固体废物处理与处置固体废物处理与处置第二节第二节 填埋场的防渗填埋场的防渗 环境工程系环境工程系 刘建伟刘建伟2021/7/11第二节第二节 填埋场的防渗填埋场的防渗u 1、垃圾填、垃圾填埋场主体工程埋场主体工程u 2、防渗方式、防渗方式u 3、防渗材料、防渗材料u 4、防渗结构、防渗结构2021/7/121、垃圾填埋场主体工程、垃圾填埋场主体工程 （1）地基处理工程地基处理工程 填埋场场地需要经过平整，碾压和夯实，并且根据渗滤液导排要求形成一定的纵横坡度。 （2）基底防渗工程基底防渗工程 防止垃圾渗滤液从填埋位置通过地基渗漏，继而通过下层土壤进一步侵入地下水。 （3）渗滤液导排与处理系统渗滤液导排与处理系统 位于底部防渗层上的、由砂或砾石构成的排水层，包括导流沟、穿孔收集管、集水槽、提升多孔管等。 （4）填埋气体的收集和利用工程填埋气体的收集和利用工程 （5）雨水导排系统雨水导排系统 填埋场必须设置独立的雨水导排系统，根据当地降水情况和场区地质条件设置明沟或者地下排水管道系统。 （6）最后覆盖系统工程最后覆盖系统工程 减少水分渗入，并对填埋物进行封闭。 （7）填埋终场后的生态修复系统填埋终场后的生态修复系统 植被保护与恢复、水土保持、景观工程 （8）场区道路场区道路 （9）垃圾坝垃圾坝 阻拦垃圾外溢，稳固垃圾堆体，作为埋填场与进厂道路的通道 （10）监测设施监测设施2021/7/13垃圾填埋场主体工程垃圾填埋场主体工程场区防渗系统场区防渗系统渗滤液收集与排放系统渗滤液收集与排放系统气体收集系统气体收集系统终场防渗系统终场防渗系统2021/7/14l垃圾填埋工艺垃圾填埋工艺是指在垃圾堆体与地表之间设置防渗层，将垃圾与土壤、地下水隔开，防止垃圾堆体中流出的渗滤液及释放的气体污染土壤和地下水。l填埋场防渗填埋场防渗是现代填埋场现代填埋场区别于简易填埋场和简易填埋场和垃圾堆放场垃圾堆放场的重要标志之一。l防渗层设计与施工的质量直接关系到垃圾填埋防渗层设计与施工的质量直接关系到垃圾填埋场的成败。场的成败。填埋场防渗系统填埋场防渗系统2021/7/15n阻阻止止渗渗滤滤液液和和填填埋埋气气体体外外泄泄污污染染周周围围的的地地下下水水和和土壤。土壤。n尽尽量量封封闭闭渗渗滤滤液液于于填填埋埋场场之之中中，使其进入渗滤液收集系统，防止其渗透流出填埋场之外，造成对土壤和地下水的污染；n控控制制填填埋埋场场气气体体的的迁迁移移，使填埋场气体得到有控释放和收集，防止其侧向或者向下迁移到填埋场之外；n防止外来水防止外来水，包括地下水、地表水和降水等大量进入填埋场进入填埋场，增大渗滤液的产生。防渗系统的作用防渗系统的作用2021/7/16第二节第二节 填埋场的防渗填埋场的防渗u 1、垃圾填埋、垃圾填埋场主体工程场主体工程u 2、防渗方式、防渗方式u 3、防渗材料、防渗材料u 4、防渗结构、防渗结构2021/7/172、防渗方式、防渗方式l防渗设施防渗设施铺设时间铺设时间的不同的不同场区防渗和终场防渗场区防渗和终场防渗l防渗设施防渗设施设置方向设置方向的不同的不同水平防渗和垂直防渗水平防渗和垂直防渗分类分类2021/7/18水平防渗水平防渗l防防渗渗层层沿沿水水平平方方向向铺铺设设（填填埋埋场场底底部部铺铺设设防防渗渗层层），防防止止渗渗滤滤液液向向四四周周及及垂垂直直方方向向渗透而污染土壤和地下水。渗透而污染土壤和地下水。l根根据据所所用用防防渗渗材材料料来来源源的的不不同同将将该该类类防防渗渗方式分为方式分为自然防渗和人工防渗自然防渗和人工防渗两种。