第五章+填埋3

1、l防止填埋场气体和渗滤液对环境的污染是填埋场中最为重要的部分，对它们的周密考虑需要贯穿于填埋场从设计、施工、运行、直到封场和封场后管理的整个生命周期之中。l填埋场密封系统是防止填埋场气体和渗滤液污染环境并防止地下水和地表水进入填埋场中而建设的填埋场设施。填埋场密封技术基本上可分为基础密封、垂直密封和表面密封三种方法。l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；l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；l控制地下水，防止其形成过高的上升压；防止地下水进入填埋场中，因为地下水进入填埋场将

2、使渗滤液的产生量增加；l填埋场基础密封主要通过在填埋场的底部和周边建立衬层系统来达到密封的目的。填埋场衬层系统通常包括渗滤液收排系统、防渗系统（层）和保护层、过滤层等。如果渗滤液收排系统中没有渗滤液收集管道等设施而仅为一层排水层时，又称为排水层。防渗系统有时也称为防渗层。l防渗系统的功能是通过在填埋场中铺设低渗透性材料来阻隔渗滤液于填埋场中，防止其迁移到填埋场之外的环境中；防渗层还可以阻隔地表水和地下水进入填埋场中。防渗层的主要材料有天然粘土矿物如改性粘土、膨润土，人工合成材料如柔性膜，天然与有机复合材料如聚合物水泥混凝土等。l填埋场衬层系统的选择对于填埋场设计至关重要。选择填埋场衬层系统应考

3、虑下面一些因素：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。l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。l对于渗滤液而言，需要确定其可接受的产生量，应考虑接收水体的敏感性、非饱和带的深度、稀释能力、渗滤液可能的组成、产生速率及在接收水体中的稀释等因素。l对于填埋场气体而言，填埋场所在地区的地质条件、水文地质条件、是否存在建筑物及建筑物的距离、填埋场设施、服务设施、植物、居民区等以及其它限

4、制条件，都是确定填埋场气体释放和迁移时要考虑的因素。l如果填埋场场底低于地下水位，则衬层设计应考虑地下水渗入填埋场的可能性及对渗滤液产生量的影响；控制因地下水位上升而对衬层系统施加的上升压力以及地下水的长期影响。l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。例如：在场址区及附近如果有粘土，应使用粘土作为衬层系统的防渗层与保护层；如果没有质量高的粘土，但有粉质粘土，则衬层可采用质量较好的膨润土来改性粉质粘土，使其达到防渗设计要求；如果没有足够的天然防渗材料，衬层可使用柔性膜或者天然与人工合成材料。l除了具备低渗透

5、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。l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。l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

6、的关系，尽量实现完全兼容。l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，有单层衬层系统、复合衬层系统、双层衬层系统和多层衬层系统等。 (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。l复合衬层系统的防渗层是复合防渗层。所谓复合防渗层意指由两种防渗材料相贴而形成的防渗层。它们紧密地排列，提供综合效力。比较典型复合结构是：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。

7、l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。l当HDPE膜发生局部破损渗漏时，对于双衬层系统而言，渗漏液在下排水层中的流动，可使其在较大面积的粘土层上分布。根据达西定律，渗流量与过水面积成

8、正比。渗漏液分布面积越大，其继续向下渗漏的量也就越大。比较而言，复合衬层系统膜出现局部破损渗漏时，由于膜与粘土表面紧密连接，具有一定的密封作用，渗漏液在粘土层上的分布面积很小，因此渗漏面积远小于双衬层的情况。继续渗漏量也自然要小的多。l复合衬层的关键是使柔性膜紧密接触粘土矿物层以保证柔性膜的缺陷都不会引起沿两者结合面的移动。l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。l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

9、上看，它一般不如复合衬层系统。l多层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。l多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。确定填埋场类型。一般垃圾废弃物采用自然衰减型填埋场，对某些特殊的废物及某些敏感的场区环境，需将填埋场封闭。确定场区地下水功能和保护等级。对能提取使用的地下水，只需保护地下水含水层；而对地表水、岩石或土壤含水地质构造中的补给水，则包

