1、环 境 岩 土 工 程第九讲城市固体废物的处理,第九讲城市固体废物的处理,一、城市固体废物处理综述,二、填埋场的规划设计,三、防渗衬垫系统的设计,四、淋滤液收集与处理,六、顶部覆盖系统,五、气体收集系统,七、环境监测,八、垃圾土的工程特性,九、垃圾填埋相关的其他环境岩土工程问题,随着经济的迅速发展，工业化与城市化进程的加快，人口不断涌入城市，使城市废物和生活垃圾急剧增多城市废物和生活垃圾污染了环境，对城市居民的健康和生存构成严重威胁，已成为社会的一大公害。治理城市废物和生活垃圾已经成为我国和世界各大城市的重大环境问题。,一、城市固体废物处理综述,1. 城市固体废弃物的来源,生活废弃物城市居民家
2、庭、城市商业、旅游业、服务业、市政维护管理、企事业单位、机关、学校、军队、社会单位等产业废弃物工业、农林业、畜牧业、医疗卫生业、城市污水处理等危险废弃物生活垃圾和产业垃圾中具有毒害性、爆炸性、易燃性、腐蚀性、化学反应性、传染性、放射性的成分,垃圾产量受内在因素、社会因素和个体因素影响。生活垃圾的产量与人均GDP呈正相关性，只有当经济发展到一定程度时，产量才逐渐趋于稳定。预计2010年：全国县城以上生活垃圾总产量约为2.5亿吨城市：1.8亿吨/年（日均约为49.3万吨）县城：0.7亿吨/年（日均约为19.4万吨）,2. 城市固体废弃物的产量,我国城市居民的人均生活垃圾产量kg/(personda
3、y),3. 城市固体废弃物的成分,主要影响因素：城市的经济发展水平城市居民的生活习俗城市的地理位置(自然气候)随季节而变化,生活垃圾的成分与含量（%）,广州市城市生活垃圾成分特点,4.生活垃圾中的主要污染物有害微生物：病毒、病菌、寄生虫卵、害虫等。 无机污染物： 主要是重金属如汞、铅、隔、锌等，也包括一些金属离子有机污染物： 碳氢化合物、洗涤剂、致癌物等 其它： 如氮、磷等营养成分、放射性物质以及产生色、臭的物质等,生活垃圾的危害城市垃圾不仅污染环境、破坏了城市景观，而且传播疾病，威胁人类的生命安全。- 侵占大量土地- 污染水体- 污染大气- 污染土壤及农作物- 影响环境卫生- 易引起其它灾害
4、,5.城市固体废弃物的最终处置方法,进行无害化处理与处置,进行综合利用或回收利用,少产生或不产生,固 废,消毒 稳定化 焚烧 固化处理填埋,循环利用 翻新 逆向物流 综合利用,”3R”原则,“Reduce”,“Reuse”,“Recycle”,海外國家的都市固體廢物管理Municipal Solid Waste Management in Other Countries,Municipal Solid Waste (MSW) Generation in Hong Kong 香港的都市固體廢物生產量,40 %,60%,Recovered 2.3 million tonnes回收再造二百三十萬公噸
5、,Disposed of at landfills 3.4 million tonnes棄置於堆填區三百四十萬公噸,Hong Kong generated 5.7 million tonnes MSW in 2004香港於2004年共產生五百七十萬公噸都市固體廢物,Source : EPD,三种垃圾处理方式比较,卫生填埋的优点,技术成熟可靠，能有效防止垃圾对场地周边环境，尤其是地下水源的污染；经济适用，其处理成本仅为堆肥法的13，焚烧法的110；处理完全彻底，不存在二次污染问题；沼气回收，节约能源，垃圾淋滤液可收集起来集中处理；根据垃圾堆放情况，可将垃圾填埋场改造成建筑用地、农牧业用地或绿地等
6、，改善环境质量及其景观。,我国城市生活垃圾填埋处理技术发展,70年代以前：自然堆放80年代末开始：卫生填埋90年代后期：填埋、焚烧、堆肥技术,2005年中国城市生活垃圾处理设施情况,处理厂分布图Number of Facilities,处理能力分布图Treatment Capacity of Facilities,处理量分布图Quantity Treated,中国的垃圾无害化处理率: 3540The harmless treatment rate of MSW : 3540%,在我国，填埋法是城市生活垃圾处理的主要方式，发展卫生填埋技术是主流。,因地制宜发展焚烧、堆肥、综合利用技术等多种处理手