两种。2021/7/19垂直防渗垂直防渗l防防渗渗层层竖竖向向布布置置，防防止止渗渗滤滤液液横横向向渗渗透透迁迁移移，污污染染周周围围土土壤壤和和地地下下水水，经经常常应应用用于于坡坡地地型型或山谷型填埋场或山谷型填埋场的防渗系统。的防渗系统。如如杭杭州州的的天天子子岭岭填填埋埋场场和和南南昌昌的的麦麦园园填填埋埋场场均均采采用用了了帷帷幕注浆技术进行垂直防渗。幕注浆技术进行垂直防渗。l单单独独应应用用时时能能力力相相对对有有限限，通通常常作作为为辅辅助助防防渗措施。渗措施。2021/7/110第二节第二节 填埋场的防渗填埋场的防渗u 1、垃圾填埋、垃圾填埋场主体工程场主体工程u 2、防渗方式、防渗方式u 3、防渗材料、防渗材料u 4、防渗结构、防渗结构2021/7/1113、防渗材料、防渗材料l天然防渗材料天然防渗材料l改良型防渗材料改良型防渗材料l人工合成材料人工合成材料2021/7/112天然防渗材料天然防渗材料l黏土、亚黏土、膨润土黏土、亚黏土、膨润土l优点：造价低廉、施工简单优点：造价低廉、施工简单l缺点：防渗性能待于提高，来源问题缺点：防渗性能待于提高，来源问题2021/7/113天然防渗材料天然防渗材料l使用要求：使用要求：分布均匀，厚度大于分布均匀，厚度大于2m，渗透系数小于，渗透系数小于10-7cm/s粒度粒度200目目%= 30，液性，塑性，液性，塑性，pH能能抵抵抗抗渗渗滤滤液液的的侵侵蚀蚀，不不因因与与渗渗滤滤液液的的接接触触而而使使其渗透性增加。其渗透性增加。2021/7/114天然防渗材料的应用范围天然防渗材料的应用范围l对场地的对场地的土壤、水文地质土壤、水文地质要求较高要求较高场地场地自然蒸发量自然蒸发量要超过降水量要超过降水量50cm，填埋场地为，填埋场地为可溶性场地可溶性场地，具有不透水或低透水的粘土层具有不透水或低透水的粘土层（渗（渗透率透率10-7cm/s），可将渗滤液截留在垃圾中以免），可将渗滤液截留在垃圾中以免扩散。扩散。2021/7/115改良型防渗材料改良型防渗材料l将将性性能能不不达达标标的的天天然然防防渗渗材材料料（亚亚黏黏土土、亚亚沙沙土土）通通过过人人工工添添加加物物质质改改善善其性能，以达到防渗要求的衬层；其性能，以达到防渗要求的衬层；l添加剂分为无机、有机两种。添加剂分为无机、有机两种。2021/7/116改良型防渗材料改良型防渗材料l黏土膨润土改良型衬里黏土膨润土改良型衬里l膨膨润润土土：吸吸水水膨膨胀胀性性能能好好，阳阳离离子子交交换换容量大。容量大。l添添加加在在黏黏土土中中，减减少少黏黏土土的的空空隙隙，降降低低其渗透性，能增强衬层吸附能力和强度。其渗透性，能增强衬层吸附能力和强度。2021/7/117改良型防渗材料改良型防渗材料l黏土石灰、水泥改良型衬里黏土石灰、水泥改良型衬里l改改善善黏黏土土的的吸吸附附能能力力和和酸酸碱碱缓缓冲冲能能力力。添添加加石石灰灰和和水水泥泥后后，黏黏土土的的空空隙隙减减少少，抗抗 渗渗 能能 力力 增增 强强 （ 渗渗 透透 率率 可可 达达 到到 10-9cm/s）。）。2021/7/118人工防渗材料人工防渗材料u 防渗性能好的粘土是填埋场防渗衬层的理想防渗性能好的粘土是填埋场防渗衬层的理想材料。材料。u 但是严格地讲，一般的粘土只能延缓渗滤液但是严格地讲，一般的粘土只能延缓渗滤液的渗漏，而不能阻止渗漏。的渗漏，而不能阻止渗漏。