环境工程毕业设计(论文)-垃圾填埋场设计.doc
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1、扬州大学本科生毕业设计(论文) I 摘要 随着经济发展、人民生活水平的提高和城市人口的急剧增长,城市垃圾问题日益 成为困扰世界各国城市发展的重要问题。其中卫生填埋作为一种有效的消纳城市垃圾 的处理方式,是世界各国垃圾处理的首选。鉴于此,本设计为城市生活垃圾卫生填埋场 的初步设计。 垃圾填埋场会对周围的土壤、地下水、大气造成现实的影响和潜在的危害。不合 理的填埋场址其后期对周围的环境影响将是灾难性的,所以,选址工作在垃圾填埋场 的整个建设中的地位显得尤为重要。这里选用层次分析法来选址。 该设计从实际出发,应用经验公式计算出数值,得出既符合实际又经济的设计。垃 圾填埋场由垃圾堆体、终场覆盖、雨水收
2、集与导排、填埋气的导排与处理、渗滤液收 集与处理、安全与环境检测等系统组成。结合具体情况,优化设计,最大限度减少垃圾 填埋场污染环境,节省投资。 关键词: 垃圾;卫生填埋场;选址;层次分析法;设计; 扬州大学本科生毕业设计(论文) II Abstract With development of economy、improvement of peopleliving standard and rapid increment of population in cities.theproblem of municipal waste becames more and more important t
3、o the issue of citiessustaineble development for every country . As an effective mean to treat municipalwaste.Landfill is the primary method all over the word。In view of this, the design of city life for preliminary design of the landfill. Around landfill site soil,groundwater and air will be set in
4、 a potentially dangerous status.An unreasonablelandfill site selection will be catastrophic to environment in future .Therefore,site selection is of more importance to the whole construction of landfill .Here I use Analytic Hierarchy Process to selecte the site. This design from reality, application
5、 experience formula calculates that accords with practical values, and economic design by rubbish landfill. Cover and final rainwater collection, and guide line, and the breath of landfill leachate treatment, collecting and processing, safety and environmental testing system. Combined with a specifi
6、c situation, optimization design, minimize landfill environmental pollution, save investment. Keywords:sanitary landfill; Rubbish; site selection; Analytic Hierarchy Proces; Design; 扬州大学本科生毕业设计(论文) I 目录 摘要 I ABSTRACT .II 1. 文献综述 .1 1.1 垃圾处理处置概况 .1 1.2 目前国内的研究现状 .2 1.3 国外生活垃圾处理现状 .3 1.4 垃圾处置场选址方法介绍 .