7、段有利于促进垃圾的资源化再利用和社会的可持续发展。,第九讲城市固体废物的处理,一、城市固体废物处理综述,二、 填埋场的规划设计,三、 防渗衬垫系统的设计,四、淋滤液收集与处理,六、顶部覆盖系统,五、气体收集系统,七、环境监测,按场址地形分: 山谷型：对环境影响小、征地费低、水平防渗难 、雨水截流难、地下水易受污染。 平地型：厚土层吸污水、覆土多、施工方便、易水平防渗、征地费用高、对周围环境易造成影响。 坡地型：渗滤液易收集和导排、土方量小、征地费低、易水平防渗、易实现雨污分流、污水量小、有利于保护地下水。 滩涂型：不会污染城市污水、污水处理费用低、易水平防渗、易实现雨污分流、不利防止地下水污染
8、、需对地进行加固。,二、 填埋场的规划设计,填埋场的类型 及功能,垃圾填埋场的功能:消纳城市生活垃圾控制垃圾污染促进垃圾的资源化利用保护环境,二、 填埋场的规划设计,填埋场的类型 及功能,环境保护原则,1、填埋场防洪标准应符合：大型填埋场（库容大于500万m3）按50年一遇设计，100年一遇校核；其余按20年一遇设计，50年一遇校核；2、离居民住宅区50m以外；3、不应设在国家自然保护区、风景区、文物古迹区、国防设施用地区；4、水源保护区下游，夏季主导风向下风向。,二、 填埋场的规划设计,填埋场选址 基本原则,工程学及安全生产原则,二、 填埋场的规划设计,填埋场选址 基本原则,1、库容足够、使
9、用年限宜10年以上，特殊不低于8年；2、运距合理，交通方便；3、防渗处理容易；4、有较丰富的土源；5、尽可能利用天然地形条件，减少土方工程量,经济原则,二、 填埋场的规划设计,填埋场选址 基本原则,1、尽量利用荒地、山谷；2、尽量提高单位面积上的填埋量，即填埋场的空间利用系数；3、尽量减少工程量；4、运行管理经济合理；5、封场后综合开发利用。,法律及社会支持原则,二、 填埋场的规划设计,填埋场选址 基本原则,1、必须符合城市用地规划、区域环境规划，城市总体规划以及环境卫生专项规划；2、符合国家以及当地的有关法律、法规；3、注意公众舆论和社会影响；4、尽量符合城市给水排水设施规划。,二、 填埋场
10、的规划设计,填埋场设计基本原则,防,排,堵,治,地表径流、地下水、雨水,渗滤液,渗滤液、填埋气体,渗滤液和填埋气体的无害化处理,填埋场的设计内容,典型的垃圾填埋场一般由封顶层、复合型底部衬垫层及废弃物堆积体等构成。填埋场的设计及施工项目包括：填埋场选址、场地平整、基底处理、填埋单元划分、周边与单元间的通道、组合衬垫材料及其系统设计、淋滤液收集和排放系统设计、气体收集系统设计、最终覆盖材料及其系统设计、填埋场沉降计算、边坡稳定分析、雨水管理系统设计、地下水监测系统设计、填埋气体监测系统设计以及施工质量管理等。,二、 填埋场的规划设计,垃圾填埋场的组成及布置,排水沟,表土覆盖层,表面隔断层,基础隔
11、断层,地基基础,垃圾渗水,和地下水的距离,渗水导管,气体导管,竖井,地质屏障,经处理的地质屏障,地下水,气体收集,渗水收集,垃 圾 体,垃圾填埋体的主要构成,衬垫系统渗滤液收集与排放气体收集最终覆盖系统,第九讲城市固体废物的处理,一、城市固体废物处理综述,二、 填埋场的规划设计,三、 防渗衬垫系统的设计,四、淋滤液收集与处理,六、顶部覆盖系统,五、气体收集系统,七、环境监测,三、 防渗衬垫系统的设计,衬垫系统的作用和类型,衬垫系统是填埋场所有系统中最关键的部位，位于填埋场底部和四周侧面，是一种水力隔离措施，用来将废弃物与周围环境隔开，避免土壤和地下水污染。,设计内容：选择合适的防渗和排水材料进
12、行防渗结构的优化布置,压实粘土衬垫柔性膜衬垫土工聚合粘土衬垫,三、 防渗衬垫系统的设计,衬垫系统的作用和类型,类型,低渗透性（110-7cm/s）足够的抗剪强度干燥时收缩势最小,三、 防渗衬垫系统的设计,压实粘土衬垫,压实粘土衬垫的基本要求,三、 防渗衬垫系统的设计,压实粘土衬垫,选择合适的土料,细粒料含量20%塑性指数：Ip=1035砾粒含量10%（建议值）石料：除去直径大于2.55cm的石块,三、 防渗衬垫系统的设计,压实粘土衬垫,确定并满足含水量-干密度标准,填埋场粘土衬垫既要保证衬垫土料能压实到一定的含水量和干密度（干容重）以得到较低的透水率，又要在其它方面（如抗剪强度等）具有较好的工
