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文檔簡介

PAGE-PAGE1-常熟垃圾焚燒飛灰安全填埋場工程設(shè)計(jì)

2010年08月27日10:48:59

【大中小】2010中國煤制天然氣/煤層氣(國際)高峰論壇中國化工網(wǎng)資訊中心—會議中心2010年“十二五”中國精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會中國化工網(wǎng)資訊中心—石化產(chǎn)業(yè)分布圖垃圾焚燒處理較好地達(dá)到了減量化、無害化、資源化治理生活垃圾的目標(biāo),已成為發(fā)達(dá)國家普遍關(guān)注和采用的城市生活垃圾的處理方法之一。常熟市新建的垃圾焚燒發(fā)電廠,已于2007年6月投入運(yùn)行,設(shè)計(jì)處理能力為600t/d。此后,垃圾均進(jìn)入焚燒發(fā)電廠處理,而垃圾焚燒產(chǎn)生的飛灰則需經(jīng)預(yù)處理后進(jìn)入安全填埋場處理。1飛灰的產(chǎn)生及其特性1.1飛灰的產(chǎn)生生活垃圾經(jīng)焚燒后,會產(chǎn)生占垃圾總量23%左右的底灰及3%~5%的飛灰。其中,飛灰是由焚燒爐產(chǎn)生的煙氣經(jīng)反應(yīng)塔進(jìn)行中和、凈化后,摻以一定量的吸附劑,再由高效除塵分離器分離,在反應(yīng)塔底部及分離器分離而產(chǎn)生。飛灰經(jīng)由上述各設(shè)施的底部密閉輸送至飛灰儲存?zhèn)}。[1]1.2飛灰的基本特性飛灰主要包括SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3和硫酸鹽、鈉鹽、鉀鹽等反應(yīng)物,還有Hg、Mn、Mg、Sn、Cd、Pb、Cr等重金屬元素以及痕量級二噁英類的有機(jī)物,另加其他種類污染物,屬于危險廢物。飛灰呈堿性,其形狀像煤灰一樣大小,粒徑介于0.01~0.15mm范圍內(nèi)。飛灰有2/3以上的化學(xué)物質(zhì)是硅酸鹽與鈣。另外,生活垃圾焚燒煙氣中,含有一定量的未燃盡有機(jī)物,故飛灰中的熱灼減量在10%左右。[2-4]1.3飛灰中的污染物[1,4-8]由于生活垃圾成分的復(fù)雜性、多樣性、不均勻性,在整個焚燒過程中會發(fā)生許多不同的化學(xué)反應(yīng),所以在焚燒煙氣中除了一定量的過剩空氣和二氧化碳外,還含有對人體及環(huán)境有直接或間接危害的成分。根據(jù)煙氣污染物的不同性質(zhì),可將其分成顆粒物、酸性氣體、重金屬、有機(jī)污染物幾大類。上述煙氣中的污染物經(jīng)焚燒爐、后續(xù)煙氣處理系統(tǒng)的反應(yīng)、吸附、分離后,除酸性氣體已被反應(yīng)中和外,大部分集聚于飛灰之中,對人體及環(huán)境造成了危害,故國家已明確把生活垃圾焚燒飛灰列為危險廢棄物管理范圍之列。2飛灰的處理方法國家的《危險廢物污染防治技術(shù)政策》中對飛灰處置作了規(guī)定:生活垃圾焚燒產(chǎn)生的飛灰必須單獨(dú)收集,不得與生活垃圾、焚燒殘?jiān)绕渌鼜U物混合,也不得與其它危險廢物混合;生活垃圾焚燒飛灰不得在產(chǎn)生地長期貯存,不得進(jìn)行簡易處置,不得排放;生活垃圾焚燒飛灰在產(chǎn)生地必須進(jìn)行必要的固化和穩(wěn)定化處理之后方可運(yùn)輸,運(yùn)輸需使用專用運(yùn)輸工具,運(yùn)輸工具必須密閉;生活垃圾焚燒飛灰須進(jìn)行安全填埋處置。飛灰一般經(jīng)適當(dāng)預(yù)處理后,進(jìn)入危險廢物填埋場填埋處理。飛灰的預(yù)處理主要有熱固化技術(shù)、固化技術(shù)與化學(xué)穩(wěn)定化技術(shù)[1]?;瘜W(xué)穩(wěn)定化技術(shù)是指向飛灰中添加穩(wěn)定劑和水,均勻混合后形成不溶性化合物,從而固定重金屬的方法。該法一般具有效果較好,具有長期穩(wěn)定性、設(shè)備投資低、處理過程簡單、最終處理量小的優(yōu)點(diǎn)。