1、第四章 固体废物的最终处置,第一节 处置方法概述,第二节 卫生土地填埋,第一节 概述,1.1 固体废物的处置固体废物处置是指固体废物最终处置或安全处置，是固体废物污染控制的末端环节，是解决固体废物的归宿问题。,1.2 固体废物的处置原则 遵循的主要原则是减量化、资源化、无害化。,减量化:,是指减少固体废物的产生量和排放量。减量化的原则不只是减少固体废物的数量和体积，还包括减少其种类，降低危险废物的危险性等。,处置的要求 固体废物的最终处置是为了使固体废物最大限度地与生物圈隔离而采取的措施，是解决固体废物的最终归宿问题，对于防治固体废物的污染起着十分关键的作用。 固体废物处置的总的目标是确保废物
2、中的有毒有害物质，无论现在和将来都不致对人类及环境造成不可接受的危害。,资源化:,是指采取管理和工艺措施从固体废物中回收物质和能源，加速物质和能量的循环，创造经济价值广泛的技术方法。固体废物资源化的途径包括以下三个：,1）物质回收，即处理废物并从中回收指定的二次物质。,2）物质转换，即利用废物制取新形态的物质；,3）能量转换，即从废物处置过程中回收能量，包括热能和电能。,是指对已产生又无法或暂时尚不能综合利用的固体废物，经过物理、化学或生物方法，进行对环境无害或低危害的安全处置，达到废物的消毒、解毒或稳定化，以防止并减少固体废物的污染危害。,无害化：,1.3 固体废物的处置方法,固体废物处置的
3、基本方法是通过多重屏障（如天然屏障或人工屏障）实现有害物质同生物圈的有效隔离。,固体废物处置方法包括海洋处置和陆地处置两大类。海洋处置有海洋倾倒和远洋焚烧；陆地处置有土地耕作、永久贮存和土地填埋，其中应用最多的是土地填埋技术。,天然屏障 处置场地所处的地质构造和周围的地质环境； 沿着从处置场所经过地质环境到达生物圈的各种可能途径对于有害物质的阻滞作用。 人工屏障 使废物转化为具有低浸出性和适当机械强度的稳定的物理化学形态； 废物容器； 处置场地内各种辅助性工程屏障。,海洋处置：是基于海洋对固体废物进行处置的一种方法。 一类是传统的海洋倾倒； 一类是近年来发展起来的远洋焚烧。 陆地处置： 土地耕
4、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几种。,适宜的处置设施包括一个或数个处理和处置过程： A浓缩、干燥、压缩等减容预处理；B无害化解毒处理；C化学稳定化或固化；D焚烧或热解；E土地处理；F深井灌注；G卫生土地填埋；H安全土地填埋；I尾矿坝或贮留池；J工程库；K其他。,1.4 海洋处置 （1）概述 海洋倾倒 海洋倾倒实际上是选择距离和深度适宜的处置场，把废物直接倒入海洋。 远洋焚烧 用焚烧船在远海对废物进行焚烧破坏，主要用来处置卤化废物，冷凝液及焚烧残渣直接排入海中。 对于海洋处置应考路的问题： A对生态环境的影响如何； B同其他处置
5、方法相比是否经济可行； C是否满足有关海洋法规的规定。,（2）海洋倾倒理论依据及处置对象一类是禁止倾倒的废物：A含有机卤素、汞、镉及其化合物的废物；B强放射性废物；C原油、石油炼制品、残油及其废弃物；D严重妨碍航行、捕鱼及其他活动或危害海洋生物的、能在海面漂浮的物质。二类是需要获得特别许可证才能倾倒的废物：A含有砷、铅、铜、锌、铬、镍、钒等物质及化合物的废物；B含有氰化物、氟化物及有机硅化合物的废物；C弱放射性废物；D容易沉入海底，可能严重障碍捕鱼和航行的笨重的废弃物。三类是获得普通许可证即可倾倒的废物。,海洋倾倒程序 1、是根据有关法律规定选择处置场地； 2、根据处置区的海洋学特性、海洋保护
