垃圾填埋場滲漏分析及防滲修復(fù)處理措施

王青龍，楊 星

（中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610072）

0 前 言

隨著我國城鎮(zhèn)化水平提高，城鎮(zhèn)人口逐年增加，截至2017年末，我國大陸總?cè)丝?3.90億，其中城鎮(zhèn)常住人口8.13億，占比為58.49%，這給城鎮(zhèn)生活環(huán)境帶來了極大的壓力，尤其是城鎮(zhèn)生活垃圾的處理。伴隨城市化進程，城市生活垃圾逐年增加，2013年，202個大中城市生活垃圾生產(chǎn)量為16 979萬t，2017年達到了20 194萬t，平均年增長率為5.7%。2013～2017年全國大中城市生活垃圾產(chǎn)生情況見圖1。

圖1 2013～2017年全國大中城市生活垃圾生產(chǎn)情況

我國城市生活垃圾無害化處理的方式主要有三種：衛(wèi)生填埋、垃圾堆肥和垃圾焚燒。僅2017年，全國城市生活垃圾無害化處理量為21 034萬t，其中衛(wèi)生填埋量為12 038萬t，占比約為57%；焚燒量為8 463萬t，占比約為40%；其他無害化處理量占比僅為3%。目前我國城市垃圾處理還是以衛(wèi)生填埋為主。2009～2017年我國城市生活垃圾無害化處理量結(jié)構(gòu)分布見圖2。由圖2可見，目前我國城市生活垃圾無害化處理仍以衛(wèi)生填埋為主。

據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2017年我國共有1 000余座填埋場，雖然垃圾焚燒技術(shù)已經(jīng)取得了突破，但近5年內(nèi)，每年還將以超過50座新建填埋場的速度增長。垃圾填埋場在運行過程中常會出現(xiàn)滲漏、漫流和垮塌等情況，這將對環(huán)境和社會造成極大的影響，其中又以垃圾填埋場滲漏為主，因此垃圾填埋場防滲系統(tǒng)成了填埋場的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系填埋場是否能夠正常運行。

圖2 2009～2017年我國城市生活垃圾無害化處理量結(jié)構(gòu)分布

1 垃圾填埋場常見滲漏類型及原因分析

垃圾填埋場防滲系統(tǒng)是由在填埋場庫區(qū)及四周邊坡上構(gòu)筑滲濾液防滲屏障所選用的各種材料組成的體系。垃圾填埋場防滲系統(tǒng)中的核心防滲結(jié)構(gòu)類型，主要分為單層襯里防滲結(jié)構(gòu)、雙層襯里防滲結(jié)構(gòu)和復(fù)合襯里防滲結(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)型式。

垃圾填埋場常見的滲漏類型主要有垃圾攔擋壩的滲漏、庫底滲漏、庫坡滲漏等類型。

1.1 垃圾攔擋壩滲漏

由于垃圾攔擋壩以土壩、石渣壩以及土工材料復(fù)合型壩為主，并且攔擋壩常位于填埋場的較低位置，這樣攔擋壩的壩前常常是滲濾液匯集區(qū)。對于垃圾攔擋壩的防滲結(jié)構(gòu)常布置在上游壩坡面（均質(zhì)土壩除外），并采用以HDPE膜+GCL膨潤土毯的復(fù)合襯里結(jié)構(gòu)為主。

由于上游壩坡的防滲結(jié)構(gòu)與庫底和庫坡防滲結(jié)構(gòu)搭接位置較多，施工工序多且復(fù)雜，再加上一般的過壩管線（地下水導排管、滲濾液導排管等）等因素，從而會影響攔擋壩防滲的可靠性。在垃圾填埋過程中，尖銳的垃圾物品以及垃圾卸載、攤鋪不規(guī)范操作等原因，也會導致攔擋壩上游防滲結(jié)構(gòu)損壞。攔擋壩防滲結(jié)構(gòu)損壞后，滲漏主要出現(xiàn)在下游壩坡的中下部及坡腳部位。

1.2 庫底滲漏

庫底防滲結(jié)構(gòu)的作用是將垃圾及滲濾液與下部地下水導流層和基礎(chǔ)層徹底隔離開，地下水在防滲層下自由流動，且不被垃圾滲濾液污染，為了提高填埋場的防滲可靠性，常采用雙層襯里和復(fù)合襯里防滲結(jié)構(gòu)。

