山地型生活垃圾衛(wèi)生填埋場調(diào)節(jié)池的設(shè)計

馮 猛,高全喜,吳 瑋,武麗麗,王 翌

FENG Meng1, GAO Quanxi1, WU Wei1, WU Lili1, WANG Yi2

在生活垃圾衛(wèi)生填埋場工程中,調(diào)節(jié)池主要作用是對垃圾滲濾液進(jìn)行水質(zhì)和水量的調(diào)節(jié),平衡豐水期和枯水期的差異,為滲濾液處理系統(tǒng)提供恒定的水量,同時對滲濾液水質(zhì)起到預(yù)處理的作用。調(diào)節(jié)池內(nèi)存放的垃圾滲濾液屬于高濃度廢水,停留過程中發(fā)生厭氧反應(yīng)產(chǎn)生甲烷、硫化氫等污染氣體,故調(diào)節(jié)池設(shè)計必須采取有效的環(huán)境保護(hù)措施[1-5]。

1 概 述

本項目位于浙南山區(qū),填埋場總占地面積80 918 m2,設(shè)計庫容37.8萬m3,垃圾平均處理量約75 t/d,滲濾液處理規(guī)模為100 t/d。調(diào)節(jié)池設(shè)計需解決的主要問題有：①受亞熱帶海洋季風(fēng)氣候影響,項目所在地年均降雨量達(dá)到1913 mm,以春雨、梅雨和臺風(fēng)雨為主,4—9月降雨量占全年雨量的80 %左右,對池體容積設(shè)計要求高。②池體周邊為垃圾填埋庫區(qū)擋壩、道路、滲濾液處理站和截洪溝等,場地狹窄。場地山體曾遭到開挖爆破,分布地層從上往下依次為：第四系坡洪積(2)號含粘性土礫砂(Qel-dl)和(3)號白堊系下統(tǒng)小平田組(K1x)凝灰質(zhì)砂礫巖,并且地形起伏較大,調(diào)節(jié)池平面和豎向布置難度較大。③需采取有效措施妥善保護(hù)地下水、地表水和大氣環(huán)境不受污染。④妥善解決覆蓋膜頂面的雨水導(dǎo)排、膜下的沼氣導(dǎo)排及池底污泥的清理問題。針對上述亟待解決的問題,調(diào)節(jié)池具體設(shè)計內(nèi)容如下。

2 調(diào)節(jié)池容量設(shè)計

調(diào)節(jié)池容積參照《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范(GB50869—2013)》附錄C 調(diào)節(jié)池容量計算方法進(jìn)行設(shè)計。為提高調(diào)節(jié)池安全系數(shù),本次設(shè)計各項系數(shù)取值按規(guī)范要求的系數(shù)上限進(jìn)行計算。

Q=I×(C1A1+C2A2+C3A3+C4A4)/1000

(1)

式(1)中：Q為逐月滲濾液產(chǎn)生量,m3/d,詳見表1計算結(jié)果；

I為多年平均逐月的日降水量,mm/d,詳見表1;

C1為正在填埋作業(yè)區(qū)浸出系數(shù),取值0.8；

A1為正在填埋作業(yè)區(qū)匯水面積,取值8000 m2,低于垃圾壩頂部高程的填埋庫區(qū)面積；

C2為已中間覆蓋區(qū)浸出系數(shù),取值0.24；

A2為已中間覆蓋區(qū)匯水面積,取值31049 m2,填埋庫區(qū)面積減去作業(yè)區(qū)面積；

C3為已終場封場覆蓋區(qū)浸出系數(shù),宜取0.1；

A3為已終場封場覆蓋區(qū)匯水面積,取值0 m2；

C4為調(diào)節(jié)池浸出系數(shù),若調(diào)節(jié)池設(shè)置有膜蓋系統(tǒng)取0；

A4為調(diào)節(jié)池匯水面積,取值1205 m2。

(2)逐月滲濾液余量

逐月滲濾液余量按照以下公式計算：

D=Q-B

(2)

式(2)中：D為逐月滲濾液余量,m3；

Q為逐月滲濾液產(chǎn)生量,m3；

B為逐月滲濾液處理量,m3。

2.1 調(diào)節(jié)池容量計算

以5月份為例進(jìn)行介紹：5月份的多年平均月降雨量I為249 mm,5月份的滲濾液產(chǎn)生量計算結(jié)果如下：

Q=249×(8000×0.8+31049×0.24+0×

0.1+1205×0)/1000=3449(m3)

滲濾液設(shè)計處理規(guī)模為100 t/d,5月份為31 d,5月份的滲濾液處理水量和滲濾液余量計算結(jié)果如下：

B=100×31=3100(m3)

D=3449- 3100=-349(m3)

以此類推,對1—12月份的滲濾液產(chǎn)生量、滲濾液處理水量和滲濾液余量分別進(jìn)行計算,結(jié)果詳見表1。

表1 調(diào)節(jié)池容積計算表

對表1計算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計,將1—12月中逐月滲濾液余量>0的數(shù)值相加,即為需要的調(diào)節(jié)池總?cè)萘?對5、6、8、9月份的滲濾液余量進(jìn)行相加,調(diào)節(jié)池總?cè)萘繛? 233 m3。