10、括含水粘土沉积物和上层滞水（不抽取）的保护。确定衬层材料及衬层构造。衬层材料的渗透系数要求必须 2粘 土 （ 1 0-7） 2 .5粘 土 （ 1 0-7 3粘 土 （ 1 0-5） 来 源 : 城 市 生 活 垃 圾 卫 生 填 埋 技 术 标 准 （ C JJ1 7 -8 8 ）l为了使基础能够均匀承重，下垫层的压实相对密度不得低于90%，粘土下垫层的设计要求与粘土衬层的设计要求相同。(下垫层不能含有颗粒大于0.5cm直径的颗粒物；粘土层不能出现脱水、裂开；(为了杜绝下垫层植物生长，需均匀地施放化学除萎剂；(如有予埋的管、渠、孔洞等，要严格按着粘土衬层要求施工，并使HDPE与下垫层衔接好。

11、边坡压实粘土层厚度：边坡的防渗要比底层防渗更困难，因为边坡的施工压实难度更大大；边坡下垫层与其上的HDPE膜之间易产生滑动，使下层或上层膜受到破坏。所以，边坡土层厚度通常大于底层的厚度，一般大10%；底层压实粘土层厚度：一般取0.6-1.0m；排水层厚度：与排水层材料有关。如果使用砂或者砾石，其厚度通常30cm；排水层渗透系数值：为了提高排水层的排水效率，要提高排水材料的渗透率，降低毛细管张力。推荐使用清洁砾石，其透水系数可达1100cm/sec，而毛细上升高度较小。边坡坡度：边坡坡度的设计应考虑地形条件、土层条件、填埋场容量、施工难易程度、工程造价等因素。边坡越陡，工程量越小，但施工越难，而

12、且下垫层与上层HDPE膜的摩擦张力越大，容易产生上下层之间的破损。边坡坡度推荐值为1：3。我国深圳安全填埋场边坡设计坡度为1：2.5。底部坡度：底部坡度的设计要满足集水排水需要，同时也要考虑场地条件和施工难易条件。例如，当填埋单元较大时，底部坡度大将造成两短高差增大，开挖深度增加，低点距地下水面距离减小，堆填废物易滑动等问题；坡度太小又不利于渗滤液的集排。一般土建工程，2%排水坡度就可以满足集水要求的。在特殊情况，也可以采用3%4%的坡度。l填埋场HDPE膜防渗系统内，常有竖管、横管或斜管穿出或穿入。在此情况下，穿管与HDPE膜的接口必须防止渗漏。穿管与边界连接有刚性防渗连接和弹性防渗连接两种

13、。在设计中应注意：穿管与废物接触，可将管外用HDPE膜包裹，这样可以便于与防渗层接处的密封连接；同时也减小管边界与废物的摩擦，减少穿管的受力；穿管与边界的刚性连接采用混凝土锚固块做为连接基座，但混凝土锚固应建在连接管后，管及膜固定在混凝土中。穿管与防渗膜边界的弹性连接，必须注意管子不能直接焊在HDPE防渗膜上，以防膜的损坏。l为了防止渗漏，填埋场中的有些竖井需要穿过排水层座于HDPE防渗膜之上，如渗滤液提升竖井、检修竖井等。由于竖井直接座落在HDPE防渗膜之上，容易造成膜的破坏，因此，在井底和HDPE膜之间必须设计有衬垫层。通常，竖井的底部专门设计一个被HDPE膜包裹的钢板衬垫，混凝土支座位于

14、钢板衬垫上，其目的是既保护HDPE防渗膜，又增强了基础的弹性，使接触压强变得平缓，基础不易损坏。我国深圳安全填埋场就是这样设计和施工的。l以下例举美国城市生活垃圾填埋场几种典型衬层结构设计。图（a）的设计从下而上包括：(1)压实粘土层，60cm；(2) 4080mm厚的柔性膜，如HDPE等；(3) 砂砾石层，30cm，其中安装渗滤液搜集管道系统，用于搜集渗滤液；(4) 土工布，用于防止上伏土进入砂砾石层；(5) 防护土层，60cm，起防护和屏障作用；(6) 固体废物。l图b所示的结构从下而上包括：(1) 压实粘土层，60cm；(1) 40mm厚柔性膜；(3)土工网格；(4) 土工布；(5) 防

