城市生活垃圾填埋密度及其随深度分布规律

1、54-环境卫生工程第18卷城市生活垃圾填埋密度及其随深度分布规律朱水元I,刘钊2,詹良通2(1.苏州市环境卫生管理处江苏 苏州215007;2.浙江大学软弱土与环境土丁教育部重点实验室，浙江 杭州310058)摘 要：介绍了生活垃圾填埋密度的测定方法，基于苏州七子山垃圾填埋场现场测试数据及国外相关数据，探讨 了垃圾填埋密度的主要影响因素，获得了该场垃圾填埋密度变化范围(510-1 730 kg/m5)及其随填埋深度增加而增大的 规律，推荐了适合于我国南方城市生活垃圾场工程的密度-深度分布曲线。关键词：城市生活垃圾；填埋密度；组分；压实度；填埋深度中图分类号：T1993. 3; X799. 3

2、文献标识码：A 文章编号：1005-8206(2010)05-0053-04Landfill Density of Municipal Domestic Waste and Its Distribution along DepthZhu Shuiyuan1, Liu Zhao2, Zhan Liangtong2(1 Suzhou Environmental Sanitation Administration Agency, Suzhou Jiangsu 215007; 2 Key Iil)orator)r of Soft Soils andGeoenvironmental Engineerin

3、g, Ministry of Education. Zhejiang University, Hangzhou Zhejiang 310058)Abstract： Tin- inrth(xls used for measuring landGll density of domestic waste were introduced. On the base of field measurements at Qizishan Waste Uindfill Site in Suzhou and previous data from other countries, the main factors

4、affecting waste landfill density were discussed. 1'he field ineasurrments at the landfill site showed that the range of waste landGll density from 5 10 to 1 730 kg/in and it exhibited an increasing trend with the landiill depth. Based on the discussion, a density versus landfill depth curve is r

5、ecoininrnded for projects of nnmicipal domestic waste landGll sites in Southern China.Key words: municipal domestic waste; landGll density; composition; degree of compaction; landfill depth54-环境卫生工程第18卷54-环境卫生工程第18卷垃圾密度是垃圾填埋场丁程设计、运营等丁 作所需的关键参数之一，填埋场堆体沉降与稳泄 计算、库容预测、竖向扩建丁程、衬垫系统、封 场覆盖系统、渗沥液和填埋气收集系统、渗沥液

6、 冋灌等设计都岛要可靠的密度参数门。由于垃圾 密度在其收集、填埋、降解与沉降的过程中不断 变化.应针对不同T：作阶段选取相应的密度值。 按照时间序列.可以将垃圾密度依次划分为堆积 密度、压实密度、沉降密度门。堆积密度为垃圾 自然堆积状态的密度，压实密度为垃圾在填埋场 经机械压实后的密度，沉降密度为垃圾经过一段 时间的降解与沉降后所达到的密度值，又称填埋 密度。不同阶段丁作应选取对应阶段的密度值, 比如垃圾填埋竹哑单元容积计算应选用压实密度2 , 填埋场沉降及容量汁算应选用填埋密度。在填埋 场土匸设汁汁算中常用填埋密度，口前国内有关 堆积密度和压实密度的研究成果相对多一些，而 填埋密度的测试结果

7、较少。由于垃圾组分差异、 填埋作业方式不同等原因，国外垃圾填埋密度的 数据不可直接引用。笔者结合苏州七子山填埋场 的测试数据讨论了填埋密度的主要影响因索,通 过与国外相关数据的对比与分析，推荐了我国南 方城市生活垃圾壇埋密度随深度的分布曲线。收稿日期:2009-11-231填埋密度的测定方法城市生活垃圾密度的测定方法主要包括现场 测试法和间接估算法。现场测试法包括试坑法和 钻孔取样称重法。试坑法是指在选定区域挖掘出 一定量垃圾.然后用已知堆积密度的卵石或砾石 等颗粒均匀的材料填充.根据填充材料的体枳和 挖出垃圾的质量计算出密度的方法。试坑法的优 点在于试坑尺寸大.所得结果较准确.缺点是挖 掘深