13、程性能。,注：压实度为填土的设计干密度与最大干密度之比。 粘土衬垫的填筑含水量约比其它工程填土的提高2%6%,根据渗透性和抗剪强度确定击实粘土的最优含水量和干密度,根据渗透性确定击实粘土的最优含水量和干密度,三、 防渗衬垫系统的设计,压实粘土衬垫,压碎土块,土块大小对压实粘土透水性的影响,三、 防渗衬垫系统的设计,压实粘土衬垫,进行恰当的压实,压实功能是对粘土衬垫材料的工程性质起重要控制作用的主要因素之一。压实功能增加，有助于重塑土块，使土粒重新排列，则粘土的干密度（干容重）增加，最优含水量减少，渗透性也降低。,土块间的孔隙,土块重塑对压实粘土透水性的影响,三、 防渗衬垫系统的设计,压实粘土衬
14、垫,消除压实层界面,压实层界面水流,部分贯入和全贯入羊脚碾,三、 防渗衬垫系统的设计,压实粘土衬垫,避免脱水干燥,用含砂量较高的土料（与渗透性的矛盾）；在低填筑含水量下压实；保护好粘土隔离层。,三、 防渗衬垫系统的设计,柔性膜衬垫,土工膜是由一种或几种聚合物，再加上一系列附加剂，如：碳黑、色料、充填物增塑剂、催化剂、交联化工产品、抗降解材料以及杀虫剂等制成的。用来制造土工膜的聚合物包括多种化学稳定性和基本结构不同的塑料和橡胶。土工膜是用于填埋工程的三种主要土工合成材料之一（另两种分别是土工网和土工织物）。由于其固有的不透水性，被广泛应用于填埋场、作为水、气的隔离层。,三、 防渗衬垫系统的设计,
15、柔性膜衬垫,土工膜：透水性极小，通过水汽渗透试验测得其渗透系数约为0.510-100.510-13cm/s。可以说，它是一种基本不透水的连续聚合物薄膜 。土工布（土工织物）：用于透水、隔离和保护土工膜。土工网：排水。,垃圾填埋场HDPE土工膜焊接施工现场,垃圾填埋场HDPE土工膜焊接和塑料渗滤管网,垃圾填埋场无纺布敷设和HDPE土工膜焊接,土工膜斜坡铺设,土工膜施工与全景图,土工聚合粘土衬垫是以无纺土工织物或土工膜为上下支撑、其间夹以膨润土或其它低渗透性材料，用针刺、缝合或化学胶结而成的复合防渗材料。,三、 防渗衬垫系统的设计,土工聚合粘土衬垫,经过压实粘土、土工膜和复合衬垫的渗流模式,复合衬
16、垫,优选推荐 不宜采用,复合衬垫的紧密水力接触,第九讲城市固体废物的处理,一、城市固体废物处理综述,二、 填埋场的规划设计,三、 防渗衬垫系统的设计,四、淋滤液收集与处理,六、顶部覆盖系统,五、气体收集系统,七、环境监测,四、淋滤液收集与处理,淋滤液定义,垃圾填埋场淋（渗）滤液是由于降水经过垃圾土过滤和对垃圾土压榨产生的，是一种典型的污染液。,渗滤液是一种具有强烈气味的黑色液体。,四、淋滤液收集与处理,影响淋滤液数量的因素,垃圾渗滤液的产生主要来自三个方面：大气降雨和地表径流；垃圾中原有的含水；在垃圾填埋后由于微生物的厌氧分解作用而产生的水。 垃圾渗滤液的主要来源是降雨。,四、淋滤液收集与处理
17、,影响淋滤液数量的因素,降水量、地表水的浸入遮蔽条件、顶盖设计,四、淋滤液收集与处理,淋滤液数量计算,四、淋滤液收集与处理,淋滤液性质,1）有机污染物浓度高，尤以5年内的“年轻”填埋场的渗滤液为最; 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，其含量与所填埋的废物组分及时间密切相关；,四、淋滤液收集与处理,淋滤液性质,5）溶解性固体含量较高，在填埋初期（0.52.5年）呈上升趋势，直至达到峰值，然后随填埋时间增加逐年下降直至最终稳定； 6）色度高，以淡茶色、暗褐色或黑色为主，具较浓的腐败臭味； 7）水质历时变
18、化大，废物填埋初期，其渗滤液的pH值较低，而COD、BOD5、TOC、SS、硬度、金属离子含量较高；而后期，上述组分浓度则明显下降。,渗滤液特征随填埋场年龄的变化,NH4+-N浓度随填埋年龄增长而提高，重金属离子浓度则有所下降。,渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，如未经处理直接排入土或地下水中，将会引起土和地下水的严重污染。,渗滤液溢出,四、淋滤液收集与处理,淋滤液的收集与排放系统,系统功能：将填埋场内产生的渗滤液收集起来，并通过污水管或调蓄池输送至污水处理站进行处理 系统组成：排水层、集水槽、多孔集水管、集水坑、提升管、潜水泵和调蓄池 系统设计原则：保证使复合衬垫以上渗滤液的累积不超过3
