垃圾衛生填埋場中的防水處理
摘要：闡述了垃圾衛生填埋場防水工程設計的基本原則，并結合工程實例說明了防水技術和防水材料在城市垃圾衛生填埋場建設中的重要作用。
關鍵詞：垃圾衛生填埋場，防水
隨著我國城市化進程的加快和居民生活水平的提高，城市生活垃圾量不斷增加，垃圾的無害化處置成為了一項非常緊迫的任務。在我國，目前主要方法是建造垃圾填埋場。衛生填埋技術是目前被廣泛應用于城市生活垃圾處理的經濟、有效的方法。為貫徹《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》，防止生活垃圾填埋處置造成二次污染，國家環境保護局特制定了《生活垃圾填埋污染控制標準》（GB16889－1997），于1998年1月1日起實施。標準要求，生活垃圾填埋場工程環境保護設計必須包含對場區垃圾滲濾液的防水處理工程。本文將重點闡述垃圾衛生填埋場防水處理工程設計的基本原則和思路，并通過介紹部分城市垃圾填埋場防水工程的實例，說明防水技術防水材料在此類工程中的應用前景。
1 垃圾填埋場的防水
1.1 滲濾液的控制
在生活垃圾填埋污染控制標準中規定：生活垃圾填埋場環境保護工程設計應包含防水工程，垃圾填埋場環境保護工程設計應包含防水工程，垃圾滲濾液輸導、收集和處理系統。垃圾填埋場的防水中一個主要方面就是對滲濾液滲漏的控制，也是垃圾填埋場設計和管理的一項主要內容。 滲濾液擴散對水源的污染是垃圾填埋場對環境污染 的一個主要方面，因此對滲濾液污染控制的研究是垃圾填埋場環境污染控制的一重要內容，同時也是確定垃圾填埋場、防滲工程規模的重要依據。滲濾液污染控制主要依據對垃圾填埋進行防滲處理。
垃圾填埋場防水處理的目的一方面在于防止滲濾液滲入地下，從根本上控制垃圾滲濾液對周圍地下水環境的影響；另一方面是防止其他形式的水流侵入填埋場。因為大氣降水會在場區內順溝谷形成地表水流，在徑流過程中會侵入填埋區，并對地下水進行補給，從而造成滲濾液液位大幅度上升，引滲濾液外溢而污染環境。因此，垃圾填埋場的防水工程建設必須根據場址的工程地質和水文地質情況，采用相應的防滲技術和防水材料，對填埋場進行防水處理。
1.2 防水技術
生活垃圾填埋場防水系統的建設目前在工程上多采用填埋場區底部水平防水，以及截洪溝、填埋區下游垃圾壩、截污壩、截滲墻、防滲帷幕等設施為主的垂直防水系統相結合的防水工藝。通常場區底部的水平防水可以利用天然不透水層，如較完整的不透水巖層或粘土、淤泥層(要求防水層滲透系數K≤10－7cm/s）。在地質條件不理想的地區，水平防水主要通過鋪設由高密度聚乙烯等材料制成的透水土工膜、高分子防水卷材或其他防水材料（如經過加工的粘土）等建成人工不透水層來實現；或者兩者相結合，封閉整個場區底部及邊坡。
對于垃圾填埋場防水體系中的另一重要環節——垂直防水，其防水工藝則需要根據場區工程地質條件來選擇。對于山溝式填埋場，為截留填埋區上游山區地表徑流和部分潛水，需要設置截洪溝。由于截洪溝的深度有限，部分來自填埋場上游的地下潛水將進入填埋場，可能會形成大量的滲濾液。對此，可以采取引流措施減少進入填埋場的潛水量；在滲濾液下游采用建造混凝土截污壩、粘土心墻垃圾壩、截滲墻和灌漿帷幕相結合等方法建立垂直防水系統。此外，在地勢平坦的平原地區，主要通過修建粘土心墻垃圾壩與鋪設不透水土工膜、土工布相結合的防水工藝來建立防水系統。
1.3 防水材料
在垃圾填埋場防水系統工程中所采用的防水材料，其接觸對象主要是垃圾滲濾液，因此，對防水材料主要性能的要求，特別要考慮到材料受滲濾液水質的影響情況。研究表明，填埋滲濾液水質受垃圾成分的影響很大，化學成分復雜，且與垃圾成分、填埋場的土壤組分和填埋場使用年限有關。有資料表明，國內填埋場垃圾滲濾液中COD、BOD一般在103~104mg/L之間變化，主要污染物是有機污染物、氨氮、碳、重金屬等，pH值一般在6.5～7.8之間。由此可見，垃圾滲濾液是一種具有較強腐蝕性、高污染性的水體。通常垃圾填埋場的設計使用壽命為數十年。尤其是近年來我國對環境保護的要求越來越高，因此，在垃圾填埋場防水工程中使用的防水材料，必須具有很高的抗滲性能（滲透系數K≤10-7cm/s）、良好的抗化學侵蝕能力和耐久性能，才能滿足此類工程防水的需要。
此外，根據所采用的防水處理工藝，在垃圾填埋場防水系統工程中可選擇使用不同類型的防水材料。在人工水平防水中，目前國內外常用的防水材料有高密度聚乙烯土工膜等合成高分子防水卷材。此類防水材料經實踐證明具有良好的不透水性能、抗化學侵蝕能力和耐久性。國外還有一類膨潤土防水材料，如美國CETCO公司生產的一種加筋的土工織物膨潤土毯（GCL），它使用專利方法將不可分解的高強拉力有紡及無紡聚丙烯土工布通過針織、中間填充膨潤土防水粉而成，防水層滲透系數K<5×10-9 cm/s。該類防水材料同時具有易施工等特點，隨著其性能的進一步提高和成本的降低，它將成為垃圾填埋場防水處理主體工程采用的主流防水材料之一。