u 人工合成的渗透系数小于人工合成的渗透系数小于1.010-12 cm/s的聚的聚合物防渗膜合物防渗膜(塑料防渗膜塑料防渗膜)，能够阻止渗滤液，能够阻止渗滤液向粘土层和地下水扩散。向粘土层和地下水扩散。2021/7/119人工防渗材料人工防渗材料l人工防渗材料的使用要求：人工防渗材料的使用要求：u与渗滤液相容与渗滤液相容u渗透系数小于渗透系数小于10-7cm/su适宜的强度和厚度，能铺设在稳定的基础之上适宜的强度和厚度，能铺设在稳定的基础之上u抗紫外线、臭氧、土壤细菌和真菌的侵蚀抗紫外线、臭氧、土壤细菌和真菌的侵蚀u适当的耐候性适当的耐候性u足够的抗拉强度足够的抗拉强度u抗尖锐物质的刺破、刺划和磨损力抗尖锐物质的刺破、刺划和磨损力u厚薄均匀厚薄均匀u便于施工及维护便于施工及维护2021/7/120人工防渗材料人工防渗材料l人工合成防渗材料包含多种：人工合成防渗材料包含多种：高高密密度度聚聚乙乙烯烯（HDPE），聚聚氯氯乙乙烯烯（PVC），氯氯化化聚聚乙乙烯烯（CPE），异异丁丁橡橡胶胶（EDPM），氯氯磺磺化化聚聚乙乙烯烯（CSPE），乙乙丙丙橡橡胶胶（EPDM），氯氯丁丁橡橡胶（胶（CDR），热塑性合成橡胶、氯醇橡胶等。），热塑性合成橡胶、氯醇橡胶等。其中，高密度聚乙烯（其中，高密度聚乙烯（HDPE）因耐腐蚀性能强，制造工艺成）因耐腐蚀性能强，制造工艺成熟、易于施工、工程经验丰富等优点，广泛应用于填埋场的水熟、易于施工、工程经验丰富等优点，广泛应用于填埋场的水平防渗中。平防渗中。2021/7/1212021/7/1222021/7/1232021/7/124人工防渗材料人工防渗材料l高密度聚乙烯（高密度聚乙烯（HDPE）lHDPE膜膜的的性性能能要要求求包包括括原原材材料料性性能能和和成成品品膜膜性性能能，主主要要指指标标包包括括密密度度、熔熔流流指指数数、炭炭黑黑含含量量、HDPE原原料料、膜膜厚厚度度、抗抗穿穿能能力力、抗抗拉拉强度和渗透系数等。强度和渗透系数等。2021/7/125密度密度l密度反映材料的分子结构和结晶度，与材料的物理性能和强度、变 形 等 有 关 。 用 于 安 全 填 埋 场 的 HDPE防 渗 膜 的 密 度 为0.9320.940g/cm3，最佳值为0.95 g/cm3。熔流指数熔流指数l熔流指数反应材料的流变特性。熔流指数低，材料脆，但刚性增强。反之，则材料弹性增强，刚性减弱。熔流指数的最佳值为0.22g/10min。一般熔流指数在0.050.3g/10min范围可满足要求。炭黑含量炭黑含量l炭黑含量反映了材料抗紫外线辐射的能力。般，炭黑添加量为23%。不含炭黑的HFDPE膜不能用在露天填埋场的设计和施工中。原料要求原料要求l聚乙烯原材料必须是一级纯品，不含杂质。不能用废聚乙烯再生产品。膜厚度膜厚度l选择HDPE膜的厚度，一般不以其抗渗能力为依据，因为HDPE膜的抗渗能力是有保证的。例如，渗滤液穿透0.5mm厚的HDPE膜大约需要80年。2021/7/126l选择膜厚度应主要考虑选择膜厚度应主要考虑l膜的抗紫外线辐射能力膜的抗紫外线辐射能力虽然用于安全填埋场工程的HDPE膜是加炭黑的，但紫外辐射仍然对膜的强度有很大影响。如果填埋场衬层从施工到运行自始至终膜不暴露，则可选择较薄的膜，否则应考虑选择较大厚度的膜。美国环保局提出不暴露HDPE膜的最小厚度为0.75mm；如果暴露时间大于30天，则最小膜厚定为1.0mm。l膜的抗穿透能力膜的抗穿透能力l抗不均匀沉降能力抗不均匀沉降能力 当然，膜厚度大，对后二者有利。