7、4 1.5 措施分析.6 2. 选址分析与研究 .8 2.1 选址原则 .8 2.2 选址要求 .8 2.3 选址方法层次分析法 .9 2.3.1 层次分析法概念及建模 10 2.3.2 层次分析法在垃圾填埋场选址中的应用14 3. 设计计算 19 3.1 垃圾产生量 19 3.1.1 城市人口确定 19 3.1.2 垃圾量的确定 19 3.2 填埋场库容 21 3.2.1 填埋场的面积和库容计算 21 3.2.2 垃圾坝的选择和设计 21 3.3 总图布置 22 3.4 防渗系统 22 3.4.1 关于防渗系统设计所参照的规范是: 22 3.4.2 防渗方式选择 23 3.5 渗滤液收集导排
8、系统与填埋坑地下水的排出与收集 24 3.5.1 渗滤液收集导排系统设计24 3.5.2 填埋坑地下水的收集与排出25 3.6 渗滤液处理系统 25 扬州大学本科生毕业设计(论文) II 3.6.1 渗滤液产生量25 3.6.2 调节池容积26 3.6.3 调节池设计26 3.6.4 渗滤液的处理 27 3.7 填埋场气体导排、处理系统 28 3.7.1 产气量的确定: 28 3.7.2 填埋气导排29 3.8 防洪系统设计 30 3.9 填埋工艺 30 3.9.1 填埋作业31 3.9.2 终期封场31 3.9.3 覆盖材料32 3.9.4 填埋坑内雨水的引流32 3.10 环境保护与环境监
9、测 .32 总结 .34 致谢 .35 参考文献 .36 扬州大学本科生毕业设计(论文) 1 1. 文献综述 1.1 垃圾处理处置概况 随着社会经济发展城市化进程的加快,我国城市面临着日益严重的环境问题,尤其 是生活垃圾污染问题。垃圾是人类生产和生活中必然产生的遗留废物。随着自然资源 不断开发利用,文明不断发展,特别人口的增长和高度向城市集中,以及城市化的迅 速发展,各国垃圾均以快于其经济增长近 3 倍的速度增长。城市生活垃圾不仅影响了 城市环境,还危害到居民的身心健康,成为当今社会最严重的公害之一。处理不好影响 社会的发展,当前如何有效地解决城市生活垃圾污染问题,再现一个清洁、健康的城市 生
10、存环境,已是摆在我们面前的一个重要课题。 据统计,目前全国生活垃圾的年产生量约为 3.7 亿 t,城市生活垃圾产生量约 1.7 亿 t,清运量 1.4 亿 t,处理率为 60.3%;农村生活垃圾产生量约 1.9 亿 t,清运量与处 理量甚微2-4。然而,多数城市的垃圾处理能力并没有跟上垃圾的增速,迄今为止,我 国绝大多数城市生活垃圾仍以露天堆放、填埋为主,不仅占用了宝贵的土地资源,而 且对环境造成了严重的二次污染。能否妥善解决垃圾问题,是关系到国计民生的一件 大事。无论是发达国家或是发展中国家都不可避免地受到垃圾成灾的严重威胁,并因 此发出了高昂的代价。 表 1-1 各个国家垃圾产量及年增长率
11、 国名垃圾总量/(104t/a)年增长率/%单位产量/kg/(人d) 中国15000101.16 美国1600003.52.39 英国2003.20.87 日本113655.02.46 法国12002.90.75 荷兰5203.00.57 意大利21003.00.59 根据统计数据,全世界城市生活垃圾年平均增长速度高达 8.45%,年生产总量约 120 亿吨。我国的城市生活垃圾产量更大增长更快。2000 年全国城市生活垃圾达到 1.5 扬州大学本科生毕业设计(论文) 2 亿吨,并还以每年 10%以上的速度递增,大大超过世界平均增长速度。由此可见,对垃 圾的处置已刻不容缓。 1.2 目前国内的研
12、究现状 总体上,我国目前在该领域的研究水平相当于国外第二或第三阶段的研究水平!但 某些研究成果已达到国外第四阶段的研究水平5。 同时,自 1991 年 9 月建设部和科委正式把卫生填埋处置技术确定为我国近期推广 的首选技术后,我国各大中城市陆续兴建了一些大、中型城市垃圾卫生填埋场6,如 深圳下坪生活垃圾填埋场、北京阿苏卫生生活垃圾填埋场、杭州天子岭垃圾填埋场、 苏州七子山生活垃圾填埋场、四川绵阳市房楼村生活垃圾填埋场等。并且,建设部在 2001 年颁布了城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准和城市生活垃圾卫 生填埋技术规范 ,这必将促进垃圾卫生填埋在我国的大发展。 解决垃圾问题的目标是将垃圾
