山地型生活垃圾卫生填埋场调节池的设计

GXF360 2018-04-13

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在生活垃圾卫生填埋场工程中,调节池主要作用是对垃圾渗滤液进行水质和水量的调节,平衡丰水期和枯水期的差异,为渗滤液处理系统提供恒定的水量,同时对渗滤液水质起到预处理的作用。调节池内存放的垃圾渗滤液属于高浓度废水,停留过程中发生厌氧反应产生甲烷、硫化氢等污染气体,故调节池设计必须采取有效的环境保护措施[1-5]。

1 概述

本项目位于浙南山区,填埋场总占地面积80 918 m2,设计库容37.8万m3,垃圾平均处理量约75 t/d,渗滤液处理规模为100 t/d。调节池设计需解决的主要问题有：①受亚热带海洋季风气候影响,项目所在地年均降雨量达到1913 mm,以春雨、梅雨和台风雨为主,4—9月降雨量占全年雨量的80 %左右,对池体容积设计要求高。②池体周边为垃圾填埋库区挡坝、道路、渗滤液处理站和截洪沟等,场地狭窄。场地山体曾遭到开挖爆破,分布地层从上往下依次为：第四系坡洪积(2)号含粘性土砾砂(Qel-dl)和(3)号白垩系下统小平田组(K1x)凝灰质砂砾岩,并且地形起伏较大,调节池平面和竖向布置难度较大。③需采取有效措施妥善保护地下水、地表水和大气环境不受污染。④妥善解决覆盖膜顶面的雨水导排、膜下的沼气导排及池底污泥的清理问题。针对上述亟待解决的问题,调节池具体设计内容如下。

2 调节池容量设计

调节池容积参照《生活垃圾卫生填埋处理技术规范(GB50869—2013)》附录C 调节池容量计算方法进行设计。为提高调节池安全系数,本次设计各项系数取值按规范要求的系数上限进行计算。

Q=I×(C1A1+C2A2+C3A3+C4A4)/1000

(1)

式(1)中：Q为逐月渗滤液产生量,m3/d,详见表1计算结果；

I为多年平均逐月的日降水量,mm/d,详见表1;

C1为正在填埋作业区浸出系数,取值0.8；

A1为正在填埋作业区汇水面积,取值8000 m2,低于垃圾坝顶部高程的填埋库区面积；

C2为已中间覆盖区浸出系数,取值0.24；

A2为已中间覆盖区汇水面积,取值31049 m2,填埋库区面积减去作业区面积；

C3为已终场封场覆盖区浸出系数,宜取0.1；

A3为已终场封场覆盖区汇水面积,取值0 m2；

C4为调节池浸出系数,若调节池设置有膜盖系统取0；

A4为调节池汇水面积,取值1205 m2。

(2)逐月渗滤液余量

逐月渗滤液余量按照以下公式计算：

D=Q-B

(2)

式(2)中：D为逐月渗滤液余量,m3；

Q为逐月渗滤液产生量,m3；

B为逐月渗滤液处理量,m3。

2.1 调节池容量计算

以5月份为例进行介绍：5月份的多年平均月降雨量I为249 mm,5月份的渗滤液产生量计算结果如下：

Q=249×(8000×0.8+31049×0.24+0×

0.1+1205×0)/1000=3449(m3)

渗滤液设计处理规模为100 t/d,5月份为31 d,5月份的渗滤液处理水量和渗滤液余量计算结果如下：

B=100×31=3100(m3)

D=3449- 3100=-349(m3)

以此类推,对1—12月份的渗滤液产生量、渗滤液处理水量和渗滤液余量分别进行计算,结果详见表1。

表1 调节池容积计算表

月份多年平均逐月降雨量/mm逐月渗滤液产生量/m3逐月渗滤液处理水量/m3逐月渗滤液余量/m31588033100-229729212742800-1526314319813100-1119417424103000-590524934493100349628439343000934722130613100-39827538093100709923432413000241108111223100-197811577903000-221012456233100-2477

对表1计算结果进行统计,将1—12月中逐月渗滤液余量>0的数值相加,即为需要的调节池总容量,对5、6、8、9月份的渗滤液余量进行相加,调节池总容量为2 233 m3。

2.2 调节池容量校核

调节池容量宜按最大日降雨量或20年一遇连续7日最大降雨量进行校核,在当地没有上述历史数据时,也可采用现有全部年数据进行校核。根据当地气象部门提供的降雨量统计数据,最大日降雨量为345 mm,计算过程如下。

Q=345×(8000×0.8+31049×

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

2.3 调节池容积确定

将校核值与计算值进行比较,取其中较大者,在此基础上乘以安全系数1.1～1.3，即为所取调节池容积,本设计安全系数取1.3,调节池容积6 213 m3。结合场地实际情况,调节池设计面积为1 205 m2,池深5.5 m,总容积为6 628 m3。

