图4 单层膜+膨润土复合垫
2)工程造价:HDPE膜、含膨润土交织土工布选用进口产品,土工布选用国内产品,其余按当地市场价格,单位工程造价大概为166.1元/m2。
4.2.3 各方案技术经济对比
1)对方案一的评价
A)次方案是三个方案中较经济的一个方案
B)适用性:若在填埋作业是,第一层所填垃圾很有尖锐物或在填埋过程中压实机械操作不当,使单层膜被刺穿,则防渗系统基本失效,造成水体污染。故本方案对填埋作业是的技术要求较高,且发生膜刺穿时造成的危害较大。
2)对方案二的评价
A)次方案造价较贵,并要求较高的监管水平
B)适用性:双层膜具有双保险的作用。若第一层被刺穿,还有下层膜及土工布可阻挡渗滤液进一步向下渗透,因此可将经过上层膜孔洞的渗漏量减至最少,从而可大大减少通过防渗衬垫的渗漏量。
3)对方案三的评价
A)次方案造价在三个方案中相对经济
B)适用性:单层膜+膨润土的复合防渗衬垫最为经济实用。既可解决单层摸的穿刺问题,又可减少造价,不仅防渗效果良好,可靠性、耐久性也好,且施工方便,膨润土能够对局部渗漏点起到补漏的作用。
因此,本设计采用方案三的方案。
4.2.4施工工艺
1)特点和要求
HDPE膜是高密度聚乙烯合成材料,具有较强的延展性和良好的防渗性能,但遇尖锐物
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易破裂。因此,HDPE膜的垫层、铺衬、覆盖及其他相关作业等在施工过程中均应十分严格地加以保护,这是保证垃圾填埋场防渗系统质量的关键。
2)坡面可分为土质坡面和石质坡面,根据设计规定,坡面放破系数不得德育1:1.25。土质坡面经机械开挖后,用人工整平夯实,彻底清除树根、砾石等尖锐杂物,然后铺垫一层土工布(400g/m2)、铺衬HDPE膜,再在膜上铺垫一层土工布;石质坡面应与周围土质坡面厚度一致,经修凿的石质坡面上用水泥砂浆抹平,然后铺衬HDPE膜,上覆一层土工布。
沟谷一般由数条支沟和1条主干沟组成。支沟上设渗滤液收集沟(下设地下水收集盲沟)和鱼刺状渗滤液收集支沟;主干沟上设汇集渗滤液收集沟的渗滤液主盲沟(下设地下水主干沟)。
场底为垃圾堆填区,场底基础为土方层填筑,机械碾压平整。场底土层(30cm厚)应由人工彻底清除树根、石块等杂物,然后铺筑40cm粗砂层,粗砂层中不得含有粒径>2.5cm的角砾或其他尖锐物。在粗砂层表面铺垫一层土工布,然后铺衬HDPE膜,上覆50cm过筛的优质粘土保护层,再铺筑40cm粗砂过滤层,才能用于垃圾堆填。
图5 水平防渗结构图
3)在坡面进行HDPE膜铺衬时,坡面上端应进行锚固,锚固采用锚固沟法,即在坡面上端距破口100cm处开挖宽、深各100cm的矩形沟槽,将HDPE膜和下层土工布沿沟槽底部及边缘铺设,然后用粘土分层回填夯实。石质坡面的锚固方法与土质基本相同,但锚固沟的尺寸可适当缩小,沟内采用低强度等级素混凝土回填。
HDPE膜的拼接接口采用专用机械熔焊,局部破损也可采用焊接法修补。由于HDPE膜是进口产品,铺衬和焊接施工时应有专家现场指导。
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4.3垂直防渗
填埋场的垂直防渗系统是根据填埋场的工程、水文地质特征,利用填埋场基础下方存在的独立水文地质单元、不透水或弱透水层等,在填埋场一边或周边设置垂直的防渗工程(如防渗墙、防渗板、注浆帷幕等),将垃圾沥出液封闭于填埋场中进行有控制地导出,防止沥出液向周围渗透污染地下水和填埋场气体无控制释放,同时也有阻止周围地下水流入填埋场的功能。
垂直防渗系统在山谷型填埋场中应用较多,在平原区填埋场中也有应用。垂直防渗系统广泛用于新建填埋场的防渗工程和已有填埋场的污染治理工程,尤其对于已有填埋场的污染治理,因目前对其基底防渗尚无办法,因此周边垂直防渗就特别重要。根据施工方法的不同,可用于垂直防渗墙工程施工的方法有地基土改性法、打入法和开挖法等。
防渗墙的施工有以下方法: 1 地基土改性法施工防渗墙
地基土改性方法施工防渗墙是通过充填、压密地基土等方法使原土渗透性降低而形成的防渗墙。在填埋场垂直防渗墙施工中主要有注浆法、喷射法和原土就地混合法3种。
(1) 注浆法施工防渗墙
注浆法即注浆帷幕的一种方法,按一定的间距设计钻孔,采用一定的注浆方法和压力把防渗材料通过钻孔注入地层,使其充填地层孔隙,达到防渗的目的。该方法在我国的垃圾填埋场防渗中应用较广泛。
(2) 喷射法施工防渗墙
喷射法施工是指通过高压旋喷或摆喷方法使浆液与地基土搅拌混合,凝固后成为具有特殊结构、渗透性低、有一定固结强度的固结体。该方法可使防渗墙的渗透系数达到10-7 cm/ s,固结体强度可达到10-20MPa。浆液可使用膨润土—水泥浆液或者化学浆液,如中科院研制的中化-798 注浆材料。
(3) 原土就地混合法施工防渗墙