8、度冇限，无法获取深层垃圾的密度值钻孔 取样称重法根据钻孔直径又可分为小钻孔法和大 钻孔法： 小钻孔法钻井直径一*般在20 cm以内， 可以通过取样称重测得不同深度的密度值.小钻 孔法测试深度比较大，但其结果的代表性可能会 受试样尺寸的影响。大尺寸钻孔法钻井直径较大 （一般在40 cm以上），取出试样体量较大，代表 性较好，是一种比较可靠的测试方法，其缺点是 测试工作量较大，费用较高。在实践中，可以结 合填埋场导气竖井的打设匸作进行填埋垃圾的取 样和密度测试间接估算法，是根据填埋作业记 录得到某一时段内填埋垃圾的质量、填埋区域面 积及填埋厚度來估算密度的方法该方法简便易 行.但因垃圾沉降引起填埋

9、高度变化等方而的影 响，所得结果准确度较低。因此，在上述的各种 密度测试方法中，大直径钻孔取样测试法所得结 果最为可靠，小直径钻孔测试结果须经大直径钻孔法检验02填埋密度的主要影响因素影响垃圾填埋密度的主要因索包括垃圾组分、 填埋作业时的压实度、分层覆上情况、填埋深度 与年限，以及含水率等，其中垃圾组分、压实与 覆土情况和填埋深度对密度的影响最为显茗，下 面做重点探讨。2. 1垃圾组分根据国内外常用的分类方法，可以将城市生活 垃圾划分为3类E：厨余垃圾、渣土类、废品类 （塑料、织物、纸类、玻璃、金属等）。表1 3显 示了我国苏州与美国城市生活垃圾组分及随时间 变化与美国相比，苏州城市生活垃圾中

10、厨余垃 圾、渣土含量明显高，分别达43%-57%和18% 52%,而废品类（塑料、织物、纸类、玻璃、金属 等）含虽较低，为3. 0%2& 2%,显苦低于美国 的 72. 1%73. 4%o 在 19902005 年,苏州城市 生活垃圾中渣土侖量逐年明显减少，废品类垃圾 等禽量逐年增加，而姜国垃圾组分儈量随时间变 化不大。表1中美城市生活垃圾组分对比%国别年份厨余类浹土类废品类199043. 052.03.0中国（苏州）199757. 026. 013. 0200550.01& 02& 21990io. i3.072.4199710. 13. 273.4200511. 9

11、3. 272. 1垃圾组分对填埋密度影响很砂著，垃圾中比 例较大的组分（如渣土、玻璃、金属等）含量越 高，则密度越大；而其中厨余、塑料、纤维、草 木等比例较小的组分含量越高，则密度越小。表21门显示了组分对密度的影响，表中测试 结果是从苏州匕子山填埋场不同时期填埋的浅层 垃圾取样测试得到的。可见，除ZK3外随厨 余、塑料等比例较小组分的含量升高.垃圾填埋 密度呈降低趋势，并随渣土等比例较大组分的含 量升高而增大，密度最大值与最小值相差2倍表2苏州七子山填埋场浅层垃圾组分钻孔弟号耐余类/%渣土类/%废品类/%密度/kg/m1取样埋深/mZK253. 026. 520. 55071. 7ZK531

12、. 829. 33& 97913.9ZK429. 844. 026. 29440. 7ZK134. 947. 517. 61 1111. 3ZK326. 239. 334. 51 1931. 72.2压实及覆土情况压实及覆土是填埋作业的一道重要工序，经 过压实，垃圾密度由堆积密度增大到压实密度。 因填埋压实过程中所采用的压实机械功率、分层 厚度、碾压遍数、覆土类别及厚度等的不同，压 实程度也不尽相同。按照压实度的高低，可分为 轻度压实、中度压实、高度压实3类。表3列出 了国外不同压实度及覆土厚度的垃圾填埋密度测 试结果。表3填埋压实情况对垃圾压实密度的影响数据来源垃圾处理悄况密度 /(

13、kf/m5)NAVEAC (1983)公共卫生垃圾 不切碎轻度压实320中度乐实640离度压实960切碎880Landva & Chirk （1986）垃圾厅度：分层If土庁度为 2：1-10：1 920350EMCON 协会(1989)垃圾厚度:分层做土厚度为6：1730市表3可见，压实及覆土情况对压实密度的 影响就若。压实密度随着填埋垃圾的压实度提高 而显著增大，轻度压实垃圾的密度320 kg/m而 高度压实垃圾的密度达960 kg/m3o覆土的厚度越 大.压实密度也越大。我国许多填埋场填埋压实作业做得不到位， 存在分层压实厚度较大、碾压遍数不足等问题, 以致使我国填埋场浅层垃圾的