15、护土层，60cm；(6) 固体废物。l上述(3)和(4)共同作为排水层将渗滤液排向渗滤液搜集系统；由于土工网格排水层有堵塞的危险，因此设计中更倾向于使用砂砾石。土工网格的优点在于占用填埋场空间较小。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。l图d所示的衬层结构与图c类似，只是图d中，砂砾石代替了图c

16、中的土工网格用作排水层来收集渗滤液。在双衬层系统中，渗漏监测系统安装在两个衬层系统之间。l图e所示的设计亦为双衬层系统，从下而上包括：(1) 压实粘土层，30cm；(2) 砂层，15cm；(3) 压实粘土层，60cm；(4) 柔性膜；(5) 砂层，60cm，渗滤液收集管道直接安装在柔性膜之上；(6) 固体废物。l图f所示的双衬层系统，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填埋场表面密封指的是废物填

17、埋作业完成之后、在它的顶部铺设的覆盖层。表面密封系统也称为最终覆盖层系统或者简称为盖层系统。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。通过表面密封系统以减少雨水等地表水入渗进入废物层中是减少或防止渗滤液产生量的关键。而且，表面密封系统还有导气、绿化、填埋场土地利用等方面的功能。l表面密封系统的功能可以概括为以下几点：l 减少雨水和溶化雪水等渗入填埋场；l 控制填埋场气体从填埋场上部的释放；l 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；l 避免危险废物与人和动物的直接接触；l 提供一个可以进行景观美化的表面；l 便于填埋土地的再利用。l现代化填埋

18、场的表面密封系统由多层组成，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（可选）、防渗层（包括底土层）和排气层组成，如图所示。l填埋场表面密封系统的设计应考虑：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，盖层的设计要使其具有这种能力；地表水排水系统系统的寿命；安装气体抽排井和收集管道系统；安装渗滤液收排系统井孔和管道；地形设计需要；低渗透性，尽量减少填埋场气体的释放和降

19、雨、地表水等的入渗；分期建设和封场后土地利用规划的关系；可能需要渗滤液循环；有抵抗由于填埋场气体释放和废物压缩等原因造成的填埋场不均匀沉降的能力；有稳定性，具有抗塌陷，抗断裂和边坡失稳，抗滑动，抗蠕动的能力；土地恢复坡度的稳定性；抵抗由于地震而引起变形的能力；必须经得起由于填埋场气体作用而造成的对盖层物质的改变；地表植被根系以及挖洞动物、蚯蚓、昆虫等的破坏。l填埋场表面密封系统可能要经受的生物、物理和化学作用如下表所示。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

20、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、

21、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理或者利用砂、土工网格和土工布只有当废物产生较大量的填埋场气体时才是必须的l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于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35%。在表层之上可能还

22、要有地表排水工程设施等。l在干旱区可以使用鹅卵石替代植被层，鹅卵石层的厚度为1030cm。l盖层系统中的表层具有土地恢复功能，因此，填埋场盖层设计应与建筑师和土地利用专家共同协商，保证地形规划和填埋场需要相协调。l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，保护防渗层不受干燥收缩、冻结解冻等的破坏，防止排水层的堵塞等。一般使用天然土壤或者砾石等材料作为保护层。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。l排水层的功能是排泄通过保护层入渗进来的地表水等，降低入渗水对下部防渗层的水压力。密封系统中排水层并不是必须有的层，在有些情况下可以不设排水层。例如，当通过保护

23、层入渗的水量（来自雨水、融化雪水、地表水、渗滤液回灌等）很小，对防渗层的渗透压力很小等。l填埋场表面密封系统的稳定致关重要。对于坡度较陡的盖层，还要注意降雨造成的较大地表径流对盖层的侵蚀破坏，封场后尽快种植保护性植物如草坪等或者铺设盖层排水管道系统。l填埋场由于压实和生物降解的原因通常都存在沉降问题。均匀沉降问题还不大，主要是不均匀沉降将产生一系列问题，例如由不均匀沉降造成的盖层断裂就可能在废物相变边界、填埋单元边缘和填埋场边界处出现。因此，填埋场设计者要根据填埋场地设计、废物填埋情况等条件事先确定可能发生不均匀沉降的位置，在盖层设计中就提出相应的防范措施。沉降沟封场地表沉降后地表沉降后地表封

