利用垃圾堆体中侧渗现象强化渗沥液导排途径探讨

2012-10-16曲伟国刘树峰靳俊平李瑞华

环境卫生工程 2012年6期

曲伟国，刘树峰，靳俊平，李瑞华

（中国市政工程华北设计研究总院，天津 300074）

1 渗沥液导排不畅的现象和原因分析

根据调研和现场勘察，目前国内生活垃圾填埋场渗沥液下渗通道不畅的现象较为普遍，致使渗沥液侧渗现象严重，造成垃圾堆体或临时封场坡面渗沥液外溢，污染严重且难以解决。此类现象的产生是由于渗沥液导排系统（导渗层和导排穿孔管）堵塞造成排水不畅、黏土覆盖也是造成渗沥液下渗困难的原因之一［1-2］。另外，垃圾成分中难以降解的物质也是主要原因。

渗沥液主要是由垃圾填埋场范围内的降水渗透转化、地下水的侵入（采用水平防渗系统的垃圾填埋场此种影响概率比较小）以及垃圾本身所含和降解的水分形成。影响渗沥液产生量的因素主要有降水、地下水侵入、垃圾成分、水分蒸发、清污分流的程度（包括截洪沟设置和临时覆盖）、垃圾堆体临时封场的地表径流等。但是垃圾渗沥液的主要来源是降水。

堆体内所产生的渗沥液在重力作用下渗汇集到渗沥液导排系统中，在填埋作业过程中通过每日覆盖、压实、清污分流等措施减少渗沥液的产生量，但是随着垃圾堆体厚度的增加，垃圾层滞水、阻水的现象越来越明显，致使渗沥液下渗困难，从而形成了滞水层。

造成垃圾堆体滞水层的原因：①高浓度的有机物和无机物是导渗层堵塞的主要原因，堵塞导致导渗层空隙率减少，渗透率下降。②黏土覆盖后，形成黏土阻水层。但是目前国内许多大中型生活垃圾填埋场已经使用HDPE膜作为覆盖材料，因此黏土形成阻水层的几率减少。③垃圾中塑料包装袋的比例较大，其在垃圾堆体中很难降解，当有机物质降解后，在重力压实作用下，塑料包装袋形成一片一片、一层一层的薄膜，其在垃圾堆体中横竖叠加，交替错落，层理不清，最终形成若干个阻水层，使得渗沥液难以顺利下渗。④由于填埋作业一般都是下推法，要使垃圾堆体作业面均坡向每个导气（水）石笼操作起来比较困难，致使垃圾堆体表面坡向不明显，造成渗沥液流向不清，没有流速，致使渗沥液滞留在堆体中，此种现象在平原型填埋场中尤为突出。

2 渗沥液导排途径的探讨

解决垃圾堆体滞水现象，目前已经有多个垃圾填埋场在填埋运行过程中进行了探索性的改进。如随着填埋堆体厚度的加大，适当增加水平倒排系统；沿垃圾坝以上坡面敷设渗沥液导排干管，然后向每一填埋层引入导排支管或导排盲沟［3］，这种措施在填埋场运行中行之有效。但是设计者更要为有效解决垃圾层滞水、阻水的现象做出一些探讨。

增加水平倒排系统，使得填埋场在运行中增加了投资费用，运行成本增加，国内大型填埋场尚可承受，中小城市、县镇的中小型填埋场就勉为其难了。笔者认为针对国内一些填埋场特点，不妨利用渗沥液外渗的现象，来部分解决渗沥液导排不畅的问题。

设计要求垃圾堆体分层填埋，但是必须强调的是每一层填埋的堆体坡度须大于等于设计场底坡度（≥2%），这样才能保证垃圾填埋厚度相同，使得堆体中的垃圾形成倾斜，堆积出倾向和倾角来，山谷型至少保证2个面坡，平原型可以采用多面坡，这样设计的目的是保证渗沥液在堆体中形成水力梯度，增加向外部渗透的水头压力，可以保证渗沥液在重力的作用下向侧下方流动（即向垃圾坝或围堤方向流动），如同山体裂隙水一样，从坡面渗出，增加了渗沥液导排的通道。

有了渗沥液向垃圾坝或围堤方向流动，设计即可根据《生活垃圾卫生填埋场技术规范》中的要求，在垃圾坝或围堤高度以上空间部分，按照填埋单元分层高度分成台阶状，台阶间垃圾堆体坡度不宜大于1∶3，因此设计需要在每个坡面上设置鱼刺型排水复合材料（此项投资可结合到封场设计施工中），台阶坡脚内设置横向导排盲沟（管），然后将导排盲沟与石笼井连接，将沿坡面流出的渗沥液截住收集导向石笼井内（见图1），此石笼井下部一定和库区底部渗沥液导排干管连接。

此时，堆体外轮廓的投影（平面、剖面）在图纸上反映出来，根据图纸上的平台位置来调整石笼井位置，即导气（水）石笼井的布置间隔距离，在满足规范要求的同时，需结合平台位置确定设置，以便于填埋运行中导排盲沟与石笼井的连接。

在垃圾坝或围堤高度以下的空间，同样设置坡面和坝上游坡面鱼刺型竖向导排排水复合材料，沿填埋库区坡脚设置环库区导排盲沟，导排盲沟与库底导渗系统连通即可，同时填埋单元分层高度和坡度、坡向不变，考虑增加了堆体渗沥液侧渗的结构功能，渗沥液导排系统就形成了三维立体的导排系统，可大大减轻垃圾堆体内滞水状况。

3 垃圾堆体稳定性影响

垃圾堆体一般有以下3种失稳模式：①通过垃圾堆体内部的滑动破坏；②因下伏地基破坏引起的通过堆体内部与下伏地基的滑动破坏；③因土工材料界面强度不足引起的部分或全部沿土工材料界面的滑动破坏。垃圾堆体内设置鱼刺型复合排水材料和滞水主要改变垃圾的抗剪强度，从而对第①种失稳产生影响。通常，垃圾抗剪强度采用有效黏聚力和有效内摩擦角表示，宜按下式计算［4］：

式中：τf为垃圾的抗剪强度（kPa）；σ为法向总压力（kPa）；μ为孔隙水压力（kPa）；c'为垃圾的有效黏聚力（kPa）；φ'为垃圾的有效内摩擦角（°）。

在一定填埋高度时，垃圾的垂直法向总压力几乎是稳定不变的。强化垃圾堆体中滞水（孔隙水）的导排，可减小孔隙水压力，同时减少垃圾堆体内部的孔隙率，增大垃圾的有效黏聚力和内摩擦角，从而增加垃圾的抗剪强度和稳定性。其次，土工复合排水材料的拉伸性能较好。每填埋10 m左右时在垃圾堆体内设置鱼刺型复合排水材料，一方面起到排水导排的作用，另一方面起到在垃圾堆体内加筋，阻止垃圾堆体分层或局部活动破坏。此外，每层垃圾堆体内滞水的及时导出，可较好地控制库底渗沥液水位，增加下游垃圾坝或围堤的安全系数，同时降低地下水被污染的风险。