简析生活垃圾卫生填埋场封场设计

简析生活垃圾卫生填埋场封场设计第19卷第3期2011年6月环境卫生工程EnvironmentalSanitationEngineeringVol_19No.3June2011?9?简析生活垃圾卫生填埋场封场设计吴健萍(天津市环境卫生工程设计院,天津300201)摘要:简述了生活垃圾卫生填埋场封场的作用,分析了封场设计中堆体整形,封场覆盖系统结构的确定,填埋气体的收集导排,垃圾堆体雨水的收集排放等主要内容.关键词:生活垃圾卫生填埋场;封场覆盖;堆体整形;防渗层;填埋气体中图分类号:X799.3;TU993.3文献标识码:A文章编号:10058206(2011)03000903ClosureDesignofDomesticWasteSanitaryLandfillSitesWuJianping(TianjinEnvironmentalSanitationEngineeringDesignInstitute,Tianjin300201)Abstract:Functionsofclosureofdomesticwastesanitarylandfillsitesweresketched.Maincontentsaboutclosuredesignwereanalyzed,includinglandfillpileshaping,structuredeterminingofcosnrecoversystem,collectionanddrainageoflandfillgas,andcollectionanddischargeofrainwaterinlandfillpile.Keywords:domesticwastesanitarylandfillsite;closurecover;landfillpileshaping;impermeablelayer;landfillgas我国生活垃圾卫生填埋场始建于20世纪90年代,早期建设的生活卫生填埋场垃圾填埋年限都在10a以上,目前,大部分填埋场库容已趋于饱和,需要进行封场处理和处置.为了规范封场工程,实现安全稳定,生态恢复,土地利用,保护环境,原国家建设部于2007年1月17日颁布了CJJll22o07生活垃圾卫生填埋场封场技术规程,为生活垃圾卫生填埋场封场设计提供了设计依据.根据笔者的设计经验,分析了生活垃圾卫生填埋场封场设计的主要内容.1封场覆盖的目的及作用1)可以减少渗人垃圾堆体的雨水量,达到减少渗沥液产生量的目的,雨水最大化地径流到排水沟;2)可以有效地控制填埋气体的扩散,有利于填埋气体的收集利用,达到控制污染和综合利用的目的;3)促进垃圾堆体尽快稳定化;4)抑制病原菌及其传播媒体蚊蝇的繁殖和扩散;5)防止水土流失;6)垃圾堆体进行防渗处理后,有利于植被的生长,为植被提供了土壤.2封场设计的主要内容2.1堆体整形堆体整形的目的是为防渗层提供基础.由于垃圾堆体表层凹凸不平,在进行封场覆盖时需对现有的垃圾堆体进行整形,高出地面的垃圾堆体边坡按照1:3的坡度进行整修,为了保证及时排出降水,垃圾堆体顶面的坡度不宜小于5%.堆体整形时应分层压实垃圾,压实密度应大于800收稿日期:2011-0415kg/m.2.2封场覆盖系统结构的确定CJJ172OO4生活垃圾卫生填埋技术规范及CJJ1l22O07生活垃圾卫生填埋场封场技术规程要求填埋场封场设计应考虑雨水径流,防渗处理,填埋气体的收集,植被选择,填埋场的稳定性及土地利用等因素.填埋场封场覆盖系统结构由表面至垃圾堆体的顺序依次为植被层,排水层,防渗层,排气层.2.2.1排气层兼渗沥液排水层排气层位于垃圾层之上,应采用多孔的,高透水性的土层或土工合成材料.