19、0cm ；按填埋场运用初期较大的渗滤液产出量设计，并保证该系统长期流通能力不发生障碍 。,四、淋滤液收集与处理,淋滤液的收集玉排放系统,衬垫系统是由一个或多个淋滤液排水层及低透水性隔离层（衬垫）组合而成的。衬垫和排水层的功能是互补的，衬垫防止淋滤液和气体流出填埋场并可改善其上排水层的功能。排水层则限制位于其下衬垫的水头，同时把渗透到排水层的液体送到由多孔淋滤液收集管组成的管网中。目前广泛应用于城市废弃物填埋场的双层复合衬垫系统有主、次两层淋滤液排水层。主要包括：保护层、排水层、反滤层、垫层,淋滤液排水层的构成,以砂作为主、次淋滤液排水层的双层复合衬垫系统,以土工织物和土工网作为排水层的双层复合
20、衬垫系统,四、淋滤液收集与处理,淋滤液的排放,保护层。由至少0.6m厚的砂或其它透水性粒状材料组成，其功能是防止固体废弃物损坏和堵塞淋滤液排水层。第一层淋滤液排水层。由透水性土或土工合成排水材料组成，功能是限制第一层衬垫中淋滤液水头的升高以及将固体废弃物中产生的淋滤液输送到多孔的淋滤液收集管中。第一层复合衬垫。上部为土工膜，下部为低透水性土。低透水性土可由压实粘土或土工聚合粘土衬垫构成。复合衬垫中土工膜和压实粘土之间应该设计成紧密接触。,四、淋滤液收集与处理,淋滤液的排放,第二层淋滤液排水层。由透水性土或土工合成排水材料组成，其功能是收集和检测流过第一层衬垫系统的淋滤液。第二层复合衬垫。仍由上
21、部的土工膜，下部的低透水性土组成。低透水性土可以是天然粘土、压实粘土或土工聚合粘土衬垫。土工膜和低透水性土两部分材料之间应设计成紧密接触。,四、淋滤液收集与处理,淋滤液的排放,土工织物的滤水功能是指液体通过织物本身的能力（即通过其加工平面的能力），同时，织物还起到对其上游土体的加筋作用；并要求其同时具有足够的透水性（要求织物结构稀疏）和反滤性能（要求织物结构致密）；还要求系统中的土工织物在长期使用时不会发生堵塞。因此土工织物的滤水性可定义在不限定的长时期内允许液体自由流经（但没有土体流失）织物平面的一种平衡的织物一土体系统。,土工织物滤水层：用合成纤维纺织或经胶结、热压针刺等无纺工艺制成的土木
22、工程用卷材，其功能是分隔、加强、反滤和排水。,四、淋滤液收集与处理,淋滤液收集系统,淋滤液收集系统的功能是收集、输送来自填埋场的淋滤液，以待处理。收集系统必须保证复合衬垫上面集存的淋滤液水头小于30厘米以尽可能减轻其对地下水的污染。淋滤液收集系统包括淋滤液排放层、收集槽、多孔收集管、收集池、提升管、泵以及淋滤液存贮池。当淋滤液直接注入污水管道时可不设存贮池。各部分的设计都必须考虑基于初始运行期的较大流量和在长期水流作用下其它一些使系统功能破坏的问题。,四、淋滤液收集与处理,淋滤液收集系统,底面坡降,为了防止淋滤液在填埋场底部积蓄，填埋场底面应做成一系列坡形的阶地。填埋场底部的轮廓边界和构造必须
23、能够使得重力水流始终流向最低点，主、次两级淋滤液收集系统均应满足上述要求。,四、淋滤液收集与处理,淋滤液收集系统,淋滤液收集槽,淋滤液收集管通常埋设于堆填砾石的收集槽中，收集槽应衬以土工织物以防止细粒穿过衬垫进入收集槽并渐次进入收集管。,四、淋滤液收集与处理,淋滤液收集系统,淋滤液收集管,渗滤液收集管上的布孔,四、淋滤液收集与处理,淋滤液收集系统,淋滤液收集管,集水管材料类型：HDPE管管径和管壁厚度：a所需的流量。根据已知填埋场渗滤液渗出率、填埋场最大排水坡度以及最大管距确定所需流量；b管径大小。根据需要通过的流量和集水管最小纵坡确定管径大小；c集水管本身的构造强度。 管壁孔、缝的大小与分布
24、：集水管单位长度最大渗滤液流入量 管身基底材料的类型和为支撑管身所需的压实度 ：关注管身变形和稳定性,四、淋滤液收集与处理,淋滤液收集系统,淋滤液收集池和提升管,淋滤液收集池是填埋场衬垫中的低洼点，用以收集淋滤液。收集池用砾石堆填以支承上覆废弃物、覆盖系统及后期封闭物等荷载。,四、淋滤液收集与处理,淋滤液收集系统,淋滤液收集泵,泵的输送能力需仔细计算：必须考虑吸入高度及上扬水头，此时应注意淋滤液密度大于水的密度。用来从收集池抽排淋滤液的水泵必须能保证运送最大产流。这些泵应有足够的工作扬程以使淋滤液从集水池送到要求的排放口。,四、淋滤液收集与处理,淋滤液的处理,1）现场解毒法 2）现场稳定法 3