6、水质标准、废物的种类选择倾倒方式，进行技术可行性和经济分析； 3、按设计的倾倒方案进行投弃。 *对于放射性废物和重金属有害废物，需在海洋倾倒前进行水泥固化处理。,（3）远洋焚烧 基本概念 远洋焚烧是利用焚烧船在远海对固体废物进行处理处置的一种方法。 指以高温破坏为目的而在海洋焚烧设施上有意地焚烧废物或其他物质的行为。海洋焚烧设施包括用于此目的的船舶、平台或其他人工构筑物。 与陆地焚烧的区别：产生的氯化氢气体冷凝后可直接排入海中，焚烧残渣无需处理，也可直接排入海中。,焚烧操作 同海洋倾倒管理程序一样，需要进行远洋焚烧的单位，首先要向主管部门提出申请，在其海洋焚烧设施通过检查、获得焚烧许可证之后，
7、方能在指定海域进行焚烧。 基本要求： A 应控制焚烧系统的温度不低于1250； B 燃烧效率至少为99.950.05%， 基于燃烧效率=CCO2-CCO/ C CO2100%； 式中：CCO燃气中一氧化碳的浓度；CCO2燃气中二氧化碳的浓度。 C 炉台上不应有黑烟或火焰延露； D 焚烧过程随时对无线电呼叫作出反应。,1.5 深井灌注处置 （1）基本概念 深井灌注处置是指把液状废物注入到地下与饮用水和矿脉层隔开的可渗透性的岩层中。 深井灌注处置系统要求适宜的地层条件，并要求废物同建筑材料、岩层间的液体以及岩层本身具有相容性。 对象：一般废物和有害废物，都可采用深井灌注方法处置。适于深井灌注处置的
8、废物可分为有机和无机两大类。它们可以是液体、气体或固体，在进行深井灌注时，将这些气体和固体都溶解在液体里，形成直溶液、乳浊液或液固混合体。深井灌注方法主要是用来处置那些实践证明难于破坏、难于转化、不能采用其他方法处理处置，或者采用其他方法费用昂贵的废物。,（2）工作程序 场地选择 钻探与施工 操作与监测 1.6 土地填埋 （1）概念 土地填埋处置是为了保护环境，按照工程理论和土工标准，对固体废物进行有控管理的一种科学工程方法。,（2）分类 按填埋场地形特征可分为山间填埋、峡谷填埋、平地填埋、废矿坑填埋；,按填埋场地水文气象条件可分为干式填埋、湿式填埋和干、湿式混合填埋； 按填埋场的状态可分为厌
9、氧性填埋、好氧性填埋、准好氧性填埋和保管型填埋； 按固体废物污染防治法规，可分为一般固体废物填埋和工业固体废物填埋。在日本，工业固体废物填埋又分为遮断型、管理型和安定型三种。 土地填埋处置方法及场地的分类 1、惰性废物填埋 2、卫生土地填埋 3、工业废物土地填埋 4、安全土地填埋,第二节 卫生土地填埋,2.1 卫生填埋的定义 卫生土地填埋通常是每天把运到土地填埋场的废物在限定的区域内铺散成40-75cm的薄层，然后压实以减少废物的体积，并在每天操作之后用一层厚15-30cm的土壤覆盖、压实。废物层和土壤覆盖层共同构成一个单元，即填筑单元。定义：利用工程手段，采取有效技术措施，防止渗滤液及有害气
10、体对水体及大气的污染，并将垃圾压实减容至最小，填埋占地面积也最小；每天操作结束或每隔一定时间用土覆盖，使整个过程对公共卫生安全及环境均无危害的一种土地处理垃圾方法。 填埋单元：垃圾铺散成40-75cm薄层压实日覆盖厚15-30cm砂质土两者构成的单元。,2.2 卫生填埋场的分类 1、据自然地形条件的不同，可分为： 山谷型填埋场：地处重丘山地，库容大；填埋区工程设施由垃圾坝、渗滤液收集系统、大气系统、防排洪系统、覆土备料场等组成；垃圾填埋多采用斜坡作业法。 坑洼型填埋场：地处低洼丘地，库容通常较小；填埋区工程设施由引流、防渗、导气等系统组成；多采用坑填作业法。 滩涂型填埋场：地处海边或江边滩涂地
