垃圾填埋场计算过程

第1章 库容的计算        3
1.1人口        3
1.2垃圾产生量        4
1.2.1垃圾人均日产率预测        4
1.2.2垃圾产生量预测        5
1.3填埋场容积的计算        5
1.3.1填埋体积的计算        5
1.3.2库容的计算        6
第2章 渗滤液的计算        7
2.1垃圾渗滤液的产生量        7
2.2调节池容体积        8
2.3渗滤液收集管管道管径计算        8
第3章 截洪沟        9
3.1洪峰流量的计算        9
3.2截洪沟尺寸的计算        9
第4章 填埋气体产量计算        10
4.1填埋气体的产生        10
4.2填埋场气体收集系统的设计计算        11






















第1章 库容的计算
1.1人口
龙岩市双洋镇土地面积101 Km2，辖13个行政村，28个自然村，人口3.1万人。根据《龙岩市2010年第六次全国人口普查主要数据公报》得到年平均增长率为-0.47%。
龙岩市双洋镇未来10年的人口数量预测采用以下公式：

式中：
An——第n年的服务人口数，人；
  A0——初始服务人口数，人；
  P——年平均增长率；
  n——服务年数，取填埋场设计年限为10年。

通过上述公式可得到表1-1
表1-1
年份        1        2        3        4        5
预测人口数（万）        3.10000
        3.0854        3.0759        3.0565        3.0421
年份        6        7        8        9        10
预测人口数（万）        3.0278        3.0136        2.9994        2.9853        2.9713

1.2垃圾产生量
根据双洋镇现在的人均垃圾产生率为0.95kg/(d·p)，根据《农村居民生活固体垃圾排放及影响因素》中得人口人均生活垃圾的年增长速率约为5.5%-7.5%，结合该地区经济发展的特点，设计该地区的生活垃圾将在未来的几年呈连续增长的趋势，其增长系数取5.5％，采用下公式预测该镇垃圾产生量在未来的变化趋势。
1.2.1垃圾人均日产率预测：
              an=a0(1+0.01)n
式中：
a0——初始垃圾人均日产生率，kg/(d·p)，取0.95kg/(d·p)；
an——第n年的垃圾人均日产率，kg/(d·p)。

1.2.2垃圾产生量预测：
         Wn=An×an
式中：
Wn——第n年的日产垃圾量，t/d；
      An——第n年的服务人口数，人；
通过上述公式可得到表1-2
表1-2
年份        人均垃圾日产量kg/(d·p)        生活垃圾日产量kg/(d·p)        生活垃圾年产量kg/(a·p)        生活垃圾累积量kg/(a·p)
1        0.9500         29450         10749250         10749250
2        1.0023         30924         11287159         22036409
3        1.0574         32471         11851985         33888394
4        1.1155         34096         12445076         46333470
5        1.1769         35802         13067846         59401316
6        1.2416         37594         13721781         73123097
7        1.3099         39475         14408439         87531536
8        1.3819         41451         15129459         102660996
9        1.4580         43525         15886560         118547556
10        1.5381         45703         16681548         135229103


1.3填埋场容积计算
1.3.1填埋体积的计算
填埋场库容和规模的设计除了需考虑垃圾的数量外，还与垃圾的填埋方式、填埋高度、垃圾的压实密度、覆盖材料的比率等有关。一个合理的填埋场依场址所在地的自然人文环境与投资来规划填埋的总容量，此值是指填埋开始至计划目标年所欲填埋的总垃圾量加上所需覆土容量，工程上可以通过下列公式进行估算：
  Vn=365×Wn×（1+ )×(1-f)/ ×84%
式中： ——第n年垃圾填埋容量， ；
       ——第n年的日产垃圾量， ；
        ——填埋时覆土体积占废物的比率，约0.15—0.25，本次设计取0.20；
       ——垃圾压实密度,本次设计取960kg/m3。
f——体积减少率，指垃圾在填埋场中的降解，与垃圾组分有关，本次设计取值为0.20；
       清运效率取84%
通过上述公式可得到表1-3
表1-3
年份        生活垃圾日产量kg/(d·p)        垃圾填埋容量
垃圾累计填埋容量