另外，在垃圾填埋場防水系統垂直防滲工程中較多采用的一類防水處理技術是帷幕灌漿。灌漿材料主要使用細水泥和化學灌漿材料。試驗表明這些灌漿材料具有良好的化學穩定性，材料在垃圾滲濾液中長期浸泡不易受垃圾滲濾液的侵蝕，穩定性能良好，同時固體抗滲性能好（滲透系數K=10-7～10-8 cm/s）。
2 工程實例
2.1 實例一
某城市垃圾衛生填埋場設于山溝中，針對垃圾填埋場的地形和地質情況，工程設計采取了多種防水處理措施以有效控制垃圾滲濾液的污染。在防滲處埋上，采取自然防滲和人工防滲相結合、平面防滲和垂直防滲相結合的設計原則。防水材料以高分子防水卷材為主（如聚乙烯土工膜）。
在垃圾填埋場附近垃圾壩前的1/3區域采用自然防滲，因為勘測表明該處地表下2.0～3.0m處是一層3.0～7.0m厚的淤泥層，該層滲透系數K在10-7～10-10cm/s之間。垃圾壩前其余區域地表下是一層厚10～20m的透水層，該透水層一直延伸至下游不透水層下方，所以必須采用人工防滲。根據場區地形，工程設計采用鋪設1.5mm 厚高密度聚乙烯防水卷材（土工膜）進行填埋場底部防滲。考慮到在人工防滲與自然防滲交界處，土工膜下方的潛水有可能由此進入庫區，庫區的滲濾液也可能由此侵入地下水，為此先開挖一條淤泥帶，將土工膜延伸鋪設到淤泥層上，再在膜上覆蓋一層1.0m厚的淤泥層和 0.5m厚的人工粘性粉土。此外，為了防止場外雨水侵入填埋區，在場區外沿設置截洪溝。同時土工膜一直鋪至截洪溝內側墻體上緣。垃圾填埋場通過以上防水處理，場區防滲完全達到國家有關規范要求。
2.2 實例二
威海市新建的城市生活垃圾填埋場位于威海市西南17km，場區總面積32.4萬m2 ，設計服務年限26年。
場區水文條件、地層分布主要由第四系及基巖組成。基巖由變質巖和巖漿巖組成，花崗巖的巖石完整、堅硬致密、裂隙不發育，屬微風化，滲透系數為5.52×10-7～7.05×10-8cm/s，厚度在數十米以上。該層東、南北三面垃圾場邊緣向上隆起，與自然地形相同，形成一個簸箕狀谷地。場區地下水可分為兩類：一類是賦存于第四系中的孔隙潛水；另一類是賦存于基巖中的裂隙水。據地質報告，場區內僅發現一條張性斷裂帶，對場區防水也無影響。鑒于場區最下層是完整的花崗巖，設計填埋場水平防水處理以該天然隔水層自然防滲為主，填埋區底部依次鋪設人工粘土層和塊石墊層，如圖2。
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場區垂直防水系統主要由在下游谷口處的混凝土截污壩、地下截滲墻以及基巖防水帷幕組成。結合場區底層的天然不透水層即可將垃圾滲濾液封閉在場區內，防止對水體的污染(如圖3)。此外，根據填埋場地貌及滲濾液水量水質情況，在垃圾透水壩和截污壩之間設置一座調節池，設計庫容5萬m3。
截污壩為混凝土重力壩，壩高22.0m，壩基坐落在基巖上。壩軸線長45m，頂寬2.0m，底寬16m。壩體前后邊坡均為1：0.5，邊坡16m以下垂直到壩底。壩前設止水板，止水板上進行壩基帷幕灌漿。壩肩岸坡為第四系覆土及強風化層，該層防水采用地下連續混凝土防滲墻。墻底到不透水基巖垂直防水采用灌漿帷幕。整個垃圾填埋場防水體系的重點為基巖灌漿帷幕。帷幕軸線長430m，帷幕終點到天然不透水層，帷幕平均深度30~40m。工程實踐證明，帷幕灌漿在強、中風化巖層中單純采用普通水泥灌漿不能完全達到國家規范要求，灌漿必須采用水泥與化學灌漿相結合的施工工藝。在工程帷幕灌漿施工過程中，經過不同灌漿防水材料反復進行現場試驗，最后確定采用雙排濕磨細水泥灌漿、中間夾單排化學灌漿（共3排灌漿孔）的方案。排距 0.5m，水泥灌漿孔距1.5m，化學灌漿孔距0.75m。濕磨細水泥和化學灌漿材料均由長江水利委員會長江科學院提供。工程總計完成水泥灌漿14 291m，化學灌漿19 119m。經檢查驗收，帷幕平均滲透系數K≤10-7cm/s，全部達到設計要求。
3 小結
城市生活垃圾衛生填埋場中的防水控制要求比普通水工Ⅰ級壩防水要求高100倍，這對當前常用防水處理技術和防水材料在垃圾填埋場工程建設中的應用提出了較高要求。從以上工程實例可見，采用鋪設人工防水層、建立防水帷幕以及與自然防水層相結合等防水處理工藝，完全可以滿足工程的環境保護設計要求。隨著防水防滲處埋技術的成熟和防水材料性能的進一步提高，在防水體系中起重要作用的防水層，其所使用的不透水土工膜等高分子防水材料及水泥類和化學類灌漿材料，今后必將在城市垃圾填埋場等環境保護工程建設中發揮更大的作用。
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