24、场地表陡坡范围(a) 均匀坡度(b) 边缘陡坡图6-2-54 使用边缘陡坡方法防止边缘附近的不均匀沉降l对填埋场进行监测的基本目的是：检查填埋场是否按设计要求正常运行；确保填埋场符合所有管理标准。l包括：填埋场内渗滤液水位、排水系统内的水位、填埋场渗滤液通过底部衬层或基础的渗漏情况、场址周围地下水水质、填埋场及其周围土壤和大气中的气体浓度、渗滤液收集池中的渗滤液水位和水质、以及最终覆盖的稳定性。l封闭型填埋场内渗滤液的水位在靠近衬层顶角的地方最高，邻近收集管沟处最低，且水位的高低随时间变化。因此应该经常对填埋场内渗滤液水头进行监测，以便确定填埋场是否按设计要求运行。对于自然衰减型填埋场，其渗滤

25、液水位则不一定要进行监测。l用于监测渗滤液水位的监测井有两种类型：水平式和垂直式，其典型设计分别见图6-2-55和图6-2-56。l垂直式水位井可在废物处置前、中或后期建造，如在废物处置前或处置中建造，则必须定期予以加高，且在填埋过程中损坏的几率很高，很难不受废物移动或沉降的影响。水平式水位井可在废物处置前一次建造，损坏的几率小，废物移动和沉降对其也无影响。l通常在运转的前三、四年内，每周对渗滤液水位进行一次监测，以后则可每月监测一次。l一般使用水平监测井来监测地下排水系统中的水位变化。这些监测井的设计与水平式渗滤液水位监测井相似。l填埋场渗滤液是否发生渗漏，一般通过在衬层与含水层间的下包气带

26、内设置数台测渗器来进行监测。早期渗漏警报有利于及时发现问题，以便及时采取补救措施，减少补救行动的费用。因此，设置渗漏监测仪被视为填埋场设计的一个组成部分。l测渗器的安装位置及其数量取决于填埋场的设计。一般来说，测渗器应设置在填埋场的边缘附近，以使传输管道长度最短。在自然衰减型填埋场中，测渗器能安装在几乎任何位置。但对封闭型的填埋场，一定要在可能产生最大和最小渗漏处放置测渗器。在填埋场底部衬层顶角处，渗滤液水位最高，预计将产生最大渗漏；而在渗滤液收集管沟底处，预计产生最小渗漏。l包括监测渗滤液贮水池水位和水质。应该逐日、逐周、逐月监测贮水池的水位和提取液体积以确保贮水池不溢流。渗滤液水质在填埋场

27、运行期和封场后25年内，至少应监测一次。渗滤液的特性监测对分析地下水是否被污染和调整地下水监测项目是必需的，对处理厂运行也很有帮助。有时，在将渗滤液排入到处理厂进水点之前，每天对渗滤液的BOD和体积进行监测。l通常采用设置地下水监测井，直接监测填埋场地下水是否受到污染。在监测网的设计、按装和取样时应该考虑问题包括：(a) 取样点；(b) 所需最小取样点数目；(c) 监测井设计和按装；(d) 填埋前地下水质状况；(e) 取样频率；(f) 样品的收集与保存。l影响监测井位置的主要因素有三：处置废物特性，填埋场结构设计特性，和场址的水文地质特征。l下图是一个建在互层型蓄水层上的自然衰减型市政垃圾填埋

28、场地下水监测网，在所有三个含水层中均采集背景水样，监测点也很好地分散在每一含水层中。对封闭式的填埋场而言，污染带外形将有所不同，因而其监测网也应作相应的调整。如果渗滤液存在较轻的不可混溶的化合物，则应在上层蓄水层的中水位附近多设置一些监测点。l通常设置上游水井监测本底水质。为判断填埋场下游方向地下水水质的变化，需要有规则的监测频率。由于本底水水质是变化的，而且可能受填埋场上游方向存在的污染源的影响。通常使用一个长滤网井监测本底数据(图6-2-61a)。更好的方法是采用多层监测，以便测出污染物浓度分布。l需要对填埋场内及周围土壤中的气体浓度，以及填埋场上和填埋场周围的大气进行监测，以检验是否会有对填埋场工作人员和填埋场周围居民健康有害的有毒气体污染物存在。对于封闭型填埋场虽然气体通过土壤移动的可能性较低，但也应该进行常规的监测。l监测地下气体的探测器管通常安装在填埋场