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[關(guān)鍵詞]城市生活垃圾衛(wèi)生填埋填埋氣體滲濾液
1城市生活垃圾現(xiàn)狀
隨著現(xiàn)代工業(yè)的興起和城市迅猛發(fā)展,人口大量涌入城市,使城市的生活垃圾產(chǎn)生量大大增加。這些垃圾占用大量的土地,且種類(lèi)繁多,成分復(fù)雜、危害性強(qiáng)。如果處理不當(dāng),勢(shì)必污染城市的大氣、水、土壤等,進(jìn)而降低和破壞城市自然生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)凈化能力[1]。
目前國(guó)外城市垃圾采用的處置方式主要有衛(wèi)生填埋、焚燒、堆肥等3種,表1為這3種處置方式的比較。
表1生活垃圾處置方式對(duì)比
工藝 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 適用范圍
衛(wèi)生填埋 處理量大、方法簡(jiǎn)單、費(fèi)用低 占地大、管理要求高、對(duì)外部環(huán)境要求高、使用期限有限 無(wú)機(jī)物>60%、含水量0.5 t/d
焚燒 處理量大、占地小、無(wú)害化徹底 費(fèi)用高、控制不當(dāng)產(chǎn)生二次污染物如SO2、NOx、飛灰等 垃圾低位熱值>3300 kJ/kg時(shí),不需添加輔助燃料
堆肥 處理量大、費(fèi)用低、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單 肥分含量低,長(zhǎng)期使用影響土壤結(jié)構(gòu) 垃圾中可生物降解有機(jī)物≥10%、從肥效出發(fā)應(yīng)>40%
我國(guó)城市生活垃圾處置也主要采用填埋、焚燒和堆肥等方法,其中,以填埋為主,占70%以上;其次是高溫堆肥,占20%以上;焚燒量甚微[2]。
焚燒與堆肥技術(shù)在我國(guó)發(fā)展較慢,原因主要為:(1)我國(guó)城市生活垃圾未實(shí)行分類(lèi)收集,垃圾成分復(fù)雜不利于燃燒與堆肥;(2)焚燒廠的投資太大,運(yùn)行成本太高;(3)控制不當(dāng)將產(chǎn)生二次污染問(wèn)題;(4)垃圾堆肥產(chǎn)品銷(xiāo)路不暢;(5)工藝技術(shù)和設(shè)備與國(guó)外亦有較大的差距。
針對(duì)我國(guó)現(xiàn)階段國(guó)情,我國(guó)絕大部分垃圾仍采用填埋進(jìn)行處理為主,并且在今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi),垃圾填埋處理還將占主導(dǎo)地位。
2衛(wèi)生填埋技術(shù)
在我國(guó),由于垃圾填埋場(chǎng)啟用時(shí)間早,許多填埋場(chǎng)在最初的選址、設(shè)計(jì)、施工和使用中,未按現(xiàn)行的城市生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范執(zhí)行,填埋場(chǎng)底部和周邊都沒(méi)有采取防滲措施,垃圾產(chǎn)生的滲漏液和填埋氣體,極易給周邊環(huán)境和企業(yè)、社區(qū)帶來(lái)污染和安全隱患。
2.1 填埋氣體。填埋氣體是城市生活垃圾中的有機(jī)成分經(jīng)過(guò)厭氧降解產(chǎn)生的混合氣體,其主要組成為CH4、CO2、H2、N2和O2,還有少量的H2S、NH3、辛烷、氯乙烯等,其中CH4、CO2(沼氣主成分)占填埋氣體的99.5%~99.9%,NH3、H2S等有毒的惡臭氣體,占填埋氣體的0.2%~0.4%。這些氣體一旦遇到房屋或棚罩阻攔,將不斷積累,最終可能導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸事故。垃圾內(nèi)的易燃易爆物質(zhì)在一定條件下,也會(huì)自行燃燒爆炸。
2.2 滲漏液。垃圾滲濾液主要來(lái)源于垃圾本身、垃圾發(fā)酵過(guò)程以及受水體浸泡而產(chǎn)生的廢水。其主要特征為:滲濾液中污染物的濃度非常高,成分復(fù)雜,水質(zhì)惡劣,一般COD濃度達(dá)幾千或者上萬(wàn);一些年代久的垃圾填埋場(chǎng),COD濃度可高達(dá)幾萬(wàn),并且含有高濃度的氨氮,滲濾液可生化性很差,含有大量的重金屬、多種病源微生物等有毒有害物質(zhì),而且滲濾液的組成成分會(huì)隨著填埋時(shí)間的延長(zhǎng)越來(lái)越惡劣。
3填埋氣與滲漏液的處理技術(shù)
3.1 填埋氣的收集技術(shù)
3.1.1豎井收集系統(tǒng)。早期的填埋氣主要用豎井收集系統(tǒng),具體做法是在填埋場(chǎng)填埋作業(yè)后不久,通過(guò)挖掘機(jī)械或人工打井的方式建造豎井系統(tǒng)。
3.1.2表面收集系統(tǒng)。填埋場(chǎng)在表面覆蓋完成以后,便可進(jìn)行表面收集系統(tǒng)的安裝。整個(gè)系統(tǒng)是由排氣管編織而成的收集網(wǎng),填埋氣通過(guò)排氣細(xì)管輸送到系統(tǒng)的幾個(gè)中央采氣點(diǎn)進(jìn)行收集。
3.1.3水平收集系統(tǒng)。水平式收集系統(tǒng)是在垃圾填埋到一定高度后,在填理場(chǎng)內(nèi)鋪設(shè)水平收集主管,然后,將水平氣管收集到的氣體匯集到主收集管。
3.2 填埋氣的應(yīng)用
3.2.1直接燃燒。對(duì)填埋氣進(jìn)行加工處理后,可以直接供給工業(yè)及溫室用戶(hù),其中以供暖或工業(yè)生產(chǎn)為用途的熱效率最高。填埋氣的經(jīng)濟(jì)效益取決于填埋場(chǎng)到用戶(hù)的距離及發(fā)生源的連續(xù)性。
3.2.2發(fā)電。主要由填埋氣收集燃燒系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)組成,填埋氣經(jīng)收集后,經(jīng)加壓輸送至內(nèi)燃發(fā)機(jī)組,燃燒轉(zhuǎn)化成電能傳輸出去。
3.3 滲濾液的處理現(xiàn)狀
滲濾液水質(zhì)復(fù)雜,這給滲濾液的處理處置帶來(lái)了很大的困難,目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有非常完善的處理工藝,對(duì)滲濾液的主要處理途徑是:
3.3.1與城市污水合并處理。將垃圾滲濾液就近引入城市污水處理廠,與城市污水合并進(jìn)行處理。
3.3.2滲濾液回灌技術(shù)處理。用適當(dāng)?shù)姆椒ǎ瑢⒃谔盥駡?chǎng)底部收集到的濾滲液從其覆蓋表面或覆蓋層下部重新灌入填埋場(chǎng)。
3.3.3滲濾液處理廠處理。目前,用于垃圾滲濾液處理的方法主要有生物法和物理化學(xué)法。
3.4 滲濾液的主要處理工藝
3.4.1活性炭吸附法
在滲濾液的處理中,該方法主要用于去除水中難降解的有機(jī)物(酚、苯、胺類(lèi)化合物等)、金屬離子(汞、鉛、鉻)和色度,一般情況下,對(duì)COD和NH3-N的去除率為50%~70%[3]。活性炭吸附法處理可適應(yīng)水量和有機(jī)負(fù)荷的變化,且設(shè)備緊湊,管理方便。方士等[4]用回流式兩級(jí)序列間歇式活性污泥法(SBR)―活性炭吸附混凝工藝處理高氨氮、低碳氮比的垃圾滲濾液,粉末活性炭和鋁鹽投加量分別為1‰(W/V)和0.4‰(W/V),吸附時(shí)間為100 min,總的水力停留時(shí)間為82 h,CODCr和氨氮的去除率可以穩(wěn)定在90%以上,出水中氮的主要形態(tài)為NO2--N,出水CODCr
3.4.2化學(xué)氧化
化學(xué)氧化法可以分解滲濾液中難降解的有機(jī)物,從而提高廢水的生物降解性能。其中高級(jí)氧化技術(shù)因能夠產(chǎn)生極強(qiáng)氧化性的?HO自由基而越來(lái)越廣泛地被用于處理滲濾液。Fenton法由于費(fèi)用低、操作簡(jiǎn)便而受到人們的重視。張暉等[5]介紹了Fenton 法處理垃圾滲濾液的中試試驗(yàn),結(jié)果表明,當(dāng)雙氧水與亞鐵鹽的總投加比一定(H2O2/Fe2+=3.0)時(shí),COD的去除率隨雙氧水投加量的增加而增加。當(dāng)雙氧水的總投加量為0.1 mol/L時(shí),COD的去除率可達(dá)67.5%。Fenton 法在處理高濃度的有機(jī)污水方面有很大的潛力,但它的缺點(diǎn)是對(duì)pH值敏感,且處理后的廢水需進(jìn)行鐵離子分離回收。其他的氧化劑主要有臭氧、氯和氯系氧化劑,但后者由于殘留產(chǎn)物的高毒性,不適合采用。
