填埋场的防渗ppt课件

固体废物处理与处置 第二节填埋场的防渗环境工程系刘建伟 第二节填埋场的防渗 1 垃圾填埋场主体工程2 防渗方式3 防渗材料4 防渗结构 1 垃圾填埋场主体工程 1 地基处理工程填埋场场地需要经过平整 碾压和夯实 并且根据渗滤液导排要求形成一定的纵横坡度 2 基底防渗工程防止垃圾渗滤液从填埋位置通过地基渗漏 继而通过下层土壤进一步侵入地下水 3 渗滤液导排与处理系统位于底部防渗层上的 由砂或砾石构成的排水层 包括导流沟 穿孔收集管 集水槽 提升多孔管等 4 填埋气体的收集和利用工程 5 雨水导排系统填埋场必须设置独立的雨水导排系统 根据当地降水情况和场区地质条件设置明沟或者地下排水管道系统 6 最后覆盖系统工程减少水分渗入 并对填埋物进行封闭 7 填埋终场后的生态修复系统植被保护与恢复 水土保持 景观工程 8 场区道路 9 垃圾坝阻拦垃圾外溢 稳固垃圾堆体 作为埋填场与进厂道路的通道 10 监测设施 垃圾填埋场主体工程 场区防渗系统渗滤液收集与排放系统气体收集系统终场防渗系统 垃圾填埋工艺是指在垃圾堆体与地表之间设置防渗层 将垃圾与土壤 地下水隔开 防止垃圾堆体中流出的渗滤液及释放的气体污染土壤和地下水 填埋场防渗是现代填埋场区别于简易填埋场和垃圾堆放场的重要标志之一 防渗层设计与施工的质量直接关系到垃圾填埋场的成败 填埋场防渗系统 阻止渗滤液和填埋气体外泄污染周围的地下水和土壤 尽量封闭渗滤液于填埋场之中 使其进入渗滤液收集系统 防止其渗透流出填埋场之外 造成对土壤和地下水的污染 控制填埋场气体的迁移 使填埋场气体得到有控释放和收集 防止其侧向或者向下迁移到填埋场之外 防止外来水 包括地下水 地表水和降水等大量进入填埋场 增大渗滤液的产生 防渗系统的作用 第二节填埋场的防渗 1 垃圾填埋场主体工程2 防渗方式3 防渗材料4 防渗结构 2 防渗方式 防渗设施铺设时间的不同场区防渗和终场防渗防渗设施设置方向的不同水平防渗和垂直防渗 分类 水平防渗 防渗层沿水平方向铺设 填埋场底部铺设防渗层 防止渗滤液向四周及垂直方向渗透而污染土壤和地下水 根据所用防渗材料来源的不同将该类防渗方式分为自然防渗和人工防渗两种 垂直防渗 防渗层竖向布置 防止渗滤液横向渗透迁移 污染周围土壤和地下水 经常应用于坡地型或山谷型填埋场的防渗系统 如杭州的天子岭填埋场和南昌的麦园填埋场均采用了帷幕注浆技术进行垂直防渗 单独应用时能力相对有限 通常作为辅助防渗措施 第二节填埋场的防渗 1 垃圾填埋场主体工程2 防渗方式3 防渗材料4 防渗结构 3 防渗材料 天然防渗材料改良型防渗材料人工合成材料 天然防渗材料 黏土 亚黏土 膨润土优点 造价低廉 施工简单缺点 防渗性能待于提高 来源问题 天然防渗材料 使用要求 分布均匀 厚度大于2m 渗透系数小于 10 7cm s粒度200目 30 液性 塑性 pH能抵抗渗滤液的侵蚀 不因与渗滤液的接触而使其渗透性增加 天然防渗材料的应用范围 对场地的土壤 水文地质要求较高场地自然蒸发量要超过降水量50cm 填埋场地为可溶性场地 具有不透水或低透水的粘土层 渗透率 10 7cm s 可将渗滤液截留在垃圾中以免扩散 改良型防渗材料 将性能不达标的天然防渗材料 亚黏土 