14、密度比较小。 2.3填埋深度填埋深度对垃圾密度的影响，与填埋垃圾的 上覆应力及降解程度冇关。垃圾埋深越大.所承 受的上覆土压力越大，压缩程度越高，孔隙比越 小 壇埋龄期越长，冇机质降解程度越高，组分 中比例较小的冇机质含量越低因此，垃圾密度 呈现随埋深增大而增大的趋势3为了获得我国垃圾填埋密度随深度变化规律, 笔者于2006-2008年在苏州七子山填埋场开展了 2次钻孔取样测试。2006年采用直径约1UU nun 钻孔取样.共打设了5个钻孔.钻孔深度最大达 36 m,取样间距12 m,试样高度200 mm,取样 时渗沥液水位埋深59 m. 2007年结合大直径 （800 mm）竖井的施T.,每

15、隔5 m钻取1 m厚度 垃圾层，对取得的扰动样称扯可计算得该深度垃 圾层密度，共打设了3个大直径钻孔，钻孔深度 达20叫 取样时渗沥液水位埋深811叫上述2次取样测试结果如图1所示。2次测 试（分别采用大、小2种直径钻孔）数据点分布 范围及随深度变化规律基本一致，农明100 nun 直径钻孔取样测试方法获得的数据具冇代表性,笫5期朱水元，等 城山牛活垃圾填埋密度及其随深度分布规律55密度蚀0500 I (XX) I 5002 000h2012 3 4 5寸伯 几L孔礼礼尺妙 钻估钻站钻大浮 0 A e O ObOL3 4可在丁程实践中应用测试数据表明：该填埋场 垃圾填埋密度介于510-1 73

16、0 kg/m随着填埋深 度增加而增大。在10山深度以内，填埋密度随深 度而增加速率很显著，在深部密度随深度增加速 率较小。基于所冇数据点，利用最小二乘法可获 得代表该填埋场的密度-深度曲线，如图1中熄 线所示。图I苏州七子山填埠场垃圾密度随埋深的变化为了比较与分析，图2总结了欧美国家多个填 埋场垃圾密度隧埋深变化的现场测试结果222 . 图2还覘示了 Zekkos等根据美国测试数据推荐的 3条反映不同压实度悄况下垃圾密度随深度分布 曲线、可见，欧美国家垃圾填埋密度范I韦I与我国 的基本一致（5101 730 kg/m3）,重度压实垃圾 的密度显苦高于轻度压实的密度对于轻度压实 的垃圾，其塡埋密

17、度随深度增长比高度压实的更 明显，特别在10 m深度以内。图3显示了苏州匕子山填埋密度-深度曲线 与Zekkos推荐的3条典型曲线的对比。可见，根 据苏州七子山填埋场测试数据获得的密度-深度曲 线完全落在Zekkos推荐的轻度和高度压实垃圾密 度-深度曲线之间，并与中度压实垃圾密度-深度 曲线相交。在浅部七子山填埋场垃圾密度靠近 美国轻度压实垃圾的密度曲线.说明了该填埋场 垃圾填埋压实度比较低但是由于我国垃圾中渣 土含量较高，以致浅层垃圾的密度高于美国轻度 压实垃圾。对于深层垃圾，由于我国早年垃圾组 分中渣土等比例较大组分含量较高（见表1）,其 密度高于美国中度压实垃圾，并接近于美国重度 压实

18、垃圾。上述比较与分析表明：苏州七子山填 埋场垃圾密度测试数据及获得密度-深度曲线是合 理的.可用T该填埋场的土T计算与设汁。考虑oo；Aoo密度/(kg/m3)I 000 I 5002 000°! .42030405060 Cz History Indfi Tri-GticH landfill 南加州填埋场 Azusa Landfill 帝洋陌电塡埋场 鬆泽西新填埋场 a Cherrv Islander Landfiir umm 场 一轻度压实垃圾密度曲 中度压实此圾密复曲 -AltfK实垃圾議韭曲图2国外垃圾蒂度陆埋深的变化到苏州匕子山埴埋场的垃圾组分及填埋作业方法在 我国南方城市