庫底防滲結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)破損，就會出現(xiàn)滲漏通道，垃圾滲濾液沿著滲漏通道流向地下水導流層，污染地下水。這樣，地下水就必須通過污水處理達到排放標準后才能排出，這將增加污水處理的負荷和成本。造成庫底滲漏的原因主要有三種，其一是填埋場垃圾堆體穩(wěn)定化過程中，因垃圾降解速率不同，容易產(chǎn)生局部不均勻沉降，導致庫底防滲結(jié)構(gòu)被撕破或刺穿；其二是填埋場運行過程中，對入場廢物運輸、卸車、攤鋪、壓實和覆蓋等作業(yè)操作不規(guī)范，過于接近防滲結(jié)構(gòu)，造成防滲結(jié)構(gòu)破損；其三是庫底在施工防滲結(jié)構(gòu)時，存在施工質(zhì)量缺陷。庫底出現(xiàn)滲漏常表現(xiàn)為地下水被污染，因此庫底的地下水成為垃圾填埋場運行好壞的“晴雨表”。

1.3 庫坡滲漏

垃圾填埋場的庫坡是將填埋的垃圾圍起來，對填埋的垃圾起到側(cè)向支撐的作用，垃圾在降解過程中產(chǎn)生的垃圾滲濾液沿著庫坡流入庫底，匯集到攔擋壩壩前，在通過滲濾液導排管到污水處理中心。因此庫坡的防滲結(jié)構(gòu)也是將垃圾和滲濾液直接跟基礎(chǔ)層隔離開，使基礎(chǔ)層不被污染，也不污染地下水。鑒于庫坡的施工方便且可靠，庫坡常采用復(fù)合襯里防滲結(jié)構(gòu)中的GCL+HDPE膜結(jié)構(gòu)型式。

庫坡滲漏一般表現(xiàn)形式為地下水被污染或庫坡的另一側(cè)有滲濾液滲出，這樣對垃圾填埋場周邊環(huán)境也帶來極大影響。造成庫坡滲漏主要有兩個原因，其一是生活垃圾中含有玻璃、陶瓷等尖銳物品，在堆填過程中，容易刺穿庫坡防滲結(jié)構(gòu)；其二是由于庫坡的防滲結(jié)構(gòu)在堆填垃圾前一直是臨空的，時間一長導致防滲結(jié)構(gòu)脫離基礎(chǔ)層。鑒于庫坡防滲結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞的原因，應(yīng)加強對庫坡防滲結(jié)構(gòu)的表面保護（在防滲結(jié)構(gòu)面上堆碼袋裝土）和上部錨固可靠性檢測。

2 某垃圾填埋場防滲系統(tǒng)修復(fù)

2.1 工程概況

某城市生活垃圾填埋場三面環(huán)山，距嘉陵江江邊約1 000 m，該工程服務(wù)年限為按20年（2014～2033年）進行設(shè)計，平均垃圾處理規(guī)模為350 t／d，滲濾液處理120 m3／d，衛(wèi)生填埋場總庫容為330萬m3。根據(jù)《城市生活垃圾衛(wèi)生填埋處理工程項目建設(shè)標準》（建標124-2009），確定本填埋場建設(shè)規(guī)模為Ⅲ類。該工程主要包含有場填埋庫區(qū)、調(diào)節(jié)池、滲濾液處理區(qū)和管理區(qū)，通過填埋場內(nèi)道路相互連接。填埋庫區(qū)建有防滲系統(tǒng)、滲濾液收集系統(tǒng)、地下水導排系統(tǒng)、氣體導排系統(tǒng)、垃圾攔擋壩和環(huán)庫截洪溝等。

該工程于2014年6月開工，2016年9月底基本竣工并投入試運營，使用近6個月，處理垃圾約7萬t，先期堆放的垃圾靠近填埋場垃圾壩，最大填埋高度和垃圾壩壩頂高程相近。2017年2月，大壩外側(cè)底部及垃圾壩下游壩坡及左岸邊坡出現(xiàn)滲漏。

從壩后地下水監(jiān)測井和地下水導排管取樣檢測結(jié)果反映：水質(zhì)有輕度污染。隨后經(jīng)連續(xù)檢測的COD持續(xù)上升，3月達到240 mg／L，填埋場附近的地下水已被垃圾滲濾液污染，嚴重影響了垃圾填埋場的正常運行。

