我国卫生填埋场防渗技术的研究现状及发展.doc

我国卫生填埋场防渗技术的研究现状及发展防渗系统是填埋场建设的关键问题之一。从防渗方式、防渗结构、防渗材料等几方面论述了目前我国卫生填埋场防渗技术的研究现状及其应用情况，分析了我国卫生填埋场防渗系统存在的主要问题，并结合目前填埋场防渗系统的研究实际，指出我国填埋场防渗系统建设应进一步改造老填埋场、开发新型防渗材料和提高渗滤液处理工艺。目前。生活垃圾的处理方法主要有填埋、焚烧和高温堆肥三种。其中，卫生填埋是世界上最常用、处理垃圾量最大的方法，也是相对最经济、安全的一种，美国有95的垃圾利用卫生填埋法处理，澳大利亚为96，欧洲一般占5085。我国对垃圾卫生填埋处理方法的研究与应用起步较晚，1991年建设部和国家科委才正式将卫生填埋处理技术确定为我国推广的垃圾处理首选技术，并先后在北京、天津、杭州等地开展试点工作。我国现有垃圾填埋场约700座卫生填埋和准卫生填埋占95以上。防渗是卫生填埋场最关键的问题之一，防渗技术包括天然防渗和人工防渗两种。天然防渗要求地层渗透系数达到CJJ172004城市生活垃圾卫生填埋技术规范所规定的110-7cms，一般场地难以满足此类地质要求。人工防渗主要有帷幕注浆和铺设水平防渗层两种，或者两者相结合，而防渗材料也呈多元化发展趋势。1填埋场防渗技术研究现状我国卫生填埋技术发展较晚，20世纪80年代初城市垃圾处理技术主要以堆肥和裸露填埋为主，全国无一家正规的卫生填埋场，垃圾随意排放，严重污染周围环境。这与飞速发展的社会经济极不协调。1985年选址立项、1988年建设、1991年运行的杭州市天子岭废弃物处理总场填补了国内空白，是国内首家按建设部卫生填埋技术标准设计建造的大型山谷型垃圾卫生填埋场。80年代末开始筹建的填埋场还有广州大田山垃圾填埋场、中山市垃圾填埋场、上海废弃物老港处置场等。进入20世纪90年代后，随着国家对环卫T作的重视，全国各大中城市相继建成了城市垃圾卫生填埋场。这一时期我国城市垃圾卫生填埋技术有了质的飞跃。20世纪90年代中后期，我国还相继建设了几个具有人工水平防渗层的卫生填埋场。如1996年建成的北海市垃圾卫生填埋场，1997年建成的深圳市下坪固体废弃物填埋场，这两个填埋场是我国最早采用HDPE膜水平防渗的城市垃圾卫生填埋场白北海、深圳以后，在昆明、海口、保定、北京、天津、青岛、泉州等城市又相继建成或在建一批采用HDPE膜水平防渗的卫生填埋场，这表明我国的垃圾卫生填埋技术正逐步与国际接轨。深圳市下坪同体废弃物填埋场是全同第一座按20世纪90年代国际通用的卫生填埋场技术规范设计的现代化垃圾填埋场，其现代化程度在全同同行中名列前茅。11防渗系统的作用建有防渗设施是现代卫生填埋场区别于传统垃圾填埋场的重要标志，防渗系统是现代卫生填埋场没计一个重要的组成部分其结构简图如图1所示。防渗系统的主要丁作是将填埋场与外界隔离，防止渗滤液污染地下水、地表水：同时阻止场外地表水进入垃圾填埋体，以减少渗滤液产生量，也有利于填埋气体的收集与利用。12防渗方式我国标准规定卫生填埋场必须设防渗系统无论是自然防渗还是人工防渗，其水平、垂直两个方向的渗透率均不大于110-7cms，抗压强度必须大于06MPa，这也是世界上大多数同家规定的最低标准。绝大多数填埋场天然地理环境和自然地质条件很难满足自然防渗的要求，需要采用人丁防渗措施以达到防渗目的。填埋场人1二防渗措施一般有垂直防渗、水平防渗以及两者相结合三种，具体防渗措施的选择主要取决于填埋场的工程地质、水文地质及当地经济条件等因素。121垂直防渗垂直防渗技术一般在填埋场区为一相对独立的水文地质单元时采用，这种方法比较经济，施T简便，经济欠发达地区比较适合使用。它通常是在场区地下水径流通道出口处设置垂直的防渗设施，把防渗帷幕布置于上游垃圾坝坝轴线附近自谷底向两岸延伸来阻拦垃圾渗滤液向下游渗滤，从而达到防止污染下游地下水的目的。