填埋场的防渗

1、固体废物处理与处置固体废物处理与处置 第二节第二节 填埋场的防渗填埋场的防渗 环境工程系环境工程系 刘建伟刘建伟 u 2、防渗方式、防渗方式 u 3、防渗材料、防渗材料 u 4、防渗结构、防渗结构 1、垃圾、垃圾填埋填埋场主体工程场主体工程 （1）地基处理工程地基处理工程 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）基底基底防渗工程防渗工程 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）渗滤液导排与处理渗滤液导排与处理系统系统 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

2、等。 （4）填埋气体的收集和利用工程填埋气体的收集和利用工程 （5）雨水导排系统雨水导排系统 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填埋终场后的生态修复系统系统 植被保护与恢复、水土保持、景 观工程 （8）场区道路场区道路 （9）垃圾垃圾坝坝 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）监测设施监测设施 场区防渗系统场区防渗系统 渗滤液收集与排放系统渗滤液收集与排放系统 气体收集系统气体收集系统 终场防渗系统终场

3、防渗系统 l垃圾填埋工艺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。 l填埋场防渗填埋场防渗是现代填埋场现代填埋场区别于简易填埋场和简易填埋场和 垃圾堆放场垃圾堆放场的重要标志之一。 l防渗层设计与施工的质量直接关系到垃圾填埋防渗层设计与施工的质量直接关系到垃圾填埋 场的成败。场的成败。 n阻止渗滤液和填埋气体外泄污染周围的地下水和阻止渗滤液和填埋气体外泄污染周围的地下水和 土壤。土壤。 n尽量封闭渗滤液尽量封闭渗滤液于填埋场之中于填埋场之中，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

4、壤和地 下水的污染； n控制填埋场气体的迁移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； n防止外来水防止外来水，包括地下水、地表水和降水等大量 进入填埋场进入填埋场，增大渗滤液的产生。 u 1、垃圾填埋、垃圾填埋场主体工程场主体工程 u u 3、防渗材料、防渗材料 u 4、防渗结构、防渗结构 l防渗设施防渗设施铺设时间铺设时间的不同的不同 场区防渗和终场防渗场区防渗和终场防渗 l防渗设施防渗设施设置方向设置方向的不同的不同 水平防渗和垂直防渗水平防渗和垂直防渗 分类分类 l防渗层沿防渗层沿水平方向铺设（填埋场底部铺设水平方向铺设（填埋场底部铺设

5、 防渗层）防渗层），防止渗滤液向四周及垂直方向，防止渗滤液向四周及垂直方向 渗透而污染土壤和地下水。渗透而污染土壤和地下水。 l根据所用防渗材料来源的不同将该类防渗根据所用防渗材料来源的不同将该类防渗 方式分为方式分为自然防渗和人工防渗自然防渗和人工防渗两种。两种。 l防渗层防渗层竖向布置，竖向布置，防止渗滤液横向渗透迁移，防止渗滤液横向渗透迁移， 污染周围土壤和地下水，经常应用于污染周围土壤和地下水，经常应用于坡地型坡地型 或山谷型填埋场或山谷型填埋场的防渗系统。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

6、防渗。幕注浆技术进行垂直防渗。 l单独应用时能力相对有限，单独应用时能力相对有限，通常作为辅助防通常作为辅助防 渗措施。渗措施。 u 1、垃圾填埋、垃圾填埋场主体工程场主体工程 u 2、防渗方式、防渗方式 u 4、防渗结构、防渗结构 l天然防渗材料天然防渗材料 l改良型防渗材料改良型防渗材料 l人工合成材料人工合成材料 l黏土、亚黏土、膨润土黏土、亚黏土、膨润土 l优点：造价低廉、施工简单优点：造价低廉、施工简单 l缺点：防渗性能待于提高，来源问题缺点：防渗性能待于提高，来源问题 l使用要求：使用要求： 分布均匀，厚度大于分布均匀，厚度大于2m，渗透系数小于，渗透系数小于10 - 7cm/s

7、粒度粒度200目目%= 30，液性，塑性，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。其渗透性增加。 l对场地的对场地的土壤、水文地质土壤、水文地质要求较高要求较高 场地场地自然蒸发量自然蒸发量要超过降水量要超过降水量50cm，填埋场地为，填埋场地为 可溶性场地可溶性场地，具有不透水或低透水的粘土层具有不透水或低透水的粘土层（渗（渗 透率透率10-7cm/s），可将渗滤液截留在垃圾中以免），可将渗滤液截留在垃圾中以免 扩散。扩散。 l将性能不达标的天然防渗材料（亚黏将性能不达标的天然防渗材料（亚黏 土、亚沙土）通过人工添