值得一提的是,近年來(lái)出現(xiàn)的光催化氧化技術(shù),它具有工藝簡(jiǎn)單、能耗低、易操作、無(wú)二次污染等特點(diǎn),尤其對(duì)一些特殊污染物的處理具有顯著的效果。因此,該方法在垃圾滲濾液的深度處理方面有很好的應(yīng)用前景。譚小萍等[6]對(duì)影響垃圾滲濾液的光催化處理的因素進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:光強(qiáng)越大,最佳TiO2投量就越小;最佳反應(yīng)時(shí)間一般宜在1.5~2.5 h;波長(zhǎng)為253.7 nm的紫外線殺菌燈價(jià)格低廉、使用廣泛、處理效果好,COD去除率可達(dá)40%~50%,脫色率可達(dá)70%~80%。
3.4.3組合工藝處理技術(shù)
如前所述,垃圾滲濾液由于水質(zhì)復(fù)雜使得單一工藝不能很好地達(dá)到理想的處理效果。所以宜采用組合工藝對(duì)滲濾液進(jìn)行處理。
目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展出許多組合工藝,且取得了較好的處理效果。Laitinen等[7]研究了SBR和淹沒(méi)式膜生物反應(yīng)器(MBR)組合工藝處理垃圾滲濾液,在SBR中,SS、BOD5、NH3-N和PO43--P的去除率分別達(dá)到89%、94%、99.5%和82%。MBR進(jìn)一步提高了出水水質(zhì),并減少了水質(zhì)的波動(dòng),其中SS和PO43--P的去除率分別超過(guò)了99%和88%,BOD5和NH3-N的去除率均超過(guò)97%,TN去除率可以達(dá)到50%~60%。王延濤[8]研究山西省平順縣填埋場(chǎng)滲濾液處理工藝(如圖1所示),該工藝采用高效專(zhuān)用微生物處理單元缺氧+厭氧(UBF)―曝氣生物流化床(BFB)組合工藝,運(yùn)行結(jié)果表明:當(dāng)進(jìn)水SS為600 mg/L,NH4+-N濃度為700 mg/L,BOD、COD的濃度分別為4500 mg/L、10000 mg/L,經(jīng)過(guò)處理后,出水SS、NH4+-N、BOD和COD的濃度分別降到75 mg/L、10~30 mg/L、30~50 mg/L、600~900 mg/L;總?cè)コ剩篠S=95%,BOD=99%、COD=94%。
3.4.4膜滲析與分離系統(tǒng)
膜處理一般與其他處理方法聯(lián)用,超濾或微濾常常作為反滲透的預(yù)處理。袁維芳等[9]對(duì)廣州市大田垃圾填埋場(chǎng)滲濾液預(yù)處理出水進(jìn)行了反滲透實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明,進(jìn)水壓力為3.5 MPa,pH值為5~6的條件下,當(dāng)進(jìn)水COD濃度為250~620 mg/L時(shí),出水濃度幾乎為0,去除效率達(dá)100%,平均透水量為30~42 L/(m2?h)。但膜分離方法一次性投資費(fèi)用大,而且對(duì)濃度較高的滲濾液,處理費(fèi)用很高。
4結(jié)語(yǔ)
在我國(guó),衛(wèi)生填埋技術(shù)是生活垃圾處理的主要手段,而填埋產(chǎn)生的滲濾液是一種高濃度、成分復(fù)雜、水質(zhì)水量易變化的污水,人們對(duì)滲濾液的處理一直處于探索和發(fā)展之中。針對(duì)垃圾滲濾液的處理,可選用的方法雖然較多,但不同程度地都存在一些缺陷,如何選擇最佳處理,工藝或?qū)F(xiàn)有的處理工藝有機(jī)結(jié)合,降低運(yùn)行成本,提高出水質(zhì)量是目前需要研究解決的問(wèn)題。
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關(guān)鍵詞:城市生活垃圾填埋場(chǎng);選址;適宜性;區(qū)劃
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.13.190
人類(lèi)生產(chǎn)、生活中必然會(huì)產(chǎn)生垃圾,只要是人生活的地方就會(huì)有垃圾產(chǎn)生。隨著社會(huì)的快速發(fā)展,尤其是隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn),世界各國(guó)垃圾均以快于本國(guó)經(jīng)濟(jì)3倍的速度增長(zhǎng),從上世紀(jì)九十年代初期的資料中可以看出,每年全世界均會(huì)產(chǎn)生(80~100)108t的垃圾,我國(guó)每年大約會(huì)產(chǎn)生城市生活垃圾0.8108t[1],數(shù)量龐大的各種垃圾嚴(yán)重污染著人類(lèi)的生活環(huán)境。到目前為止,城市垃圾的處理方法主要有堆肥、填埋及焚燒等幾種方法,這些方法各有利弊,其中填埋法是目前被認(rèn)為的最終處理技術(shù),但是其中也存在很多技術(shù)上的問(wèn)題。下面我們首先分析影響城市垃圾填埋場(chǎng)選址的因素,然后結(jié)合這些因素淺析城市生活垃圾填埋場(chǎng)選址的適宜性評(píng)價(jià),最后基于城市生活垃圾填埋場(chǎng)選址區(qū)劃與環(huán)境保護(hù)展開(kāi)論述,從整體上針對(duì)城市生活垃圾填埋場(chǎng)址適宜性區(qū)劃的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析和研究。
1 垃圾填埋場(chǎng)選址的影響因素
1.1 城市垃圾的危害
城市生活垃圾與人類(lèi)關(guān)系非常密切,特別是在人口密集的城區(qū)內(nèi),每天都有大量生活垃圾產(chǎn)生。隨著近年來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,各城市都不斷擴(kuò)大,城區(qū)人口越來(lái)越集中,生活垃圾量不斷增多,尤其是近年來(lái)隨著塑料、干電池及多種包裝材料的大量應(yīng)用,生活垃圾的成分變得越來(lái)越復(fù)雜,產(chǎn)生的危害也非常大,城市垃圾消納問(wèn)題開(kāi)始突出出來(lái)。然而當(dāng)前很多城市垃圾填埋場(chǎng)僅關(guān)注填埋場(chǎng)設(shè)計(jì),忽視了對(duì)選址的研究,很少對(duì)垃圾填埋場(chǎng)選址論證相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析,雖然設(shè)計(jì)中采用了一些防滲措施,但是一旦出現(xiàn)故障,滲液將會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境造成嚴(yán)重危害,不僅危害當(dāng)?shù)氐牡叵滤屯寥繹2],同時(shí)還會(huì)對(duì)人類(lèi)的健康造成威脅。
1.2 選址影響因素分析
城市中生活垃圾填埋場(chǎng)場(chǎng)址的選擇是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的工作,不僅與填埋場(chǎng)建設(shè)、建成后的經(jīng)營(yíng)與管理直接相關(guān),同時(shí)與垃圾填埋場(chǎng)建設(shè)是否可以實(shí)現(xiàn)最終無(wú)害化處理總目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)直接相關(guān)。填埋場(chǎng)選址的總原則在于綜合考慮當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)與環(huán)境效益,從填埋場(chǎng)建設(shè)一直到使用的整個(gè)過(guò)程,都要利用經(jīng)濟(jì)合理的方案、盡量投入較少的投資,同時(shí)確保建設(shè)使用中、使用后對(duì)外部環(huán)境的影響達(dá)到最小,不能造成周?chē)叵滤⒌乇硭⑼寥赖拳h(huán)境發(fā)生惡化,滿足環(huán)保的目標(biāo)。城市生活垃圾填埋場(chǎng)廠址選擇涉及到了很多因素,例如當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展情況、地理地形條件、環(huán)境地質(zhì)條件等[3],影響因素非常多,可見(jiàn)城市生活垃圾填埋場(chǎng)選址是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作。
