固体废弃物第九章第六节

成本低(若土源可就地解决而不需要从其它地 方搬运的话)； 施工难度小(包括实验室测试指标和现场操作 方式)； 有一套成熟的规范； 铺设30～60cm,被石子刺穿的可能性小，不易 被复垦植被的根系剌穿
缺点
渗透系数偏大,防渗性能较差, 使用时需要的土方多,施工量大,施工速度慢,施工时 若压实程度不够的话,现场实际的防渗系数将与实验 室充分压实条件下得到的数据有很大出入； 容易干燥、冻融收缩产生裂缝,防渗性能迅速下降,在 封场完成以后,产生裂缝难以修复； 粘土的抗拉性能较差,最大拉伸形变比为0.1%～1%； 对填埋场的不均匀沉降性能要求较高,即在填埋场表 面直径为5m的范围,其中心沉降不能超过0.125～ 0.25m。 容易被尖锐的石子刺穿；聚合物本身存在着老化的问 题,并可能遭受到化学物质、微生物的冲击；施工过 程中的焊合接缝处容易出现接触张口；抗剪切性能差, 对上层覆土进行压实时薄膜可能会因不均匀受压而损 坏。 单独使用土工薄膜的安全性较差,实际使用时往往把 薄膜铺设在压实粘上,组成复合防渗层。 膨润土吸温膨胀后,抗剪切性能变差,这就使得斜坡的 稳定安全性成了问题;由于施工铺设的厚度小,容易被 尖锐的石子或被复垦植被的根系剌穿;含水率低的膨 润土是透气的,因此在干燥季节,甲烷等气体可以透过 土工合成粘土防渗层抵达复垦层,对复垦植被的生长 造成危害,并有可能泄漏到空气中造成空气污染。
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第六节 垃圾卫生填埋场的终场覆盖系统
一、终场覆盖系统 是指垃圾填埋作业完成之后，在它的顶部铺设的覆盖层系统。 它是填埋场运行的最后阶段, 也是最关键的阶段。 二、基本功能和作用 • ①减少雨水和其它外来水渗入垃圾堆体内,达到减少垃圾渗滤 液的目的。 • ②控制填埋场恶臭散发和可燃气体有组织地从填埋场上部释放 并收集,达到控制污染和综合利用的目的。 • ③抑制病原菌及其传播媒体蚊蝇的繁殖和扩散。 • ④防止地表径流被污染,避免垃圾的扩散及其与人和动物的直 接接触。 • ⑤具有抵抗风化侵蚀的能力,同时具有自身的边坡稳定性。 • ⑥促进垃圾堆体尽快稳定化。 • ⑦提供一个可以进行景观美化的表面,为植被的生长提供土壤, 便于填埋土地的再利用等。
图7-3 粘土覆盖结构示意图
2、人工材料覆盖结构 排气层应采用粗粒或多孔材料,厚度大于3Ocm;膜下保 护层的粘土厚度宜为20～30cm；HDPE土工膜，厚度不应 小于1mm；膜上保护层、排水层宜采用粗粒或多孔材料， 厚度宜为20～30cm；植被层应采用营养土，厚度应根据 种植植物的根系深浅确定。(如图7-4)
2、保护层 一般可使用天然土壤或者砾石等材料作为保护 层。保护层和表土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 封密系统中的排水层并不是必须有的一层,在 有些情况下可以不设排水层。例如,当通过保 护层入渗的水量(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 也小。现代化填埋场表面密封系统中一般都有 排水层。用作排水的主要材料有砂、砾石、土 工网格、土工合成材料等。排水层中还可以有 排水管道系统等设施。排水层的最小透水率应 为10-2cm/s,倾斜度一般≥3%。
图 7-2
美国环保署推荐的最少的最终覆盖层
我国《城市生活垃圾卫生填埋技本规范》中规定天然衬垫厚度 大于2m,渗透系数不大于10-7cm/s。导流层由卵砾石铺设,厚度30cm, 垃圾层厚2.5～3.0m,中间覆土20～30cm,最终覆盖层厚80cm以上。
常选用的防渗材料的性能比较
特点 种类
压实土
优点
图7-5带有土工织物和 土工网排水层的填埋 场最终覆盖系统
图7-6带有复合排水 层的填埋场最终覆盖 系统
图7-8带有土工粘 衬垫（GCL）的填 埋场最终覆盖系统
六、填埋场最终覆盖系统设计要素
填埋场最终覆盖系统的设计应考虑如下要素: 1、能够经受气候的极端变化,如冷-热、湿-干、冻结-解冻等； • 2、能够经受天然风化力，如水和风等的侵蚀； • 3、所需材料的可行性； • 4、车辆进出道路和人行道路的建设； • 5、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； • 6、地表水排水系统； • 7、系统的寿命； • 8、安装气体抽排井和收集管道系统； • 9、安装渗滤液收排系统井孔和管道； • 10、地形设计需要； • 11、低渗透性,尽量减少填埋气体的释放和降雨、地表水等的入渗； • 12、分期建设和封场后土地利用规划的关系； • 13、可能需要渗滤液循环； • 14、有抵抗由于填埋气体释放和垃圾压缩等原因造成的填埋场不均匀沉降的能力； • 15、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； • 16、土地恢复坡度的稳定性； • 17、抵抗由于地震而引起变形的能力； • 18、必须经得起由于填埋气体作用而造成的对盖层物质的改变； • 19、防止地表植被根系以及挖洞动物、蜒蚓、昆虫等的破坏。 • 20、需要在封场的费用和减轻环境影响带来的收益之间取得平衡。设计中最大的挑战 来自于如何在静态条件以及地震活跃区域的动态条件下保持覆盖层结构的完整性。
