西北地區(qū)垃圾填埋場(chǎng)防滲處理方法初探
摘要：為防止對(duì)地下水和地表水的污染，垃圾填埋場(chǎng)必須進(jìn)行防滲處理。西北地區(qū)干旱少雨且地下水位低，蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降雨量。針對(duì)此特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工程設(shè)計(jì)，考慮滲濾液的影響因素，提出了適合本地區(qū)的防滲處理方法。
隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市化水平和人民生活水平的不斷提高，城市生活垃圾量與日俱增，由此帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，城市生活垃圾處理已成為影響環(huán)境保護(hù)、城市建設(shè)、人民生活和可持續(xù)發(fā)展的重要因素。
國(guó)家和各級(jí)政府部門(mén)都非常重視城市生活垃圾處理問(wèn)題，建設(shè)部發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)《生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范》自2004年6月1日起實(shí)施。第6.0.1條規(guī)定垃圾填埋場(chǎng)必須進(jìn)行防滲處理，防止對(duì)地下水和地表水的污染，同時(shí)還應(yīng)防止地下水進(jìn)入填埋區(qū)(該條文為強(qiáng)制性條文)。垃圾填埋產(chǎn)生的滲瀝液是一種成分極為復(fù)雜，具有嚴(yán)重污染性，有毒有害的高濃度有機(jī)廢水，且隨著填埋場(chǎng)地、填埋時(shí)間、垃圾組分性質(zhì)和氣候的不同而具有非常大的特異性。西北地區(qū)具有氣候四季變化明顯，干旱少雨，蒸發(fā)量大于降水量，地下水位低等特征，因此，在西北地區(qū)設(shè)計(jì)垃圾填埋場(chǎng)防滲工程時(shí)，有必要考慮滲濾液影響因素和結(jié)合當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)進(jìn)行防滲工程處理方法探討，為此類(lèi)地區(qū)工程設(shè)計(jì)提供參考。
1影響滲濾液產(chǎn)生的主要因素
滲濾液產(chǎn)量主要與當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)地貌、氣候、降水、水文條件、季節(jié)變化，垃圾組分和含水率等因素有關(guān)，影響滲濾液產(chǎn)生的因素十分復(fù)雜。主要有降水、地表水侵入、垃圾成分、填埋場(chǎng)頂部的地表徑流和水分蒸發(fā)等。
垃圾填埋場(chǎng)一般不會(huì)建造在承壓地下水有可能侵入的地方，因此，“地下水的侵入”是指地表的潛水，這部分潛水的量與降水密切相關(guān)，除夏季的西瓜等富含水份的垃圾外，一般沒(méi)有大量的富含水份垃圾，所以降水是滲濾液的主要來(lái)源。垃圾填埋場(chǎng)頂部的地表徑流量的大小與垃圾的密實(shí)度、覆土材料、覆土厚度、表面的植被和封場(chǎng)排水條件有關(guān)，在西北干旱地區(qū)，由頂部蒸發(fā)轉(zhuǎn)移的水份是主要的。
影響滲濾液數(shù)量的因素有以下幾個(gè)：
1.1降水量
降水持續(xù)時(shí)間、降水強(qiáng)度和降水頻率直接影響滲濾液的產(chǎn)生量。
1.2地下水的侵入
地下水的流向、流速、位置，填埋場(chǎng)工程地質(zhì)情況、填埋場(chǎng)底部防滲系統(tǒng)。
1.3地表徑流和蒸發(fā)
滲濾液的數(shù)量在填埋場(chǎng)封場(chǎng)和最終覆蓋后將顯著減少，有兩個(gè)主要原因：①生長(zhǎng)于封場(chǎng)表面土壤上的植被由于蒸發(fā)作用顯著地減少可浸入水份以及低滲透性粘土削弱了滲透作用。②一個(gè)合理的填埋場(chǎng)封場(chǎng)設(shè)計(jì)將大大減少滲濾液的產(chǎn)生量。
1.4垃圾成分
滲濾液中CODcr、BOD5主要由垃圾中的廚余產(chǎn)生，其影響因素與垃圾初始水分含量、單元層的高度、均一性及壓實(shí)度等有關(guān)。
2滲濾液防滲處理方法
2.1填埋場(chǎng)選址