但是，膜厚度增加将使膜的价格成比例增加，所以必须综合考虑。我国实际使用较多的膜厚度为0.52.5mm。2021/7/127膜抗穿能力膜抗穿能力lHDPE膜的抗穿能力与其厚度有关。不同膜厚度有不同要求，用FTMS 101-101 C方法，膜厚1.0mm的HDPE膜不得低于200N，但是仍然不能防止一些针状物或者由于生物作用对膜的穿透。膜抗拉强度膜抗拉强度l不同膜厚度对膜抗拉力强度有不同要求。用ASTMD 638 IV类方法，膜厚1.0mm时其抗拉强度不得小于20MPa。膜的抗拉强度是膜设计应用的基本条件之一。渗透系数渗透系数lHDPE膜的渗透系数要小于10-12cm/sec。质量合格的HDPE防渗膜的抗渗能力很强，渗透系数比优质粘土低45个数量级，防渗性能能够达到这一指标要求。2021/7/128天然材料与人工防渗材料相结合天然材料与人工防渗材料相结合l天天然然地地质质条条件件较较好好，即即地地基基粘粘土土渗渗透透系系数数较较低低，但但在在长长期期运运行行中中不不能能完完全全防防止止渗渗滤滤液液渗渗透透，为为使使填填埋埋场场的的建建设设既既符符合合标标准准又又经经济济，大大多多填填埋埋场场根根据据场场址址条条件件采用天然和人工结合的防渗方式。采用天然和人工结合的防渗方式。 2021/7/129第二节第二节 填埋场的防渗填埋场的防渗u 1、垃圾填埋、垃圾填埋场主体工程场主体工程u 2、防渗方式、防渗方式u 3、防渗材料、防渗材料u 4、防渗结构、防渗结构2021/7/130 根根据据填填埋埋场场渗渗滤滤液液收收集集系系统统、防防渗渗系系统统和和保保护护层层、过过滤滤层层的的不不同同组组合合，组组合合成成不不同同的的衬衬层层系系统统结结构，主要包括：构，主要包括：填埋场衬层系统的构成填埋场衬层系统的构成u单层衬层系统u单复合衬层系统u双层衬层系统u双复合层衬层系统2021/7/131l衬层系统选择应考虑的因素：环环境境标标准准和和要要求求；场场区区地地质质、水水文文、工工程程地地质质条条件件；衬衬层层系系统统材材料料来来源源；废废物物的的性性质质及及与与衬衬层层材材料料的的兼兼容容性性；施施工工条条件件；经经济可行性济可行性。l衬层系统的最初选择过程应包括环环境境风风险险评评价价。根据衬层系统的不同结构设计和填埋场场区条件（如非饱和带岩性和地下水埋深等）运用风险分析方法确定填埋场释放物环境影响，从中选择合理的衬层系统。填埋场衬层系统的选择填埋场衬层系统的选择2021/7/132l衬层系统的选择还将受到衬衬层层材材料料来来源源的影响。从减少填埋场建设费用的角度考虑，衬层系统应尽量使用在场址区合理距离内可得到的自然材料。l除了具备低渗透性，衬层系统还应具备坚坚固固性性、持持久久性性、抗抗化化学学反反应应性性、抗抗穿穿透透和和断断裂裂性性。这些性质通过衬层成份自身的内在强度、两种或更多成份的综合作用、物理硬度、保护层等来实现。2021/7/133l衬层系统的设计还要考虑施施工工方方便便。在铺设衬层时，衬层系统的每个单层不能危及其下一层。在填埋场作业过程中，废物入场和填埋方式都会造成衬层系统的损坏。填埋场施工条件有时也将影响衬层系统的设计。例如，某些山谷型填埋场，由于场区坡度较大，施工机械很难进入，给粘土衬层的压实带来困难。l衬层材料的选择应与填埋废物具具有有相相容容性性，废物的某些理化性质不造成衬层的损坏，这就要求衬层具有化学抗性和相应的持久性。