19、垃圾填埋场具冇代表性和普遍性113 , 因此建议该密度-深度曲线也可应用于我国南方其 它城市生活垃圾填埋场工程初步设计和分析。密度/債“卅）05001 0001 5002 000吳国轻度压实垢圾密贋曲线； -吏国中度压实垃圾密乍曲钱； 美国肩度压实垃圾密*曲找 苏州七子山垃圾密度 IIO2O3OU)5060图3苏州七子山填埋场垃圾密度-深度曲线与国外推荐曲线对比3结论与建议垃圾填埋密度是填埋场丁程设计、运营管理 等丁作的关键参数之一。根据苏州七子山填埋钻 孔取样测试数据获得了该场垃圾填埋密度变化范 围（5101 730 kg/n及其随深度分布规律,推荐 了适合于我国南方城市生活垃圾的密度-深度

20、分布 曲线通过与国外推荐的密度-深度曲线对比发 现：该填埋场10 m深度以内的垃圾填埋密度随埋 深增加而显苦增大，变化规律类似于美国轻度压 实垃圾，但由于渣土含量较高，密度値高于美国 轻度压实的垃圾；在10山深度以下.填埋密度随 深度增加趋势变缓，逐渐趋近美国高度压实垃圾 的密度曲线，大、小2种直径钻孔取样测试数据比较表明100 mm直径钻孔取样测试方法可获得 冇代表性的数据。本文推荐的垃圾填埋密度-深度 曲线可用于我国南方城市生活垃圾填埋场T程设 计和分析。考虑到城市生活垃圾的非均质性和时 空变异性，建议今后仍需积累更多测试数据。参考文献_ 1 Qian X 1). KcMTmrr B M.

21、 Gray I) II. Geotechnical ApretM of lindGII Drsigti and (Zonslrucliont M . Nrw Jersey: Prrnlicr Hull lnc9 2(X)2.2陈海淀.杨伦全.刘锦权.等垃圾填埋场设汁计算中垃圾密度的取 环境卫生工程 1996:11-15.3 ZrkkoK D. Bray J D« Kavazanjian Ee rl al. Unit Weight of Municipal Solid VI astej. J Gcolrch and Gcornvir Engrg. 2(X)6. 132 (10) : 1

22、250-1261 4 涂帆.钱学隹中英垃圾填埋场垃圾土的敢度、含水就和相对密度 J岩石力学与工程学报.2008. 27 (S1) : 3075-3081.5 Chen Y M. Zlwii T L T, Wei II Y. rl a). Aging an<l G>mprrMHihilily of Municipal Solid Waslrs J. Waler Mdimgr. 2(X)9. 29 (1) : «6-95.6 Burlingame M J Egin D. LI nil Weight Drtcnnindlion of Landfill Waste Us ingS

23、onic Drilling Mrlluxls J. J Gcolccli Grornvir Kngrg, 2007 133 (5) : 609- 612.丨 7 Kcixaznnjian E Waslr Mrrhunics： Brcrnl Kindinps uncl Unanswrird Que lions M Unsaturated Soil. Serf mgr unci Envinjiinirntal Grotcclinics, 2006.8 Dixon、 Jones DRV. Engineering Properties of Municipal Solid WasteJ . (Jral

24、eXt (jroincmbranrs. 2005 23(3) ： 2052339 Kavaranjian E Evaluation of MSW Pn>|>erlicB Lining Field Mcunncnlw A. IW 17lli GSI/(；RI Confrn-ncr. 2(X)310 Zcmlxrrg B J (； Jemigan B L. Sanglcrat 1 R cl al. Krlcntion of Free lq ui<k in ImIIhIGIIh Undergoing Vertical ExfHinHion J J (jrotc<*h un&l

25、t;l Grornvir En- 时 1999. 125 (7) : 583-5941 L KddZdiijian Eic 51. BdcliUM K C Large rliinnchrr Sialic andCyclic llMiralon* Trsling of Muiiiripiil Solid «>lr (: PnM'rrdingH Saniinia 99. Seventh Intrnidlional astc Mundgemrnt and lincUill Syin,M>siuni 199912 Powrie W. Benven R P Hydrauli

26、c Properties of Household Waste and Implica-lions for liiulGIlsI J . (Jrolrch Engng. 1999. 137 (10) : 235-247.13 张文杰.城巾生活垃圾填埋场中水分运移规律研究D.杭州：浙江大 学.2007.作斤简介：朱水元（1965T 為级T程师.主耍从爭环境卫生T.程科研与管理E-mail： zlianltzju. cdu. cn（责任编辑：郑雯）笫5期朱水元，等 城山牛活垃圾填埋密度及其随深度分布规律55笫5期朱水元，等 城山牛活垃圾填埋密度及其随深度分布规律55信息'第四届中国环渤海（天津）国际