25、）现场隔离法 4）抽排法,生物降解法化学解毒法物理解毒法,四、淋滤液收集与处理,淋滤液的处理,1）现场解毒法,生物降解法,生物降解法是利用某些微生物具备的对填埋场淋滤液中有害物质产生降解作用而生成无毒、低毒物性质的一种废料处理技术。生物降解需在足够的氮、溶解氧、合适的温度等条件下进行；此外，一定的pH值、孔隙空间、静水压力、水的存在等也是使生物降解作用顺利进行的必要条件。,四、淋滤液收集与处理,淋滤液的处理,1）现场解毒法,化学解毒法,化学解毒法是将某些化学药品注入到受污染的地下水中，使污染物与化学药品发生反应，生成无害物质来达到治理污染地下水目的的技术。它主要包括： 在污染区内注入中性药剂中
26、和酸性及强酸性污染物： 注入氧化剂(如臭氧、氯、过氧化氢等)来破坏有机物的结构，过氧化氢的加入可同时加速好氧菌分解活动； 过滤技术，即利用关键性热液使有机物和金属从土体中渗滤出来。,四、淋滤液收集与处理,淋滤液的处理,1）现场解毒法,物理解毒法,物理解毒法是指调整地下水位和真空吸出挥发性污染物的技术。降低地下水位可促进非饱水带中污染物的自然降解，而人工升高地下水位可将污染物冲洗掉。挥发性污染物可以用真空泵从非饱水带中吸出。,四、淋滤液收集与处理,淋滤液的处理,2）现场稳定法,现场稳定法主要采用将可溶污染物转化成不溶性物质或将污染物圈闭在不溶性胶体中的技术来阻止污染范围扩大。将可溶物转化为不溶物
27、的方法一般只适用于无机物，特别是重金属；圈闭可用硅胶、硫磺或有机高分子胶结物等胶体来阻止污染物向外扩散。,四、淋滤液收集与处理,淋滤液的处理,3）现场隔离法,现场隔离法是在污染区范围内设置不透水的障碍层来阻止污染进一步向外扩散。障碍层有地下连续墙、注浆帷幕、搅拌桩、钢板桩、底板封闭(土体冻结)等形式。这些障碍层的深度一般以隔离含水层为宜。现场隔离法只能阻止污染物的进一步扩散，而不能改良受污染地下水的水质。,四、淋滤液收集与处理,淋滤液的处理,4）抽排法,抽排法是将污染的地下水抽出地面并送废水处理场作统一处理，也是处理受污染地下水的方法之一。在抽水之前，需要在污染区打若干抽水井；井的布置根据污染
28、程度确定，污染严重区的井孔可适当布置密一些。,第九讲城市固体废物的处理,一、城市固体废物处理综述,二、 填埋场的规划设计,三、 防渗衬垫系统的设计,四、淋滤液收集与处理,六、顶部覆盖系统,五、气体收集系统,七、环境监测,五、气体收集系统,填埋气体的生成,城市固体废弃物在分解过程中产生大量的气体，填埋场气体的生成是一个生化过程，在此过程中微生物将有机废弃物分解产生CO2、CH4和其他气体。,五、气体收集系统,填埋气体的生成,填埋场封闭后，由于供氧迅速耗尽（但不彻底），微生物成长的有氧阶段相对较短；厌氧且生成酸根的微生物开始出现；好氧和厌氧细菌分解废弃物中的长链有机复合物（主要是碳氢化合物）生成有
29、机酸根，主要为CO2；在填埋场封闭后的11-40 天内为产生CO2的高峰期，这个阶段产生90%的CO2、耗尽所有氧气；,五、气体收集系统,填埋气体的生成,生成CH4的微生物开始占主导地位； 厌氧细菌利用酸生成CH4、一些CO2和水； 填埋场封闭180至500天后，CH4不断增加，CO2不断减少，但要形成连续的CH4气流需1到2年； 接下来的2年将产生大约30%的CH4,5年后产生大约50%的CH4，因此，CH4是以不断下降的速率持续产生的。,五、气体收集系统,填埋气体的生成,每吨固体废弃物每年产生的CH4约为1.2-5.9m3，一个每年300百万吨的大填埋场，每天要产生7300-44600m3
30、的CH4。,五、气体收集系统,填埋气体的生成,影响填埋气体产生的因素,废弃物的构成和有机物含量含水量温度填埋环境,五、气体收集系统,收集系统的类型和组成,主动收集系统被动收集系统,被动收集系统适用于垃圾填埋量不大、填埋深度浅、产气量较低的小型城市垃圾填埋场（40000m3）。,五、气体收集系统,收集系统的类型和组成,被动收集系统,被动气体收集系统允许气体在没有鼓风机、气泵之类的机械装置下排放，这种系统可用于填埋场内部或外部。,五、气体收集系统,收集系统的类型和组成,主动收集系统,使用负压或真空将填埋场废弃物中的气体通过抽气井、抽气暗沟或排气层抽出来。主动气体收集系统主要由抽气井、气体收集管、水
