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土工合成材料在垃圾填埋场中的应用和要求

摘要

土工合成材料具有防渗、排水、导气、覆盖等多种其他材料所不能承担的功能,在我国城市生活垃圾的处置趋向大规模、高标准之时,其在垃圾填埋场中将有广阔的应用前景。

1.概述

1.1城市生活垃圾处置以填埋方式为主
        中国随着国民经济的持续增长,城市建制已达670个,城市中的生活垃圾量亦随生活水平的提高而不断增长。据90年代初的资料统计,城市人均生活垃圾已达440kg/a,其中北方由于取暖等因素,人均生活垃圾达1.70kg/d,南方约1.12kg/d,夏季还要大于此数量。
        目前中国城市生活垃圾的处置仍以填埋方式为主,少数城市的部分生活垃圾采取焚烧方式处置,极个别城市亦有用发酵堆肥的方式来处置部分生活垃圾。
        根据沿海或山丘不同的地理位置,城市生活垃圾的填埋又分为围海建造填埋场或利用谷地建造填埋场。总之填埋方式是当前我国处置垃圾的主要手段。

1.2垃圾处置趋向大规模,高标准

       我国以往因经济条件所限,历年来垃圾未经处理的裸堆量已达60亿t,占地达5亿m2。这样散乱的堆放在城市郊区周围地区,不但占地多,而且环境条件较差,影响城市的卫生和景观,对城市的可持续发展很不利。
      80年代末国家建设部发布《城市生活垃圾卫生填埋技术标准》(CJJ17288),标准中对处理的城市垃圾、场地建设、施工作业、填埋作业及管理与评价等都作出了符合垃圾卫生填埋的要求。结合我国颁布的环境保护法、固体废弃污染环境防治法,使得城市生活垃圾处置有法可依,工程设计、建设和管理部门都能遵照标准进行操作。我国在80年代以来陆续建造了一批大型垃圾卫生填埋场:如上海老港废弃物处置场,设计处理能力7500t/d;北京阿苏区垃圾卫生填埋场,处理能力2000t/d;深圳下坪垃圾卫生填埋场,杭州天子岑和昆明城东、城西等垃圾填埋场。这些填埋场都有日处理能力几百吨乃至数千吨的规模,不仅能满足卫生填埋要求,而且技术水平比较先进。

1.3环境意识增强,资金投入增多
        
我国国民对环境保护的意识不断提高,国家关于环境保护若干问题的决定,将完善环境经济政策,切实增加环境保护投入作为重点。“八五”期间环境污染防治投入占国民生产总值的0.8%,“九五”期间占1%以上,在20世纪末要达到1.2%~1.5%,为国民经济的可持续发展创造了条件。

1.4土工合成材料使用到填埋场工程的各个方面
       
 由于我国地域辽阔,各个城市所处的地理环境不同,垃圾填埋场在沿海城市选用洼地或围海造地进行处置,而一般城市多利用山谷来进行填埋。因此垃圾填埋场往往占地大,在城市周围选择符合卫生填埋标准的天然场所较为困难,在水文地质条件,库区的防渗要求,当地材料的适用性等方面都难以一一满足高标准的要求,较好的办法是采用土工合成材料,从库区的衬底防渗、排水、导气、覆盖……等各个方面,土工合成材料都能起到当地材料所不能承担的功能,因此高标准的垃圾卫生填埋场都最大限度地采用不同性能的土工合成材料,应用到垃圾卫生填埋的工程设计和建设中,并已取得了一定的成效。


