武汉理工大学《固体废物处理与处置》(4)

武汉理工大学《固体废物处理与处置》课程设计

3.2 封场设计

现代垃圾卫生填埋场要求当填埋区垃圾达到设计填埋高度后进行封场覆盖，其目的是为了减少渗滤液产生，抑制病原菌及其传播媒介蚊蝇的繁殖和扩散，控制填埋场恶臭气体和可燃气体散发，提高垃圾对体安全性，加快填埋场生态修复与开垦利用的速度。封场后的垃圾填埋场能否安全运行是衡量封场方案是否实用的重要标志。此垃圾填埋场高度设计为12米，地下8米，地上4米。

在封场方案的设计中，必须对径流控制，填埋气控制及垃圾渗滤液收集和处理，环境监测等方面进行长期规划。

填埋场封场覆盖层的功能是使渗入到垃圾场的地表水最小化，从而减少渗滤液的产生，因此垃圾填埋场的覆盖层设计必须兼顾一下条件：温度极限；可能产生干湿交替从而导致土壤发生的收缩龟裂，影响覆盖层系统稳定性的降雨极限；3、植物根系，掘地动物，蚯蚓，昆虫等对土壤的穿透；可能导致某些土壤的破坏或者其它覆盖材料损坏的不均匀沉降；可能导致覆盖层破坏的倾斜滑动；覆盖层上车辆的行驶；地震引起的变形；风或水流对覆盖材料的侵蚀等。要确保填埋场地表径流和融化水能顺利及时排出。

此外，填埋场设计还要结合当地的地形和附近花草植物的种类，使封场后的垃圾填埋场与周边环境绿化相协调。因此，垃圾填埋场最终封场设计还必须考虑：覆盖系统的整体结构；覆盖率的渗透率；地表的坡度；景观设计；场地下陷时的补救方法；在静态和动态条件下的边坡稳定性。

本填埋场的最终覆盖系统从上到下分别为：15cm带有会浅根植被的表土层，60cm保护层，HDPE土工膜，土工网排水层，45cm压实粘土层。封场后顶面坡度为2%，以利于降雨的自然排放。终期覆盖营养土采用填埋区内挖方耕植土或自场外运进，终期覆盖粘土根据实际情况从库外取用

① 15cm带有会浅根植被的表土层：其作用于促进植物生长并保护屏障层，提供一定的持水能力。

② 60cm保护层：其作用为将渗入覆盖层的水分贮存起来直到通过植物的蒸腾作用散失；将垃圾和掘地动物以及植物根系隔离开来；使人和垃圾接触的可能性减少；保护覆盖系统中下面各层免受过度干湿交替和冰冻的影响而导致覆盖

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材料破裂损坏；侧向排水。

③ HDPE土工膜：采用与基础衬垫系统的防渗材料一致的2.0mm光面高密度（HDPE）膜，使其与上下方的粘土层结合形成复合防渗结构。

④ 土工网排水层：采用有土工布滤层的土工网，其作用为降低其下面屏障层的水头，从而使渗过覆盖系统的水分最小化；降低覆盖材料中孔隙水的压力，提高边坡的稳定性。

⑤ 45cm压实粘土层：压实粘土的还是具有一定的防渗作用，与HDPE土工膜结合使用，既经济又方便。

图3-2 封场结构剖面

3.3填埋场纵剖面图

根据填埋场单位库容的垃圾消纳量、覆土用量和服务年限内的垃圾处理总量计算出垃圾填埋场的总库容，服务年限内垃圾，经过机械压实、自然沉降和生物降解之后，垃圾堆体的总体积，结合各方面的参数，确定了15年垃圾总量为1788498m3。每年垃圾都会沉降一定的距离，确定15垃圾总高约为12m，纵面从最底层往上有原始土地基面、防渗层、反复的垃圾覆土，封顶层，上面可以覆土后种树等绿化再利用。

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3.3.1设计分区

将垃圾在填埋场内分区分层进行填埋。每天的垃圾，在限定范围铺散为40-75cm的薄层，然后压实。垃圾层厚度应为2.5-3m。一次性填埋处理垃圾层最大厚度为9m。每层垃圾压实后覆土20-30 cm。废物层和土壤覆盖层共同构成一个单元，即填埋单元(cell)。当天的垃圾，当天压实覆土，成为一个填埋单元。具有同样高度的一系列相互衔接的填埋单元构成一个填埋层。按上述工序完成的卫生填埋场由一个或几个填埋层组成。当填埋到最终的设计高度以后，再在该填埋层上层盖一层90~120cm的土壤，压实后就成为一个比较标准的卫生填埋场。

在设计填埋场纵剖面图时，首先根据垃圾总量，结合填埋场的面积，综合考虑各方面的因素，计算确定垃圾相对于零高程的堆高为17m。

由于本填埋区共分四个区，在设计过程中，先把四个区域分成两半边，每边两个区，可以一边一边的开始作业，从两边向中间，每边分别设计了三个作业单元，分了三个层次，每个层次均达到设计规范要求。填埋采用单元、分层作业，填埋单元作业工序为卸车、分层摊铺、压实，达到规定高度后进行覆盖、再压实。 每层垃圾摊铺厚度根据填埋作业设备的压实性能、压实次数及垃圾的可压缩性确定，按规范要求，厚度不超过60cm，且从作业单元的边坡底部到顶部摊铺；垃圾压实密度按照900kg/m3设计计算。