根据填埋场实际运行的情况,垃圾堆体渗沥液的侧渗比较严重,在进行封场设计时应考虑边坡渗沥液的收集及导排,可采用土工布包裹的复合土工排水网作为排气层兼渗沥液导排层.2.2.2防渗基础层防渗基础层由黏土构成,该层的主要作用是为防渗层提供稳定的工作面和支撑面,以利于防渗层的铺装.2.2.3防渗层防渗层通常被视为最终覆盖系统中最重要的组成.防渗层使渗过覆盖系统的水分最小化,其中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.防渗层还具有控制填埋气体向上迁移及渗沥液侧渗的作用.目前防渗层常用的防渗材料有压实黏土,土?10?环境卫生工程第19卷工薄膜(HDPE),土工聚合黏土衬垫(GCL)等,以下是3种材料的性能对比情况.1)压实黏土是使用历史最悠久,也是使用最多的防渗材料.优点:成本低,可就地取材,施工难度小,施工经验较成熟;施工时一般铺设3060cm厚,被石子刺穿的可能性小,也不易被植被的根系刺穿.缺点:与HDPE膜和GCL相比,渗透系数偏大,防渗性能较差.施工时由于土方量较大,施工速度慢,并且受施工设备的影响施工时若压实程度不够的,其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.另外,黏土容易干燥,因冻融收缩易产生裂缝,使其防渗性能迅速下降,并且产生裂缝后难以修复.由于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0.1250.250m,而黏土的抗拉伸性能较差,最大拉伸形变比为0.1%1.0%.2)土工薄膜(HDPE)是目前填埋场防渗材料常用的高密度聚乙烯薄膜.优点:渗透系数小,防渗性能好,不透水(如果产生渗水主要是由于在板材生产过程中造成的瑕疵,微隙引起的,但通过质量控制,检验等工序可以避免和修复).土工膜的渗透系数不超过10.cm/s,远远低于黏土的渗透系数,施工时仅需铺设13mm厚的土工薄膜就可满足防渗要求,既节约了填埋库容,又降低了施工难度,可加快施工速度;土工薄膜的抗拉伸性能比黏土好,其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黏土.缺点:由于该材料较薄,所以容易被尖锐物刺穿;聚合物存在着老化的问题,并可能遭受到化学物质,微生物的冲击;施工过程中如果操作不得当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.另外,根据工程实例,土工薄膜铺设在垃圾堆体上稳定性差,容易造成土工薄膜上的植被土滑坡现象,如采用土工薄膜,应选择双糙面的HDPE膜.3)土工聚合粘土衬垫(GCL)是近年来被广泛采用的一种防渗材料,一般是用土工布(geotextile)夹一层膨润土.膨润土含有的矿物质主要是蒙脱石,其渗透系数非常低,具有吸胀性.优点:对垃圾填埋场沉降的敏感性较低;与压实黏土相比,具有体积小,节约空间,施工量小,施工速度快,发生损坏后可以迅速修复的特点.缺点:由于施工铺设的厚度小,容易被尖锐的石子或复垦植被的根系刺穿.每卷长度较短,施工时搭接口较多.2.2.4排水层排水层可采用粗粒或土工排水材料,边坡可采用土工复合排水网,排水层与填埋库区的排水明渠连接.排水层的作用是采用渗透性高的材料排出渗入植被层,保护层内的雨水或融雪水.2.2.5植被层植被层应由营养植被层和覆盖土支持层组成.营养植被层的土质应有利于植被增长,厚度应150mm.覆盖支持土层由压实土层构成,其渗透系数应>110cm/s,厚度应i>450mm.植被层可使降落在最终覆盖层上的雨水向堆体周围排出,尽量防止冰冻穿透压实黏土层,并保护阻隔层不受植物根系,紫外线和其他有害因素的伤害.