2.应用

2.1传统方法

        早先人们处置垃圾如同农村沤肥的方法一样,在垃圾堆周围覆土或者挖坑填埋垃圾后再覆土,采取厌氧方法来处理垃圾。后来发现垃圾经压实填埋后产生的渗沥水会污染地下水,垃圾发酵后产出的甲烷气体,还会引起填埋场的火灾,甚至发生爆炸现象。因此在垃圾填埋场的场址选择上,要特别注意其填埋场库区内地表层的防渗性能,或外运渗透系数较小的粘性土来铺盖库区底部,以防垃圾渗沥水对地下水和周边环境产生影响,但选择一个合适的填埋场场址是相当困难的,因为首先会遭到周围居民的强烈反对。当有可供使用的垃圾填埋场场址时,又往往不满足以上两个防渗条件,需要采取工程措施来解决防渗问题,针对单一的水文地质体系情况,设计上采用在垃圾坝基础下设置垂直水泥灌浆建立防渗帷幕结构的办法,如同建造水库在坝基下采用防渗漏的方法一样,来处理垃圾填埋场的防渗问题。但必须将垃圾库区内的渗沥液采取有效措施将其引出,并进行垃圾渗沥液的处理,否则填埋场经长期运行后,渗沥液将大量积聚,达到相当数量后,其对周边环境影响的后果将会更严重。

2.2土工合成材料的应用

        随着垃圾填埋场选址越来越困难,合适场址和有效防渗的天然材料不易得到满足,又因土工合成材料生产技术不断提高,产品性能和规格都有较大发展,更因土工复合材料生产技术日趋成熟,土工合成材料在垃圾填埋场的应用已引起人们的重视,为垃圾卫生填埋创造了有利条件。土工合成材料在垃圾填埋场的应用示于图1。

titletitle 图1

1-渗沥水排放管;2-防渗、排水复合膜;3-外包透水土工布排水管网;4-土工膜(HDPE)铺非织造土工织物;5,6-防渗膜衬底;7-外包土工布排水排气管;8-围网;9-土工膜覆盖层;10-土工植草网垫

1土工合成材料在垃圾填埋场的应用


2.2.1垃圾填埋场建造阶段
(1)垃圾坝。垃圾坝由渗沥水排放管和防渗、排水复合膜组成。为使填埋场内积聚的垃圾渗沥水排入截污池,在垃圾坝底敷设耐腐蚀性较好的土工排渗沥水管道,防渗、排水复合膜敷设在垃圾坝内坡,使填埋垃圾的渗沥液排入库底,而防渗层不使渗沥液透过坝体。
(2)截污池。在截污池底敷设耐腐蚀性强的土工防渗膜,以便有效收集垃圾渗沥液和进行处理。
(3)截洪沟。可用土工膜代替浆砌块石或混凝土结构来构筑截洪沟,有效地截排雨水,以减少垃圾库的污水量。
(4)垃圾库底。库区内先铺排水盲沟,可用土工排水管网来替代传统的碎石盲沟,或用非织造布包裹碎石,中心为土工管。
(5)库底土工膜。在整个库底铺设土工膜(HDPE),并要求焊接成整体防渗效果,其上覆非织造土工织物,一方面保护土工膜免遭在垃圾堆卸、填埋中被刺破,另一方面对导渗作用更好。

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2.2.2垃圾填埋场运行阶段
(1)填埋作业。在垃圾填埋场进行作业过程中,可根据一定的范围,设置土工排水、排气管,并互相联结呈空间网状,以利垃圾填埋中排出渗沥水和垃圾发酵产生的甲烷等气体,其数量与填埋场的平面范围和填埋层次有关。这是配合填埋作业的一个重要组成部分,能够保证填埋作业正常和安全的运作。
(2)防止垃圾飘散。在垃圾填埋作业中,尤其是当垃圾倾倒,摊铺过程中,未经压实或覆盖的垃圾,会被风刮起飘散,为防止影响周围环境,宜在作业范围架设防飘散拦网,可用土工编织网进行圈围,并随作业范围而搬移。

2.2.3垃圾填埋场终场阶段
        当填埋场作业到一定高程,根据设计要求将终止填埋作业时,通常在最终填埋垃圾层面上再覆盖至少0.6m厚的土层,以便在场址上进行种植复原。亦可用土工膜替代此土层,并在表面铺土工植草网垫,尤其是填埋终场坡面,以便植草复原。

         用于垃圾填埋场防渗系统工程的土工膜除应符合国家现行标准GJ/T234的有关规定外,还应符合下列要求:

(1)厚度不应小于1。5mm,(2)膜的幅宽不宜小于6m,(3)外观符合下列要求:

HDPE膜外观要求 

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垃圾填埋场防渗系统工程中使用的土工布应符合下列要求。

(1)应结合防渗系统工程的特点,并应适应垃圾填埋场的使用环境。目前,以涤纶长丝土工布、涤纶短纤土工布为主。抗老化丙纶短纤针刺土工布具有耐酸碱、耐冲刷、耐风吹,导排性能及卷曲牢度强等特点,很好的解决了长丝纺粘土工布卷曲牢度小,抗风抗冲刷能力差,一层层脱落掉毛的缺点。

(2)土工布用作HDPE土工膜保护材料时,规格不应小于600g/m2

(3)土工布用于盲沟和渗沥液收集导排层的反滤材料时,规格不宜小于150g/m2

(4)土工布应具有良好的抗老化和抗紫外线功能。

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GCL是膨润土夹在土工织物中间或连接在土工膜上复合制成的,它是目前国内外填埋场应用最广泛的防渗材料之一,通常与土工膜配合使用。它的突出特点是利用高性能混土水反应时体积膨胀13-16倍的特性对损伤部位及3mm体内裂纹进行自我修补,同时它具有永久防水效果、高强度、高延伸率,耐腐蚀及耐冲击性。垃圾填埋场防渗工程中钠基膨润土防水毯(GCL)的性能指标应符合国家现行标准要求。并应符合下列要求:

(1).GCL应表面平整,厚度均匀,无破洞,破边现象。应无残留断针。

(2).单位面积质量不应小于4800g/m2,其中单位面积膨润土质量不应小于4500g/m2

(3)。膨润土体积膨润度不应小于24ml/2g。

(4)。抗剥强度不应小于65N/10cm。

(5).抗拉强度不应小于800N/10cm.

(6|).渗透系数应小于5×10-11m/S

(7).抗静水压力0.6mPa/1h无渗漏。

 

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地下水手机导排系统、封场排气层、排水层等应采用三维网芯的复合排水网。用于防渗系统工程的土工复合排水网应符合下列要求:

(1).土工复合排水网中土工网和土工布应预先粘合,且粘合强度大于0.17KN/m。

(2).土工复合排水网宜使用HDPE材质,纵向抗拉强度应大于8N/m。横向抗拉强度应大于3KN/m。

(3).土工复合排水网的土工布要求不宜小于200g/m2。 

(4).土工复合排水网的导水率选取应考虑蠕变折减因素、生物及化学淤堵折减因素。

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3.前景

        综上所述,土工合成材料在垃圾卫生填埋场的建造、作业及终场各个阶段,不但能替代当地材料,而且使填埋场能更加符合卫生填埋的工艺处置要求。

3.1环保投入增加

        随着我国对环保事业在国民经济中的投入不断增加,对土工合成材料的运用虽然价格上会有所增加,但从整个垃圾填埋场的功能、效益、寿命上都将是有利的,而经济投入的增长为土工合成材料的广泛应用创造了条件。

3.2因地制宜地使用

        土工合成材料应用在垃圾填埋场工程中,应该根据当地的实际条件和情况,结合当地材料的特点和储量,经过调查分析,选用合适的土工合成材料,运用到填埋场工程的各个部位,或者将土工合成材料与当地材料结合使用,不失为一种经济合理的设计思路和方法。

3.3土工合成材料品种的发展

        以往设计者在土工合成材料市场品种单一的情况下,不是根据设计要求来选用土工合成材料,因此达不到预期的效果。随着国家和生产厂商对土工合成材料应用于环卫事业上的重视,不断开发新品种,增加规格,生产适合设计需要的产品,相信其在环卫事业上的应用将更广泛。而环卫事业垃圾填埋工程中使用土工合成材料的面很广,数量亦很大,要求土工合成材料研究、生产单位能生产出更好的新品种和更多的产品规格,价廉物美的土工合成材料将是垃圾卫生填埋场工程不可少的受欢迎的主要材料。

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