由于地质条件能够满足要求，南昌麦园和杭州天子岭填埋场采用了注浆帷幕垂直防渗技术大大降低了填埋场的建设成本，另外还有长沙、永洲等地填埋场也采用了该防渗措施。122水平防渗水平防渗是目前国内外垃圾填埋场使用最广泛也是最有效的防渗技术，主要包括场地平整、防渗衬里材料的选择和防渗层结构设置等内容同时还要考虑上部渗漏导排系统以及下部地下水导排系统的结合。目前我国填埋场的水平防渗方法有下述4种(1)粘土防渗层。大部分城市垃圾卫生填埋场和部分T业同体废弃物填埋场是采用当地天然粘土或改性土壤经过压实等处理后形成的防渗层。它要求天然粘土层土质良好，能够满足防渗性能要求。南于适宦的土地较少，填埋场实际建设中很少能够找到合适的场地(2)膨润土防渗层。如北京安定、北神树垃圾卫生填埋场采用添加膨润土的改性粘土衬层，阿苏卫垃圾卫生填埋场在场底局部地区铺设膨润土板等，是在当地土质条件不太理想的情况下，采用适当的粘土添加一定比例膨润土，均匀搅拌后按一定工艺进行施工形成的防渗层。(3)高密度聚乙烯(HDPE)防渗层。深圳下坪卫生填埋场、北京六里屯填埋场等采用单层HDPE土工膜作为防渗层是目前我同垃圾卫生填埋场应用较多且今后仍将占据很大比例的填埋场防渗处理方式。(4)土丁合成材料膨润土垫(GCL)和HDPE双层防渗层。北京高安屯垃圾卫生填埋场采用了这种方式，这也是国外较为普遍采用的防渗方式，它代表着今后我国垃圾卫生填埋场防渗层发展的方向，目前在北京已被确定为大型垃圾卫生填埋场建设的基本要求。13防渗层基本结构防渗层结构大体可分为单一防渗层和复合防渗层。单一防渗层有单层HDPE膜防渗层和压实粘土防渗层。单层HDPE膜防渗层结构简单、施工容易、投资较省，但是其防渗安全性差。一旦HDPE膜的某处破损下面的土层渗透系数大，垃圾渗滤液很容易通过HDPE膜破损处流出，使整个防渗层失去防渗作用。这种防渗结构目前已很少采用。复合防渗层有HDPE膜与压实粘土构成的，也有双层HDPE膜(中问含HDPE网格)的。这种结构比较复杂施工也比较困难投资相对较高但其防渗安全性很高。因为即使单层HDPE膜发生破损，渗滤液通过HDPE膜破损处流出，但很快又会遇到另一层HDPE膜或是压实粘土层，防止渗滤液继续渗漏，整个防渗层仍能发挥防渗作用。2005年董军等建议在垃圾填埋场底部设计防渗型和反应型的双层防渗系统其中反应型防渗层主要作用是控制污染物的运移，以进一步提高防渗系统的安全性而国外垃圾填埋场防渗系统结构一般依次由过渡层、排水层、密封层等组成。14防渗材料防渗材料多种多样，目前主要有粘土和人工合成材料。粘土除了天然粘土外还有改性膨润土、粉土等。人工合成材料种类很多，如高密度聚乙烯(HDPE)膜、低密度聚乙烯(LDPE)膜、聚氯乙烯(PVC)膜等。GB50290-98将人工合成材料分为以下四大类：土工织物、土工膜、土工复合材料和土T特种材料。141粘土粘土是一种很好的填埋场衬垫材料，改性粘土在填埋场中应用相当广泛，国内学者已做了大量研究。史敬华等提出了采用一种复合土(石灰+粘性土+膨润土)作为改性衬里。唐晓武等充分利用疏浚土吸附能力强和低透水性等特点将其作为填埋场粘土衬垫的添加材料。黄婉荣等l51试验研究了不同加砂量对压实粘土渗透系数、体积收缩率的影响，表明当加砂量为3040H，压实粘土砂土混合材料击实后可获得低渗透率和低收缩率等优点，较好地解决了填埋场施工过程中压实粘土衬垫的干裂问题。赵晓霞等研究得出粉质粘土+蒙脱土+石灰三者质量比为2：8：1时防渗性能达到最佳；而对于不同种类的粘土加入适当含量的膨润土抗压强度可达到最大。选用24左右的压实含水率可使红土(及其改性粘土)的抗压性能和防渗性能同时得到优化。陈永贵等开展的研究表明，粘土固化注浆帷幕应用到填埋场对渗滤液有一定的防腐性能和抗酸稳定性。