L2 ?

2 2 4 hb ? ha i

?

?

(3)

地下水导排管管径可根据管道密度、Qd 及管道的坡降,通过水力计算确定。 6. 截污坝,浸出液调节水池,日处理水量的确定 (1) 浸出液产生量 Q
1 Q ? 1000 ? (C1. A1 ? C2 ? A2 ) I

(2) 确定浸出液日处理量 Q 日处理浸出液能力界于平均浸出液水量与 最大日浸出液水量之间。 (3) 确定调节水池容量 V 根据多年统计降雨资料,计算所需最大浸出液调节容量。 (4) 确定浸出液调节水池的位置,截污坝的位置及标高。
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7. 选择防渗衬里及厚度 (1) 防渗方式选择 (2) 防渗衬里材料 (3) 防渗做法。 渗滤液收集管布置示意如图 3 所示, 其最大水平排水距离 L 可通过下式计算:
? ? hmax ? L (q / k )[ (tan ? 1 ? (tan tan2 ? ? (q / k ) ] q / k) q / k)

(4)

式中:hmax——填埋场衬垫上的最大积水深度,m;

L——渗滤液收集管最大水平排水距离,m; q——竖直流入单位面积收集层的渗滤液流量,cm/s; k——渗滤液收集层渗透系数,cm/s; α——库底衬垫坡角。
一般规定,填埋场衬垫上的积水深度不超过 0.3 m,令 hmax=0.3 m,利用式 (4)可求出渗滤液收集管最大水平排水距离,则收集管设置间距为 2L。

图 3 填埋场渗滤液收集管布置简图 8. 浸出液处理厂设计 (1) 确定浸出液水质;(2) 确定浸出液处理目标;(3) 确定浸出液处理工 艺及各构筑物的技术参数; (4) 绘制浸出液处理厂的总平面图及高程图。 9. 其他辅助设施 (1) 道路工程 确定进场道路和环库道路。 (2) 生产管理区,包括:办公 化验楼、车库、食堂、浴室、锅炉房、油 库、宿舍、水塔、传达室、地磅房等。 (3) 场内维修站,包括值班休息室、停车场、维修间和车辆检修平台等。 (4) 动力、水、电供应系统及通讯系统。
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10. 垃圾填埋作业及封场 (1) 确定填埋方法 (3) 填埋作业区划分 (5) 封场覆盖材料及做法 11. 气体控制 (1) 计算产气量 Q=0.013 ~ 0.047m 3 / ㎏ ( 挥发性有机固体 ) (2) 气体收集方式 12. 场地监测 (1) 浸出液监测 (3) 地表水监测 (2) 地下水监测 (4) 气体监测 (2) 填埋场主要的机械设备 (4) 填埋操作

13. 整理设计说明书 14. 绘制填埋场总体布置图,填埋库区总平面图,填埋区纵剖面图

三、主要参考书、手册、标准和规范
1. 《固体废物污染控制工程》化学工业出版社,张小平编; 2 ,《排水工程》下册,建筑工业出版社; 3. 《环境质量评价》教材; 4. 《给排水设计手册》第 1 、 7 册; 5. 《生活垃圾填埋场污染控制标准》 (GBl6889 — 2008) ; 6. 《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》 (GB50869-2013) 7. 《生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范》 (CJJ113 — 2007) ; 8. 《生活垃圾卫生填埋场封场技术规范》 (CJJ112 — 2007) ; 9. 《生活垃圾填埋场无害化评价标准》 (CJJ/T107 — 2005) ; 10. 《城市生活垃圾卫生填埋场运行维护技术规程》 (CJJ93 — 2011) ; 11 《 生 活 垃 圾 卫 生 填 埋 场 气 体 收 集 处 理 及 利 用 工 程 技 术 规 范 》 ( CJJ133 - 2009 ) 12. 《生活垃圾卫生填埋场环境监测技术要求》 (GB/T18772 — 2008) ; 13. 《生活垃圾填埋场环境监测技术标准》 (CJ/T3037 — 1995) ; 14. 《地面水环境质量标准》 (GB3838 — 2002) ; 15. 《污水综合排放标准》 (GB8978 — 1996) ;
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16. 《城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准》中华人民共和国建 设部主编。