13、减容、减量、资源化、能源化及无害化处理。城市 生活垃圾的处理方式目前主要有卫生填埋、高温堆肥和焚烧。其中卫生填埋是目前世 界上最常用的垃圾处理技术。它是从简易的垃圾堆放和填地处理发展起来的一种垃圾 处理技术,是根据生活垃圾自然降解机理和对生态环境的影响特性,采取有效的工程 措施和严格的管理手段,控制垃圾不对周围环境造成污染的综合性科学工程技术方法。 所以对垃圾的处理方式也变得非常重要,我国对现行的生活垃圾处理主要从以下几方 面着手。 卫生填埋:填埋技术作为生活垃圾的传统和最终处理方法,目前仍然是我国大多 数城市解决生活垃圾出路的最主要方法,约占处理总量的 95%左右。根据环保措施 (主要有场底
14、防渗、分层压实、每天覆盖、填埋气导排、渗沥水处理、虫害防治等) 是否齐全、环保标准能否满足来判断,针对经济欠发达地区以及干旱少雨、土地利用 价值低、丘陵山区等地区的生活垃圾处理,我们的解决方案也是以填埋处理为主。 垃圾堆肥:针对生活垃圾中可腐有机物含量高以及待处理生活垃圾产品的消纳能 力强的地区,我们以作为生活垃圾的解决方案。仓式堆肥工艺。 垃圾焚烧:针对土地资源非常宝贵,垃圾热值较高的上海、北京、广州等大城市, 我们的解决方案是通过垃圾的焚烧发电达到较高程度的减量化与无害化,焚烧法是一 种高温热处理技术,固体废物在高温下氧化热解被破坏,是一种可同时实现无害化, 减量化,资源化的处理技术。对分
15、拣出来的物质,如废塑料、木材、竹片、棉麻织物, 扬州大学本科生毕业设计(论文) 3 则通过焚烧系统进行焚烧处置,一般说来,原生垃圾热值是很低的,燃烧时需要加入 大量的阻燃剂,但在经过前处理后,通过机械和人工将塑料、木材、竹片尽可能多地 分选出来,而分选出来的物质如废塑料、木材、竹片其热值很高,适合于焚烧处置, 能实现垃圾处理的减量化要求,并能达到余热利用7。见下表目前国内各个城市处理 方法,以及各种方法特性。 表 1-2 城市生活垃圾处理方法优缺点比较 处理方法减量化无害化资源化投资占地适应的垃圾 焚烧最大(95%) 最彻底 (98%) 发电供热最高最少 热值 3600KJ/KG 以上 的垃圾
16、 堆肥其次(95%) 堆肥产品 (80%) 有机肥较高其次 有机垃圾含量 45%以 上 填埋最低较好沼气较高最大一般垃圾及焚烧炉渣 但就目前的各种垃圾处理技术而言,没有一种能完全实现垃圾的资源化,无论采 用什么方法,总有一部分垃圾需采用卫生填埋法进行最终处置,因此任何城市都不可 能因采用其他处理技术而取消卫生填埋场的建设。但不合理的卫生填埋使城市垃圾造 成了严重的环境破坏,如区域水环境的破坏、土壤的污染,甚至附近人群的健康收到 严重的影响。解决这些问题的方法:一方面是工程技术问题,另一重要方面就是选择 合适的垃圾填埋场。垃圾填埋场选址的合理选择和布局直接关系到场地四周的环境质 量,因此,做好场
17、址选择的研究工作有助于防止和减少填埋场对地质环境的破坏,有 助于防止和减少填埋场对周围环境的危害。 1.3 国外生活垃圾处理现状7 (1)前期阶段(20 世纪 4050 年代):垃圾以简单的露天堆放为主!场址选择以 交通方便为准则,较少考虑环境保护。 (2)初始阶段(20 世纪 6070 年代):开始重视垃圾对环境的影响!主要表现在 对场地的定性分析和评价上。 (3)地质环境影响的机理研究阶段(20 世纪 70 年代后期80 年代中期):其主 要特点是着重对单个污染组分与地下水或地层中矿物组分相互作用机理的研究。 (4)全面系统化研究阶段(20 世纪 80 年代后期开始至今):对地质处置场研究
18、 更加全面、深入和系统,具体表现在: 处置场设计更加系统和完善; 扬州大学本科生毕业设计(论文) 4 场地地质环境效应研究综合化和系统化; 地质处置场阻隔材料性能的研究日趋活跃; 计算机人工智能系统引入该领域。 垃圾处置方法常用的有简单堆放法、堆肥发酵法、卫生填埋法、焚烧发电法和回 收综合利用资源化等8。其中,标准的卫生填埋法具有成本相对低廉、处理能力大、 适用范围广、无二次污染、环保效果显著和处置彻底等优点,因此,得到世界各国的 普遍采用9-10。我国科委和建设部也将此法定为垃圾处理的首选推广方法(见表 1-3) 表 1-3 部分发达国家垃圾处置的方法的比例(%) 国家 卫生处置填埋焚烧处置