1        29450         8465.0344         8465.0344
2        30924         8888.6374         17353.6718
3        32471         9333.4381         26687.1099
4        34096         9800.4974         36487.6073
5        35802         10290.9290         46778.5363
6        37594         10805.9025         57584.4388
7        39475         11346.6461         68931.0848
8        41451         11914.4493         80845.5341
9        43525         12510.6662         93356.2003
10        45703         13136.7187         106492.9189

1.3.2库容的计算
采用CAD具体根据填埋高程的不同，先将每个高程的面积来计算库容，总库容为每两条高程线间的库容之和，库容以等高线剖面法，绘制面域来计算的，比例尺为1：500，计算公式如下：
      

式中：  
         —— 每层库容， ；
         —— 高程差，m；
         —— 下层面积， ；
         —— 上层面积， 。
通过上述公式可得到表1-4
表1-4
序号        标高m        测量面积㎡        实际面积㎡        单层体积m3        累计体积m3
1        460        241.6480         60.4120                 
2        461        866.9730         216.7433         130.5279         130.5279
3        462        1694.5880         423.6470         314.4709         444.9988
4        463        2846.1889         711.5472         561.4114         1006.4102
5        464        3854.1806         963.5452         834.3689         1840.7792
6        465        4858.9110         1214.7278         1086.7147         2927.4938
7        466        5991.5400         1497.8850         1353.8365         4281.3303
8        467        7168.0140         1792.0035         1642.7487         5924.0790
9        468        8460.8967         2115.2242         1951.3818         7875.4608
10        469        9790.8200         2447.7050         2279.4430         10154.9039
11        470        11172.4841         2793.1210         2618.5138         12773.4176
12        471        12684.4596         3171.1149         2980.1196         15753.5373
13        472        14204.7167         3551.1792         3359.3549         19112.8922
14        473        15776.1189         3944.0297         3745.8874         22858.7796
15        474        17366.9107         4341.7277         4141.2871         27000.0666
16        475        19026.3283         4756.5821         4547.5777         31547.6444
17        476        20771.8633         5192.9658         4973.1782         36520.8226
18        477        22522.8592         5630.7148         5410.3644         41931.1869
19        478        24309.4976         6077.3744         5852.6241         47783.8110
20        479        26050.2956         6512.5739         6293.7201         54077.5312
21        480        28132.0577         7033.0144         6771.1272         60848.6584
22        481        29982.1938         7495.5485         7263.0540         68111.7124
23        482        31695.9687         7923.9922         7708.7781         75820.4905
24        483        34074.9472         8518.7368         8219.5712         84040.0617
25        484        35881.0233         8970.2558         8743.5247         92783.5864
26        485        37507.0583         9376.7646         9172.7595         101956.3459
27        486        40234.6381         10058.6595         9715.7177         111672.0637
由上表可得，垃圾填埋场总容积为111672.0637m3
第2章 垃圾渗滤液计算
2.1垃圾渗滤液的产生量
公式如下：



其中：Q――渗滤液产生量（m3/s）；
          I――降雨量；
          C――渗出系数(填埋区渗出系数取0.8，封场渗出系数取0.4）；
          A――填埋面积，取实际面积10058.6595m3。
通过上述公式可得到表2-1
表2-1
月份        降雨量        天数        渗滤液量（m3/月）        滤液处理量（m3/月）        富裕水量（m3/月）        污水的日处理量
1        55.8        31        449.02         930.00         -480.98        30
2        121.7        28        979.31         840.00         139.31         
3        188.8        31        1519.26         930.00         589.26         
4        183.9        30        1479.83         900.00         579.83         
5        221.1        31        1779.18         930.00         849.18         
6        220        30        1770.32         900.00         870.32         
7        152.8        31        1229.57         930.00         299.57         
8        179.4        31        1443.62         930.00         513.62         
9        12.1        30        97.37         900.00         -802.63        
10        46.6        31        374.99         930.00         -555.01        
11        37.5        30        301.76         900.00         -598.24        
12        36.3        31        292.10         930.00         -637.90        
本次设计分为两期，五年一期，由于填埋场中填埋施工区域和填埋完成后封场区域的地表状况不同，因此浸出系数也有较大差异，考虑填埋区和封场区的渗滤液产生量：