3 调节池工程设计

在垃圾填埋库区挡坝下游设置调节池[6],调节池下游布置渗滤液处理区,调节池两侧为山体。本次设计内容主要包括场地平整、地下水导排系统、池体构筑、防渗系统、渗滤液进出水系统、膜盖系统、废气收集处理系统、雨水导排系统和安全防护设施等。见图1。

3.1 场地平整

调节池场地平整设计高程为680.40 m,池体施工结束后对池体周边场地进行回填,表面用C20混凝土进行硬化,厚度120 mm,与临近的道路及挡坝坡脚平接。调节池场地东、西两侧为岩壁,设计采用挂网喷浆进行边坡保护。

3.2 地下水导排系统

项目地质勘查结果显示：场区内陆下水不发达,没有大规模断裂构造足以储存大量裂隙水,裂隙水主要由大气降水和松散岩类孔隙潜水补给,排泄以渗流为主,从高处往低处流,场地内未测得稳定地下水位。结合场地水文地质条件,本项目设计未考虑地下水导排系统,通过对调节池场地及周边岩质边坡进行硬化处理,池体周边设置排水沟起到截洪导流作用。

3.3 池体设计

调节池设计面积为1 205 m2,顶部标高为686.50 m,池深5.5 m。为节约用地,减少土石方工程量,池体采用半地下式,钢筋混凝土结构,混凝土强度等级C30,抗渗等级P6。池体底板厚度500 mm,池壁厚均为400 mm,池壁处每隔8 m设置600 mm×600 mm扶壁柱,基层做100 mm厚C15混凝土垫层。此外,在池壁顶部设外挑走道板,厚150 mm,宽1.0 m,走道板两侧安装不锈钢护栏。

图1 调节池平面布置图

3.4 防渗系统

防渗系统可以隔离渗滤液和地下水接触,防止污染事故发生。在池底和池壁处铺设600 g/m2无纺土工布作为膜下保护层,铺设2.0 mm厚光面HDPE土工膜作为防渗层。土工膜先通过加装在池壁的HDPE焊膜吸盘固定,再和土工布一起在池壁顶部用不锈钢压条及锚杆固定,待膜盖系统固定完成后顶部设置200 mm厚C20混凝土压顶,吸盘纵横向布置，间距为1 m。见图2。

图2 防渗系统及膜盖系统固定大样图

图3 调节池进水大样图1

图4 调节池进水大样图2

3.5 渗滤液进出水系统

进水：垃圾填埋库区渗滤液外排管设计为两根DN400 HDPE管,外排管经过阀门井后接入沉砂池,沉砂池顶部设置DN500 HDPE溢流管,溢流管铺设至调节池池壁顶部后通过90°弯头穿膜盖进入调节池,进水口距离池壁顶部0.5 m。进水管前端设置阀门井和沉砂池的主要目的是进水开关控制和便于运营过程中淤泥清理[7]。见图3、图4。

出水：在调节池东侧安装出水管,管径为DN90,池内立管管底距离池底0.5 m,穿池壁后接入卧式离心泵,渗滤液泵送至渗滤液处理区,水泵设计参数为：Q=7.5 m3/h,H=30 m,P=2.2 kW,一用一备。见图5。

图5 调节池出水大样图

3.6 导气系统

导气管采用DN200 HDPE开孔管,沿池壁四周布置,管底距离池壁顶部0.5 m,管道以HDPE膜带和尼龙绳双重固定,膜带布置间距为0.5 m,焊接至池壁防渗膜表面,尼龙绳固定于池壁顶部压条处。导气管与膜盖底部ABS浮球交接位置布置排气管,排气管穿膜盖后通过外排管道抽提至沼气火炬系统,与垃圾填埋库区产生的填埋气体合并进行处理。

3.7 膜盖系统

膜盖系统能够防止雨水进入调节池而增加渗滤液产生量,同时避免发酵产生的污染气体外逸[8-11]。膜盖采用2.0 mm厚光面HDPE膜,膜盖覆盖范围为池底和四面池壁,膜盖四周用压条和锚杆固定在池壁顶部平台处,并和防渗系统一起利用200 mm厚C20混凝土压顶进行加固。膜盖底部每隔11.4 m布置双排ABS浮球以提高导气效果,浮球规格为d=400 mm,L=980 mm,浮球利用膜带固定至膜盖底部垫层膜表面。膜盖表面设置压管,布置间距11.4 m,防止膜盖被气体顶起或被大风刮起,压管采用DN200 HDPE管,每段长度为2.0 m,管内填充黄沙配重。压管通过膜带焊接至膜盖表面垫层膜表面,相邻压管之间利用O型不锈钢链条相互连接,链条两端固定于池壁顶部护栏处。见图6～8。

膜盖表面存留少量雨水可以保护土工膜,起到压膜作用,并延缓材料老化,雨水过多时用潜水泵外排至调节池周边平台处排水沟,水泵设计参数为：Q=13 m3/h,H=10 m,P=0.75 kW。