亚沙土 通过人工添加物质改善其性能 以达到防渗要求的衬层 添加剂分为无机 有机两种 改良型防渗材料 黏土 膨润土改良型衬里膨润土 吸水膨胀性能好 阳离子交换容量大 添加在黏土中 减少黏土的空隙 降低其渗透性 能增强衬层吸附能力和强度 改良型防渗材料 黏土 石灰 水泥改良型衬里改善黏土的吸附能力和酸碱缓冲能力 添加石灰和水泥后 黏土的空隙减少 抗渗能力增强 渗透率可达到10 9cm s 人工防渗材料 防渗性能好的粘土是填埋场防渗衬层的理想材料 但是严格地讲 一般的粘土只能延缓渗滤液的渗漏 而不能阻止渗漏 人工合成的渗透系数小于1 0 10 12cm s的聚合物防渗膜 塑料防渗膜 能够阻止渗滤液向粘土层和地下水扩散 人工防渗材料 人工防渗材料的使用要求 与渗滤液相容渗透系数小于 10 7cm s适宜的强度和厚度 能铺设在稳定的基础之上抗紫外线 臭氧 土壤细菌和真菌的侵蚀适当的耐候性足够的抗拉强度抗尖锐物质的刺破 刺划和磨损力厚薄均匀便于施工及维护 人工防渗材料 人工合成防渗材料包含多种 高密度聚乙烯 HDPE 聚氯乙烯 PVC 氯化聚乙烯 CPE 异丁橡胶 EDPM 氯磺化聚乙烯 CSPE 乙丙橡胶 EPDM 氯丁橡胶 CDR 热塑性合成橡胶 氯醇橡胶等 其中 高密度聚乙烯 HDPE 因耐腐蚀性能强 制造工艺成熟 易于施工 工程经验丰富等优点 广泛应用于填埋场的水平防渗中 人工防渗材料 高密度聚乙烯 HDPE HDPE膜的性能要求包括原材料性能和成品膜性能 主要指标包括密度 熔流指数 炭黑含量 HDPE原料 膜厚度 抗穿能力 抗拉强度和渗透系数等 密度密度反映材料的分子结构和结晶度 与材料的物理性能和强度 变形等有关 用于安全填埋场的HDPE防渗膜的密度为0 932 0 940g cm3 最佳值为0 95g cm3 熔流指数熔流指数反应材料的流变特性 熔流指数低 材料脆 但刚性增强 反之 则材料弹性增强 刚性减弱 熔流指数的最佳值为0 22g 10min 一般熔流指数在0 05 0 3g 10min范围可满足要求 炭黑含量炭黑含量反映了材料抗紫外线辐射的能力 般 炭黑添加量为2 3 不含炭黑的HFDPE膜不能用在露天填埋场的设计和施工中 原料要求聚乙烯原材料必须是一级纯品 不含杂质 不能用废聚乙烯再生产品 膜厚度选择HDPE膜的厚度 一般不以其抗渗能力为依据 因为HDPE膜的抗渗能力是有保证的 例如 渗滤液穿透0 5mm厚的HDPE膜大约需要80年 选择膜厚度应主要考虑膜的抗紫外线辐射能力虽然用于安全填埋场工程的HDPE膜是加炭黑的 但紫外辐射仍然对膜的强度有很大影响 如果填埋场衬层从施工到运行自始至终膜不暴露 则可选择较薄的膜 否则应考虑选择较大厚度的膜 美国环保局提出不暴露HDPE膜的最小厚度为0 75mm 如果暴露时间大于30天 则最小膜厚定为1 0mm 膜的抗穿透能力抗不均匀沉降能力当然 膜厚度大 对后二者有利 但是 膜厚度增加将使膜的价格成比例增加 所以必须综合考虑 我国实际使用较多的膜厚度为0 5 2 5mm 膜抗穿能力HDPE膜的抗穿能力与其厚度有关 不同膜厚度有不同要求 用FTMS101 101C方法 膜厚1 0mm的HDPE膜不得低于200N 但是仍然不能防止一些针状物或者由于生物作用对膜的穿透 