填埋場(chǎng)的投資與工程量巨大，因此，選擇一個(gè)適宜的場(chǎng)址就顯得尤為重要。合理地選擇填埋場(chǎng)場(chǎng)址，要求集雨面積較小，庫(kù)容大、地下水位較低的區(qū)域，還要考慮垃圾運(yùn)距，周?chē)h(huán)境、交通、覆土來(lái)源等因素。
2.2截洪溝的設(shè)計(jì)
西北地區(qū)垃圾填埋場(chǎng)大多數(shù)利用天然溝谷地帶，對(duì)于山溝式填埋場(chǎng)，需要設(shè)置截洪溝和暗埋式排洪管涵，以截留填埋區(qū)兩側(cè)和上游山區(qū)由于降雨產(chǎn)生的洪水徑流。
2.3填埋場(chǎng)防滲處理
根據(jù)垃圾填埋場(chǎng)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況對(duì)填埋場(chǎng)進(jìn)行防滲處理，防止對(duì)地下水和地表水的污染，同時(shí)還應(yīng)防止地下水進(jìn)入填埋區(qū)。防滲方法有多種，一般可以分為自然防滲和人工防滲，人工防滲又包括垂直防滲和水平防滲。自然防滲{要求粘土類(lèi)襯里的滲透系數(shù)不應(yīng)大于1.0×10-7cm／s)。人工防滲即場(chǎng)底及四壁均用防滲材料作防滲處理，人工防滲應(yīng)采用復(fù)合襯里防滲，位于地下水貧乏地區(qū)的防滲系統(tǒng)可采用單層襯里防滲系統(tǒng)。垃圾填埋場(chǎng)防滲包括庫(kù)區(qū)底部防滲(水平防滲)和庫(kù)區(qū)邊坡防滲(垂直防滲)具體采用何種防滲措施主要取決于填埋場(chǎng)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)條件等因素。
2.4填埋作業(yè)技術(shù)
城市生活垃圾由垃圾運(yùn)輸車(chē)輛運(yùn)至填埋場(chǎng)經(jīng)計(jì)量后由場(chǎng)區(qū)道路和場(chǎng)內(nèi)臨時(shí)道路進(jìn)入填埋區(qū)作業(yè)面，對(duì)于大型的衛(wèi)生填埋場(chǎng)，水平填埋單元按1～2天的垃圾量劃分，布置成矩形網(wǎng)格，每單元堆高2m～3m由推土機(jī)攤鋪壓實(shí)后覆土，覆蓋土層厚0.2m～0.3m，以保障垃圾體穩(wěn)定并有利于滲瀝液導(dǎo)排。
3工程實(shí)例
3.1自然防滲和人工防滲相結(jié)合
青海省循化縣生活垃圾填埋場(chǎng)設(shè)于一“v”型溝谷內(nèi)，針對(duì)填埋場(chǎng)的形狀和地質(zhì)情況，設(shè)計(jì)中采取了適合本地區(qū)的防滲處理方，有效地降低了垃圾滲濾液的產(chǎn)生。在防滲處理上，由地質(zhì)勘察報(bào)告揭露其中風(fēng)化巖滲透系數(shù)K<1.0×10-7cm／s，故采取自然防滲和人工防滲相結(jié)合，以自然防滲為主的防滲方式。由于在風(fēng)化巖上有很厚的砂礫層，屬?gòu)?qiáng)透水層，為保證滲濾液的收集及壩區(qū)的穩(wěn)定性，減少清運(yùn)土方量，本次設(shè)計(jì)場(chǎng)底采用人工防滲，同時(shí)，在壩前30m以內(nèi)，內(nèi)邊坡3m以下，溝兩側(cè)3m以下進(jìn)行人工防滲處理，防滲材料選用1.5mmHDPE膜及土工布(200g／cm2)。
3.2庫(kù)區(qū)垂直防滲設(shè)計(jì)
西北地區(qū)山高溝深，垃圾填埋場(chǎng)大多選在邊坡坡度大于60°的“v”型溝谷中，對(duì)于邊坡粘土層的施工和防滲層的敷設(shè)都十分困難。青海、甘肅等多數(shù)垃圾填埋場(chǎng)邊坡角度70％都大于45°，如何因地制宜確定邊坡防滲設(shè)計(jì)是一個(gè)棘手的問(wèn)題。
方案一：將邊坡削至45°，這樣將大量填挖土方且溝谷上部要占用大量農(nóng)田及林地，這在土地資源非常貧乏的西北是非常困難的。其施工方法有：帷幕灌漿，防滲板等垂直防滲技術(shù)，但這幾種方式造價(jià)較高，在西部經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的地區(qū)不適宜大規(guī)模推廣。選用方案二：將庫(kù)區(qū)邊坡平整清除所有植被和坡積物，并使山坡形成相對(duì)一致的坡度，將邊坡分為二層，低洼處采用原土回填夯實(shí)，夯實(shí)密度大于0.9t／m3。這樣使整平后的邊坡角度一層在45°左右，二層在60°左右(見(jiàn)圖3 -1)。