31、汽凝结器和泵站、真空源、气体处理和焚烧站、气体监测装置等组成。,五、气体收集系统,收集系统的类型和组成,主动收集系统抽气井,竖直抽气井水平抽气井,竖直抽气井,水平抽气井,五、气体收集系统,收集系统的类型和组成,主动收集系统气体收集管,收集气体的真空通过预埋管网传递至抽气井，主要收集管设计成循环网络，以有利于气流的分配和降低整个系统的压差。预埋管是倾斜的，其坡度应保证使冷凝液在重力作用下被收集，并减小因不均匀沉降造成的阻塞。管径应该略大一些，以减小由于摩擦产生的水头损失。,五、气体收集系统,收集系统的类型和组成,主动收集系统冷凝液收集井和泵站,每产生1万m3的气体，会产生0.07-0.8m3的冷
32、凝液，冷凝液的产生与系统的真空压力和废弃物的湿气含量有关。冷凝液汇集于气体收集系统中的低凹点，会切断传至抽气井的真空，损害系统的运转。冷凝液分离器通过促进液滴的形成并将它们以一定方式从气体中分离出来，汇集于固定地方来解决这个问题。所以，冷凝液收集井应该是气体收集系统中的一部分。,五、气体收集系统,收集系统的类型和组成,主动收集系统真空源,鼓风机的安装高度应略高于收集管末端点，以利于形成冷凝液滴。鼓风机一般置于燃气电厂或焚烧站内。鼓风机要使抽气系统形成真空，以便将填埋场气体输送到燃气电厂或焚烧站。,五、气体收集系统,收集系统的类型和组成,主动收集系统气体监测装置,如果填埋场气体收集井的范围不能合
33、理调整，气体可能逸出填埋场。由于填埋场气体易于爆炸，应在沿填埋场四周的土中放置气体监测装置，在CH4对附近区域构成威胁之前监测逸出的CH4。,五、气体收集系统,填埋场气体的处理,气体焚烧气体加工处理和能源利用,五、气体收集系统,填埋场气体的处理,气体焚烧,指通过焚烧加热破坏气体的有机成份。当气体中的CH4较为充足时（大于总体积的20%），焚烧是一种常用的填埋场气体处理方法。焚烧可以减少臭气，通常比消极排放效果更好。目前，大部分焚烧均采用封闭式，它烧得时间更长，内部温度更高，比开放式燃烧的效果更佳。,五、气体收集系统,填埋场气体的处理,气体加工处理和能源利用,填埋场气体可以进行脱水和去除CO2等
34、杂气的处理。未处理的气体每m3只含4450千卡燃烧值，是天然气的一半，处理过的气体燃烧值每m3可达8890千卡。这种气体可作为天然气直接通过管道卖给用户。,五、气体收集系统,填埋场气体的处理,气体加工处理和能源利用,能量回收只能在少数填埋场使用，只有那些大填埋场才能使能量回收再利用经济可行。能量再利用费用是否合理决定于气体的质量与体积。一般来说，封闭了5年的填埋场才适于再生能源，同时随时间条件的变化，填埋场产气能力会下降。一个填埋场可以产15年的气体或更久，但这取决于产气速率、废弃物的含水量、填埋场的封闭方式。,五、气体收集系统,填埋场气体的处理,气体加工处理和能源利用,第九讲城市固体废物的处
35、理,一、城市固体废物处理综述,二、 填埋场的规划设计,三、 防渗衬垫系统的设计,四、淋滤液收集与处理,六、顶部覆盖系统,五、气体收集系统,七、环境监测,六、顶部覆盖系统,顶部覆盖系统的功能,系统功能：对填埋场进行封闭，减少地表径流和地面降水渗进填埋场，以使场内可能产生渗漏污染的渗滤液减至最少，是发挥填埋场“防”的功能的主要措施从生态环境保护的角度，覆盖系统的设计还应考虑到覆土厚度对植物生长的影响考虑设置集气层以收集和排出垃圾分解产生的废气,六、顶部覆盖系统,顶部覆盖系统的形式,(1)使用期临时覆盖层，称日覆盖层：由于在使用期，每日需要填埋作业，因此填埋场的顶部是敞开的，只作简单的日覆盖，甚至不
36、作覆盖。日覆盖层一般是碾压程度很低的粘土铺层。显然，临时覆盖层的防渗效果是很难保证的，可以将日覆盖土料与填埋固体废物作为混合的垃圾土体，按综合的渗透系数考虑。(2)填埋单元的封闭覆盖层，称中间覆盖层：介于日覆盖层与最终覆盖层之间，防渗功能已比较完善，其防渗效果和机理近似于最终覆盖层。,六、顶部覆盖系统,顶部覆盖系统的形式,(3)封场后永久覆盖层，称最终覆盖层：对于最终覆盖层，要求防渗功能完善，有着良好的防渗效果，能够严格防止雨水和地表径流入渗，也能够严格防止场内浸出液外溢。最终覆盖层一般为多分层结构，如植被层、自由土层、渗滤砂层、生物侵蚀砾石层、排水砂层、压实粘土或土工膜压实粘土防渗层等。,不