2.2 調(diào)節(jié)池容量校核

調(diào)節(jié)池容量宜按最大日降雨量或20年一遇連續(xù)7日最大降雨量進(jìn)行校核,在當(dāng)?shù)貨]有上述歷史數(shù)據(jù)時,也可采用現(xiàn)有全部年數(shù)據(jù)進(jìn)行校核。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蟛块T提供的降雨量統(tǒng)計數(shù)據(jù),最大日降雨量為345 mm,計算過程如下。

Q=345×(8000×0.8+31049×

0.24+0+0)/1000=4779(m3)

2.3 調(diào)節(jié)池容積確定

將校核值與計算值進(jìn)行比較,取其中較大者,在此基礎(chǔ)上乘以安全系數(shù)1.1～1.3，即為所取調(diào)節(jié)池容積,本設(shè)計安全系數(shù)取1.3,調(diào)節(jié)池容積6 213 m3。結(jié)合場地實際情況,調(diào)節(jié)池設(shè)計面積為1 205 m2,池深5.5 m,總?cè)莘e為6 628 m3。

3 調(diào)節(jié)池工程設(shè)計

在垃圾填埋庫區(qū)擋壩下游設(shè)置調(diào)節(jié)池[6],調(diào)節(jié)池下游布置滲濾液處理區(qū),調(diào)節(jié)池兩側(cè)為山體。本次設(shè)計內(nèi)容主要包括場地平整、地下水導(dǎo)排系統(tǒng)、池體構(gòu)筑、防滲系統(tǒng)、滲濾液進(jìn)出水系統(tǒng)、膜蓋系統(tǒng)、廢氣收集處理系統(tǒng)、雨水導(dǎo)排系統(tǒng)和安全防護(hù)設(shè)施等。見圖1。

3.1 場地平整

調(diào)節(jié)池場地平整設(shè)計高程為680.40 m,池體施工結(jié)束后對池體周邊場地進(jìn)行回填,表面用C20混凝土進(jìn)行硬化,厚度120 mm,與臨近的道路及擋壩坡腳平接。調(diào)節(jié)池場地東、西兩側(cè)為巖壁,設(shè)計采用掛網(wǎng)噴漿進(jìn)行邊坡保護(hù)。

3.2 地下水導(dǎo)排系統(tǒng)

項目地質(zhì)勘查結(jié)果顯示：場區(qū)內(nèi)地下水不發(fā)達(dá),沒有大規(guī)模斷裂構(gòu)造足以儲存大量裂隙水,裂隙水主要由大氣降水和松散巖類孔隙潛水補給,排泄以滲流為主,從高處往低處流,場地內(nèi)未測得穩(wěn)定地下水位。結(jié)合場地水文地質(zhì)條件,本項目設(shè)計未考慮地下水導(dǎo)排系統(tǒng),通過對調(diào)節(jié)池場地及周邊巖質(zhì)邊坡進(jìn)行硬化處理,池體周邊設(shè)置排水溝起到截洪導(dǎo)流作用。

3.3 池體設(shè)計

調(diào)節(jié)池設(shè)計面積為1 205 m2,頂部標(biāo)高為686.50 m,池深5.5 m。為節(jié)約用地,減少土石方工程量,池體采用半地下式,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),混凝土強度等級C30,抗?jié)B等級P6。池體底板厚度500 mm,池壁厚均為400 mm,池壁處每隔8 m設(shè)置600 mm×600 mm扶壁柱,基層做100 mm厚C15混凝土墊層。此外,在池壁頂部設(shè)外挑走道板,厚150 mm,寬1.0 m,走道板兩側(cè)安裝不銹鋼護(hù)欄。

圖1 調(diào)節(jié)池平面布置圖

3.4 防滲系統(tǒng)

防滲系統(tǒng)可以隔離滲濾液和地下水接觸,防止污染事故發(fā)生。在池底和池壁處鋪設(shè)600 g/m2無紡?fù)凉げ甲鳛槟は卤Ｗo(hù)層,鋪設(shè)2.0 mm厚光面HDPE土工膜作為防滲層。土工膜先通過加裝在池壁的HDPE焊膜吸盤固定,再和土工布一起在池壁頂部用不銹鋼壓條及錨桿固定,待膜蓋系統(tǒng)固定完成后頂部設(shè)置200 mm厚C20混凝土壓頂,吸盤縱橫向布置，間距為1 m。見圖2。

圖2 防滲系統(tǒng)及膜蓋系統(tǒng)固定大樣圖

圖3 調(diào)節(jié)池進(jìn)水大樣圖1

圖4 調(diào)節(jié)池進(jìn)水大樣圖2

3.5 滲濾液進(jìn)出水系統(tǒng)