选择衬层系统时要充分考虑衬层材料和废物、渗滤液、气体成份的关系，尽量实现完全兼容。2021/7/134 (1)单单层层衬衬层层系系统统有一个防渗层，其上是渗滤液收集系统和保护层。必要时其下有地下水收集系统和一个保护层。衬层系统结构衬层系统结构2021/7/135 （2）单单复复合合衬衬层层系系统统的的防防渗渗层层，由两种防渗材料相贴而形成的防渗层。上层为柔性膜，其下为渗透性低的粘土矿物层。与单层衬层系统相似，复合防渗层的上方为渗滤液收集系统，下方为地下水收集系统。2021/7/136复合衬层系统综合了物理、水力特点不同的两种材料的优点，因此具有很好的防渗效果。 研究结果表明，用粘粘土土和和高高密密度度聚聚乙乙烯烯（HDPE）材材料料做成的复合衬层和双衬层，其中复合衬层的防渗效果优于双衬层的防渗效果。双衬层系统（见下文）有上下两层防渗层，其间为排水层。HDPE的防渗能力很强，在不发生破损的情况下，渗滤液穿过HDPE防渗层的量非常小，因此即使使用了双衬层系统，穿过HDPE膜的微量渗滤液也将分散在下部粘土层中，HDPE膜和粘土层之间的排水系统收集不到渗滤液。2021/7/137（3 3）双双层层衬衬层层系系统统包含两层防渗层，两层之间是排水层，以控制和收集防渗层之间的液体或气体。同样地，衬层上方为渗滤液收集系统，下方可有地下水收集系统。透过上部防渗层的渗滤液或者气体受到下部防渗层的阻挡而在中间的排水层中得到控制和收集。在这一点上它优于单层衬层系统，但从施工和衬层的坚固性等方面上看，它一般不如复合衬层系统。2021/7/138l图c为双层衬层系统，包含第一衬层系统和第二衬层系统。其中第一衬层系统用于搜集渗滤液；第二衬层系统起到渗漏保护作用。l从下而上包括：(1) 压实粘土层，1m；(2) 柔性膜；(3) 土工网格；(4) 土工布；(5) 压实粘土层，1.560cm；(6) 柔性膜；(7) 土工网格；(8) 土工布；(9) 防护土层，60cm；(10) 固体废物。2021/7/139（4 4）双双复复合合衬衬层层系系统统是以上的一个综合。其原理与双层衬层系统类似，在两个防渗层之间设排水层，用于控制和收集从填埋场中渗出的液体。不同点在于：上部的防渗层采用的是复合防渗层。防渗层之上为渗滤液收集系统，下方为地下水收集系统。双层衬层系统综合了复合衬层系统和双层衬层系统优点，具有抗损坏能力强、坚固性好、防渗效果好等优点。但多层衬层系统往往造价也高。2021/7/140l图f所示的双衬层系统，从下而上包括：(1) 压实粘土层，60120cm；(2) 柔性膜；(3) 砂层，30cm；(4) 柔性膜；(5) 砂砾层，30cm，用于渗滤液搜集，可以安装渗滤液搜集管道；(6) 土工布；(7) 压实粘土层，60cm；(8) 固体废物。2021/7/141填埋场基础衬层系统结构的两个典型示例2021/7/142垃圾填埋场终场防渗系统垃圾填埋场终场防渗系统l垃圾填埋场终场防渗系统定义垃圾填埋场终场防渗系统定义l垃圾填埋场终场防渗系统功能垃圾填埋场终场防渗系统功能l垃圾填埋场终场防渗系统结构设计垃圾填埋场终场防渗系统结构设计2021/7/143填埋场终场防渗系统定义填埋场终场防渗系统定义填填埋埋场场终终场场防防渗渗是指废物填埋作业完成之后、在它的顶部铺设的覆盖层，也称表面密封系统。固体废物填埋场的最终覆盖是填埋场运行的最后阶段，同时也是最关键的阶段。2021/7/144l减减少少雨雨水水和和溶溶化化雪雪水水等等渗渗入入填填埋埋场场，这是减少或防止渗滤液产生的关键。