其中：A――填埋场面积；
          V――填埋场场地体积；
          k――修正系数，取值范围1.05-1，20，本次设计取1.1。
第一期：
A1=1.1×46778.5363/26 =1979.0919m3
第二期：
A2=1.1×59714.3827/26=2526.3777m3
根据所给资料中，垃圾填埋场所建地区近几年最大日降水量209.0 mm
A1填埋作业（系数取0.8）A2未作业（系数取0）时：
Q=0.8×209.0×1979.0919/1000=331.41m3/d
A1封场作业（系数取0.4）A2填埋作业（系数取0.8）时：
Q=（0.4×1979.0919+0.8×2526.3777)×209.0/1000=587.87m3/d
    A1封场作业（系数取0.4）A2封场作业（系数取0.4）时
Q=（0.4×1979.0919+0.4×2526.3777)×209.0/1000=376.65m3/d

QMAX=587.87 m3/d=0.006804m3/s
Q=0.8×209.0×10058.6595/1000=1681.8m3/d=0.01947 m3/s
2.2调节池容积
根据表2-1得出调节池的容积为所有富裕水量大于零的值的总和
V=139.31+589.26+579.83+849.18+870.32+299.57+513.62m3=3841.09m3
还需要考虑部分厂区生活排水，所以调节池的容积约为4080m3。
设调节池的尺寸为：取有效水深为8.5m，则底面积为481.25m2，调节池高要高于有效水深，最终设调节池高为9米，长为40m，宽为12m。

2.3渗滤液收集管管道管径计算
盲沟内部宜铺设排水管材，所用材料为HDPE穿孔管，盲沟由土工布包裹，其规格为150g/m2 。
    对于渗滤液收集管管道管径计算，采用曼宁公式计算：

Q=1/n ×S^1/2 × A ×(rh ) 2/3
式中：
Q――管道净流量（m3/s）；
          n――曼宁粗糙系数，（由于HDPE管壁表面光滑，所以管道的粗糙系数在此式中取n=0.011）；                                 
rh――水利半径，m；rh= A / X=πr2 /2πr = r/2（m）
X――湿周（m）
A―― 管的内截面积；A=πr2 （m2）
          S――明渠的坡度，（根据经验，渗滤液收集管的管道坡降不应小于2%， 故取S=0.02）；
将已知数据代入上式中得：0.01947 =1/0.011×0.02^1/2×3.14×r2×（r/2）2/3，得出m，所以半径为0.11375m，直径为0.2275m，即直径为227.5mm。
校核：
根据《生活垃圾卫生填埋技术规范》GB50869-2013《生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范》CJJ113-2007中规定盲沟宜采用盲沟的设计应符合下列要求：1、盲沟内的排水材料宜选用卵石或碎石等材料；2、盲沟内宜铺设排水管材，宜采用HDPE穿孔管；3、盲沟应由土工布包裹，其规格不得小于150g/m2。因此本次HDPE收集干管公称外径250mm，支管外径200mm，竖管直径的为180mm的花管，盲沟底部宽为650mm。
则：
Q=1/n ×S^1/2 × A ×(rh ) 2/3
=1/0.011×0.02^1/2×π0.1252×（0.125/2）2/3
=0.0993m3/s > 0.01947 m3/s
第三章 截洪沟
3.1 洪峰流量计算
  根据《给水排水设计手册 第七册 城镇防洪》的山洪防洪标准，截洪沟排水能力按不同年一遇洪水计算。设计洪峰流量采用经验公式，其经验公式如下：
                             QP=K * Fn
式中：Qp -洪峰流量，m3/s;
  K -径流模数,根据《给水排水设计手册 第07册》 表4-63可知：20年一遇时取20.75（根据插入法计算），50年一遇时取22.0*1.2=26.4。
F -流域面积,根据 《给水排水设计手册 第07册》 表4-64可知：
当F<1km2时，n=1；当F>1km2时，n=0.75。
本设计中流域面积取0.08hm2，故n=1。
故设计洪峰流量计算如下：
20年一遇时：
               QP=K * Fn=20.75*0.08=1.660m3/s
50年一遇时：
QP=K * Fn=22.0*0.08=2.112m3/s
    用20年一遇的洪峰流量进行误差校核，截洪沟设计流量Q应与QP误差不超过5%，作为校核的依据。