膜抗拉强度不同膜厚度对膜抗拉力强度有不同要求 用ASTMD638IV类方法 膜厚1 0mm时其抗拉强度不得小于20MPa 膜的抗拉强度是膜设计应用的基本条件之一 渗透系数HDPE膜的渗透系数要小于10 12cm sec 质量合格的HDPE防渗膜的抗渗能力很强 渗透系数比优质粘土低4 5个数量级 防渗性能能够达到这一指标要求 天然材料与人工防渗材料相结合 天然地质条件较好 即地基粘土渗透系数较低 但在长期运行中不能完全防止渗滤液渗透 为使填埋场的建设既符合标准又经济 大多填埋场根据场址条件采用天然和人工结合的防渗方式 第二节填埋场的防渗 1 垃圾填埋场主体工程2 防渗方式3 防渗材料4 防渗结构 根据填埋场渗滤液收集系统 防渗系统和保护层 过滤层的不同组合 组合成不同的衬层系统结构 主要包括 填埋场衬层系统的构成 单层衬层系统单复合衬层系统双层衬层系统双复合层衬层系统 衬层系统选择应考虑的因素 环境标准和要求 场区地质 水文 工程地质条件 衬层系统材料来源 废物的性质及与衬层材料的兼容性 施工条件 经济可行性 衬层系统的最初选择过程应包括环境风险评价 根据衬层系统的不同结构设计和填埋场场区条件 如非饱和带岩性和地下水埋深等 运用风险分析方法确定填埋场释放物环境影响 从中选择合理的衬层系统 填埋场衬层系统的选择 衬层系统的选择还将受到衬层材料来源的影响 从减少填埋场建设费用的角度考虑 衬层系统应尽量使用在场址区合理距离内可得到的自然材料 除了具备低渗透性 衬层系统还应具备坚固性 持久性 抗化学反应性 抗穿透和断裂性 这些性质通过衬层成份自身的内在强度 两种或更多成份的综合作用 物理硬度 保护层等来实现 衬层系统的设计还要考虑施工方便 在铺设衬层时 衬层系统的每个单层不能危及其下一层 在填埋场作业过程中 废物入场和填埋方式都会造成衬层系统的损坏 填埋场施工条件有时也将影响衬层系统的设计 例如 某些山谷型填埋场 由于场区坡度较大 施工机械很难进入 给粘土衬层的压实带来困难 衬层材料的选择应与填埋废物具有相容性 废物的某些理化性质不造成衬层的损坏 这就要求衬层具有化学抗性和相应的持久性 选择衬层系统时要充分考虑衬层材料和废物 渗滤液 气体成份的关系 尽量实现完全兼容 1 单层衬层系统有一个防渗层 其上是渗滤液收集系统和保护层 必要时其下有地下水收集系统和一个保护层 衬层系统结构 2 单复合衬层系统的防渗层 由两种防渗材料相贴而形成的防渗层 上层为柔性膜 其下为渗透性低的粘土矿物层 与单层衬层系统相似 复合防渗层的上方为渗滤液收集系统 下方为地下水收集系统 复合衬层系统综合了物理 水力特点不同的两种材料的优点 因此具有很好的防渗效果 研究结果表明 用粘土和高密度聚乙烯 HDPE 材料做成的复合衬层和双衬层 其中复合衬层的防渗效果优于双衬层的防渗效果 双衬层系统 见下文 有上下两层防渗层 其间为排水层 HDPE的防渗能力很强 在不发生破损的情况下 渗滤液穿过HDPE防渗层的量非常小 因此即使使用了双衬层系统 穿过HDPE膜的微量渗滤液也将分散在下部粘土层中 HDPE膜和粘土层之间的排水系统收集不到渗滤液 3 双层衬层系统包含两层防渗层 两层之间是排水层 以控制和收集防渗层之间的液体或气体 