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世界各國垃圾填埋場防滲構(gòu)造介紹
發(fā)布時間：2014-08-09
摘 要：本文介紹了世界各國垃圾填埋場防滲系統(tǒng)的構(gòu)造以及技術(shù)要求，以及我國在這個領(lǐng)域方面的研究和使用狀況，提出了適合我國國情的垃圾填埋場防滲系統(tǒng)的構(gòu)造。關(guān)鍵詞：垃圾填埋場，防滲構(gòu)造，防滲材料，透水性能
1 前言
生活垃圾填埋過程中，由于雨水等流入垃圾中形成的滲濾水含有多種有害物質(zhì)，比如鉛，鋅，砷和鉻，以及滲濾水總有機碳濃度很高，一般都要超過1000mg/L，因此如果不經(jīng)處理直接排入地下水或河流中，將嚴重污染環(huán)境。世界各國對于垃圾填埋場的防滲系統(tǒng)都有不同的要求，但一般都是以橡膠，樹脂等高分子材料做成的土工膜為主，輔以其它防滲材料。圖1 是垃圾填埋場防滲系統(tǒng)的一個典型構(gòu)造。隨著科技的發(fā)展和新材料的不斷出現(xiàn)，歐美等國家采用單一防滲構(gòu)造的已經(jīng)很少，都把防滲層作為一個復(fù)雜系統(tǒng)來考慮，土工膜與GCL土工毯，復(fù)合土等作為復(fù)合防滲層一起使用。本文將介紹世界各國垃圾填埋防滲復(fù)合層的做法和材料的主要性能要求。
2 歐美各國防滲系統(tǒng)構(gòu)造
表1中顯示的是歐美各國垃圾填埋場防滲系統(tǒng)的構(gòu)造以及材料性能。從表中可以看出，歐美國家普遍是土工膜和摻有膨潤土的復(fù)合土而成的2層防滲層。由橡膠和樹脂類制成的高分子土工膜本身的防滲性能特別好，透水系數(shù)一般小于10_11cm/s.。但是土工膜的最大缺點是抗穿刺性差（關(guān)于土工膜穿刺性能的實驗及其理論計算將在其它論文中敘述），特別是發(fā)展中國家生活垃圾很少分類，甚至不分類，里面含有鐵、玻璃、陶瓷等尖銳的東西，在填埋過程中由于機械的碾壓很容易使土工膜破損，造成滲濾液的外泄。與土工膜相比復(fù)合土最大的特性就是不怕金屬等堅硬物，在土工膜被穿刺的情況下，能夠起到抗?jié)B的作用。歐美各國設(shè)置在土工膜下面的復(fù)合土厚度至少50cm以上，單獨的復(fù)合土層能夠保持多年不滲漏。比如，在土工膜破損的情況下，假設(shè)積聚在復(fù)合土上面的水位有30cm高，那么滲濾水透過復(fù)合土層需要的時間如下計算。
水頭差：i=（L+H）／L
垂直方向的流速：v=ki=k(L+H)/L
那么滲濾水穿透復(fù)合土層需要的時間：T=L/v=L2/K(L+H)
比如表中所列美國的防滲構(gòu)造，滲濾液穿透復(fù)合土層需要時間是TUS=12.7 年；法國的防滲構(gòu)造，穿透需要時間是 TFA=1.0 年左右。也就是說在上面防滲層都損壞的情況下單靠最下面的復(fù)合t土也能保證12.7年和1.0年不滲漏。
表1 各國防滲層構(gòu)造
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┃ 國家 ┃ 復(fù)合土厚度 cm ┃ 透水系數(shù) cm/s ┃ 防滲層構(gòu)造 ┃
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┃Australian ┃ 60 ┃ 1×10_7 ┃ 土工膜＋復(fù)合土 ┃
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┃Belgium ┃ 100 ┃ 1×10_7 ┃ 土工膜＋復(fù)合土 ┃
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┃France ┃ 500 ┃ 1×10_5 ┃土工膜＋復(fù)合土 ┃
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┃Germany ┃ 75 ┃ 1×10_8 ┃土工膜＋復(fù)合土 ┃
┣━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━┫
┃Hungary ┃ 50 ┃ 1×10_7 ┃土工膜＋復(fù)合土 ┃
┣━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━┫
┃Italy ┃ 100 ┃ 1×10_7 ┃土工膜＋復(fù)合土 ┃
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┃UK ┃ 100 ┃ 1×10_7 ┃ 土工膜＋復(fù)合土 ┃
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┃USA ┃ 50 ┃ 1×10_7 ┃ 2層土工膜＋復(fù)合土┃
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┃Portugal ┃ 50 ┃ 1×10_7 ┃土工膜＋復(fù)合土 ┃