每一单元的垃圾高度均在2m～4m的范围内，最高不超过6m。填埋单元根据日产垃圾实际进场量确定，以每日进场量为一个单元，当日垃圾当日覆土，每一单元垃圾厚度2.3m，覆土厚度0.2m，覆土材料采用开挖土，即平均每单元压实后连覆土共厚2.5m。每一个单元垃圾分层碾压，逐步升高的垃圾堆体高出填埋坑上坑口部分，应堆成斜坡面，坡度取1：5（高：水平）。

填埋区建设过程中修整的表层土应集中贮存堆放，用作单元覆盖土和终期覆盖贫瘠土，以减少自然取土量，从而降低填埋场运行费用。

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4. 渗滤液系统

4.1 防渗系统

4.1.1填埋区基底工程

《城市生活垃圾卫生填埋技规范》规定，场底地基是具有承载能力的自然土层或经过碾压、夯实的平稳层，且不应因填埋垃圾的沉陷而使场底变形、断裂，场底基础表面经碾压后，方可在其上贴铺人工衬里。场底应有纵、横向坡度。纵横坡度宜在2%以上，以利于渗滤液的导流。实际设计建设中，长宽一般为300～400m或更大，如按2%坡度进行设计，则场区两端高差在6～8m或更多。受地下水埋深土方平衡及整体设计的影响，场区两端高差过大会造成较大的困难。根据北京填埋场（安定、北神树）建设经验，垃圾卫生填埋场场底纵向主要坡度为1%～1.3%时可以保证渗滤液排顺畅[5]。为确保填埋场安全，考虑到填埋场土体条件较差，需要对其整形，坑底及周围进行平整，取土同时作为坑四壁局部填土、每日覆盖用土和最终覆盖用土。填埋区底部按设计高程完成基底工程以后，底部要求平整，以利于防渗膜的铺设。

4.1.2填埋场的防渗系统

填埋场防渗系统，不仅要能防止渗滤液渗出污染地下水，还要防止地下水涌入填埋场。场底防渗系统主要有水平防渗系统和垂直防渗系统两种类型。水平防渗系统是在填埋区底部及周围铺设低渗透性材料制作的衬层系统。垂直防渗系统将密封层建在填埋场的四周，主要利用填埋场基础下方存在的不透水层或弱透水层，将垂直密封层构筑在其上，以达到将填埋气体和垃圾渗滤液控制在填埋场之内的目的，同时也有阻止周围地下水流入填埋场的功能。

防渗层的建设方法多种多样,采用何种工艺方法建设防渗层是设计中的重要内容，不管使用什么方法、什么材料，最终达到的目的是渗透系数Kf小于规定标准，我国要求Kf小于10-9m/s。同时要考虑：

1)使用寿命。填埋场的使用寿命，封场后要求的防渗层的寿命，以及本身的可靠性。

2)与填埋场的相容性。选用的材料不能被填埋物侵蚀，由于渗滤液的性质不稳定，所以选择的材料要适应渗滤液的各种性质，如抗酸、抗碱等。

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3)场地条件及气候条件。

4)建设费用。防渗材料的选择既要达到防渗要求，又要考虑经济合理，厚的土工膜具有更好的防渗性能，但必将提高建设费用。

4.1.3防渗材料

防身材料多种多样，目前常用的主要有两类：黏土与人工合成材料。黏土除

天然黏土外，还有改良土（如改良膨润土等）；人工合成材料种类很多，如高密度聚氯乙烯（HDPE）、低密度聚氯乙烯（LDPE）、聚氯乙烯(PVC)膜等,但近二十年来，国内外填埋场最常用的是高密度聚氯乙烯（HDPE）膜。实际上，大部分填埋场所选用的防渗层材料均是黏土和HDPE膜。 1、黏土

粘土是土衬层中最重要的部分，其具有低渗透特性。填埋场黏土衬层分为两类：自然黏土衬层与人工压实粘土衬层。自然黏土衬层是具有低渗透率、富含粘土的自然形成物，其渗透率应小于或等于1?10?6?1?10?7cms。一般来说，天然粘土层和岩石层是否均一以及是否具有较低的渗透率，是很难检测验证的，仅仅使用自然黏土衬层作为填埋场防渗层是不可靠的。 2、人工合成材料

高密度聚乙烯（HDPE）膜是人工合成材料中最常用，也是最理想的防渗材料，它能有效阻止渗滤液的渗漏。美国环保署于1982年停止单独使用黏土作为有害废弃物处理场的防渗材料，并规定所有填埋场必须有一层防渗衬垫，在填埋场封场后，也必须采用防渗层进行封场以减少渗滤液的产生。

HDPE膜具有优良的机械强度、耐热性、耐化学腐蚀性、抗环境应力开裂和良好的弹性，随着厚度增加（一般范围在0.75-2.5mm），其断裂点强度、屈服点强度、抗撕裂强度、抗穿刺强度逐渐增加。垃圾填埋场一般采用1.5-2.5mm厚的HDPE膜作衬垫层。

HDPE膜与压实黏土的特点和性能

材料类型 渗透系数K（m/s） 对库容的影响 HDPE膜 1×（10-13-10-14） 较小 较大 抗穿刺能力 较差 较好 应用范围 整个基底层防渗 场底防渗 压实黏土 1×（10-6-10-7）

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