2 城市生活垃圾填埋場(chǎng)選址的適宜性評(píng)價(jià)
通過(guò)對(duì)城市當(dāng)?shù)氐匦蔚孛病庀髼l件及水利規(guī)劃等資料進(jìn)行全面分析,針對(duì)各選址影響因素進(jìn)行量化處理,最終得到各影響因素的相對(duì)權(quán)重值,然后按照層次分析綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型對(duì)其展開(kāi)計(jì)算和分析,按照計(jì)算結(jié)果展開(kāi)適宜性區(qū)劃,合理劃分出垃圾可填埋、限制填埋及禁止填埋的區(qū)域。此外,分別在限制填埋與可填埋區(qū)確定具體的垃圾填埋場(chǎng)地。
按照城市規(guī)劃、生活垃圾填埋場(chǎng)選址等有關(guān)影響因素,基于具體城市的生活垃圾填埋場(chǎng),建立選址適宜性評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型。根據(jù)層次結(jié)構(gòu)中不同評(píng)價(jià)因素的重要性,通過(guò)兩兩比較達(dá)到最終的量化構(gòu)造判斷矩陣,經(jīng)過(guò)仔細(xì)計(jì)算處理后可以得到各影響因素的權(quán)重。按照劃分出的具體單元網(wǎng)格,從左到右依次進(jìn)行計(jì)數(shù)及標(biāo)記,并按照各單元影響因素的實(shí)際貢獻(xiàn)權(quán)重,利用綜合評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型展開(kāi)評(píng)價(jià)。
3 城市生活垃圾填埋場(chǎng)選址區(qū)劃與環(huán)境保護(hù)
按照上文中得到的選址適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果,可以將城區(qū)劃分成可填埋、限制填埋及禁止填埋三個(gè)不同區(qū)域,然后利用MapGIS空間分析中的grd模型[4],可以繪制出適宜性選址區(qū)劃圖,結(jié)合實(shí)際情況從中優(yōu)選出未來(lái)的生活垃圾場(chǎng)選址首選區(qū),這些區(qū)域不僅封閉性較好,同時(shí)對(duì)周?chē)h(huán)境的影響也比較小。
從環(huán)境保護(hù)方面來(lái)看,城市生活垃圾填埋場(chǎng)選址不僅要滿足相關(guān)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的要求,同時(shí)還要獲得場(chǎng)址周邊群眾的認(rèn)可,由于生活垃圾填埋場(chǎng)建設(shè)將會(huì)伴隨污水、蚊蠅、惡臭等一系列問(wèn)題,加上人們普遍對(duì)垃圾有一種厭惡感,因此垃圾場(chǎng)選址過(guò)程中通常周邊居民的反映非常強(qiáng)烈,存在較大阻力,因此選址工作中存在種種困難。然而,生活垃圾填埋場(chǎng)是改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的重要市政設(shè)施,所以選址工作是多種利害關(guān)系的權(quán)衡,這一點(diǎn)不H在工程可行性研究報(bào)告中有所體現(xiàn),同時(shí)也是環(huán)境影響評(píng)價(jià)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
城市生活垃圾填埋場(chǎng)選址直接關(guān)系到項(xiàng)目建設(shè)的成敗,涉及的層次比較復(fù)雜,是垃圾填埋場(chǎng)建設(shè)中一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。填埋場(chǎng)選址必須結(jié)合相關(guān)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,綜合考慮當(dāng)?shù)氐匦巍⑽恢谩⑺牡葪l件對(duì)成本、投資及環(huán)境造成的影響,通過(guò)多方案對(duì)比之后最終確定填埋場(chǎng)址。
4 結(jié)語(yǔ)
綜上,本次研究中針對(duì)城市生活垃圾填埋工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)規(guī)范進(jìn)行了學(xué)習(xí),根據(jù)近年來(lái)的環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作,總結(jié)出城市生活垃圾填埋場(chǎng)選址適宜性區(qū)劃的幾點(diǎn)個(gè)人意見(jiàn):充分收集項(xiàng)目背景資料、周邊環(huán)境資料、場(chǎng)地資料,在此基礎(chǔ)上針對(duì)強(qiáng)制性條文進(jìn)行逐條分析,最終得到是否滿足條文規(guī)定的結(jié)論;結(jié)合選址的影響因素,結(jié)合環(huán)境保護(hù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),給出不同的選址方案;綜合各項(xiàng)影響因素,利用多方案比選的方式最終確定填埋場(chǎng)址。
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關(guān)鍵詞:衛(wèi)生填埋場(chǎng);投資控制;填埋庫(kù)區(qū);土方;HDPE防滲膜
中圖分類(lèi)號(hào):F283 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1000-8136(2012)03-0116-02
我國(guó)現(xiàn)階段城市生活垃圾處理的主要方式是衛(wèi)生填埋,衛(wèi)生填埋具有處理和最終處置生活垃圾的雙重功能。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展及農(nóng)村城市化的不斷擴(kuò)大,建設(shè)大型城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)被提到議事日程。大型城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)的使用年限為10年以上(含10年),建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到規(guī)定的防滲要求,堅(jiān)持垃圾填埋工藝,如推平、壓實(shí)、覆蓋等。對(duì)垃圾污水處理達(dá)標(biāo)排放,對(duì)填埋氣體有效治理,對(duì)蠅蚊有效控制。大型城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)投資大,建設(shè)周期長(zhǎng),受土地資源、環(huán)境保護(hù)等因素的制約,建設(shè)來(lái)之不易。如何在滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上節(jié)省建設(shè)投資,是我們面臨的課題。
1 填埋庫(kù)區(qū)系統(tǒng)工程造價(jià)控制的重點(diǎn)
填埋庫(kù)區(qū)建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,受多種因素的影響和制約,需要建設(shè)一片使用一片。開(kāi)發(fā)時(shí)要避免大量的土方開(kāi)挖,才能節(jié)省工程費(fèi)用,才能對(duì)已處于穩(wěn)定狀態(tài)的原始土體不造成破壞。在施工過(guò)程中,做好統(tǒng)籌安排,避免露天作業(yè)受天氣影響而增加工程費(fèi)。