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┃Switzerland ┃ 80 ┃ 1×10_7 ┃ 土工膜＋復(fù)合土 ┃
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3 亞洲各國的做法
亞洲除了日本、韓國等國家有比較完備的防滲系統(tǒng)之外，中國、泰國在這方面發(fā)展也很快。位于日本東京青梅的日出垃圾填埋場代表了日本垃圾場建設(shè)的科技水平，防滲系統(tǒng)采用了2層TPO土工膜，一層GCL，最下面是一層50cm厚的摻有膨潤土的復(fù)合土，嚴格意義上來說等于是4道抗?jié)B。最上面一層TPO破損造成滲漏的情況下，中間層GCL中的膨潤土遇到滲濾水立即膨脹止水，阻止?jié)B濾液滲入地下水系統(tǒng)。GCL這種產(chǎn)品由于是2層無紡布中間夾了干燥的膨潤土，在施工過程中特別是在邊坡上鋪設(shè)，很容易造成膨潤土的分布不均勻影響到防滲效果，所以在GCL的下面又設(shè)置了一層TPO和摻膨潤土的復(fù)合土，真正做到了萬無一失。相對于日本的做法，韓國垃圾場防滲層的做法要簡單的多。位于漢城（首爾）郊區(qū)的號稱世界上最大垃圾填埋場之一的漢城垃圾填埋場，是在平地上往上填埋，邊坡上堆放了大量的廢舊輪胎，這主要是為了緩沖填埋機械對防滲系統(tǒng)的的沖擊起保護作用。底面上采用黑色的無紡布保護材料，下面是HDPE土工膜，整個垃圾填埋場采用的是一道防滲材料。
國內(nèi)的某垃圾填埋場設(shè)計中采用了相當于3層防滲層的防滲系統(tǒng)，HKPE土工膜，GCL以及復(fù)合土層，在國內(nèi)這個做法應(yīng)該說是相當超前了。目前菲律賓對垃圾場防滲系統(tǒng)還沒有具體要求，有的垃圾場還沒有考慮這個問題。位于馬尼拉市的垃圾填埋場，主要填埋沒有經(jīng)過焚燒的生活垃圾，由于沒有設(shè)計防滲系統(tǒng)，垃圾場中產(chǎn)生的滲濾液直接排入附近的河流，污染了地下水。據(jù)檢測，滲濾液的TOC含量高達900mg/L，含有重金屬的鹽化物的含量高達15000~17000mg/L，嚴重污染了周圍的環(huán)境。
4 對國內(nèi)垃圾填埋場防滲系統(tǒng)設(shè)計的一點看法
各國的情況不一樣，所以對于垃圾填埋場防滲系統(tǒng)的設(shè)計理念也不一樣。歐美各國是以技術(shù)為本，即從技術(shù)性能出發(fā)來設(shè)計；而日本是以人為本，或者說以垃圾周圍居民的認知度為標準設(shè)計防滲層的構(gòu)造，所以一般情況下都設(shè)計得非常保守，遠遠超過技術(shù)本身的性能要求，普通都有3-4層的防滲層，以給垃圾場所在地的居民一種安全感。
從材料本身來看，高分子土工膜的防滲性能特別好，一般都在10_11cm/s和 10_1310cm/s 之間，1.5mm厚的材料能夠保持幾十年不滲漏，它的最大特點就是強度高，拉伸率可以達到300%以上，但是由于薄很容易被尖銳物刺穿。而摻有膨潤土的復(fù)合土透水性能同樣很小，一般摻有10%膨潤土的復(fù)合土的透水系數(shù)小于10_7cm/s ，而且作為防滲層的復(fù)合土厚度要求50cm以上，金屬等很難穿透這層復(fù)合土。但是它的最大不足之處就是追隨基礎(chǔ)變形的能力很小，也就是說當?shù)鼗艿郊羟凶冃萎a(chǎn)生裂縫的時候，復(fù)合土同樣產(chǎn)生裂縫而且還有很多問題沒有搞清楚，特別是當在邊坡上使用的時候存在穩(wěn)定性問題，不少國家還沒有承認GCL是一道防滲材料。因此結(jié)合防滲系統(tǒng)的技術(shù)要求以及我國目前的經(jīng)濟發(fā)展水平，從滿足要求來設(shè)計這個系統(tǒng)，厚度1.5mm以上的土工膜和摻有膨潤土的復(fù)合土組成垃圾場的防滲系統(tǒng)既能滿足性能要求，即正常情況下保持50年不滲漏，同時也是最經(jīng)濟的做法。
在這里還要指出國內(nèi)垃圾填埋場設(shè)計中的一個誤區(qū)，即在基礎(chǔ)上直接鋪設(shè)GCL。這種做法是不科學(xué)的，而且起不到自修復(fù)功能。GCL的作用是當上層土工膜破損的情況下，干燥的膨潤土遇到滲濾水迅速膨脹，堵塞顆粒之間的空隙和內(nèi)部毛細孔，起到抗?jié)B作用。但如果GCL直接與基礎(chǔ)接觸，當?shù)叵滤簧仙龅紾CL中的膨潤土?xí)r，沒等上層土工膜破損臌潤土已經(jīng)膨脹，失去了自修復(fù)功能。
參考文獻：
1）Bouazza. A., Vanlmpe. W.F and Van. D. B. M.:Hydraulic Conductivity of Geosyntetic Clay Liner under Various Conditions, Proceeding International Congress on Environmental Geotechnics, pp.453-458m1996.
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