2.2 應(yīng)急處理

為減少受污染地下水的污水處理量，同時避免滲濾液進一步擴散污染地下水，應(yīng)以“減少受污染的地下水來源，防止污染源的擴散”為應(yīng)急處理原則。從源頭上減少庫區(qū)地下水，在庫區(qū)溝口的位置各布置一口，將未被污染的地下水直接抽排至庫岸的截水溝，通過自流排出。為能夠?qū)⒗鴶r擋壩下游側(cè)受污染的地下水收集起來，以免向下游進一步擴散，在垃圾壩下游靠左右兩岸的區(qū)域設(shè)置兩口集水井。集水井的位置見圖3，集水井的豎向斷面尺寸見圖4。

2.3 防滲修復(fù)設(shè)計

2.3.1 防滲修復(fù)方案比選

針對垃圾填埋場滲漏情況，以“安全、可靠”為修復(fù)處理原則，旨在徹底解決防滲系統(tǒng)的滲漏問題， 筆者提出了兩個防滲修復(fù)處理方案，詳見表1。

圖3 應(yīng)急處理抽排井平面布置示意

圖4 應(yīng)急處理抽排井豎向剖面（單位：mm）

表1 防滲修復(fù)方案必選

根據(jù)現(xiàn)有滲漏情況和垃圾填埋場防滲可靠的原則，為徹底解決防滲缺陷，不留隱患，因此防滲修復(fù)處理方案采用轉(zhuǎn)場治理修復(fù)方案。

2.3.2 填埋場防滲處理方案

根據(jù)填埋場的滲漏情況，填埋場的防滲修復(fù)包括垃圾攔擋壩上游壩坡面的防滲修復(fù)方案、填埋場場底防滲修復(fù)方案。

（1）垃圾攔擋壩防滲修復(fù)處理方案。造成滲濾液從壩體滲出，推測垃圾攔擋壩上游坡面的防滲層出現(xiàn)破壞或存在滲漏缺陷。考慮到垃圾攔擋前緣為庫底最低位置，運行時將成為滲濾液主要匯集區(qū)，為了徹底解決填埋場滲濾液滲漏問題，最終確定重做垃圾攔擋壩上游坡面的防滲結(jié)構(gòu)，并對部分結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化和改進。

為加強對垃圾攔擋壩上游坡面與庫底防滲系統(tǒng)的連接可靠性，將壩前庫底壓實黏土沿著上游壩坡面延伸至垃圾壩上游壩面第一級馬道（高程405.00 m），垃圾壩上游坡面的防滲黏土層頂（高程405.00 m）水平寬度為1 m，底寬為3 m，再在防滲黏土層上依次增加2 mm厚HDPE膜、600 g／m2長絲針刺無紡?fù)凉げ肌?0 cm厚沙袋；對高程405.00 m以上壩體結(jié)構(gòu)上游面依次增加600 g／m2長絲針刺無紡?fù)凉げ肌? 800 g／m2GCL膨潤土毯、2 mm厚 HDPE膜、600 g／m2長絲針刺無紡?fù)凉げ肌?0 cm厚沙袋，具體結(jié)構(gòu)詳見圖5。

垃圾攔擋壩修復(fù)技術(shù)要求：①黏土防滲層要求不含碎石、塊石，壓實后滲透系數(shù)小于10-7cm／s，按照碾壓后壓實度不小于95%來進行控制；②垃圾攔擋壩土工膜應(yīng)與庫底及兩岸庫區(qū)防滲土工膜可靠連接，并預(yù)留適當褶皺以適應(yīng)變形；③原結(jié)構(gòu)中滲濾液收集管相應(yīng)地向上游適當延伸，并與新建庫底滲濾液收集管可靠連接。

圖5 垃圾攔擋壩上游壩面防滲處理結(jié)構(gòu)

（2）場底防滲修復(fù)處理方案。地下水導排系統(tǒng)位于填埋場的場底防滲系統(tǒng)之下，地下水導排水管水質(zhì)污染，說明場底防滲系統(tǒng)存在滲漏缺陷。為了徹底排查防滲系統(tǒng)缺陷，工作人員對整個場底防滲系統(tǒng)進行了全面檢查，發(fā)現(xiàn)場底的防滲系統(tǒng)缺陷主要表現(xiàn)為土工膜破損、土工膜接頭撕裂以及膜下的防滲黏土層的滲透性不滿足要求。