11、形，采用围堤筑路、排水清基等手段辟为填埋场，库容较大；填埋区工程设施由排水、防渗、导气、覆土场等系统组成；多采用平面作业法。,2.2 卫生填埋场的分类 2、据填埋场中垃圾降减机理，可分为：好氧填埋场：在垃圾体内布设通风管网，人工送风；优点是垃圾稳定快，高温灭菌，蒸发减少或消除渗滤液；不足时单位造价高，结构复杂，施工难度大；适用性：干旱少雨的中小城市；有机物含量高、含水率低的生活垃圾。包头市有一实例。 厌氧填埋场：无需供氧，垃圾填埋体内基本处于厌氧分解状态。其优点是投资和运营费低，管理简单，适应性广。应用较广，如上海老港、杭州天子岭、广州大田山、北京阿苏卫等。 准好氧填埋场：与好氧填埋的机理、结
12、构、特点等相似，但供氧是通过自然通风，而非强制鼓风。,2.3 卫生填埋场的特点 无论从环境还是从社会与经济角度看，卫生填埋场的建立都是必要的。其优点是： 1）是一种完全的、最终的处理方式； 2）适应性广（垃圾的质和量）； 3）一次性投资和运行费用较低； 4）运行管理较方便。 其不足是： 1）占地面积大，选址困难； 2）渗滤液处理难度大； 3）减量化、资源化程度低。 目前卫生填埋仍是世界各国生活垃圾处置的主要方式；而国内因垃圾热值普遍较低、数量巨大和经济实力较弱等原因，卫生填埋也被普遍采用。,2.4 卫生填埋场的生物降解产物 有机垃圾的微生物降解依次经历好氧分解、兼氧分解、和完全厌氧分解几个阶段
13、：第一阶段好氧分解阶段。复杂有机物通过微生物胞外酶分解成简单有机物，后者再通过好氧分解转化成小分子物质或CO2和水，并释放热量。在较短时间内完成（一般为十至数十天）。其特点是：渗滤液产量较少，有机质浓度较高，可生化性好；pH呈弱酸或近中性，CO2开始产生；渗滤液含一定硫酸根、硝酸根和重金属；产生大量热，可使温度增加数度至十余度。,2.4 卫生填埋场的生物降解产物 第二阶段过渡阶段（液化或兼氧分解阶段），通常为好氧分解后的十余天。填埋场内水分渐达饱和，氧气被耗尽，厌氧环境开始建立。复杂有机物（多糖、蛋白质等）在微生物和化学作用下水解、发酵，由不溶性物质变为可溶性物质，并生成VFA、CO2和少量H
14、2。其特点如下：渗滤液的pH继续下降，COD升高；渗滤液含较高浓度的脂肪酸、钙、铁、重金属和氨；气体以CO2为主，少量H2和N2，基本不含CH4。,第三阶段产酸阶段（发酵阶段）。微生物降解第二阶段积累的溶于水的产物转化为酸（大部分为乙酸）、醇及CO2和H2可作为甲烷细菌的底物而转换为CH4和CO2其特征为：pH值很低，呈酸性，而COD和BOD急剧升高； 酸性使无机物尤其是重金属溶解，呈离子态；渗滤液含大量可产气有机物和营养物，可生化性好（BOD5/COD0.4 ），氨氮浓度逐渐升高。CO仍是该阶段的主要气体，先升后趋缓，有少量H2。,2.4 卫生填埋场的生物降解产物 第四阶段产甲烷阶段。前几阶
15、段的产物（乙酸、H2）在产甲烷菌的作用下转化为CH4和CO2。为能源回用的黄金期一般持续数年。其特点是： 脂肪酸浓度降低，渗滤液的BOD、COD逐渐下降，可生化性变差，氨氮浓度高，pH值升高（6.88），重金属离子降低。 甲烷产生率稳定，甲烷浓度保持在506 5% 。 第五阶段填埋场稳定阶段。其主要特征是： 填埋垃圾及渗滤液的性质趋于稳定； 填埋场中的微生物量极度贫乏。 几乎没有气体产生，即是有，亦以N2、O2、CO2为主。 填埋场的沉降停止。,2.5 场地的选择通常要遵循两项原则：一是场地能满足防治污染的需要，二是经济合理。影响选址的因素很多，主要应从工程学、环境学、经济学、法律和社会学等方