四、设计资料
(1) 垃圾组成成分及基本性质如下; 表1 成 分 A : 有机物 ( % ) 动植物 ( % ) 纤维类 ( % ) B : 无机物 ( % ) 灰砾 ( % ) 砖石 ( % ) C : 可回收物 ( % ) 纸、塑料 ( % ) 玻璃 ( % ) 金属 ( % ) 表2 物质性质 含水率 ( % ) —容 重 (kg / m 3 ) 热值 (KJ/ ㎏ ) 某市垃圾组成成分 变化范围 45.0 —— 50.0 40.0 —— 45.5 3.0 —— 5.0 40.0 —— 46.0 35.0 —— 37.0 5.0 —— 9.0 7.0 —— 12.0 5.8 —— 9.5 1.0 —— 2.0 0.2 —— 0.5 某市垃圾的基本性质 变化范围 40.0 —— 45.0 520.0 —— 580.0. 3600 ——— 4000 平均值 42.5 550.0 3800 平均值 47.5

43.0

9.5

(2) 拟选垃圾卫生填埋场地形图 (1 :1000) 一张。所选场址位于石船镇 东南方,距石船镇约 3 公里,距北侧渝长公里约 1 公里,场址附近无较大河 流,场址以南约 0.8 公里处是御临河。 (3) 地形地貌:工程区属河谷浅丘山区。最高高程约272m,最低处约170m, 相对高差约100m。场区为宽缓“U”型,坝址处右岸较较陡,平均坡角23°,左 岸较缓,坡角18°。 (4)地质构造: 拟建场地位于石船向斜,地层属侏罗系地层,岩层属沉积 岩类。工程的主要物理地质现象为岩石的风化及裂缝破裂。谷底第四系冲洪积 土,面积约占填埋区面积的 45 %,渗透系数 K=1.5 × 10 - 6 cm/s ,基岩裸露部 分约占填埋面积的 55 %,其中泥岩渗透系数 K=3.0 × 10 - 7 cm/s ,砂岩渗透系 数 K = 8.0 × 10 -4 cm / s 。 (5)水文地质条件:场址地下水主要分布基岩(红层)裂隙水,含水层为

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下沙溪庙组。地下水储量较差,赋存于不稳定的砂岩发育较差的裂隙中,旱藏深 度一般较浅。场区内地下水主要为第四系松散层和强风化岩中的孔隙水和 基岩风化裂隙水,孔隙潜水,水位一般低于地面 0.2 ~ 0.3m ;基岩裂隙水, 埋藏了不同深度的节理裂隙中, 强风化层平均为 2.Om , 弱风化层平均为 8.0 米;地下水稳定水位平均位于地层下 2.95m ,地下水的水力梯度为 0.007 。 填埋区地下水受大气降雨补给,有明显的补给径 流,排泄区域和途径。填 埋场山谷为一独立的水文地质单元,场区汇水范围内的地表水,地下均由 谷口向外排泄 ( 总体趋势由东向西径流 ) 。 (6)地基稳定性及建筑适宜性评价:填埋区呈宽缓“U”型槽沟,两岸及谷 底无大的堆积体存在,岸坡自然稳定,无崩塌、滑坡等不良地质现象,填埋区场 地稳定, 两岸山体雄厚, 岩体较完整。 填埋垃圾后不会诱发滑坡等灾害地质现象。 工程区具有较好的构造稳定性。建筑物抗震设计按Ⅵ度考虑,场地适宜建设。 (7)交通、给排水、供电条件:拟建场地北侧约1000m处有渝长公路通过, 交通条件较为便利。场区给水、供电可以引自石船镇引入,场区雨水可通过附近 的冲沟,就近排入御临河。 (8) 场区气候属亚热带湿润季风气候区,具有冬冷夏热,雨量充沛,湿 度大,云雾多,日照少,风力小等特点,常年平均气温 17 — 18 ℃,年平均 降水量 986 — 1282mm ,30 年一遇最大小时降雨量为 10.5mm / h ,连续降暴雨 日 数 年最高达 5 — 8 日,降雨主 要集中在夏季,多年统计降雨资料见表 3 。 平均湿度在 80 %左右,常年主导风向为北风。 表3 某市多年平均降雨量

月份 降雨量 (mm / d)

1 2.3

2 3.0

3 3.3

4 4.0

5 6.0

6 5.0

7 4.3

8

9

10 1.7

1l 3.0

12 2.7

2.3 2.0

(9) 为了与周围环境协调一致,要求填埋封场后表面覆盖粉壤土,坡度 为 2% ,表面种植野草,不同地形及地表状况的径流系数见表 4 。 表4 不同地形及地表状况的径流系数经验值 径流系数ψ 0.32 —— 0.52

地表状况 粉壤土种植牧草,平坦 —— 2% 坡度
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粉壤土种植裸草,平坦 —— 2% 坡度 表层土较厚的丘陵山地 表层土较薄的丘陵山地 陡峭山地

0.62 —— 0.82 0.50 —— 0.70 0.60 —— 0.80 0.?5 —— 0.90

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