針對上述缺陷，僅發(fā)現(xiàn)小部分的土工膜破損或接頭撕裂的防滲層，只需對其破損的土工膜或者接頭進行修補（見圖6）。土工膜的修補原則有：①修補土工膜時用來補洞或修補裂縫的材料，一定要與土工膜一致，而且補丁范圍比需要修補的地方大，至少超過損壞邊界15 cm，在填埋場底部，若土工膜裂口超過卷材寬度的10%，須將損壞的部分切除，然后將兩土工膜連接；若在坡面上，裂口超過卷材寬度的10%，須將該卷土工膜移出，并用新的一卷替換；②在需修補土工膜的下面鋪一層GCL，GCL至少超過損壞邊界30 cm；③修補土工膜時必須采用熱連接，并嚴格控制以保證土工膜補片和土工膜緊密結(jié)合；④每個修補完好的土工膜需要及時進行充氣檢測，檢測合格后才能進行覆蓋。

對于場底防滲黏土層的滲透性不滿足的較大區(qū)域，在現(xiàn)有庫底結(jié)構(gòu)之上新增可靠防滲結(jié)構(gòu)，新增防滲結(jié)構(gòu)詳見圖7。新增防滲結(jié)構(gòu)主要包含（自下而上）有200 g／m2長絲針刺無紡?fù)凉げ肌?50 mm防滲黏土層、2 mm厚HDPE膜、600 g／m2長絲針刺無紡?fù)凉げ肌?00 mm厚卵石導流層和200 g／m2長絲針刺無紡?fù)凉げ肌?/p>

圖6 小范圍修補好的土工膜示意

圖7 庫底新增防滲結(jié)構(gòu)示意

場底防滲修復(fù)技術(shù)要求：①對于庫底道路兩側(cè)的沖溝，采用砂礫石回填并人工夯實，對于整個庫底采用砂礫石（最大粒徑不大于100 mm，粒徑小于5 mm的顆粒含量為30%～50%）按照一定坡度進行壓實找平，砂礫石按照相對密度大于0.75且壓實度不小于93%壓實標準進行控制；②防滲層要求不含碎石、塊石，壓實后滲透系數(shù)小于10-7cm／s，按照碾壓后壓實度不小于95%來進行控制；③應(yīng)加強對重做場底防滲層的邊界與原防滲層結(jié)構(gòu)搭接部位的質(zhì)量控制。

2.3.3 防滲系統(tǒng)修復(fù)后填埋場的面貌

垃圾填埋場垃圾攔擋壩上游壩坡防滲系統(tǒng)修復(fù)后的面貌見圖8，垃圾填埋場庫底與庫坡修復(fù)后的面貌見圖9。

圖8 垃圾攔擋壩上游壩坡防滲修復(fù)后面貌

圖9 垃圾填埋場庫底與庫坡修復(fù)后的面貌

2.4 防滲系統(tǒng)修復(fù)后水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

防滲系統(tǒng)修復(fù)處理后，攔擋壩下游側(cè)的監(jiān)測井中的地下水變清澈了，通過取樣進行水質(zhì)檢測，檢測結(jié)果詳見表2。

表2 監(jiān)測井中的地下水水質(zhì)檢測結(jié)果（2019年3月15日）

由表2可知，各項指標均滿足《地下水質(zhì)量標準》（GB／T14848-2017）中“表1”Ⅲ類標準，反映防滲修復(fù)處理效果良好。

3 結(jié) 語

我國生活垃圾無害化處理仍以衛(wèi)生填埋為主，衛(wèi)生填埋量約占總處理量的60%，垃圾填埋場一旦出現(xiàn)滲漏、漫流和垮塌等破壞，將對周邊環(huán)境帶來嚴重影響。垃圾填埋場的滲漏類型主要表現(xiàn)為攔擋壩滲漏、庫底滲漏和庫坡滲漏三種形式，滲漏產(chǎn)生的主要原因歸結(jié)于防滲結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量存在缺陷和運行管理的不規(guī)范。結(jié)合工程實例中垃圾填埋場的滲漏情況，以“安全、可靠、徹底解決滲漏問題”為修復(fù)原則，通過方案比選最終確定重做填埋場防滲系統(tǒng)的修復(fù)方案。防滲系統(tǒng)經(jīng)修復(fù)處理后，地下水水質(zhì)檢測結(jié)果表明各項指標均滿足地下水Ⅲ類標準，防滲修復(fù)處理效果良好，該修復(fù)處理措施可為類似工程提供借鑒和參考。