常見的穩(wěn)定劑有Na2S、Al2(SO4)3等無機(jī)物和水溶性螯合高分子。另外,磷酸鹽作為穩(wěn)定劑應(yīng)用越來越廣泛,PO3-4可以和飛灰中的30多種元素形成大約300多種自然界中存在的礦物質(zhì),這些物質(zhì)對于pH的變化有著相當(dāng)高的穩(wěn)定性。本工程的飛灰預(yù)處理采用化學(xué)穩(wěn)定化技術(shù),一種新的飛灰穩(wěn)定化處置工藝。即將焚燒廠產(chǎn)生的飛灰,裝入飛灰槽罐車后,直接運(yùn)輸至填埋坑,用車載空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣,通過管道將飛灰送入專門設(shè)計(jì)的混合器,混合器的另一入口連接螯合劑管道,螯合劑由液壓泵提供一定的壓力,灰、液經(jīng)混合器噴射而出,利用二者速度差產(chǎn)生吸附作用,并起到充分混合效果,混合料直接進(jìn)入填埋坑,然后進(jìn)行攤平、壓實(shí)作業(yè)。螯合劑采用磷酸鹽化合物。3填埋庫區(qū)的工程設(shè)計(jì)3.1庫容確定常熟垃圾焚燒發(fā)電廠處理規(guī)模為600t/d,其飛灰產(chǎn)量約為焚燒量的3%~5%(設(shè)計(jì)取4%),每年實(shí)際運(yùn)行時間為8000h。常熟市垃圾焚燒飛灰安全填埋場工程于2006年6月啟用后,平均進(jìn)場飛灰約為21.8t/d。根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)和以往經(jīng)驗(yàn),填埋后的飛灰容重取1.0t/m3。填埋場一期工程使用年限為5年,可利用填埋區(qū)面積為0.56萬m2,設(shè)計(jì)為4個填埋單元坑,坑深7.1m,庫容為4萬m3。3.2庫區(qū)防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)飛灰安全填理場處理的首要問題,是防止填埋場附近地下水及地表水受到滲瀝液的污染。在合理選址的基礎(chǔ)上,必須考慮防滲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)場址的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況,對填埋場底部進(jìn)行防滲處理,其目的一方面是防止?jié)B瀝液進(jìn)入地下,污染地下水;另一方面是防止地下水進(jìn)入填埋場,造成滲瀝液水量的大幅度上升。防滲處理需因地制宜,選擇不同的防滲方式。本填埋場場址范圍內(nèi),地下水位較高,位于不透水層以上,且基礎(chǔ)層飽和滲透系數(shù)大于1.0×10-5cm/s,設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土與柔性人工襯層組合的剛性防滲結(jié)構(gòu)。填埋坑底板防滲系統(tǒng),采用地下水導(dǎo)流層+膜下保護(hù)層+鋼筋混凝土坑體+滲瀝液檢測層+土工膜主防滲層+滲瀝液導(dǎo)流層+過濾層+防滲保護(hù)層的防滲結(jié)構(gòu);填埋坑側(cè)壁板防滲系統(tǒng)采用膜下保護(hù)層+鋼筋混凝土坑體+土工膜主防滲層+防滲保護(hù)層的防滲結(jié)構(gòu)。地下水導(dǎo)流層采用100mm厚碎石墊層;膜下保護(hù)層采用4500g/m2膨潤土防水毯(GCL),GCL設(shè)置在鋼筋混凝土坑體外側(cè),可以有效地降低地下水進(jìn)入填埋坑體內(nèi)的可能性,同時避免了設(shè)置在坑體內(nèi)側(cè)所引起的膨潤土顆粒脫落對排水系統(tǒng)的堵塞,GCL下設(shè)置100mm厚的素砼保護(hù)層;鋼筋混凝土坑體按抗?jié)B結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),按裂縫寬度進(jìn)行驗(yàn)算,其抗?jié)B系數(shù)應(yīng)≤10-6cm/s;滲瀝液檢測層采用6mm厚復(fù)合土工網(wǎng),膜間水最終通過穿孔HDPE管排至膜間水收集井,庫底設(shè)計(jì)0.4%坡度的坡向穿孔管;主防滲層設(shè)計(jì)采用2.0mm厚光面HDPE土工膜;滲瀝液導(dǎo)流層設(shè)計(jì)為300mm厚碎石滲瀝液導(dǎo)流層+6mm厚復(fù)合土工網(wǎng),其中土工網(wǎng)下面復(fù)合的土工織物采用500g/m2聚酯無紡布作為土工膜保護(hù)層;過濾層設(shè)計(jì)采用200g/m2聚酯無紡布;防滲保護(hù)層采用經(jīng)預(yù)處理后的袋裝飛灰。