深圳市下坪固體廢棄物填埋場(chǎng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)下坪場(chǎng))領(lǐng)先全國(guó),建設(shè)了采用國(guó)際通用衛(wèi)生填埋技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的大型城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng),下坪場(chǎng)一期工程包括填埋庫(kù)區(qū);進(jìn)場(chǎng)道路;滲濾液處理廠;排洪設(shè)施;機(jī)修車(chē)間;辦公、生活區(qū);環(huán)境綠化等。其中,建設(shè)投資的重點(diǎn)是填埋庫(kù)區(qū)、進(jìn)場(chǎng)道路、滲濾液處理及排放系統(tǒng)等工程。工程投資構(gòu)成如下:①填埋庫(kù)區(qū)系統(tǒng)工程,包括填埋區(qū)單元、地下水收集系統(tǒng)、滲濾液收集系統(tǒng),造價(jià)占總概算的40%;②排洪系統(tǒng)造價(jià)占總概算的8%;③滲濾液處理及排放系統(tǒng),包括污水處理廠及污水排放管,造價(jià)占總概算的8.6%;④進(jìn)場(chǎng)道路造價(jià)占總概算的15%;⑤環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)、路電視監(jiān)控和電腦網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),造價(jià)占總概算的1.3%;⑥變配電、照明系統(tǒng);生產(chǎn)消防系統(tǒng);生活供水、自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)造價(jià)占總概算的2%;⑦辦公、生活、機(jī)修廠造價(jià)占總概算的6.6%;⑧填埋設(shè)備造價(jià)占總概算的5%;⑨征地費(fèi)及其他費(fèi)用占總概算的13.5%。
從上述可知,填埋場(chǎng)建設(shè)投資中,填埋庫(kù)區(qū)系統(tǒng)、進(jìn)場(chǎng)道路、滲濾液處理及排放系統(tǒng)占了較大的比例。因此,填埋場(chǎng)建設(shè)投資的重點(diǎn)是填埋庫(kù)區(qū)、進(jìn)場(chǎng)道路、滲濾液處理及排放系統(tǒng)等工程。
2 從工程經(jīng)濟(jì)學(xué)角度考慮資金投入
衛(wèi)生填埋場(chǎng)的建設(shè)具有建設(shè)周期長(zhǎng)及需要一邊建設(shè)一邊運(yùn)行的特點(diǎn)。考慮資金的時(shí)間價(jià)值,應(yīng)避免資金一次性投入,宜采用年度費(fèi)用最少的投資方式。如造價(jià)為10 000萬(wàn)元的工程,根據(jù)等額支付現(xiàn)值公式,資金分2年、5年和10年投入的現(xiàn)值如下:
假定年利率為6%,資金分兩年投入的現(xiàn)值:
P=5 000×[(1+0.6)2-1]/[0.06×(1+0.6)2]=9 167萬(wàn)元
資金分5年投入的現(xiàn)值:
P=2 000×[(1+0.6)5-1]/[0.06×(1+0.6)5]=8 425萬(wàn)元
資金分10年投入的現(xiàn)值:
P=1 000×[(1+0.6)10-1]/[0.06×(1+0.6)10]=7 360萬(wàn)元
由此可見(jiàn),資金分10年投入的現(xiàn)值<資金分5年投入的現(xiàn)值<資金分2年投入的現(xiàn)值,因此,填埋庫(kù)區(qū)的建設(shè)應(yīng)結(jié)合填埋垃圾合理區(qū)域?qū)嶋H使用年限及建設(shè)年限分次投資。建設(shè)一塊,使用一塊,則投入的費(fèi)用最少。
3 從建設(shè)與運(yùn)行的關(guān)系考慮填埋單元的開(kāi)發(fā)
填埋庫(kù)區(qū)占地面積大,通常根據(jù)填埋庫(kù)容的要求將填埋庫(kù)區(qū)在水平方向劃分成若干單元,各單元用土壩分隔,避免下雨時(shí),已填埋垃圾區(qū)域垃圾水與未填埋垃圾區(qū)域的雨水混合,在豎直方向劃分成若干平臺(tái),利用平臺(tái)做HDPE膜端頭的錨固溝。由于填埋庫(kù)區(qū)的建設(shè)受各種因素的制約,如臺(tái)風(fēng)季節(jié)無(wú)法對(duì)HOPE防滲膜進(jìn)行保護(hù);HDPE膜日曬雨淋后老化,暴雨對(duì)已開(kāi)挖的邊坡造成塌方,垃圾作業(yè)面鋪開(kāi)后,大量的雨水和垃圾污水混合造成污水處理量增大等。因此,填埋庫(kù)區(qū)要建成一個(gè)單元,使用一個(gè)單元,再開(kāi)發(fā)下一個(gè)單元,如此類(lèi)堆,用循序漸進(jìn)的方式由里往外開(kāi)發(fā),才能有效節(jié)省工程成本,否則難以控制工程造價(jià)。
從運(yùn)行作業(yè)方面考慮,作業(yè)面既要滿足每日垃圾處理量和最大車(chē)流量的要求,又要減少垃圾面。同一時(shí)期要準(zhǔn)備兩組作業(yè)面:一組晴天作業(yè);一組雨天作業(yè)。雨天作業(yè)面靠路邊布置,每組又分為一個(gè)作業(yè)面、一個(gè)整理面,交替進(jìn)行。同時(shí)要考慮在垃圾體上修筑臨時(shí)道路,一般一組作業(yè)面持續(xù)周期為半個(gè)月。因此,按目前日處理垃圾量,填埋單元應(yīng)按平面面積約10萬(wàn)m2,垂直高度為60 m以上的單元區(qū)域劃分,考慮使用年限約為4年的單元?jiǎng)澐州^為合理,單元?jiǎng)澐直M量規(guī)整。否則,不利于填埋作業(yè),造成運(yùn)行費(fèi)用的增加。
4 填埋庫(kù)區(qū)場(chǎng)底工程和開(kāi)挖土方工程對(duì)造價(jià)影響重大
填埋庫(kù)區(qū)通常選址在山谷地帶,自然形成凹凸變化的不規(guī)整場(chǎng)地。衛(wèi)生填埋場(chǎng)的主要工程防滲層的鋪設(shè)特別嚴(yán)格,要求在場(chǎng)底及邊坡鋪設(shè)的2 mm厚HDPE防滲膜不能有絲毫的破損,否則將產(chǎn)生滲濾液的滲漏,失去衛(wèi)生填埋場(chǎng)的意義。因此,施工時(shí)為達(dá)到場(chǎng)底平整及邊坡平滑過(guò)渡,場(chǎng)底需要挖方及填方,邊坡需要挖方,不能有填方。如何減少土方量,是工程造價(jià)控制的重點(diǎn)。場(chǎng)底土方應(yīng)盡量平衡,減少棄土方量,邊坡挖方以舊地形修整為主,不要過(guò)分強(qiáng)調(diào)平滑而將凸出的山包搬走。
5 填埋庫(kù)區(qū)施工對(duì)工程造價(jià)的影響
填埋庫(kù)區(qū)的施工是露天作業(yè),直接受天氣的影響。同時(shí),因?qū)I(yè)技術(shù)需要,填埋庫(kù)區(qū)施工通常分為土建工程及HDPE膜工程兩個(gè)不同專(zhuān)業(yè)的施工承包單位。因此要做好施工組織設(shè)計(jì),安排好每一道工序的施工時(shí)間,避免受天氣及工序的影響而增加工程造價(jià)。
填埋庫(kù)區(qū)的施工,土方及HDPE膜的施工是兩個(gè)重要的工序,直接影響工程造價(jià)及工程質(zhì)量。這兩個(gè)工序受天氣影響最大,不能在雨季施工,土方開(kāi)挖后,若下雨,場(chǎng)底黏土層無(wú)法達(dá)到施工質(zhì)量,需要增加場(chǎng)底排水措施,若已修整好的邊坡塌方,要增加工程造價(jià),因此,土方開(kāi)挖,基底黏土層及地下收集溝要在晴天施工完畢,馬上鋪上土工布。防止雨水沖刷,并迅速組織焊接HDPE膜。焊接HDPE膜是一項(xiàng)技術(shù)難度較高的工序,目前國(guó)內(nèi)缺乏生產(chǎn)質(zhì)量過(guò)關(guān)的HDPE膜的廠家,需要從美國(guó)進(jìn)口材料。因此,HDPE膜材料的購(gòu)買(mǎi),土建與焊膜工序之間的搭接要緊密,不能耽誤工期。焊接HDPE膜,是對(duì)兩塊搭接的HDPE膜表面加熱,然后在熔融狀態(tài)下壓合熔接起來(lái),需要在晴天施工,因此,若安排在下雨天施工,必定影響工期,前一家施工單位耽誤的工期,常常是后一家施工單位索賠的費(fèi)用依據(jù),會(huì)引起工程造價(jià)的增加。因此,合理安排施工作業(yè),是控制工程造價(jià)的有效措施。
6 填埋庫(kù)區(qū)工程施工的最佳時(shí)間