同样地 衬层上方为渗滤液收集系统 下方可有地下水收集系统 透过上部防渗层的渗滤液或者气体受到下部防渗层的阻挡而在中间的排水层中得到控制和收集 在这一点上它优于单层衬层系统 但从施工和衬层的坚固性等方面上看 它一般不如复合衬层系统 图c为双层衬层系统 包含第一衬层系统和第二衬层系统 其中第一衬层系统用于搜集渗滤液 第二衬层系统起到渗漏保护作用 从下而上包括 1 压实粘土层 1m 2 柔性膜 3 土工网格 4 土工布 5 压实粘土层 1 5 60cm 6 柔性膜 7 土工网格 8 土工布 9 防护土层 60cm 10 固体废物 4 双复合衬层系统是以上的一个综合 其原理与双层衬层系统类似 在两个防渗层之间设排水层 用于控制和收集从填埋场中渗出的液体 不同点在于 上部的防渗层采用的是复合防渗层 防渗层之上为渗滤液收集系统 下方为地下水收集系统 双层衬层系统综合了复合衬层系统和双层衬层系统优点 具有抗损坏能力强 坚固性好 防渗效果好等优点 但多层衬层系统往往造价也高 图f所示的双衬层系统 从下而上包括 1 压实粘土层 60 120cm 2 柔性膜 3 砂层 30cm 4 柔性膜 5 砂砾层 30cm 用于渗滤液搜集 可以安装渗滤液搜集管道 6 土工布 7 压实粘土层 60cm 8 固体废物 填埋场基础衬层系统结构的两个典型示例 垃圾填埋场终场防渗系统 垃圾填埋场终场防渗系统定义垃圾填埋场终场防渗系统功能垃圾填埋场终场防渗系统结构设计 填埋场终场防渗系统定义 填埋场终场防渗是指废物填埋作业完成之后 在它的顶部铺设的覆盖层 也称表面密封系统 固体废物填埋场的最终覆盖是填埋场运行的最后阶段 同时也是最关键的阶段 减少雨水和溶化雪水等渗入填埋场 这是减少或防止渗滤液产生的关键 导气 控制填埋场气体从填埋场上部的释放绿化 提供一个可以进行景观美化的表面便于填埋场土地的再利用抑制病原菌的繁殖避免地表径流水的污染 避免危险废物的扩散避免危险废物与人和动物的直接接触 填埋场终场防渗系统功能 1 基本结构填埋场的终场防渗系统由多层组成 主要分为两部分 第一部分是土地恢复层 即为表层 第二部分是密封工程系统 由保护层 排水层 防渗层 包括底土层 和排气层组成 终场防渗系统结构设计 能够经受气候的极端变化 如冷 热 湿 干 冻结 解冻等 能够经受天然风化力如水和风等的侵蚀 所需材料的可行性 车辆进出道路和人行道路的建设 在填埋场作业中 可能要使用完工后的填埋单元 如堆放覆盖土或通过运输车辆等 如果需要如此 覆盖层的设计要使其具有这种能力 2 终场防渗系统设计考虑事项 填埋场表面密封系统主要功能与材料 表面密封系统的表层是土地恢复层 主要使用可生长植物的腐植土以及其它土壤 表层的设计取决于填埋场封场后的土地利用规划 通常要能生长植物 表层土壤层的厚度要保证植物根系不造成下部密封工程系统的破坏 此外 在结冻区 表层土壤层的厚度必须保证防渗层位子霜冻带之下一层的最小厚度不应小于50cm 在设计时 表层土壤层应具有一定的倾斜度 一般为3 5 在表层之上可能还要有地表排水工程设施等 在干旱区可以使用鹅卵石替代植被层 鹅卵石层的厚度为10 30cm 填埋场表面密封系统设计 保护层的功能是防止上部植物根系以及挖洞动物对下层的破坏 保护防渗层