l导气：导气：控制填埋场气体从填埋场上部的释放l绿化：绿化：提供一个可以进行景观美化的表面l便于填埋便于填埋场土地的再利用场土地的再利用l抑制病原菌的繁殖抑制病原菌的繁殖l避免地表径流水的污染，避免危险废物的扩散避免地表径流水的污染，避免危险废物的扩散l避免危险废物与人和动物的直接接触避免危险废物与人和动物的直接接触填埋场终场防渗系统功能填埋场终场防渗系统功能2021/7/145l l（1）基本结构l填埋场的终场防渗系统由多层组成，主要分为两部分，第一部分是土土地地恢恢复复层层，即即为为表表层层；第二部分是密密封封工工程程系系统统，由保保护护层层、排排水水层层、防防渗渗层层（包包括底土层）和排气层括底土层）和排气层组成。终场防渗系统结构设计终场防渗系统结构设计2021/7/146l能够经受气候的极端变化，如冷-热，湿-干，冻结-解冻等；l能够经受天然风化力如水和风等的侵蚀；l所需材料的可行性；l车辆进出道路和人行道路的建设；l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，覆盖层的设计要使其具有这种能力。（2）终场防渗系统设计考虑事项）终场防渗系统设计考虑事项2021/7/147填埋场表面密封系统主要功能与材料填埋场表面密封系统主要功能与材料2021/7/148表表面面密密封封系系统统的的表表层层是是土土地地恢恢复复层层，主主要要使使用用可可生生长长植植物物的腐植土以及其它土壤。的腐植土以及其它土壤。表表层层的的设设计计取取决决于于填填埋埋场场封封场场后后的的土土地地利利用用规规划划，通通常常要要能生长植物。能生长植物。表表层层土土壤壤层层的的厚厚度度要要保保证证植植物物根根系系不不造造成成下下部部密密封封工工程程系系统统的的破破坏坏，此此外外，在在结结冻冻区区，表表层层土土壤壤层层的的厚厚度度必必须须保保证证防防渗渗层层位位子子霜霜冻冻带带之之下下一一层层的的最最小小厚厚度度不不应应小小于于50cm。在在设设计计时时，表表层层土土壤壤层层应应具具有有一一定定的的倾倾斜斜度度，一一般般为为35%。在表层之上可能还要有地表排水工程设施等。在表层之上可能还要有地表排水工程设施等。l在在干干旱旱区区可可以以使使用用鹅鹅卵卵石石替替代代植植被被层层，鹅鹅卵卵石石层层的的厚厚度度为为1030cm。填埋场表面密封系统设计填埋场表面密封系统设计2021/7/149l保护层的功能是防止上部植物根系以及挖洞动物对下层的破坏，保护防渗层不受干燥收缩、冻结解冻等的破坏，防止排水层的堵塞等。一般使用天然土壤或者砾石等材料作为保护层。保护层和表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。2021/7/150 排水层的功能是排泄通过保护层入渗进来的地表水等，降低入渗水对下部防渗层的水压力。密封系统中排水层并不是必须有的层，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很小等。2021/7/151 填埋场表面密封系统的稳定致关重要。对于坡度较陡的盖层，还要注意降雨造成的较大地表径流对盖层的侵蚀破坏，封场后尽快种植保护性植物如草坪等或者铺设盖层排水管道系统。稳定与沉降稳定与沉降2021/7/152 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！