8、加物质改善土、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；其性能，以达到防渗要求的衬层； l添加剂分为无机、有机两种。添加剂分为无机、有机两种。 l黏土膨润土改良型衬里黏土膨润土改良型衬里 l膨润土：吸水膨胀性能好，阳离子交换膨润土：吸水膨胀性能好，阳离子交换 容量大。容量大。 l添加在黏土中，减少黏土的空隙，降低添加在黏土中，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。其渗透性，能增强衬层吸附能力和强度。 l黏土石灰、水泥改良型衬里黏土石灰、水泥改良型衬里 l改善黏土的吸附能力和酸碱缓冲能力。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，

9、添加石灰和水泥后，黏土的空隙减少， 抗 渗 能 力 增 强 （抗 渗 能 力 增 强 （ 渗 透 率 可 达 到渗 透 率 可 达 到 10 - 9cm/s）。 ）。 u 防渗性能好的粘土是填埋场防渗衬层的理想防渗性能好的粘土是填埋场防渗衬层的理想 材料。材料。 u 但是严格地讲，一般的粘土只能延缓渗滤液但是严格地讲，一般的粘土只能延缓渗滤液 的渗漏，而不能阻止渗漏。的渗漏，而不能阻止渗漏。 u 人工合成的渗透系数小于人工合成的渗透系数小于1.010-12 cm/s的的 聚合物防渗膜聚合物防渗膜(塑料防渗膜塑料防渗膜)，能够阻止渗滤，能够阻止渗滤 液向粘土层和地下水扩散。液向粘土层和地下水扩散

10、。 l人工防渗材料的使用要求：人工防渗材料的使用要求： u与渗滤液相容与渗滤液相容 u渗透系数小于渗透系数小于10-7cm/s u适宜的强度和厚度，能铺设在稳定的基础之上适宜的强度和厚度，能铺设在稳定的基础之上 u抗紫外线、臭氧、土壤细菌和真菌的侵蚀抗紫外线、臭氧、土壤细菌和真菌的侵蚀 u适当的耐候性适当的耐候性 u足够的抗拉强度足够的抗拉强度 u抗尖锐物质的刺破、刺划和磨损力抗尖锐物质的刺破、刺划和磨损力 u厚薄均匀厚薄均匀 u便于施工及维护便于施工及维护 l人工合成防渗材料包含多种：人工合成防渗材料包含多种： 高密度聚乙烯（高密度聚乙烯（HDPE），），聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVC），氯），

11、氯 化聚乙烯（化聚乙烯（CPE），异丁橡胶（），异丁橡胶（EDPM），氯磺化），氯磺化 聚乙烯（聚乙烯（CSPE），乙丙橡胶（），乙丙橡胶（EPDM），氯丁橡），氯丁橡 胶（胶（CDR），热塑性合成橡胶、氯醇橡胶等。），热塑性合成橡胶、氯醇橡胶等。 其中，高密度聚乙烯（其中，高密度聚乙烯（HDPE）因耐腐蚀性能强，制造工艺成）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。平防渗中。 l高密度聚乙烯（高密度聚乙烯（HDPE） lHDPE膜的性能要求包括膜的性能要求包括原材料性能原材料性能和和成品

12、成品 膜性能膜性能，主要指标包括密度、熔流指数、炭主要指标包括密度、熔流指数、炭 黑含量、黑含量、HDPE原料、膜厚度、抗穿能力、原料、膜厚度、抗穿能力、 抗拉强度和渗透系数等。抗拉强度和渗透系数等。 l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 0.9320.940g/cm3，最佳值为0.95 g/cm3。 l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0.050.3g/10min范围可满足要求。 l炭黑含量反映了材料抗

13、紫外线辐射的能力。般，炭黑添加量为 23%。不含炭黑的HFDPE膜不能用在露天填埋场的设计和施工 中。 l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。 l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。 l选择膜厚度应主要考虑选择膜厚度应主要考虑 l膜的抗紫外线辐射能力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

14、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。 l膜的抗穿透能力膜的抗穿透能力 l抗不均匀沉降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0.52.5mm。 lHDPE膜的抗穿能力与其厚度有关。不同膜厚度有不 同要求，用FTMS 101-101 C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。 l不同膜厚度对膜抗拉力强度有不同要求。用ASTMD 638 IV类方法，膜厚1.0mm时其抗拉强度