3.3防雨、防塵與防風(fēng)措施如大雨接連不斷,飛灰則會因含水量過高而無法壓實(shí)。在運(yùn)行初期,由于填埋飛灰量較少,填埋坑內(nèi)飛灰甚至?xí)纬赡酀{,使得填埋操作無法進(jìn)行。冬春季節(jié),天氣干燥且大風(fēng)天氣較為常見,夏季,臺風(fēng)經(jīng)常光臨,坑內(nèi)飛灰易形成揚(yáng)塵飄出,污染場內(nèi)外環(huán)境。設(shè)計(jì)要采用防雨、防塵與防風(fēng)措施:(1)填埋作業(yè)時,將飛灰集中在一個區(qū)域內(nèi)填埋,保持填埋面形成一定的坡度,雨季時加強(qiáng)排水,確??觾?nèi)飛灰難以形成泥漿;(2)工程設(shè)計(jì),在每個單元坑邊,建設(shè)一個防雨操作平臺,可確保小雨時固化工作的順利實(shí)施;(3)設(shè)置飛灰穩(wěn)定化儲存罐,暴雨季節(jié)將飛灰儲存在罐內(nèi),待天氣轉(zhuǎn)好,再實(shí)施填埋;(4)如遇連續(xù)暴雨,則停止填埋坑內(nèi)作業(yè),將飛灰穩(wěn)定化后放置在臨時堆放場儲存,天氣轉(zhuǎn)好后,再實(shí)施填埋;(5)在填埋坑四周設(shè)置自動噴淋裝置,以在大風(fēng)和干燥天氣增加飛灰含水率,防止出現(xiàn)揚(yáng)塵,填埋操作亦需考慮滲瀝液回灌增濕;(6)因該地區(qū)主要為東南-西北風(fēng)向,在填埋坑體南北兩邊設(shè)置5m寬網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大棚,在坑體南北兩側(cè)道路邊設(shè)置夾竹桃等和藤本植物隔離帶,以減小風(fēng)力和揚(yáng)塵飄出量,同時可美化環(huán)境,兼有景觀功能。3.4場區(qū)雨、污分流系統(tǒng)設(shè)計(jì)為確保場區(qū)安全防洪以及減少由于雨水滲入垃圾而產(chǎn)生的垃圾滲瀝液量上升,場區(qū)設(shè)置了雨、污分流系統(tǒng)。3.4.1擋水墻填埋坑外側(cè)設(shè)置防洪溝或擋水墻,可防止場外雨水進(jìn)入填埋坑。本工程設(shè)計(jì)混凝土坑體頂標(biāo)高于地坪標(biāo)高50cm,場內(nèi)道路均坡向填埋坑外側(cè),即可減少滲瀝液產(chǎn)生量。3.4.2分區(qū)作業(yè)填埋庫區(qū)分為四個坑體,作業(yè)時,未填埋坑體內(nèi)所積雨水可直接外排;已填埋飛灰的坑體將實(shí)施封場,不會有滲瀝液產(chǎn)生;僅有正在實(shí)施填埋作業(yè)的坑體才會有滲瀝液產(chǎn)生。3.4.3坡面排水當(dāng)填埋場內(nèi)某個單元坑飛灰填滿后,立即實(shí)施封場工程,植樹綠化。為形成表面雨水徑流,宜設(shè)置一定的坡向。在填埋場終期作業(yè)時,應(yīng)整體設(shè)置場頂坡向以利于雨水排出場外,坡度均應(yīng)大于2%。3.5滲瀝液儲存與處理設(shè)計(jì)采用三日暴雨量計(jì)算法可得,庫區(qū)產(chǎn)生的最大滲瀝液為160m3/d,道路區(qū)收集的最大初期雨水量為68m3/d,則最大暴雨時,第一日最大污水產(chǎn)生量為228m3/d,以后為160m3/d;采用年降雨量計(jì)算法計(jì)算得出工程產(chǎn)生的總滲瀝液量為3407m3/a。飛灰穩(wěn)定化時,需加入約30%的水分,則每年需水量為7957×0.3=2387m3。同時,為保持坑體衛(wèi)生條件,避免大風(fēng)天氣揚(yáng)塵,需定期往坑內(nèi)灑水。