填埋庫(kù)區(qū)工程主要是土方開(kāi)挖工程及HDPE膜的鋪設(shè)施工,旱季是填埋庫(kù)區(qū)工程的最佳施工時(shí)間,通常在當(dāng)年的秋季至次年的春季施工,到次年夏季暴雨臺(tái)風(fēng)來(lái)臨時(shí),填埋庫(kù)區(qū)施工完成,邊坡表面已鋪設(shè)HDPE防滲膜及土工復(fù)合材料結(jié)構(gòu)層,而不至于大面積,不至于邊坡因臺(tái)風(fēng)暴雨產(chǎn)生塌方或泥漿被雨水沖刷污染場(chǎng)底已施工的碎石滲濾液收集層,或臺(tái)風(fēng)造成施工中的HDPE膜破壞,可有效制止返工工程的出現(xiàn),節(jié)省工程造價(jià)。
7 結(jié)束語(yǔ)
大型城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)建設(shè)投資的重點(diǎn)是填埋庫(kù)區(qū)、進(jìn)場(chǎng)道路、滲濾液處理及排放系統(tǒng)等工程。填埋庫(kù)區(qū)的建設(shè)應(yīng)結(jié)合填埋垃圾合理區(qū)域?qū)嶋H使用年限及建設(shè)年限分次投資。建設(shè)一塊,使用一塊,則投入的費(fèi)用最少。減少場(chǎng)底及邊坡的土方開(kāi)挖量,是工程造價(jià)控制的重點(diǎn),填埋庫(kù)區(qū)的施工,土方工程及HDPE膜防滲工程的施工是兩個(gè)重要的工序,直接影響工程造價(jià)及工程質(zhì)量。因此要做好施工組織設(shè)計(jì),安排好每一道工序的施工時(shí)間,避免受到天氣及工序的影響而增加工程造價(jià)。旱季是填埋庫(kù)區(qū)工程的最佳施工時(shí)間。
The Exploration of Sanitary Landfill Construction Investment Control for Large-scale Municipal Solid Waste
Qiu Zhaowen, Wang Haiming
關(guān)鍵詞:污泥;城市生活垃圾;混合填埋;物理與工程力學(xué)特性;穩(wěn)定性
中圖分類(lèi)號(hào):TU4
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-4764(2016)03-0080-10
Abstract:With the increase of sludge production of wastewater treatment plants, sludge treatment has become one of the hot topics in environmental engineering and environmental geotechnical engineering. Sludge-municipal solid waste(MSW) mixture landfill has been applied abroad. But the current domestic foundational laboratory test result of MSW mixture sample is not much,there is a lack of understanding on its mechanical properties and the appropriate proportion of mixed landfill. Hence domestic sludge-municipal solid waste(MSW) mixture landfill engineering accidents occur frequently. Consolidation compression experiments, three axis consolidated undrained tests and unconfined compressive strength tests are conducted to disscuss the mechanical properties of different mixing ratio of sludge-municipal solid waste(MSW) mixture. At the same time, ANSYS numerical simulation is operated to analyze the slope stability of landfill with different mixing ratio of sludge-municipal solid waste(MSW) mixture. The theoretical support on the appropriate proportion of mixed landfill and stability security of sludge-municipal solid waste mixture landfill is proposed.
Keywords:sludge; municipal solid waste (MSW); mixture backfilling; mechanical properties; slope stability
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城市化水平的不斷提高,工業(yè)污水和生活污水的排放量日益增多,污水處理廠污泥產(chǎn)量急劇增加,據(jù)中國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部 2013 年 2 月公布的數(shù)據(jù),截止 2012年底,中國(guó)設(shè)市城市、縣累計(jì)建成城鎮(zhèn)污水處理廠共 3 340座,污水處理能力約1.42 億m3/d,假設(shè)污水處理負(fù)荷率為 75%,
每萬(wàn)噸污水產(chǎn)生 6 t含水率為 80%的污泥,則中國(guó)每天將產(chǎn)生含水率 80%的污泥 6.39萬(wàn)t[1]。2010年10月的“京城環(huán)保第一大案”,以及隨后的“深圳污泥坑管涌威脅自然生態(tài)”、“重慶污泥不治污水處理系統(tǒng)將崩潰”等相繼見(jiàn)諸媒體的報(bào)道,揭開(kāi)了中國(guó)在污泥處理上的嚴(yán)重缺口,污泥處置問(wèn)題已成為中國(guó)亟待解決的環(huán)境問(wèn)題。
目前,污泥處置與利用的方式主要有填埋、焚燒、農(nóng)用以及資源化利用等[2]。由于污泥衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)、重金屬指標(biāo)難以滿足農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn),污泥焚燒存在汞汽化和二f英污染等問(wèn)題未能得到有效解決,污泥填埋因其有投資少、容量大、見(jiàn)效快的優(yōu)勢(shì),已逐漸成為國(guó)內(nèi)外污泥處置的主要途徑之一。
與污泥填埋相關(guān)的土工性質(zhì)或力學(xué)性質(zhì)的研究在其它國(guó)家70年代已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行,主要在污泥用作填埋場(chǎng)覆蓋材料方面有較為深入研究[3-4]。近幾年來(lái)的研究成果研究表明,將城市生活垃圾與污泥進(jìn)行混合,其降解穩(wěn)定過(guò)程比單獨(dú)填埋時(shí)明顯加快。比如,單華倫[5]的研究表明,污泥和生活垃圾進(jìn)行混合填埋可以促進(jìn)垃圾降解和填埋體沉降,對(duì)加速填埋場(chǎng)穩(wěn)定及擴(kuò)大填埋庫(kù)容有利。徐華亭[6]通過(guò)造紙污泥與生活垃圾混合填埋的模擬實(shí)驗(yàn),提出添加適量的造紙污泥可加速生活垃圾降解過(guò)程,提高垃圾降解效率。吳正松等[7]通過(guò)生活垃圾與污泥一體化處理反應(yīng)器試驗(yàn)后提出,生活垃圾與污泥一體化處理,對(duì)污泥和垃圾的減量及穩(wěn)定效果良好。Kavitha 等 [8] 研究指出,活化污泥可提高城市生活垃圾生物降解能力,促進(jìn)其穩(wěn)定化進(jìn)程。另外,Martin[9]對(duì)垃圾與污泥均勻混合填埋,加速填埋層進(jìn)入穩(wěn)定的甲烷化階段的機(jī)理進(jìn)行了理論分析。Kong 等 [10]對(duì)城市生活垃圾與污泥混合物汽化動(dòng)力學(xué)特性及其活化能和指前因子等參數(shù)進(jìn)行了研究。