3.2截洪沟尺寸计算
假设渠底宽度b=0.6m，渠底水深h=0.4m。
1.        断面面积：w=(b+m*h)*h=(0.6+1*0.4）*0.4=0.4 m2
2.        湿周： m
3.        水力半径：R=w/x=0.4/1.7314=0.2310 m
4.        流速：   m2/s
5.        设计流量计算：Q=w*v=0.4*4.0956=1.6382 m3/s  
6.        误差校核：
根据之前计算可得，20年一遇的洪峰流量 QP=1.660 m3/s。
故有： = %
因为1.3133% < 5% ,所以设计要求符合条件。
7.        最终校核：
      根据超高相关规定，需不小于0.2 m，故设计中取超高为0.3 m。
因此加上超高后：h=0.4+0.3=0.7 m，当前渠底宽度b=0.6 m，计算如下：
(1)断面面积：w=(b+m*h)*h=(0.6+1*0.7）*0.7=0.91 m2
(2)湿周： m
(3)水力半径：R=w/x=0.91/2.5799=0.3527 m
(4)流速：   m2/s
(5)设计流量计算：Q=w*v=0.91*5.4305=4.9418 m3/s  
     根据之前计算可得，50年一遇的洪峰流量 QP=2.112 m3/s。
     显然4.9418 m3/s远大于2.112 m3/s，故在50年一遇的洪水中也不会出现溢流。所以之前设计的数据符合要求，故可取。
综上所述：
可确定截洪沟尺寸为，渠底宽度b=0.6 m，渠底水深h=0.4 m，超高h1=0.3 m。
第四章 填埋气体产生量计算
4.1填埋气体的产生
利用产气速率模型计算填埋气体的实际产生速率和气体产生量。产气速率是指在单位时间内产生的填埋场气体总量，一般采用一阶产气速率动力学模型计算填埋场产气速率。
第t年填埋场气体的产气速率：q（t）= kY0 e-kt
式中：q（t）――单位气体产生速率，m3/（t·a）；
          Y0 ――垃圾的实际产气量，m3/t；
          k――产气速率常数，a-1。
垃圾的实际产气量可表示为： Y0 =  Mt·L0
式中：Mt――第t年所填垃圾量，t；
      L0――气体产生潜力，m3/t
L0和k的取值范围见表4-1：
参数        范围        潮湿气候（建议值）        中湿度气候（建议值）        干旱气候
（建议值）
K/a-1        0.003-0.4        0.10-0.35        0.10-0.35        0.002-0.10
L0/(m3/t)        0-312        140-180

L0取160m3/t，第一年生活垃圾的产气量:
Y1 =8126.43×160=1300229.28（m3）
气体产气常数k取0.10，则第一年填埋气体的产气速率：
q（t）= kY0 e-kt  =0.1×1300229.28× e-0.1=117649.61m3/a
第一年至第十年的产气量和产气速率计算结果汇总于表4-2。
表4-2双洋镇垃圾填埋场气体产气量和产气速率
年度        垃圾产气量m3        产气速率m3/a        累计产气量/m3
第一年        1300229.28        117649.61        1300229.28
第二年        1365294.70        123536.97        2665523.98
第三年        1433616.10        129718.95        4099104.98
第四年        1505356.40        136210.28        5604496.48
第五年        1580686.69        143026.45        7185183.17
第六年        1659786.62        150183.70        8844969.79
第七年        1742844.84        157699.12        10587814.63
第八年        1830059.41        165590.62        12417874.04
第九年        1921638.32        173877.03        14339512.36
第十年        2017799.99        182578.09        16357312.35

4.2填埋场气体收集系统的设计与计算
抽气井井距可用下式来计算：
              X = 2Rcos30°
式中:X——三角形布置井的间距，m；
       R——影响半径，m。
本设计为主动导排，根据《生活垃圾填埋场填埋气体收集处理及利用工程技术规范》(CJJ133-2009) 井距不应大于50m，设计井距取45m，则
       R=X÷2cos30°=45÷2cos30°= 25.98 m ≈ 26 m

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