15、不得小于 20MPa。膜的抗拉强度是膜设计应用的基本条件之一。 lHDPE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45个数量级，防渗性能能够达到这一指标要求。 l天然地质条件较好，即地基粘土渗透系天然地质条件较好，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。采用天然和人工结合的防渗方式。 u 1、垃圾填埋、垃圾填埋场主

16、体工程场主体工程 u 2、防渗方式、防渗方式 u 3、防渗材料、防渗材料 根据填埋场渗滤液收集系统、防渗系统和保护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：构，主要包括： u单层衬层系统 u单复合衬层系统 u双层衬层系统 u双复合层衬层系统 l衬层系统选择应考虑的因素：环境标准和要求；场环境标准和要求；场 区地质、水文、工程地质条件；衬层系统材料来源；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；经废物的性质及与衬层材料的兼容性；施工条件；经 济可

17、行性济可行性。 l衬层系统的最初选择过程应包括环境风险评价环境风险评价。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。 l衬层系统的选择还将受到衬层材料来源衬层材料来源的影 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。 l除了具备低渗透性，衬层系统还应具备坚固坚固 性、持久性、抗化学反应性、抗穿透和断裂性、持久性、抗化学反应性、抗穿透和断裂 性性。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。 l衬

18、层系统的设计还要考虑施工方便施工方便。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。 l衬层材料的选择应与填埋废物具有相容性具有相容性，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

19、下有地 下水收集系统和 一个保护层。 （2）单复合衬层系统的防渗层）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（粘土和高密度聚乙烯（HDPE） 材料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 HDP

20、E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。 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。 l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。 l

21、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，1.560cm； (6) 柔性膜；(7) 土工 网格；(8) 土工布；(9) 防护土层，60cm； (10) 固体废物。 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。 l图f所示的双衬

22、层系统，从下而上包括：(1) 压实 粘土层，60120cm；(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。 l垃圾填埋场终场防渗系统定义垃圾填埋场终场防渗系统定义 l垃圾填埋场终场防渗系统功能垃圾填埋场终场防渗系统功能 l垃圾填埋场终场防渗系统结构设计垃圾填埋场终场防渗系统结构设计 填埋场终场防渗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

23、段。 l减少雨水和溶化雪水等渗入填埋场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。 l导气：导气：控制填埋场气体从填埋场上部的释放 l绿化：绿化：提供一个可以进行景观美化的表面 l便于填埋便于填埋场土地的再利用场土地的再利用 l抑制病原菌的繁殖抑制病原菌的繁殖 l避免地表径流水的污染，避免危险废物的扩散避免地表径流水的污染，避免危险废物的扩散 l避免危险废物与人和动物的直接接触避免危险废物与人和动物的直接接触 l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，即为表层土地恢复层，即为表层； 第二部分是密封工程系统密封工程系统，由 保护层、排水层、

24、防渗层（包保护层、排水层、防渗层（包 括底土层）和排气层括底土层）和排气层组成。 l能够经受气候的极端变化，如冷-热，湿-干， 冻结-解冻等； l能够经受天然风化力如水和风等的侵蚀； l所需材料的可行性； l车辆进出道路和人行道路的建设； l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）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填埋场表面密封系统主要功能与材料 表 6-2-35 填埋场表面密封系统 性质层主要功能常用材料备注 土地 恢复 层 1.表层取决于填埋场封场后

25、的土地利用规 划，能生长植物并保证植物根系不 破坏下面的保护层和排水层，具有 抗侵蚀等能力，可能需要地表排水 管道等建筑 可生长植物的壤 土以及其它天然 土壤 需要有地表水控制层 2.保护层防止上部植物根系以及挖洞动物对 下层的破坏，保护防渗层不受干燥 收缩、冻结解冻等的破坏，防止排 水层的堵塞，维持稳定 天然土等需要有保护层，保护层和表 层有时可以合并使用一种材 料，取决于封场后的土地利 用规划 3.排水层排泄入渗进来的地表水等，降低入 渗水对下部防渗层的水压力，还可 以有气体导排管道和渗滤液回管回 收设施等 砂、砾石、土工 网格、土工合成 材料和土工布 此层并不是必须的，当通过 保护层入渗的水量较多或者 对防渗层的渗透压力较大时 必须要排水层 4.防渗层防止入渗水进入填埋废物中，防止 填埋场气体逃离填埋场 压实粘土、柔性 膜、人工改性防 渗材料和复合材 料等 需要有防渗层，通常要有保 护层、柔性膜和土工布来保 护防渗层，常用复合防渗层 密封 工程 系统 5.排气层控制填埋场气体，将其导入填埋气 体收集设施进行处