16、面加以考虑。一般要考虑以下诸方面的因素：,2）较好的地质地形：要便于施工、避开洼地，泄水能力要强，可处置至少20年填埋的废物量；,3）土壤：要容易取得覆盖土壤，土壤易压实，防渗能力强；,1）垃圾：依据垃圾的来源、种类、性质和数量确定场地的规模；,4）水文：地下水文要尽量低，距最下层填埋物至少1.5m；,5）气候：要蒸发大于降水，避开高寒区；,6）噪音：要使运输及操作设备噪音不影响附近居民的工作和休息； 7）交通：方便，具有能够在各种气候下运输的全天候公路； 8）距离方位：运输距离适宜，位于城市的下风向。 9）土地征用：要容易征得，且比较经济； 10）开发：要便于开发利用。,2.6 填埋场的场地
17、设计,）通向交通干线的道路和填埋场区内的道路； ）垃圾填埋场的基础结构和渗滤液收集及处理系统； ）填埋场地表水和其它污废水的排导系统；(雨污分流) ）填埋场气体导排或收集系统； ）填埋场的辅助设施等。,填埋场总体配置图,典型的填埋场总体配置图如下所示：,全封闭的卫生填埋场剖面图,1、场地面积和容积的设计,覆土和填埋垃圾之比为1：4或1：3； 填埋后废物的压实密度为：500700Kg/m3； 场地容积至少使用20年。,思考题：场地面积和容量与哪些因素有关？,垃圾与覆盖材料之比,填埋场地的 面积和容量,城市 人口数量,垃圾产率,废物填埋高度,压实密度,V 一年填埋的垃圾体积，m3 W垃圾产率，Kg
18、 /人d P 城市人口数，人 D填埋后废物的压实密度，Kg/m3 C 覆土体积，m3 如果已知填埋高度H，则每年所需要土地面积为： A=V/H A 每年需要的土地面积。,每年填埋废物的体积可按下式计算：,例题：一个5万人口的城市，平均2.0 Kg /人.d，采用卫生土地填埋法处置，覆土与垃圾之比为1：4，填埋后废物压实密度为600 Kg/m3，求一年填埋废物的体积。 解：,=60833+15208 =76041(m3),则填埋体积为76041(m3),如果填埋高度为7.5m，则每年占地面积为： A=760417.5=10138.8（m2） 如场地营运20年，则填埋场地面积为： A20=1013
19、8.820=202776m2 运营20年场地的总容量为： V20=7604120=1.5106(m)3,为了防止填埋场浸出液污染地下水,目前都要求在填埋场内设计保护系统,以防止废液可能发生的污染。,降水和降雪,地表径流,地下水,垃圾含水,有机组分分解产生水分,思考题:填埋场的浸出液是怎样产生的?,2、垃圾浸出液的产量预测,1）垃圾浸出液的生成,降水和降雪，是浸出液产生的主要来源，确切数量可根据当地的气象资料确定。 地表径流，指来自场地表面上坡方向的径流水对浸出液的产生数量。 地下水，如果填埋场地的底部在地下水位以下，地下水就可能渗入填埋场内，浸出液的数量和性质与地下水同垃圾的接触时间及流动方向
20、有关。采取防渗措施可避免。 垃圾自身含水，垃圾中的有机组分经厌氧分解会产生水分，产生量与垃圾组分、PH、温度和菌种因素有关。,浸出液的产生量确切计算是较困难的，因此一般采取经验公式，比较简单的计算公式为：Q 日平均浸出液的量，m3/d； C 流出系数，；（流出系数与填埋场表面特性、植被、坡度等因数有关，一般为0.20.8，封顶的填埋场为0.30.4）； I为年平均日降雨量，mmd； A 填埋场积水面积，m2,2）浸出液产生量的计算,3）浸出液的性质,色味：淡茶色和暗褐色，色度在20004000之间，有较浓的腐败臭味。,PH值：填埋初期PH值67，呈弱酸性，随时间推移，PH78，呈弱碱性。,BO