然后設(shè)置二布一膜也就是一層土工布中間HDPE膜(1.5mm厚)再一層土工布。土工布要求長(zhǎng)纖不易破損，高密度聚乙烯(HDPE)膜，具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性、抗環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂和良好的彈性，是理想的防滲材料，它能有效阻止?jié)B濾液的滲漏，缺點(diǎn)是HDPE膜某處破損可能會(huì)發(fā)生滲漏。合理的邊坡角度設(shè)計(jì)有利于滲濾液的導(dǎo)排和防止對(duì)地下水的污染。
在工程設(shè)計(jì)中面對(duì)邊坡角度大于45°且溝深在20m左右的山谷，如何將HDPE膜固定也是一個(gè)難題。在工程中我們采用邊坡設(shè)置錨固槽的方法(見(jiàn)圖3-2)。從庫(kù)區(qū)邊坡底部開(kāi)始每隔7m設(shè)置長(zhǎng)寬1m的錨固槽，槽內(nèi)灌注水泥漿，固定HDPE膜，防止土工膜被拔出。
 圖1邊坡角度示意圖 |
 圖2邊坡設(shè)置錨固槽示意圖 |
3.3庫(kù)區(qū)水平防滲設(shè)計(jì)
《生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范》CJJ17-2004第6.0.4條規(guī)定：位于地下水貧乏地區(qū)的防滲系統(tǒng)也可采用單層襯里防滲系統(tǒng)，單層襯里結(jié)構(gòu)為：基礎(chǔ)；地下水導(dǎo)流層：厚度應(yīng)大于30cm，膜下保護(hù)層；粘土厚度大于100cm等等，而在具體的工程中導(dǎo)流層一般選用卵石，其主要作用在于防止地下水進(jìn)入垃圾填埋區(qū)減少滲濾液產(chǎn)生量。但在西北地區(qū)垃圾填埋場(chǎng)中地下水導(dǎo)流層如何設(shè)置，還需進(jìn)一步優(yōu)化。近幾年來(lái)我們?cè)O(shè)計(jì)的垃圾填埋場(chǎng)工程從地質(zhì)資料中看青海貴德、互助，甘肅榆中、白銀等地地下水的埋深均大于30m。在設(shè)計(jì)中我們認(rèn)為在地下水貧乏且地下水位較低的地區(qū)可以取消30cm地下水導(dǎo)流層。在防滲技術(shù)上采用粘土和高密度聚乙烯膜。防滲性能好的粘土是填埋場(chǎng)防滲襯層的理想材料，但從嚴(yán)格意義上講，粘土只能延緩滲濾液的滲漏，不能達(dá)到防滲技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，故在粘土層上需再鋪設(shè)HDPE膜。高密度聚乙烯(HDPE)膜是人工合成材料中最常用和較理想的防滲材料，它能有效阻止?jié)B濾液的滲漏。粘土層加HDPE膜可確保垃圾填埋場(chǎng)達(dá)到衛(wèi)生填埋技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的防滲要求。
3.4滲濾液處理技術(shù)
滲濾液的組分比較復(fù)雜，與垃圾成分，填埋場(chǎng)的土壤組分和填埋場(chǎng)使用年齡有關(guān)，主要污染物是有機(jī)污染物，CODcr、BOD5很高，含有氨、氮、磷、重金屬、微生物等。
大氣降水是產(chǎn)生滲濾液的直接來(lái)源。降水持續(xù)時(shí)間，降水強(qiáng)度和降水頻率直接影響滲濾液的產(chǎn)生量。大氣降水到達(dá)地面后，一部分通過(guò)蒸發(fā)和植物的蒸騰作用重新回到大氣圈中參與循環(huán)，剩下的則滲入填埋場(chǎng)中，因此水分蒸發(fā)，蒸騰量以及降水量決定了填埋場(chǎng)水分的入滲量，影響水分蒸發(fā)和植物蒸騰量的主要因素是溫度、濕度、太陽(yáng)輻射和大氣流動(dòng)，這些因素間接地影響了滲濾液的產(chǎn)生量。
結(jié)合垃圾填埋場(chǎng)工程設(shè)計(jì)，我們進(jìn)行了大量的調(diào)查及研討，總結(jié)國(guó)內(nèi)外各種城市垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理經(jīng)驗(yàn)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示青海、甘肅大部分地區(qū)干旱少雨且蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降雨量，表1為西北地區(qū)部分城市年平均降水量與蒸發(fā)量的統(tǒng)計(jì)。