Fang等 [11] 進(jìn)行了造紙污泥與城市生活垃圾混合的共熱解熱重量分析。Zuhaib等 [12] 對(duì)污泥加速城市生活垃圾進(jìn)入甲烷化階段的最優(yōu)組分比進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。彭晨[1]利用城市生活垃圾堆肥的熱量可作為維持污泥中溫厭氧消化這一特性,對(duì)城市生活垃圾和污水廠污泥一體化反應(yīng)器小件模型試驗(yàn)進(jìn)行了研究,試驗(yàn)結(jié)果確定污泥的最優(yōu)運(yùn)行投配率為25%。李耕宇[13]進(jìn)行了不同污泥負(fù)荷下常溫厭氧活性污泥對(duì)生活垃圾填埋滲濾液處理效果研究,指出當(dāng)污泥培養(yǎng)溫度為 21 ℃,滲濾液 pH 為 7.6 時(shí),厭氧反應(yīng)池中污泥負(fù)荷約為 7.83 kgCOD/kgMLSS?d 時(shí),反應(yīng)器處理效果最佳。另外,朱英等[14]對(duì)填埋物質(zhì)分別為污泥、污泥+牛糞、污泥+鐵刨花以及準(zhǔn)好氧填埋方式的加速穩(wěn)定化過(guò)程進(jìn)行了研究。謝震震等[15]研究表明,污泥和粉煤灰混合填埋比污泥單獨(dú)填埋能夠加大有機(jī)物的降解速率,從而縮短穩(wěn)定化時(shí)間。
盡管以上研究成果表明污泥城市生活垃圾混合填埋可加速污泥穩(wěn)定化進(jìn)程,減少污泥對(duì)垃圾填埋場(chǎng)穩(wěn)定的不利影響,但目前的研究成果多數(shù)停留在城市垃圾與污泥混合填埋對(duì)加快填埋場(chǎng)降解與穩(wěn)定過(guò)程有促進(jìn)作用的描述上,中國(guó)具體的工程應(yīng)用鮮有報(bào)道。相比而言,國(guó)外的污泥與城市垃圾混合填埋技術(shù)相對(duì)成熟些[16]。國(guó)外也有將污泥與城市生活垃圾或泥土混合填埋的應(yīng)用:與生活垃圾混合填埋時(shí),將污泥撒布在城市垃圾上面,混合均勻后鋪放于填埋場(chǎng)內(nèi),壓實(shí)覆土。污泥與垃圾的混合比為1:4-1:7,中間覆土層厚度0.15~0.3 m,填埋容量為900~7 900 m3/ha[17]。由于中國(guó)的城市垃圾種類(lèi)比國(guó)外的要復(fù)雜得多,中國(guó)污水處理廠對(duì)污泥固化/穩(wěn)定預(yù)處理的標(biāo)準(zhǔn)、經(jīng)費(fèi)投入等與國(guó)外的相差巨大,因而國(guó)外污泥與垃圾混合填埋技術(shù)的具體參數(shù)不適用于中國(guó)國(guó)情。目前,中國(guó)對(duì)于污泥與城市垃圾土混合樣的土力學(xué)性質(zhì)還了解不多,對(duì)污泥與城市垃圾混合樣的抗剪強(qiáng)度(內(nèi)摩擦角、粘聚力)、固結(jié)特性(壓縮指數(shù)、固結(jié)系數(shù))等工程力學(xué)性質(zhì)認(rèn)識(shí)不足,從而對(duì)混合填埋時(shí)污泥與城市垃圾的適宜混合比例以及填埋的極限容量等問(wèn)題不甚了解,而中國(guó)鮮有現(xiàn)成的資料可供借鑒,國(guó)外的又不適用于中國(guó),從而導(dǎo)致中國(guó)污泥被大肆傾倒入MSW填埋場(chǎng)的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮,填埋場(chǎng)工程安全隱患叢生,工程事故頻繁發(fā)生,不僅造成了慘重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失,也給當(dāng)?shù)貛?lái)了巨大的環(huán)境災(zāi)難。比如,潮州市雞籠山垃圾填埋場(chǎng)的垃圾崩塌滑坡事故、深圳下坪固體廢棄物填埋場(chǎng)污泥坑管涌事故,以及由于污泥傾倒引發(fā)的廣州大王崗垃圾填埋場(chǎng)崩塌事故等。
為解決上述問(wèn)題,進(jìn)行了污泥及其城市生活垃圾混合樣室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)性研究工作,獲取了污泥與城市生活垃圾土混合樣的物理、力學(xué)性質(zhì)等土性參數(shù),為全面了解污泥城市垃圾混合樣的土工性質(zhì)提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時(shí),對(duì)污泥與城市垃圾混合樣的變形、強(qiáng)度隨污泥摻入量的變化規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與分析,從而對(duì)混合填埋時(shí)污泥與城市生活垃圾的適宜混合比作了探索性研究。最后,用數(shù)值模擬方法對(duì)不同配合比的污泥城市生活垃圾混合邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。
1 污泥與城市生活垃圾混合樣的工程
力學(xué)特性室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究
1.1 污泥物理性質(zhì)指標(biāo)及城市生活垃圾樣制備
實(shí)驗(yàn)中的污泥取自鹽城市城東污水處理廠,污泥的物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。
根據(jù)鹽城市區(qū)城市生活垃圾的現(xiàn)場(chǎng)取樣,測(cè)得垃圾樣平均含水率ω=49.92%,ρ=1.69 g/cm3,ρd=1.13 g/cm3。
實(shí)驗(yàn)中的城市生活垃圾,根據(jù)鹽城市區(qū)城市生活垃圾的分揀資料,進(jìn)行了人工配制,城市生活垃圾各組分如表2所示。根據(jù)中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗(yàn)規(guī)程》(SL237―1999)中對(duì)試驗(yàn)材料尺寸規(guī)定,將廢紙,木材,塑料等材料用剪刀剪碎,并控制其尺寸在試樣尺寸的1/5~1/10,測(cè)定各種材料初始含水率,結(jié)果列于表3。
根據(jù)表2和表3中的資料配制垃圾土。
在現(xiàn)場(chǎng),垃圾填埋工程都要進(jìn)行碾壓,機(jī)械碾壓所達(dá)到的壓實(shí)程度以及通過(guò)碾壓所獲得的密實(shí)度是實(shí)驗(yàn)室模擬現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)時(shí)所面臨的兩個(gè)重要問(wèn)題,為此,分別配置不同含水率的垃圾樣,進(jìn)行室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)。根據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》,進(jìn)行室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)。擊實(shí)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。
擊實(shí)實(shí)驗(yàn),含水率越高,干密度越大,曲線無(wú)顯著下降,造成這一現(xiàn)象的原因是垃圾土與正常土體性質(zhì)上的差異。城市固體廢棄物(MSW)以其特殊的物理、力學(xué)及工程特性而顯著有別于無(wú)機(jī)土,雖然其高壓縮性與泥炭和有機(jī)質(zhì)土有相似之處,但其變形機(jī)制以及生物降解特性與現(xiàn)有天然土體有本質(zhì)的差別。
1.2 污泥與城市生活垃圾混合樣固結(jié)壓縮實(shí)驗(yàn)研究
將填埋場(chǎng)準(zhǔn)入污泥(含水率小于60%)與城市生活垃圾樣按照不同配比混合進(jìn)行固結(jié)壓縮實(shí)驗(yàn),固結(jié)壓縮實(shí)驗(yàn)共分5組,純污泥以及污泥與城市垃圾混合樣,污泥與垃圾濕重百分比分別為10%、20%、30%、40%,每組兩個(gè)平行樣。純污泥及其污泥垃圾混合樣加荷等級(jí)分別為100、200、300 kPa。
污泥及其與城市生活垃圾混合樣的壓縮模量,壓縮系數(shù)及次固結(jié)系數(shù)分別見(jiàn)表4~8。