图 7-4
人工材料覆盖结构示意图
• 目前,复合的最终覆盖系统已被广泛应用于城市生活垃圾填埋场， 这一系统的各种形式组合断面如图7-5～图7-7所示。 • 填埋场最终覆盖系统从下到上由依次组成是30cm厚的排气层,至 少45cm厚的压实土层用以减少水的渗入,土工膜,至少60cm厚的保 护层用来侧向排水和防止冰冻穿透至粘土层中,至少15cm厚的带 有植被的表土层以尽量减少侵蚀。压实土层的渗透系数应小于或 等于10-5cm/s。
4、屏障层（防渗层）
直接的作用是阻碍水分渗过；间接的作用是提高其上面各层的贮 水和排水能力,以及通过径流、蒸腾或内部导排最终使水分得以 去除。屏障层还控制填埋气体向上的迁移。一般来说,压实的粘 土层、可折叠土工薄膜和土工复合粘土衬垫都可用做生活垃圾填 埋场的屏障层,也有人试验采用灰渣和造纸污泥等其它材料作为 填埋场最终覆盖材料。
5、基础层 / 气体收集层（排气层）
作用是提供一个稳定的工作面和支撑面,使得屏障层可以在其上 面进行铺设,并收集垃圾填埋场内产生的填埋气体。在某些填埋 场覆盖系统中,单独的气体收集层也可以作为基础层。但是,其它 填埋场则可能将基础层和气体收集层分开来铺设。基础层采用的 材料通常是受到污染的土壤、灰渣或其它具有合适的工程属性的 垃圾。气体收集层可以是含有土壤或土工布滤层的砂石或砂砾、 土工布排水结构以及包含土工布排水滤层的土工网排水结构。
1、表土层 (植被层)
作用是促进植物生长并保护屏障层，通常由当地的土壤组成，一 般厚度为150～60Omm。 表土层必须达到一定厚度才能满足容纳植物根系、提供一定持水 能力、防止屏障层的干旱和冰冻等要求。表土层采用的材料包括 地表土、地表土之下的侵蚀控制材料、卵石和铺路材料等。
2、保护层
功能：贮存水分；将垃圾和掘地动物以及植物根系隔离开来；避 免人和垃圾的接触；保护下面各层免受过度干湿交替和冰冻的影 响。保护层最常使用的材料是土壤、循环再生或再利用的垃圾、 带有土工布渗滤层的卵石。
3、排水层
功能是:降低屏障层的水头，从而使渗过覆盖系统的水分最小化； 排掉保护层和表土层中的水分,从而提高这两层的贮水能力，并 减少保护层和表土层被水分饱和的时间,使它们的侵蚀最小化； 降低覆盖材料中孔隙水的压力,从而提高边坡的稳定性。排水层 使用的材料包括砂子、有过滤层的砂砾、有土工布滤层的土工网 以及土工复合排水材料。
五、填埋场最终覆盖系统规定
1、粘土覆盖结构 排气层应采用粗粒或多孔材料,厚度应大于或等于30cm；防渗粘 土层的渗透系数不应大于1.0×10-7cm/s,厚度应为20～30cm；排 水层宜采用粗粒或多孔材料,厚度应为20～30cm,应与填埋库区四 周的排水沟相连；植被层应采用营养土,厚度应根据种植植物的 根系深浅确定,厚度不应小于15cm。(如图7-3)
– 1)确定填埋场分期规划,使其与已有的或者规划的土地使用模式相一致,保 证土地分期恢复计划具有合适的规划边界； – 2)有合适的土地恢复土壤堆放场,无论是外运进来的土壤还是来自现场的 土壤,都要有土壤堆放场,以便于进行土壤处理、贮存和质量维护,供地形 恢复使用； – 3)在土地分期恢复过程中,同一期内的土地恢复应避免使用多种不同性质 的土壤； – 4)管道系统和环境监测系统的布臵应充分考虑封场土地使用问题,尽量避 免对土地恢复使用的干扰； – 5)填埋气体、渗滤液管理系统和环境监测系统的使用和维护需要修建进出 填埋场道路,道路的设计应尽量避免与封场土地利用相矛盾。
• 美国环保署要求生活垃圾填埋场的最终覆盖系统至少包 括侵蚀层和防渗层(见图7-2)侵蚀层(表土层)至少需要 150mm的土质材料以保证植物的生长。防渗层(屏障层) 由至少40Omm厚的土质材料构成,其渗透系数必须小于或 等于填埋场底部衬垫系统或现场的底土,或者不大于 1×10-5cm/s,取最小值。
• 填埋场最终覆盖系统设计具体要求如下： • 1、表土层 • 表土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。表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。由于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。例如:
土工薄膜 （最常用 的是高密 度聚乙烯）
防渗性能好,土工薄膜本身是不透水的,它的渗 水主要是由板材成型工艺过程中造成的针孔、 微隙,渗透系数小于10-10cm/s,大大低于粘土,施 工时仅需铺设1～3mm的土工薄膜就可满足防渗 要求,节约了填埋空间；土工薄膜的抗拉伸性 能与合成的材料有关,但都比粘土要好,据研 究,HDPE的最大抗拉伸形变比为5%～10%,对填 埋场不均匀沉降的敏感性远小于粘土。 渗透系数比压实粘土低,但一般比土工薄膜高； 抗拉伸能力强,最大抗拉伸形变比10%～15%,对 垃圾填埋场差异性沉降的敏感性低；与压实粘 土相比,它的体积小,节约空间,施工量小,可以 迅速铺好,发生损坏后可以迅速修复。