原土就地混合法施工方法是将欲形成防渗墙位置的原状土用吊铲等工具挖出,并使其与水泥或其他充填材料就地混合后重新回填到截槽中。为了保证切槽的连续施工,采用膨润土浆液护壁。该方法在美国应用较多。这种方法适用于深度较浅的防渗墙。
2 打入法施工防渗墙
打入法施工防渗墙是利用夯击或振动的方法将预制好的防渗墙体构件打入土体成墙 ,
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或者利用夯击或振动方法成槽后灌浆成墙的一种方法。用这种方法施工的防渗墙有板桩墙、复合窄壁墙及挤压灌注防渗墙等。
(1) 板桩墙
板桩墙的施工是将已预制好的板桩构件垂直夯入地层中。常用的板桩有钢板桩和外包铁皮的木板桩,板桩之间要用板桩锁连接 ,两板桩之间要有重叠,间隙要保持闭合或进行密封,防止渗漏。板桩墙还要有耐腐蚀性。板桩墙比较适宜在软弱土层中使用,对于硬塑性土层则由于打夯困难而受到限制。
(2) 复合窄壁墙
复合窄壁墙施工是:首先通过夯击或振动将土体向周围排挤形成防渗墙空间,把防渗板放入已形成的防渗墙空间,然后注浆充填缝隙形成防渗墙体复合窄壁墙的施工有梯段夯入法和振动冲压法等。
梯段夯入法是先夯入厚的夯入件,最后分梯段夯入最薄的夯入件达到预计深度。打夯结束后,把含有膨润土和水泥的浆液注入形成的槽内,硬化后便形成了防渗墙体。
振动冲压法是用振动器把板桩垂直打入土体里,直至进入填埋场基础下方的粘土层里,板桩以外的空隙注浆充填。施工时还要求振动板之间的排列和搭接闭合成一体,两板的间隙要保证闭合和封闭板桩墙通常是耐腐蚀的。
(3) 挤压灌注防渗墙
利用冲击锤或振动器将夯入件打入到所要求的深度,夯入件在土体中排挤出一个槽段空间,一般5 —6 个夯入件循环使用 ,当第 3 个和第 4 个夯入件打入后,前 2 个打入件可起出,向槽段灌注防渗浆材成墙。灌注浆材料可使用由骨料(砂和粒级为 0 —8mm 的砾石) 、水泥、膨润土和石灰粉加水混合而成土状混凝土。土状混凝土各成分配比要根据对防渗墙体要求的渗透性、强度和可施工性等指标而定防渗墙体材料应满足制成防渗墙体的渗透系数(k ≤10 -7 cm/ s) ,并满足抗腐蚀性、能用泵抽吸、具有流动性、便于填充等要求。
3 开挖法施工防渗墙
开挖方法施工防渗墙是通过挖掘地下土形成沟槽,槽壁的稳定由灌入的泥浆维护,然后在沟槽中灌注墙体材料并将泥浆排挤出而形成的防渗墙。
5.渗滤液的产生及收集处理
5.1垃圾渗滤液概念和来源
垃圾渗滤液是指超过垃圾所覆盖土层饱和蓄水量和表面蒸发潜力的雨水进入填埋场地
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后,沥经垃圾层和所覆盖土层而产生的污水。渗滤液还包括垃圾自身所含的水分、垃圾分解所产生的水及浸入的地下水。
城市垃圾填埋场渗滤液的处理一直是填埋场设计、运行和管理中非常棘手的问题。主要来源有:
(1) 降水的渗入,降水包括降雨和降雪,它是渗滤液产生的主要来源; (2) 外部地表水的渗入,这包括地表径流和地表灌溉;
(3) 地下水的渗入,这与渗滤液数量和性质与地下水同垃圾接触量、时间及流动方向等有关;当填埋场内渗滤液水位低于场外地下水水位,并没有设置防渗系统时,地下水就有可能渗入填埋场内;
(4) 垃圾本身含有的水分,这包括垃圾本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附量; (5) 覆盖材料中的水分,与覆盖材料的类型、来源以及季节有关;
(6) 垃圾在降解过程中产生的水分,与垃圾组成、pH值、温度和菌种等有关,垃圾中的有机组分在填埋场内分解时会产生水分;
5.2垃圾渗滤液的水质特征
垃圾渗滤液主要来源于降水和垃圾本身的内含水和分解产生的水。垃圾渗滤液的主要污染成分有:有机物、氨氮和重金属等。其种类和浓度与垃圾类型、组分、填埋方式、填埋时间、填埋地点的水文地质条件、不同的季节和气候等密切相关,其水质主要呈现以下特征: (1)CODCr和BOD5浓度高:在新的垃圾填埋场,大量挥发性酸的存在可能会产生高的CODCr和BOD5;
(2)BOD5与CODCr比值变化大:BOD5/CODCr值的高低与渗滤液处理工艺方法的选择密切相关。渗滤液BOD5/CODCr值与垃圾填埋场的使用年限有关,对“年轻”填埋场而言,其渗滤液多具有良好的生化处理可行性,可采用生物方法加以处理。而对于“年老”填埋场的渗滤液的处理而言,必须考虑其可生化性随时间的变化;
(3)金属含量高:垃圾渗滤液中含有10多种金属(重金属)离子,由于物理、化学、生物等的作用,垃圾中的高价不溶性金属被转化为低价的可溶性金属离子而溶于渗滤液中,在处理过程中必须考虑对它们的去除;
(4)营养元素比例失调,氨氮的含量高:随着填埋场使用年限的增加,当进入产甲烷阶段后,渗滤液中的NH4浓度不断上升。另外,渗滤液中还存在溶解性磷酸盐的不足、碱度较高、无机盐含量高的问题。
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