19、堆肥处置其他方法 挪威79.014.07.0 德国67.630.02.4 美国95.05.0 英国79.43.01.016.6 澳大利亚65.024.011.0 意大利68.024.08.0 比利时64.029.09.0 荷兰50.030.020.0 法国50.030.020.0 奥地利43.022.021.014.0 新西兰64.030.06.0 丹麦36.063.01.0 日本32.365.32.4 瑞典20.041.024.015.0 瑞士20.070.010.0 1.4 垃圾处置场选址方法介绍 城市垃圾填埋场选址问题,国外已经有了较多这方面的研究。位址的选择问题自 古有之,从古老中国的
20、看风水,到现今的每一个建筑和设施的施工都要涉及到地址的 选择问题。就目前现状而言,单一传统的垃圾场选址工作是采用资料研究和实地踏勘 的方式,由于各种因素的复杂不确定性,以及人烦主观性影响,很难考虑周全,以至 扬州大学本科生毕业设计(论文) 5 于会造成人力、物力的浪费。合理选址,可以有效节省费用,大幅度的降低运营成本, 符合规划要求,与环境相协调,真正达到垃圾处理目标,利于国民经济的发展。 场址的选择是卫生填埋场全面设计规划的第一步。影响选址的因素很多,主要应从 工程学、环境学、经济学、法律和社会学等方面来考虑。这些选址要求相辅相成。主 要遵循两条原则:一是从防止环境污染角度考虑的安全原则,二
21、是从经济角度考虑的经 济合理原则11。 在了解了垃圾卫生填埋场址选择的基本原则后,如何把这些“原则”逐项的量化, 最终选出一个合适的场地,就需要选择合适的方法,这也是填埋场的建设过程中非常重 要的步骤之一。应该说,用于场地的选择方法是相当多的,比如有图解法、地理信息系 统(GIS)、层次分析法、模糊综合评判法、专家系统法和灰色聚类法等12。现就其中几 种方法给予介绍。 (1)图解法 选择的第一步,要设定最终处置场的选地范围从中排除那些受到土地利用法规定限 制的地段,缩小可征用土地的选择区域。具体操作时,根据选择范围,要准备一套 1/2000001/50000 的地形图,将第一步作为排除条件列出
22、的各种法规限制的区域一并标 记出来。第一步将选地范围缩小以后,第二步要从该区域中提出可以用来建设用的场所。 第三步是要对第二步提出的建设可能地区进行现场调查。在现场调查之前,最好先准备 一张高精度的地形图(例如建设用地在山谷之间,可采用 1/5000 的地形图),如讨论填埋 面积,填埋容量,流域面积等情况在现场确认会变得更容易。第四步,是根据现场调查对 已缩减的候选地进行评价,对候选地进行优先使用次序的排位,最后决定用地。 (2)地理信息系统(GIS)13 GIS(地理信息系统)在现代科学技术中的应用十分广泛,同样在固体废物安全填埋 场选址和场地基础勘察中,也可应用这项具有各种空间功能和高效率
23、的先进的计算机科 学技术手段。GIS 在选址中的应用,主要是利用 GIS 的制图功能,把选址中的那些限制 性因素绘制成各种图形,然后将所绘制的各种图形进行对比和叠加,选择出不受限制性 因素制约的空间位置(例如场地受百年一遇洪水位标高的限制,在洪水位标高以下的区 域则不能选择场址,受该因素制约,场地只能在其标高以上的区域选择),然后再在这些 有效的空间位置中进行对比,确定场址。 (3)层次分析法14 层次分析法(analytic hierarchy process,简称 AHP)的基本思路是:先根据当地的城市 扬州大学本科生毕业设计(论文) 6 规划、交通运输条件、环境保护、环境地质条件等,拟定
24、若干的可选场地(段),再将这 些场地(段)的适宜性影响因素与上述选择原则结合起来,构造一个层次分析图,再把各 层次的各因素进行一一的量化处理,得出每一层各因素的相对权重,直至计算出方案层 各个方案的相对权重,根据这些权重进行评判。 (4)模糊综合评判法15 将模糊综合评判方法引入到城市生活垃圾填埋场的选址研究当中,是一个全新的 探讨,旨在为填埋场选址提供一个新思路和一种便捷高效的新方法,希望能为填埋场 选址问题提供一定的参考价值和借鉴意义。对于填埋场选址,某些需要考虑的因素含有 不确定性(即模糊性),糊数学的产生为描述这类边界不清的事物提供了一套有效的方 法,即通过建立隶属函数,使这一类模糊因
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