從表4~8可知,污泥的次固結(jié)系數(shù)大,主固結(jié)壓縮變形后表現(xiàn)有較大的蠕變特性;污泥與城市生活垃圾混合后,其次固結(jié)系數(shù)大為減小,污泥的蠕變特性得到較大改善。
圖4顯示,污泥垃圾混合樣的次固結(jié)系數(shù)均遠(yuǎn)小于純污泥的次固結(jié)系數(shù);隨著污泥濕重百分比的增加,混合樣的次固結(jié)系數(shù)普遍增大。
以上固結(jié)壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,污泥與城市生活垃圾混合,可較好地改善污泥的固結(jié)壓縮特性,但要控制污泥的填入量,污泥含量增大,混合樣的壓縮性會(huì)增大;污泥與城市生活垃圾混合,可較大地減小純污泥的次固結(jié)系數(shù),污泥與垃圾濕重百分比較小時(shí),次固結(jié)系數(shù)小,表明合宜比例的污泥與垃圾混合,可較大地改良污泥的流變特性。
1.3 污泥與城市生活垃圾混合樣強(qiáng)度特性實(shí)驗(yàn)研究
在三軸固結(jié)不排水實(shí)驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn),污泥與城市垃圾混合樣中污泥與垃圾濕重百分比分別為10%、20%、30%、40%、50%,其中污泥含水率為60%。
三軸固結(jié)不排水實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9所示。實(shí)驗(yàn)可得到污泥與垃圾混合樣強(qiáng)度參數(shù)與污泥含量的關(guān)系,如圖5、6所示。
從表9可知,污泥與城市垃圾混合后,混合樣的粘聚力和摩擦角均要大于純污泥的,表明污泥與城市垃圾混合,可較好改善污泥的抗剪強(qiáng)度。表9及圖5、6顯示,混合樣的粘聚力隨著污泥含量的增加而增加,但當(dāng)污泥含量超過(guò)某一數(shù)量(本實(shí)驗(yàn)為40%)時(shí),混合樣粘聚力又將較大幅度降低,而混合樣內(nèi)摩擦角隨著污泥含量的增加而減小,表明污泥含量較高時(shí),混合樣的粘聚力和摩擦角均較小,其強(qiáng)度較低。
對(duì)以上結(jié)果進(jìn)行解讀:城市垃圾中,摻入污泥時(shí),污泥會(huì)包附在垃圾土的顆粒表面,形似類(lèi)似的“膜”,隨著污泥含量的增大,這層“膜”會(huì)越來(lái)越完整,污泥在垃圾混合樣中所發(fā)揮的作用將越來(lái)越大。有機(jī)質(zhì)的黏性性質(zhì)大約只有粘性土的幾分之一,污泥含量越高,混合樣中的有機(jī)質(zhì)含量就越大,從而導(dǎo)致高污泥含量混合樣的粘聚力相比低污泥含量的混合樣必將大為降低。另外,污泥中的有機(jī)質(zhì)在混合樣的土顆粒之間會(huì)起到 “劑”的作用,因此,隨著污泥含量的增大,有機(jī)質(zhì)增多,此作用將越顯著,從而混合樣的摩擦角將隨著污泥含量的增加而降低。三軸固結(jié)不排水主應(yīng)力差與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線如圖7所示。從圖7的主應(yīng)力差與軸向變形曲線可以看出,在試驗(yàn)的應(yīng)變范圍內(nèi)混合試樣并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的破壞面,且應(yīng)力應(yīng)變曲線為加工硬化形,主應(yīng)力差隨著軸向變形的增大而持續(xù)變大,在試驗(yàn)范圍內(nèi)未出現(xiàn)峰值,其應(yīng)力應(yīng)變曲線接近于垃圾土的性質(zhì)。
上述圖表顯示,隨著污泥含量的增加,混合樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大,但增加到一定值后,隨著污泥含量的進(jìn)一步增加,其qu值會(huì)顯著降低。解讀:污泥填入城市生活垃圾,污泥含量不高時(shí),隨著污泥含量的增加,流動(dòng)性較強(qiáng)的污泥細(xì)顆粒能更好地填充垃圾土顆粒之間的空隙,促進(jìn)各組分間能更緊密排列,從而使混合樣粘聚力增大,無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度增大;但隨著污泥含量的增大,污泥在混合樣中的作用將漸趨呈主導(dǎo),污泥的“膜”作用及其有機(jī)質(zhì)的作用將越趨增大,從而導(dǎo)致其無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度顯著下降。
2 污泥與垃圾混填邊坡的ANSYS數(shù)
值模擬分析
污泥與垃圾混填邊坡的ANSYS數(shù)值模擬,坡角為15.5°,邊坡形狀及計(jì)算模型如圖9所示。彈性模量E=15 MPa,泊松比0.3。計(jì)算范圍取坡腳向左延伸40 m,深度取坡腳以下30 m,模型總寬280 m。左、右邊界僅約束水平位移,底部邊界約束水平和豎直位移。網(wǎng)絡(luò)劃分見(jiàn)圖10所示。Plane42單元,分成1 139個(gè)單元,1 233個(gè)節(jié)點(diǎn)。模型按平面應(yīng)變考慮。
由上述的數(shù)字模擬分析結(jié)果可知,污泥含量為10%、30%左右的混填邊坡的安全系數(shù)較高,但當(dāng)污泥含量增大到50%時(shí),其安全系數(shù)會(huì)激劇下降。因此,污泥與垃圾混合填埋時(shí),一定要控制污泥的摻入量,以確保填埋體邊坡的穩(wěn)定安全。
3 結(jié) 論
1)通過(guò)污泥及其與城市生活垃圾土混合樣的壓縮及強(qiáng)度等實(shí)驗(yàn),獲取了污泥及其與城市生活垃圾土混合樣的物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo),為全面了解污泥城市垃圾混合樣的土工性質(zhì)提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
2)對(duì)污泥與城市垃圾混合樣的變形、強(qiáng)度隨污泥摻入量的變化規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與分析,從而對(duì)混合填埋時(shí)污泥與城市生活垃圾的適宜混合比作了探索性研究:合宜比例的污泥與垃圾混合,可較好地改善污泥的流變特性和強(qiáng)度。
3)通過(guò)污泥與垃圾混填邊坡的ANSYS數(shù)值模擬分析可知,污泥含量為10%、30%左右的混填邊坡的安全系數(shù)較高,但當(dāng)污泥含量增大到50%時(shí),其安全系數(shù)會(huì)驟然下降。因此,污泥與垃圾混合填埋的實(shí)際工程,一定要結(jié)合混合樣的固結(jié)壓縮特性、強(qiáng)度特性試驗(yàn)和邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果,控制污泥的適宜摻入比例,以確保填埋體邊坡的穩(wěn)定安全。
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[關(guān)鍵詞]生活垃圾 處理 技術(shù)
中圖分類(lèi)號(hào):X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-914X(2015)40-0320-01
1 我國(guó)城市生活垃圾構(gòu)成的特點(diǎn)
我國(guó)城市生活垃圾含水率高,垃圾中的水分對(duì)焚燒處理是非常不利的,若水分較大,必須投入輔助燃料才能保證垃圾焚燒的正常進(jìn)行;可燃有機(jī)物含量比例低,工業(yè)化國(guó)家城市生活垃圾中有機(jī)物含量為66~82.9%,而我國(guó)僅為22.18~56.2%,這將直接影響垃圾熱值的高低;垃圾熱值低,一般認(rèn)為,當(dāng)垃圾的發(fā)熱值大3349kJ/kg時(shí),可直接燃燒。我國(guó)城市生活垃圾的熱值普遍達(dá)不到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。因此,燃燒時(shí)必須投入輔助燃料,這就增加了垃圾焚燒的成本。
2 我國(guó)城市生活垃圾收集的現(xiàn)狀
2.1 混合收集
我國(guó)城市生活垃圾收集以混合收集為主,混合收集是指各種城市生活垃圾未經(jīng)任何處理混合在一起收集的方式。該方式簡(jiǎn)單易行、運(yùn)行費(fèi)用低。但是,垃圾的利用價(jià)值和有用物資的純度很低,同時(shí)也增加了城市生活垃圾處理的難度,提高了垃圾處理的總費(fèi)用。
