垃圾衛生填埋中的滲透問題及其對策

更新時間：2010-08-29 15:46 來源：作者: 閱讀：3139

隨著我國經濟的高速發展，人們的物質生活水平的提高，各種不同的垃圾大量產生，進行垃圾處理研究顯得非常必要，其中，垃圾衛生填埋是國內外廣泛采用的一種固體廢棄物處理技術。在上世紀80年代中期，人們就開始研究垃圾填埋處置技術，特別是近十年來，其研究日新月異。主要研究的內容是：垃圾填埋場的場地選擇，城市垃圾的成分分析及其工程性質，垃圾填埋場分層覆蓋粘性土層的工程性質，垃圾填埋場的結構優化設什，滲流理論及防滲技術研究，垃圾壩的設計及穩定性計算，滲濾液的運移模型研究，垃圾填埋場的滲濾液對地下水和地表水的污染及處理等，這些相關研究取得了很多研究成果，這些成果為垃圾場研究及設計打下了堅實的基礎。

在垃圾衛生填埋場的防滲方面，土工合成材料粘土墊(Geosynthetic Liner簡稱GCL)是一種新型的復合土工合成材料，具有極好的防滲隔氣功能。將GCL引入垃圾填埋場中可以增大垃圾填埋場的容積，提高垃圾填埋場密封系統的防滲隔氣性能。

1填埋場防滲工程技術

污染物(包括廢棄物、浸出液和氣體)的泄漏會引起環境污染，環境污染區域主要相關于垃圾填埋場下臥層的滲透特性，以及防滲結構布置和防滲材料特性。解決的辦法就是作好防滲措施，既要防止污染物外滲，也要防止外水內滲(會增加浸出液量、導致堆體重量增加、下滑阻力增加，從而失穩等)。防滲結構包括底層防滲層和各級覆蓋層，為人工構筑的防滲體系，涉及防滲結構功能和防滲材料性能等問題。在垃圾填埋場中要合理地使用防滲材料，并做好工程處理，以達到更好的防滲功能，目前我國采用的方法有帷幕灌漿垂直防滲和鋪設水平防滲襯層兩種。垂直防滲在我國的山谷型填埋場采用較多，在地質條件較好的基巖上設置截污壩及帷幕灌漿垂直防滲措施。

衛生填埋是通過防滲結構，最大限度地將垃圾體及垃圾產生的滲濾液和周圍環境隔離開，不影響人類健康和自然環境，為此，必須做好垃圾填埋場的封場，使入滲水盡量減少，減少滲濾液的產生；填埋場底應布置有效的防滲襯墊和滲濾液收集導排襯墊，以收集滲濾液，并加以檢測和排走，

美國EPA對垃圾處置制訂了專門法規《資源保護和回收法規》(Resource Conservation and Recovery Act，RCRA)，要求防滲結構在垃圾坑封頂后的使用壽命應不小于30年，并將垃圾區分為兩大類：危險性廢料(見法規中標題C，40CFR2644)和城市固體廢料(見法規中標題D，40CFR257和258)，對垃圾填埋場的防滲結構均提出了具體要求；

早期的防滲襯墊幾乎都以壓實粘土作填埋場底防滲層(CCL)，要求土料的滲透系數k≥1×10-7cm/s。這類材料在應用合適時雖然也可達到預期的防滲要求，但它們有以下嚴重缺點：a.墊層厚度要求為0.6～1.8m，占用了填埋場的有效容量；

b.粘土與滲濾液有相互作用，容易導致粘土結構疏松或產生裂縫。為此，上述法規中的C，40CFR的條款規定：對危險廢棄物填埋場，用土工膜作為主防滲層，比用壓實性粘土減少滲流量的環保要求要好。