37、管是哪种形式，覆盖层的防渗功能均是由压实粘土或土工膜来实现的。,六、顶部覆盖系统,最终覆盖系统的组成,最终覆盖（封顶）系统的作用是限制降水渗入废弃物以尽量减少有可能侵入地下水源的淋滤液的产出。,垃圾填埋场最终覆盖系统由排气层、低透水层、排水层及保护层、侵蚀控制层等组成。,排气层厚度不小于30cm,可使用与排水层同样的粗粒多孔材料或等效土工合成材料,减少水的渗入，需考虑沉陷、干裂缝以及冻溶循环等破坏因素,侧向排水及防止冰冻穿透致低透水层,侵蚀控制层,六、顶部覆盖系统,顶部防渗应注意的问题,垃圾场的沉降和不均匀沉降可能导致土工膜的撕裂，破坏覆盖系统的防渗效果要防止植物根系生长对土工膜衬垫的破坏，防
38、止啮齿类动物对土工膜的啃食破坏 填埋场覆盖系统的坡度设计问题 太阳辐射和温差变化对顶部土工膜衬垫也有不利影响,第九讲城市固体废物的处理,一、城市固体废物处理综述,二、 填埋场的规划设计,三、 防渗衬垫系统的设计,四、淋滤液收集与处理,六、顶部覆盖系统,五、气体收集系统,七、环境监测,七、环境监测,监测内容,垃圾渗滤液水质监测地下水环境监测地表水的环境监测大气环境及导气系统监测土壤环境监测蝇密度监测封场后的监测,1. 垃圾渗滤液水质监测监测内容：测定填埋场渗滤液的初始水质和经污水处理设施处理后的排放水质。监测目的：（1）掌握渗滤液水质与垃圾填埋年份的关系；（2）检查污水处理设施的处理效果和排放水
39、质是否符合排放要求。监测方式：随时监测（对主要污染因子以及水质、水量可能发生显著变化时）+定期监测（12次/月）。监测项目：水温、pH、色度、CODCr、BOD5、NH3-N、SS。条件许可时可加测总硬度、硫化物、有机质、三甲胺、甲硫醇、二甲基二硫、重金属。,2.地下水环境监测监测内容：填埋场运营前后的地下水水质变化情况。监测目的：检查防渗系统的防渗效果。监测方式：在填埋场的水力上游区和水力下游区设置地下水监测井。需记录丰、平、枯3个水文期的监测数据。监测项目：pH、CODCr、BOD5、NH3-N、硬度、总氮、总磷、总硫、大肠杆菌群和细菌总数。,3.地表水的环境监测监测目的：了解填埋场垃圾渗
40、滤液和其他污水排入地表水体后对受纳水体的水质影响情况。监测内容：填埋场施工和运营前对地表水体水质的本底监测，填埋场运营期的水质监测和填埋场封场后的水质监测。监测方式：需记录丰、平、枯3个水文期的监测数据。监测项目：pH、CODCr、BOD5、NH3-N、硬度、总氮、总磷、总硫、大肠杆菌群和细菌总数。,4. 大气环境及导气系统监测监测目的：了解填埋场周围大气环境质量和填埋气体的释出情况。监测内容：（1）大气环境监测 确定填埋气体和扬尘对大气环境的影响程度；（2）导气系统总排气口监测 对气体收集导出系统排出的气体进行组合分析，以能掌握填埋场内有机质的降解情况。监测方式：（1）大气环境监测 每年4次
41、，按春、夏、秋、冬进行；（2）导气系统总排气口监测 CH4每天1次，其余每月1次。监测项目：（1）大气环境监测 ；（2）导气系统总排气口监测 。,5.土壤环境监测监测目的：了解填埋场渗滤液排放和垃圾散落对周围土壤的污染情况。监测方式：一般每年1次。监测项目： pH、有机质、总氮、总磷、总硫、总钾、氨氮、重金属及大肠杆菌值。,6. 蝇密度监测监测目的：了解填埋场内苍蝇滋生密度和种类，以此考核灭蝇工作好坏和环境影响。监测方法： 捕蝇笼法、粘蝇纸法、目测法。,7. 封场后的监测监测内容：地下水填埋气体土壤环境监测,第九讲城市固体废物的处理,一、城市固体废物处理综述,二、填埋场的规划设计,三、防渗衬垫
42、系统的设计,四、淋滤液收集与处理,六、顶部覆盖系统,五、气体收集系统,七、环境监测,八、垃圾土的工程特性,九、垃圾填埋相关的其他环境岩土工程问题,八、垃圾土的工程特性,垃圾土基本性质指标,有机质含量容重含水量比重孔隙比渗透性抗剪强度动力试验,八、垃圾土的工程特性,垃圾土基本性质指标,有机质含量容重含水量比重孔隙比渗透性抗剪强度动力试验,试样来源杭州市天子岭垃圾填埋场,在杭州市天子岭垃圾填埋场共钻取42桶土样（高200m，直径101m），对取土质量好、土样完整的试样做三轴试验，对不完整的土样进行物理性质指标试验。进行物理性质指标试验时要称取整桶土的质量，并对整桶土进行烘干，烘干温度宜控制在60-