21、D5：随时间和微生物活动的增加，浸出液中的BOD5也逐渐增加，一般填埋6个月至2.5年，达到高峰值，此时BOD5多以溶解性为主，随后BOD5开始下降，到615年填埋场安定为止。,COD：填埋初期COD略低于BOD5，随着时间的推移，BOD5急剧下降，而COD下降缓慢，从而COD略高于BOD5，BOD5/COD = 0.5浸出液较易生化降解，当BOD5/COD0.1时，则认为浸出液难以降解。,TOC：总有机碳浓度一般为2652800mg/L，BOD5/TOC可反应出浸出液中有机碳氧化状态，填埋初期，BOD/TOC值高，随时间推移，填埋场趋于稳定化，浸出液中的有机碳以氧化态存在，则BOD5/TOC
22、值降低。,SS：一般多在300 mg/L以下。,溶解总固体：填埋初期，溶解性盐的浓度可达10000mg/L，同时具有相当高的Na、Ca、氯化物、硫酸盐和铁。填埋624 个月达到峰值，此后随时间的增长无机物浓度降低。,氮化物：氨氮浓度较高，以氨态为主，一般为0.4 mg/L左右，有时高达1 mg/L，有机氮占总氮的10%。,重金属：混入工业废物和污泥时，重金属含量会增加，可能超标。生活垃圾单独填埋时，重金属含量很低，不会超过环保标准。,填埋场地浸出液的成分,4）地下水保护措施,设置防护衬里,防护衬里分人造和天然两类：,沥青、橡胶和塑料、新型高分子材料等,主要是粘土渗透系数小于10-7 cm/s，
23、厚度至少是1m,填埋场出现的气体包括：NH3、CO2、CO、H2、H2S、CH4、N2和O2。厌氧分解产生的气体主要是CH4和CO2，开始CO2升高，说明开始进行好氧分解，直到原先含在压实废物中的氧耗尽为止，大约经过18个月后，气体的组成保持平衡。随后由于CO2扩散进入填埋场的地下，CH4的百分数有所增加。在厌氧分解的高峰期，气体中甲烷占3070，二氧化碳占1530。,3、填埋气体的导排及综合利用,1）气体生成与计算,填埋气体（LFG）的典型成分,填埋气体的回收利用的关键是产气量估计、气体收集系统设计和系统气体净化系统设计。,气体的产生量主要与有机物中可能分解的有机碳成比例，可用下式推算气体的
24、产生量：VK 气体产生量，LCF 可能分解（汽化）的有机碳量，gC 有机物中的碳量，g 有资料报道：研究人员对卫生填埋场907天的现场观测结果，每立方米的垃圾可产生1.5m3的气体。如果按此产率计算，一座容量为5106m3的中型填埋场，可产生7.5106的气体，数量是比较可观的。,在工程上，假设废物中的总有机成分的挥发约占95%，其中的50%为碳，总碳量的一半为甲烷，另一半转化为CO2。,当甲烷在空气中的浓度达到515之间，会形成大爆炸混合物，二氧化碳的密度是空气的1.5倍，是甲烷的2.8倍。,讨论题（1）甲烷爆炸问题；（2）二氧化碳的迁移问题。,膜分离法。利用不同气体对渗透膜的选择性渗透性能
25、，从而将CO2与CH4等分离，即在3.64MPa压力下， CO2不能通过渗透膜，而CH4能通过，从而将CO2与CH4分离，提纯沼气，使其CH4能含量达到96左右。,3）气体控制方法 A 选择场地时要考虑场地的位置以及土壤的渗透性； B 工程设计上要采取措施，常用的方法有： 可渗透性排气：利用比土壤容易透气的砾石等物质作为填料建造排气孔道，排气孔道的间隔与填筑单元的宽度有关，一般间隔20m以上，砾石的厚度3040 cm。这样即使发生沉降也能维持畅通排气。 不可渗透阻挡层排气：是在不透气的顶部覆盖层中安装排气管。国外填埋场运营实践表明，填埋场产气可持续1015年，甲烷经脱水、预热、去除CO2作能源使用。美国洛杉机市郊的一个填埋场，日填埋9000t垃圾，每分钟产甲烷200m3，过去全部烧掉，现在用于发电。,LFG的主要用途有三种初步净化，利用燃气发电机发电上网；用作燃料供锅炉及工业窑炉; 经过脱CO2和H2S的净化处理，作汽车清洁燃料。,深圳下坪填埋场填埋气体处理与利用工艺,2.7 填埋方法,一是沟槽法； 二是地面法； 三是混合法。,