飛灰穩(wěn)定化用水可回用滲瀝液,剩余滲瀝液可通過回灌至填埋場,保持飛灰濕度,并最終通過自然蒸發(fā)處理,而無需建設(shè)滲瀝液處理設(shè)施,即可實(shí)現(xiàn)污水零排放。滲瀝液通過導(dǎo)排層,排入滲瀝液收集井,最終通過水泵提升,排入污水儲存罐。滲瀝液儲存罐設(shè)計(jì)2個,單個尺寸為<10m×7.6m。污水儲存罐總?cè)莘e為2×<10m×7.6m=1194m3>228m3+160m3×6=1188m3,可以儲存3d最大暴雨條件下的7d產(chǎn)生的污水。3.6封場設(shè)計(jì)填埋場運(yùn)行結(jié)束后,需進(jìn)行封場,以利于生態(tài)恢復(fù)和土地再利用。本設(shè)計(jì)采用的封場結(jié)構(gòu)由下到上依次為:200g/m2無紡?fù)凉げ?1.0mm厚HDPE土工膜+6mm厚復(fù)合土工排水網(wǎng)+300mm厚碎石雨水導(dǎo)排層(生物阻擋層)+600mm厚素土層+植被。3.7坑體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程所有混凝土均采用C30砼,采用等截面池壁,外池壁厚400mm,內(nèi)池壁厚350mm。根據(jù)池壁受力特點(diǎn),每隔4m設(shè)一壁柱,底板為整體現(xiàn)澆,厚500mm。由于池體縱橫向尺寸較大,縱橫向各設(shè)兩道后澆帶。后澆帶寬2m,用C35砼內(nèi)摻高效防水劑澆筑,兩側(cè)設(shè)3mm厚鋼板止水帶。池體埋深7.1m,根據(jù)勘察報(bào)告所提供的地下水位情況,對池體的抗浮處理采用抗拔樁。樁為預(yù)制靜壓樁,尺寸為250mm×250mm,有效樁長4m。庫區(qū)共設(shè)置1886根抗拔樁。4設(shè)計(jì)特點(diǎn)4.1預(yù)處理方法本工程飛灰預(yù)處理采用新的飛灰穩(wěn)定化處置工藝,預(yù)處理為磷酸鹽穩(wěn)定法。利用該法處理飛灰,廢物增容比低,藥劑消耗少,運(yùn)行費(fèi)用也較低,還可以省去預(yù)處理廠房和設(shè)施的建設(shè)費(fèi)用,節(jié)省了工程投資。根據(jù)目前對預(yù)處理飛灰浸出液毒性的檢測,該法對飛灰的預(yù)處理符合國家相關(guān)規(guī)范要求。4.2防滲結(jié)構(gòu)針對高地下水位地區(qū)安全填埋場的地質(zhì)特點(diǎn),采用柔性襯層和剛性混凝土池體結(jié)合的防滲結(jié)構(gòu)。通過設(shè)置雙層土工合成的防滲襯層和地下水、膜間水與滲瀝液導(dǎo)流層,可以確保填埋坑的防滲功能。同時,柔性襯層通過機(jī)械錨固方式和剛性池體緊密結(jié)合,整個庫區(qū)構(gòu)成一個整體結(jié)構(gòu),可以防止庫區(qū)沉降對防滲襯層的破壞。4.3土工合成材料的應(yīng)用庫區(qū)填埋坑防滲保護(hù)層采用膨潤土防水毯(GCL),GCL在特定的環(huán)境下(如不均勻沉降、干濕循環(huán)、凍融循環(huán)),仍可以保持良好的抗?jié)B性能,而且可以大大的節(jié)省庫容。GCL設(shè)置在剛性坑體外側(cè),采用外貼法施工,施工時坑體四周采用井點(diǎn)降水法以防止GCL提前水化。設(shè)計(jì)同時要求施工時將GCL的有紡布表面貼在剛性坑體上,具有良好導(dǎo)水性能的無紡布表面則和地下水導(dǎo)流層接觸。這樣,在GCL遇水膨脹后,可以利用無紡布導(dǎo)水較好的特點(diǎn)來導(dǎo)排地下水。滲瀝液檢測層采用6mm厚三維土工復(fù)合排水網(wǎng)。垃圾焚燒飛灰具有顆粒小、壓實(shí)密度大的特點(diǎn),相比普通的雙肋土工排水網(wǎng),三維土工排水網(wǎng)在較高的壓力荷載下,仍能保持良好的導(dǎo)水能力,且不易堵塞,應(yīng)用于飛灰安全填埋場具有較高的優(yōu)勢。4.4滲瀝液處理方法設(shè)計(jì)時考慮工程產(chǎn)生的滲瀝液回用處理。

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