進(jìn)水：垃圾填埋庫區(qū)滲濾液外排管設(shè)計為兩根DN400 HDPE管,外排管經(jīng)過閥門井后接入沉砂池,沉砂池頂部設(shè)置DN500 HDPE溢流管,溢流管鋪設(shè)至調(diào)節(jié)池池壁頂部后通過90°彎頭穿膜蓋進(jìn)入調(diào)節(jié)池,進(jìn)水口距離池壁頂部0.5 m。進(jìn)水管前端設(shè)置閥門井和沉砂池的主要目的是進(jìn)水開關(guān)控制和便于運營過程中淤泥清理[7]。見圖3、圖4。

出水：在調(diào)節(jié)池東側(cè)安裝出水管,管徑為DN90,池內(nèi)立管管底距離池底0.5 m,穿池壁后接入臥式離心泵,滲濾液泵送至滲濾液處理區(qū),水泵設(shè)計參數(shù)為：Q=7.5 m3/h,H=30 m,P=2.2 kW,一用一備。見圖5。

圖5 調(diào)節(jié)池出水大樣圖

3.6 導(dǎo)氣系統(tǒng)

導(dǎo)氣管采用DN200 HDPE開孔管,沿池壁四周布置,管底距離池壁頂部0.5 m,管道以HDPE膜帶和尼龍繩雙重固定,膜帶布置間距為0.5 m,焊接至池壁防滲膜表面,尼龍繩固定于池壁頂部壓條處。導(dǎo)氣管與膜蓋底部ABS浮球交接位置布置排氣管,排氣管穿膜蓋后通過外排管道抽提至沼氣火炬系統(tǒng),與垃圾填埋庫區(qū)產(chǎn)生的填埋氣體合并進(jìn)行處理。

3.7 膜蓋系統(tǒng)

膜蓋系統(tǒng)能夠防止雨水進(jìn)入調(diào)節(jié)池而增加滲濾液產(chǎn)生量,同時避免發(fā)酵產(chǎn)生的污染氣體外逸[8-11]。膜蓋采用2.0 mm厚光面HDPE膜,膜蓋覆蓋范圍為池底和四面池壁,膜蓋四周用壓條和錨桿固定在池壁頂部平臺處,并和防滲系統(tǒng)一起利用200 mm厚C20混凝土壓頂進(jìn)行加固。膜蓋底部每隔11.4 m布置雙排ABS浮球以提高導(dǎo)氣效果,浮球規(guī)格為d=400 mm,L=980 mm,浮球利用膜帶固定至膜蓋底部墊層膜表面。膜蓋表面設(shè)置壓管,布置間距11.4 m,防止膜蓋被氣體頂起或被大風(fēng)刮起,壓管采用DN200 HDPE管,每段長度為2.0 m,管內(nèi)填充黃沙配重。壓管通過膜帶焊接至膜蓋表面墊層膜表面,相鄰壓管之間利用O型不銹鋼鏈條相互連接,鏈條兩端固定于池壁頂部護(hù)欄處。見圖6～8。

膜蓋表面存留少量雨水可以保護(hù)土工膜,起到壓膜作用,并延緩材料老化,雨水過多時用潛水泵外排至調(diào)節(jié)池周邊平臺處排水溝,水泵設(shè)計參數(shù)為：Q=13 m3/h,H=10 m,P=0.75 kW。

3.8 排水系統(tǒng)

調(diào)節(jié)池周邊設(shè)置漿砌片石排水溝,斷面尺寸0.6 m×0.6 m,出水接入道路邊溝。

4 結(jié)論與建議

山地型垃圾填埋場是我國填埋場的主要形式,調(diào)節(jié)池是填埋場內(nèi)主要的環(huán)保設(shè)施之一。本工程因地制宜進(jìn)行調(diào)節(jié)池布置,希望能為復(fù)雜地形條件下的調(diào)節(jié)池設(shè)計提供參考,主要結(jié)論和建議如下：

1)調(diào)節(jié)池選址充分利用了垃圾填埋庫區(qū)下游的石料場遺留荒地,節(jié)約了寶貴的土地資源。池體采用半地下式,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),減少了土石方工程量。

圖6 膜蓋平面圖

圖7 膜蓋浮球安裝圖

圖8 膜蓋壓管安裝圖

2)調(diào)節(jié)池容積計算應(yīng)充分考慮安全系數(shù),以提高滲濾液水量調(diào)節(jié)能力。

3)調(diào)節(jié)池前端設(shè)置了閥門井和沉砂池,便于淤泥清理。

4)采用HDPE焊膜吸盤、錨桿、壓條及混凝土壓頂?shù)冉M合方式對防滲土工材料進(jìn)行錨固,有效解決了超深調(diào)節(jié)池防滲系統(tǒng)鋪設(shè)問題。

5)膜蓋底部用大直徑ABS浮球進(jìn)行支撐,導(dǎo)氣效果明顯增強,避免了膜蓋高溫季節(jié)發(fā)生鼓包現(xiàn)象。

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