粘土衬层除具有防渗作用外，还具有吸附降解功能，当渗滤液进入粘土层后，其中的金属离子、有机质可被粘土颗粒吸附起到净化作用。但粘土衬里也有很多弱点：(1)粘土的含水率和压实程度对其渗透性有很大的影响；(2)压实粘土易产生干燥、冻融和收缩裂缝，使渗透系数提高；(3)易受废物中的化学物质的作用。142人工合成材料防渗性能好的粘土是填埋场防渗衬层的理想材料但从严格意义上讲，粘土只能延缓渗滤液的渗漏，不能达到防渗技术标准的要求。HDPE膜是人工合成材料中最常用、也是最理想的防渗材料，它能有效阻止渗滤液的渗漏。其渗透系数可以低于10l0-7cmS即每年渗透距离小于0003mm比优质粘土的渗透系数低45个等级。HDPE膜在国外应用已经相当普遍我国从20世纪90年代末开始将其作为垃圾填埋场基底防渗层的主要材料在国内具有广阔的应用前景。HDPE膜具有优良的机械强度、耐热性、耐化学腐蚀性、抗环境应力开裂和良好的弹性，随着厚度的增加其裂点强度、屈服点强度、抗撕裂强度、抗刺穿强度逐渐增加。HDPE膜优异的特性弥补了粘土作为防渗层的不足：垃圾填埋场一般采用1525mm厚的HDPE膜做衬垫层，同2m厚粘土层相比，可大大节省填埋容量。但HDPE也存在着某些不足：(1)聚合物本身易老化，易受环境中微生物的侵蚀；(2)施工过程中受天气影响较大，接口处易形成接触张口，基底层易被尖锐物如石子硌破。2.填埋场防渗技术的发展趋势21防渗系统存在的主要问题由于历史原因和早期的技术问题，因填埋场渗滤液的渗漏导致环境污染的事故时有报道。目前，我国大多数填埋场的防渗系统达不到规范要求存在的问题主要有：(1)防渗措施不完善。早期建设的填埋场由于防渗措施不完善不能达到防渗技术的要求和现行规范的标准，需进行改造。(2)防渗层的防渗效果欠佳。部分采用垂直防渗技术的填埋场由于场区环境地质和水文地质条件不理想或施工质量欠佳，对地下水的污染比较明显：而大部分采用水平防渗材料的填埋场多使用性能较差的粘土，施工质量难以保证。(3)不重视控制地下径流和填埋场地表人渗水填埋场渗滤液产生量过大。我国现有大多数填埋场均未采取必要措施排除地下径流再加上降水的人渗，大大增加了填埋场渗滤液的产生量，使与之配套的渗滤液处理场不堪重负。22防渗技术的发展趋势我国开始对垃圾填埋处置至今只有20余年在垃圾填埋场防渗系统方面研究尚属起步阶段，还没有形成针对垃圾填埋场防渗漏的系统理论与技术方法。今后，针对现有及待建的填埋场在防渗系统方面应着重做好以下工作：(1)对老填埋场进行改造、封场和利用。加强对简易填埋场或低标准填埋场的改造和封场处理以控制老填埋场二次污染问题。填埋场改造将集中在防渗、渗滤液处理、填埋场气体利用和处理方面。(2)开发新型防渗材料。目前国内标准的卫生填埋场均采用进口HDPE膜进行防渗。鉴于其不足之处，应进一步开发新型的低成本、高性能的防渗材料，如进行粘土、伊利土和粉煤灰等廉价复合材料防渗技术研究，使防渗灌浆材料不但具有较低的渗透性，而且对污染物具有较强的吸附阻滞作用，这对于降低卫生填埋场的处理成本很有意义。(3)改进渗滤液处理工艺。垃圾渗滤液成分复杂多变，有毒物质含量高，处理困难，应加大力度开发研究填埋场渗滤液处理工艺与技术，以解决大多数填埋场共同遇到的难题。3结论(1)防渗系统是填埋场建设的关键问题之一，在我国的研究尚处于起步阶段：目前采用的防渗方式有水平防渗和垂直防渗两种，防渗结构可分为单一防渗层和复合防渗层，防渗材料包括天然粘土和人工合成材料。(2)由于施工技术和场地条件的限制，我国早期建设的填埋场防渗措施不完善部分已建填埋场的防渗效果达不到设计要求另外没有采取必要措施控制地下径流和地表水人渗填埋区导致填埋场区环境受污染的情况时有发生。(3)今后，应进一步加快对老填埋场进行改造、封场和利用通过开发新型防渗材料和改进渗滤液处理工艺，实现对填埋场渗滤液污染的有效控制。