上述法規中C，40CFR對危險廢棄物填埋場雙層襯墊規定了以下技術要求。

a.上層防滲墊層上的滲濾液最大深度應小于30cm，目的是減小水頭，減小由于土工膜等防滲層破壞產生的滲漏量。

b.滲濾液導排層(上層)和滲漏檢測層(下層)要求使用30cm厚的粒料透水層或相當的土工排水材料，粒料的滲透系數要求k≥10-2cm/s，并能經受垃圾和滲濾液的化學作用。

c.滲濾液收集層上面必須有防止排水層被淤堵的粒料或其它材料濾層。

d.如果用天然土建造雙層系統墊層，在透水層中應設置多孔管，以收集滲濾液。管材應有足夠強度和抗化學腐蝕性能，能承受預期的垃圾荷載。

上述法規中D，40CFR對城市固體廢料作如下規定。

a.防滲襯墊上的滲濾液最大液體水頭30cm。

b.單層襯墊布設滲漏檢測層，單層襯墊用土工膜，置于壓實性粘土層或者GCL襯墊上。

c.膜的原材料為高密度聚乙烯(HDPE)，厚度為1.5mm，膜與下部壓實粘土要求接觸緊密。

d.壓實粘土層厚度應為60cm，其滲透系數k＜1×10-7cm/s。

目前我國填埋場的水平防滲方法采用的墊層有四種：HDPE和粘土復合襯層；膨潤土防滲襯層；粘土防滲襯層；瀝青混凝土襯層。

2衛生填埋場防滲工程

湖北應城市垃圾處理場地為山谷型填埋場。根據現場鉆探及試驗資料，地基土除局部人工填土外，均為第四系上更新統沖洪積層，和中更新統沖洪積層，下伏基巖為上第三系粘土巖。場區地下水主要為上層滯水，存于崗地坳谷土層中，中更新統粘土下覆第三系粘土巖為相對隔水層，滲透系數10-6～10-7m/s。場地地形高差18m，地貌類型較單一，地層結構較簡單，主要持力層分布連續，厚度較穩定，物理力學性質較均勻，力學強度較高。勘察揭示，勘察深度范圍內無采空區無巖溶，地面無塌陷，無滑坡及泥石流等不良地質現象分布。

對于該垃圾填埋場，在滲流分析基礎上，布置防滲結構工程，包括場底防滲和周邊防滲體系等。

場底防滲：在場底平整壓實后，先鋪設300mm厚的壓實粘土層；在其上鋪設4500g/m2的GCL膨潤土毯做為膜下防滲保護層；上鋪1.5mm厚的HDPE膜防滲層；防滲膜之上鋪設500g/m2土工布和排水片材構成的保護層；之上為300mm厚的滲濾液導流層，導流層包括粒徑15～30mm的200mm厚卵石層和100mm厚的粗砂層；其上為150g/m2土工布防堵塞隔層；在此之上為垃圾堆埋體(圖1)。

圖1填埋場區水平防滲結構示意

這種布置結構的物理力學-滲透作用機理為：滲濾液通過土工布防堵塞隔層、卵石層及粗砂層等聚集到滲濾液排水管之中，如有滲濾液通過土工布和排水片材構成的HDPE膜保護層，HDPE膜將發揮阻隔滲濾液滲出的作用；如果HDPE膜破壞或滲濾液從HDPE膜中滲出而進入膨脹土中，膨脹土遇水膨脹，則滲透系數下降，阻止滲濾液滲出；如果在膨脹土之下的粘土發生開裂等破壞，膨脹土會進入到粘土之中，填補粘土的孔隙，降低粘土的滲透系數，由此形成了三道滲濾液防護屏障。

周邊防滲：在周邊設平臺，寬3m，布設防滲膜(HDPE膜)的錨固溝。鋪設在周邊上的HDPE膜與場底防滲膜連成整體；在防滲膜之上設置緩沖保護層，緩沖保護層由廢舊輪胎或者素土袋組成，防止防滲膜被填埋垃圾中尖利物刺破。

填埋場周邊防滲結構由下至上依次為：平整后地基基礎，4500g/m2的GCL膜下保護層，1.5mm厚HDPE膜防滲層，500g/m2土工布保護層，素土袋或廢舊汽車輪胎緩沖保護層，垃圾堆埋體(圖2)。

為了保證防滲系統的穩定，庫區周圍做環庫的膜錨固溝，起穩定膜的作用，錨固溝兼做截洪溝。整個防滲體系的計算，未考慮非飽和及污水不同滲流特性的影響。在計算分析基礎上，在該填埋場提出了水平圖1和周邊圖2的防滲結構體系。