43、70之间， 烘干时间应大于12小时，以获取天然密度和天然含水量。烘干后的垃圾可用于土粒的相对密度试验、有机质含量试验和垃圾的成分分析。有机质含量试验应采用较大体积的陶瓷瓶，并保持550的温度烘干1小时以上。,有机质含量,有机质含量大多落在20-40%之间 有机质含量大致随埋深的增加而降低经济较发达地区的垃圾有机质含量较高,有机质含量定义:有机质成分在垃圾填埋物中的质量百分比。,中国部分城市垃圾有机质含量,容 重,垃圾的天然容重最小值为7.8kN/m3，最大值为13.4 kN/m3，大多落在9.0-12.0kN/m3之间由三个测孔得到的垃圾的天然容重平均值较为接近，约为10.6 kN/m3天然密
44、度并不随埋深的增大而呈现出有规律的增大,容重的定义：垃圾填埋物的重量与体积之比。,含水量,天然含水量的变化范围也很大。最大者可达188%，最小者为41.6%，一般分布在60-110%之间 随埋深的增大而呈现减小的趋势,含水量的定义：垃圾中水的质量Mw与干土重Ms之比，用于土工分析；垃圾中水的体积Vw与垃圾总体积V之比，用于水文及环境工程分析,天然含水量及其随深度的变化关系,比重,最小值为1.72，最大值为2.53，大多分布于2.0-2.4之间 三个测孔的比重平均值较接近，约为2.17 垃圾的土粒比重小于天然砂土和粘性土的（2.6-2.8）且略小于有机质土（2.4-2.5）,垃圾的比重（垃圾相对
45、密度）ds是烘干垃圾与同体积4纯水之间的质量比或重量比，由于垃圾中含有较多的有机质，测定时采用煤油代替蒸馏水，则,渗透性,垃圾土的渗透系数变化范围较大，但是基本上落在210-4410-3cm/s的范围之间。随着埋填深度和填埋时间的增长而减小。,垃圾填土的渗透性以垃圾的渗透参数k来描述，测量垃圾的渗透系数可采用现场抽水试验、大尺寸试坑渗漏试验或大直径试样的实验室试验等方法，也可根据填埋场的降水量和渗滤液产出体积之间随时间的变化关系进行估算。,垃圾土渗透系数综合资料,抗剪强度,垃圾的强度仍用抗剪强度表示。由于固体废弃物含有大量的有机物和纤维素，其剪切效应与泥炭较为接近。考虑到垃圾的组成比较复杂，分
46、布不均匀，可采用以下方法确定垃圾的抗剪强度：常规的室内或现场试验，但应取用较大试样；根据填埋边坡稳定破坏面或荷载实验反算；间接的原位试验方法。,不固结不排水三轴实验,不固结不排水摩尔应力圆 （Z=14.614.8m）,不固结不排水三轴实验,不固结不排水三轴试验的1-3关系曲线,不固结不排水三轴实验,不固结不排水三轴试验/（1-3）关系曲线,固结不排水三轴实验,固结不排水摩尔圆,固结不排水三轴实验,固结不排水试验 1-3 关系曲线,固结不排水三轴实验,固结不排水 /（1-3） 曲线,静力触探（CPT）试验,端阻随埋深的变化 侧阻随埋深的变化 摩阻比与深度变化关系,垃圾土的抗剪强度指标,垃圾土动力
47、试验,垃圾土动力试验,垃圾土动力试验,八、垃圾土的工程特性,垃圾填埋场沉降分析,填埋场的沉降包括填埋场地基沉降填埋场地基沉降对填埋场底部防渗系统有重要影响；垃圾填埋体沉降垃圾填埋体的沉降分析对填埋场的封顶系统设计和估算场地最终填埋容量都是十分重要的，对填埋场竖向扩容设计和填埋场封顶后的使用（如修建道路或其它建筑物等）规划也是十分必要的。而且，垃圾填埋体的不均匀沉降对渗滤液收集管路和气体疏导设施的安全等都有不利影响。,八、垃圾土的工程特性,垃圾填埋场沉降分析,垃圾土在自重作用下的压缩是由孔隙体积减小和有机物分解共同影响的结果。,主沉降：垃圾填埋后短时间内产生的沉降次沉降：垃圾体蠕变调整产生的沉降
48、有机物分解沉降：固相体积缩减引起的沉降,八、垃圾土的工程特性,控制填埋沉降的措施,粉碎垃圾分层压实分区填埋渗滤液回灌封顶设计成一定的坡度,渗滤液回灌就是将在填埋场底部收集的渗滤液从其覆盖层表面或覆盖层下部重新灌入填埋场，利用填埋场垃圾层这个生物滤床净化渗滤液。回灌缩短垃圾降解所需时间，增加垃圾压实密度，进而增加垃圾填埋量，同时增加渗滤液在填埋场中的停留时间，使得渗滤液污染物充分降解而浓度大为降低。回灌法主要适用于气候干旱、渗滤液产生量较少的情况。,第九讲城市固体废物的处理,一、城市固体废物处理综述,二、填埋场的规划设计,三、防渗衬垫系统的设计,四、淋滤液收集与处理,六、顶部覆盖系统,五、气体收集系统,七、环境监测,八、垃圾土的工程特性,九、垃圾填埋相关的其他环境岩土工程问题,九、垃圾填埋相关的其他环境岩土工程问题,填埋场的温度及影响,影响因素垃圾的含水量垃圾的微生物降解饱和垃圾层的厚度（即渗滤液浸润线的高度）,