该层促进植物生长,能容纳大多数非木本植物的根系,提供一定的持水能力,从而削弱降雨的水分侵入并在旱季维持植物生长.2.3填埋气体的收集导排填埋气体(LFG)是垃圾降解的主要产物,其成分随着垃圾的稳定化过程,垃圾组成,填埋场所在地水文地质和填埋方式等宏观因素而异.在填埋初期,LFG的主要成分是二氧化碳,随后二氧化碳含量逐渐变低,甲烷含量逐渐增大.在产气稳定阶段,厌氧条件下产生的LFG中甲烷为50%60%,二氧化碳30%50%,以及少量的氨,硫化氢等气体.随着填埋场的封场,垃圾堆体密闭性越来越好,填埋气体可能大量产生并在场内聚集,其结果将导致场内压力升高,如不及时排出可能造成重大火灾,爆炸事故.因此,填埋场封场必须考虑填埋气体的收集导排系统.填埋场内填埋气体导排系统分为主动和被动2类.主动导排系统是通过安装动力气体抽取设备,及时抽取收集场内的填埋气体,从而控制填埋气体的排放.被动导排系统是通过设置大空隙气体通路等措施来输导填埋气体.1)被动导排系统一般用于小型垃圾填埋场或投入使用时间不长且产气量不成规模的填埋场.该系统受大气压力等条件影响较大,同时填埋气体仍未被处理而直接排放至大气.2)主动导排系统与被动系统相比能更有效地控制和收集填埋气体,多用于大,中型填埋场,或周围环境要求较高的填埋场以(下转第14页)?14?环境卫生工程第19卷表2污泥含水率与干燥时间的实验结果拟合曲线系数图10Growth/Sigmoidal拟合值与试验值关系2)通过干污泥返混能够减少污泥干化时间,特别是当污泥返混率在30%以上时污泥干化速率变化较大,对工程应用有较大意义.3)污泥粒径相同时,干燥介质温度越高污泥干化速率越大.干燥介质温度在160,200时,对污泥干化影响较小;干燥介质温度在240,280时,对污泥干化影响较大.4)Growth/Sigmoidal函数数学模型更适合回转式污泥干化过程,可用于预测不同含水率污泥的干化时间.参考文献1张宁生,周强泰,芮新红.污泥的焚烧处理技术J.能源研究与利用,2003(1):3537.2BrentonMProcessControlAdvancesSafeSludgeDryingJ.Water&Wastewa-terInt.2003.18(5):3642.3郭淑琴,孙孝然.几种国外城市污水处理厂污泥干化技术及设备介绍J.给水排水,2004,30(6):3337.4姜瑞勋,李爱民,王伟云.脱水污泥薄层干燥特性及动力学模型分析J.中国环境科学,2009,29(1):2225.5侯凤云,吕清刚,那永洁,等.湿污泥颗粒的流化床干燥实验及模型J.过程工程,2007,7(4):647654.6王钊.北京污水处理厂污泥干化处理工艺选择的探讨J.市政技术,2004.22(6):374378.作者简介:肖文平(1986-),南京大学硕士研究生,主要从事固体废物处理处置技术研究.Email:xia0pig.(责任编辑:郑雯)(上接第1O页)及建设填埋气体回收利用设施的填埋场.填埋气体主动导排一般由集气井(或水平集气沟),集气管网,抽气设备等组成,如图1所示.填埋气体是一种清洁能源,产气量较小时可采用火炬直接燃烧的方式进行处理,达到一定规模后可考虑综合利用.填埋气体的收集及利用可图1填埋气主动导排及回收利用系统示意图参考CJJ133-2009生活垃圾填埋场填埋气体收集处理及利用工程技术规范进行设计.2.4垃圾堆体雨水的收集排放为了保证堆体的边坡稳定,同时减少水渗入垃圾堆体,堆体覆盖层上的径流水应尽快导排,可通过填埋库区雨水收集系统快速有效地排出.3结束语生活垃圾卫生填埋场封场设计是填埋场运行管理的重要环节之一,优化的设计方案在保障填埋场正常运行的前提下,可为建设单位节省投资,防止填埋场产生不必要的二次污染,对美化环境,提高城市整体环境质量,有着非常重要的作用.作者简介:吴健萍(1966),高级工程师,主要从事环境卫生工程设施的设计与研究.(责任编辑:张艺)