表1部分城市年平均降水量與蒸發(fā)量情況 |
對(duì)垃圾產(chǎn)生的滲濾液產(chǎn)生量進(jìn)行確切的計(jì)算通常是比較困難的，一般采用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算，計(jì)算滲濾液產(chǎn)生量的經(jīng)驗(yàn)公式有很多，比較簡(jiǎn)單常用的是按年平均降水量法的經(jīng)驗(yàn)公式估算，計(jì)算公式為
Q=l000－1·CIA
式中Q——滲濾液平均日產(chǎn)出量(m3／d)
I——年平均日降雨量(mm／d)
C——浸出系數(shù)，即填埋場(chǎng)中降雨量中成為滲濾液的分?jǐn)?shù)
A——填埋面積(m2)
如青海循化縣城年平均降水量257.0mm，滲出系數(shù)C值取為0.4，經(jīng)計(jì)算降雨平均日產(chǎn)出的滲濾液量為35m3／d，參考國(guó)內(nèi)外已有垃圾填埋場(chǎng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，確定垃圾分解產(chǎn)生的滲濾液為10L／t？梢钥闯隼到馑漠a(chǎn)生量相對(duì)于影響滲濾液產(chǎn)生量的其他因素來(lái)說(shuō)，影響相對(duì)穩(wěn)定且較小，一般忽略不計(jì)。
因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)滲濾液處理采用回噴法，即將滲濾液收集在滲濾液池中。利用蒸發(fā)量大的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)將收集池表面積加大，采用較淺的池深，利用西北地區(qū)強(qiáng)烈的蒸發(fā)量蒸發(fā)掉大部分水量；將剩余的濾液用污水泵回噴至垃圾填埋庫(kù)區(qū)。由于回灌的滲濾液為垃圾層帶來(lái)大量微生物，使填埋場(chǎng)成為一個(gè)以垃圾層為填料的厭氧生物反應(yīng)器，加速填埋場(chǎng)內(nèi)垃圾中有機(jī)物的降解。在已運(yùn)行的青海湟中縣垃圾填埋場(chǎng)中，效果較好。實(shí)踐證明，滲濾液回噴技術(shù)在蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降雨量的西北地區(qū)是非常適宜的。
“21世紀(jì)議程”提出“到2010年，我國(guó)所有城市都要建立符合環(huán)境要求的生活垃圾填埋場(chǎng)或焚燒廠，使全部生活垃圾得到處置”。要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，盡管衛(wèi)生填埋場(chǎng)有著永久性占地及污染環(huán)境的潛在危險(xiǎn)的缺點(diǎn)，但結(jié)合我國(guó)西北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)水平，考慮到西北地區(qū)有大量閑置的荒山谷地，因此，大力推廣衛(wèi)生填埋技術(shù)是惟一能夠迅速提高我國(guó)西北地區(qū)垃圾無(wú)害化處理率的有效辦法。鑒于我國(guó)南北地區(qū)經(jīng)濟(jì)差異及地理、水文和人文環(huán)境條件的不同，要選擇適合本地區(qū)衛(wèi)生填埋防滲處理的方法對(duì)于降低衛(wèi)生填埋場(chǎng)的處理成本具有現(xiàn)實(shí)意義。
參考文獻(xiàn)
1、建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心，《城市生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)》，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004年.
2、錢(qián)學(xué)德、郭志平等編著，《現(xiàn)代衛(wèi)生填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)與施工》，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001年.
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