2.2 分類(lèi)收集
目前垃圾分類(lèi)收集尚在一些大城市進(jìn)行試點(diǎn)。分類(lèi)收集是指按城市生活垃圾的組成成分進(jìn)行分類(lèi)的收集方式。這種方式可以提高回收物資的純度和數(shù)量,減少需要處理的垃圾量,有利于城市垃圾的資源化和減量化。垃圾分類(lèi)收集是降低垃圾處理成本、簡(jiǎn)化處理工藝、實(shí)現(xiàn)垃圾綜合利用的前提。
3 城市生活垃圾處理技術(shù)現(xiàn)狀
中國(guó)城市生活垃圾處理處置工作自七五期間起步以來(lái)取得了極大的發(fā)展。按清運(yùn)量統(tǒng)計(jì),綜合考慮其他因素2008年底我國(guó)城市生活垃圾的無(wú)害化處理率約為50%。目前,垃圾處理方式主要有衛(wèi)生填埋、堆肥、焚燒和綜合利用這四種,其中衛(wèi)生填埋是目前我國(guó)垃圾處理的最主要方式。
3.1 衛(wèi)生填埋技術(shù)
衛(wèi)生填埋是指利用坑洼地填埋城市生活垃圾的方法。該方法必須經(jīng)過(guò)科學(xué)的選址、嚴(yán)格的場(chǎng)地防護(hù)處理和對(duì)滲濾液及填埋氣體的嚴(yán)格控制。采用焚燒處理后的殘?jiān)投逊侍幚碇械牟豢啥逊饰锒夹枰l(wèi)生填埋處置。在衛(wèi)生填埋場(chǎng)地底部敷設(shè)排水管道使?jié)B濾液排出場(chǎng)外進(jìn)行處理;在垃圾體內(nèi)部設(shè)有導(dǎo)氣系統(tǒng),將導(dǎo)出的填埋氣通過(guò)燃燒等方式利用;還要在場(chǎng)地周?chē)O(shè)截洪溝阻止洪水進(jìn)入場(chǎng)內(nèi)。待填埋場(chǎng)封場(chǎng)后盡可能的恢復(fù)地貌和維護(hù)生態(tài)平衡。該技術(shù)總的原則是不使掩埋的垃圾對(duì)地下水、地表水、土地、空氣及周?chē)h(huán)境造成污染。衛(wèi)生填埋技術(shù)比較成熟、操作管理簡(jiǎn)單、處理量大、運(yùn)行費(fèi)用低、總體投資小、適用于所有類(lèi)型垃圾。但是,衛(wèi)生填埋技術(shù)也存在許多弊端:填埋場(chǎng)選址需遠(yuǎn)離市區(qū),這就增大了運(yùn)費(fèi)成本;填埋法占用大量土地,且使用后的土地在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法恢復(fù)原來(lái)的用途。
3.2 焚燒處理技術(shù)
焚燒是將垃圾放在特殊設(shè)計(jì)的封閉爐中進(jìn)行焚燒,一般爐內(nèi)溫度控制在980℃左右,焚燒后可使垃圾減容85%以上,減重75%以上,焚燒法處理城市生活垃圾具有減量化、無(wú)害化的特征。由于受經(jīng)濟(jì)水平的限制,我國(guó)的垃圾焚燒處理技術(shù)起步較晚,長(zhǎng)期以來(lái)發(fā)展較為緩慢。
目前的生活垃圾焚燒技術(shù)主要有:直接焚燒法。直接焚燒是高溫和深度氧化的綜合過(guò)程;熱解焚燒法。該技術(shù)根據(jù)不同垃圾在熱解過(guò)程中的相似性,將有機(jī)物在缺氧條件下利用其熱能,產(chǎn)生裂解和凝聚反應(yīng),形成氣、液、固三相產(chǎn)物,達(dá)到潔凈燃燒的目的。發(fā)達(dá)國(guó)家已由“直接焚燒法”向“熱解焚燒法”發(fā)展,我國(guó)也已將其列入了自然科學(xué)領(lǐng)域中的前沿研究項(xiàng)目。生活垃圾焚燒技能夠使垃圾的無(wú)害化處理更為徹底;可以有效地實(shí)現(xiàn)垃圾的減量化與資源化利用;對(duì)環(huán)境的影響較小;和填埋法相比可以節(jié)約大量的土地。但垃圾焚燒也存在環(huán)境污染隱患,垃圾焚燒排放的二f英具有不可逆的“三致”毒性,對(duì)人體健康具有極大危害;我國(guó)城市生活垃圾成分復(fù)雜,而且長(zhǎng)期以來(lái)一直是混合收集;我國(guó)垃圾熱值低,燃燒時(shí)需要添加燃料輔助燃燒,造成運(yùn)行成本的增加;焚燒法的投資和運(yùn)行費(fèi)用均較高。
3.3 堆肥處理技術(shù)
堆肥法是利用自然界廣泛存在的細(xì)菌、放線菌、真菌等微生物的新陳代謝作用,在適宜的條件下,進(jìn)行微生物的自我繁殖,從而將可生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)。微生物的生長(zhǎng)繁殖受到下列多種因素的影響:垃圾中有機(jī)物質(zhì)的含量、含水率、通風(fēng)供氧情況、翻拌要求、碳氮比(根據(jù)需要添加有機(jī)肥)、堆肥溫度、pH值以及自然氣候條件等。有效促進(jìn)和控制堆肥過(guò)程中微生物的正常繁衍是整個(gè)堆肥處理技術(shù)的核心。
目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的堆肥方式主要有以下三種:自然通風(fēng)靜態(tài)堆肥、強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)堆肥和筒式發(fā)酵倉(cāng)堆肥。自然通風(fēng)靜態(tài)堆肥,該法是在一塊場(chǎng)地上,堆高2~3m,一般上部覆土,場(chǎng)底以混凝土硬化并鋪設(shè)通風(fēng)排水溝,腐熟垃圾用鏟裝機(jī)、滾筒篩、皮帶機(jī)和磁選滾筒等生產(chǎn)堆肥產(chǎn)品,這種方式簡(jiǎn)單,成本較低,應(yīng)用最廣;強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)堆肥,該種方式多為非露天堆場(chǎng),一次發(fā)酵倉(cāng)要求能容納10~20天垃圾,室內(nèi)堆高約215m,設(shè)有翻堆和運(yùn)輸通道;筒式發(fā)酵倉(cāng)堆肥即垃圾從倉(cāng)頂輸入,發(fā)酵后腐熟料從倉(cāng)底輸出,用高壓風(fēng)機(jī)從倉(cāng)底強(qiáng)制供風(fēng)。這是一種間歇式動(dòng)態(tài)好氧發(fā)酵工藝。
隨著城市生活水平和燃料結(jié)構(gòu)的不斷提高,城市生活垃圾中的有機(jī)質(zhì)含量有了較大的提高,經(jīng)堆肥處理后,可轉(zhuǎn)化為良好的有機(jī)肥料,具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。但是,為了提高堆肥處理效果,垃圾要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的預(yù)處理,而且堆肥品必須經(jīng)過(guò)再次破碎分選,才能達(dá)到符合質(zhì)量的堆肥產(chǎn)品。另外,堆肥周期長(zhǎng),占地面積大,衛(wèi)生條件差。
3.4 綜合處理技術(shù)
所謂綜合處理技術(shù)就是衛(wèi)生填埋、焚燒、堆肥等多種垃圾處理技術(shù)的有機(jī)結(jié)合,該法充分發(fā)揮各種垃圾處理系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),揚(yáng)長(zhǎng)避短,從而真正實(shí)現(xiàn)生活垃圾的無(wú)害化、減量化和資源化。任何一種垃圾處理技術(shù)都有各自的優(yōu)勢(shì)和局限性,單靠一種處理技術(shù)難以滿足城市生活垃圾處理要求,所以生活垃圾處理最理想的發(fā)展方向?yàn)槎嘣C合處理。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,尤其是在垃圾產(chǎn)生量大的大城市,這種方法可以使垃圾得到合理處理和利用,使資源充分回收,提高處理效率。
采用綜合處理方式后,易腐物和可燃物都得到了利用,故填埋物的量很小,只占總體積的15%~20%,填埋物主要為磚頭、瓦礫等無(wú)機(jī)垃圾,不會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的二次污染,節(jié)省了填埋空間。
參考文獻(xiàn):
城市化 城市發(fā)展論文 城市文化論文 城市經(jīng)濟(jì)論文 城市管理論文 城市公共設(shè)施 城市文化案例 城市化管理 城市建設(shè)規(guī)劃 城市建設(shè)論文 紀(jì)律教育問(wèn)題 新時(shí)代教育價(jià)值觀