厌氧屏障系统的设计与施工

黄志亮 郭晓静 蔡小平 王凯 刘靖 王大勇

摘要：介绍了厌氧屏障系统结构的组成、功能和设计，并以镇江某污水处理厂新建调蓄池和镇江某垃圾填埋场调节池两项目不同施工方法和特点做简要阐述，为厌氧屏障系统的发展和应用提供一种思路。

关键词：屏障系统;调蓄池;调节池

中图分类号：X505 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）06-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.06.064

Abstract： Describes the composition， function and design of anaerobic barrier system structure， and a sewage treatment plant in Zhenjiang new storage tank and Zhenjiang in a landfill regulation pool two different construction methods and features of the project briefly described， anaerobic barrier system the development and application provide an idea.

Key words： Barrier system; Storage tank; Equalization basin

厌氧屏障系统又称为柔性浮动盖系统，是指在调节池污水液面之上覆盖一层与调节池形状相似、略大于调节池，具有气体收集、雨水收集、检测等多项功能的可以在安全水位内随水位变化而变化的封闭结构。采用2.0 mmHDPE膜为主要施工材料，聚乙烯泡沫板、HDPE排水管等辅助材料所组成的一个全封闭的系统。因其具有完全密封、经济可行、安全可靠、管理方便等优点，而广泛应用于垃圾填埋场渗沥液调节池除臭防雨水覆盖[1-3]、大型调蓄水池防蒸发和外界污染[4]、冶金、大型养殖场等领域。现以镇江某污水厂调蓄池和垃圾填埋场渗沥液调节池两项目为例对厌氧屏障系统的设计与施工做介绍。

1 厌氧屏障系统的设计

厌氧屏障系统由七个部分构成：柔性密封系统、浮力平衡系统、配重平衡系統、雨水导排系统、气体导排系统、节点锚固系统和安全监测系统。典型厌氧屏障系统结构如图1所示。

柔性密封系统位于调节池渗沥液水面之上，是填埋场调节池柔性浮动盖系统工程的核心与基础。主要是采用2.0 mm的HDPE膜进行全封闭式的铺设，膜与膜之间以双缝热合焊接为主，以单缝挤压焊接为辅。HDPE膜密度为0.94 g/cm3，略小于水，可以不借助额外的浮力系统而漂浮在污水的表面，其良好的耐化学腐蚀性能和抗老化性也能保证柔性浮动盖能长期发挥作用。

浮力平衡系统是指在柔性密封系统之下按照设计焊接浮力垫来保证整个浮动盖在运行过程中不会长期浸泡在渗沥液中，减少渗沥液对覆盖膜的影响。在工程施工过程中，常采用聚苯乙烯泡沫板五面外包HDPE土工膜作为浮力垫，焊接于柔性密封系统之下，这样可以在柔性密封系统与污水之间形成约2～3 cm高的空气隔离层，避免因阳光照射而导致污水温度过高，可以减少液面的蒸发作用，同时每组聚苯乙烯泡沫板之间形成一个500 mm左右的空腔，可作为气体通道，利于气体导排。

配重平衡系统是指采用一定直径一定长度的HDPE管，并在HDPE管内灌沙后密封两端作为配重管，并连接、安装在预定位置来保证浮动盖不会被大风吹起。这样可以使浮盖膜形成立体状，有效地减少膜表面产生的凹凸不平，利于美观，又有利于浮盖膜表面雨水集中排放和膜下气体通过四周集气管向导气出口汇集。

雨水导排系统是指浮动盖上利用浮力平衡系统和配重平衡系统而使膜形成“U”型导排通道，汇入膜表面设置的雨水收集井并利用水泵将雨水排放。及时排除浮动盖上的雨水有利于雨污分流，当雨水不多时有利于避免阳光直射浮盖;当雨水较多时，可采用小型清水泵抽水，也为浮动盖的安全稳定运行提供保障。其中比较关键的是雨水收集井的设计，若设计不好，雨水收集效果不理想，会影响整个膜盖系统的安全与稳定。雨水井设计时还应注意，在HDPE管壁上开孔的做法将导致仍有一部分水无法排出除。改良后雨水收集泵井见图2。气体导排系统就是指利用柔性密闭系统之下的浮力垫形成的气体导排通道，使气体最终排至调节池四周布置环状带孔HDPE收集花管中，并通过集气花管上设置排气管收集导排装置将沼气送至燃烧火炬系统进行燃烧处理，在产气量不大、对周边环境影响较小的情况下，可以根据废气排放标准采用高空排放的方式处理。当膜下气体压力达到一定压力时，膜上安装的安全阀会及时工作，将气体及时排出，将覆盖膜内压力降到安全范围，从而保证膜盖系统安全。

节点锚固系统是指采用独立式或者半独立式的锚固沟将柔性密闭系统在调节池四周进行锚固，也包括利用尼龙绳和圆钉钢锚将配重管进行锚固，利用膜条焊接或射钉锚固进行集气花管或配重管之间的锚固。节点锚固系统的重点是柔性密闭系统的锚固沟锚固。

安全监测系统是指对调节池进行定期维护检修、定期清淤的需要的检查孔、对渗沥液进行取样监测的取样孔等设施，有效地保证工程安全，是一个完整的调节池浮动盖系统不可或缺的一部分。为方便人员上膜盖体检修、取样和保护膜盖体，可以在膜上设置由膜外包聚苯乙烯泡沫板组成的走道板，从边坡连接到雨水井、检查孔、安全阀等部位，并锚固一条尼龙绳，保证人员下边坡的安全。

2 厌氧屏障系统的施工

厌氧屏障系统的施工根据池内是否有水可分为“干法”和“湿法”两种。干法主要施工顺序为：集气管安装→浮力垫预制→覆盖膜铺设→浮力垫安装→配重管、雨水导排井、检修井、安全阀安装→走道板安装→覆盖膜、配重管锚固;“湿法”主要施工顺序为：集气管安装→浮力垫预制→分块覆盖膜铺设→浮力垫安装→牵引覆盖膜……分块覆盖膜铺设→浮力垫安装→牵引覆盖膜→配重管、雨水导排井、检修井、安全阀安装→走道板安装→覆盖膜、配重管锚固。下面分别以镇江某污水厂调蓄池和垃圾填埋场渗沥液调节池两项目为例对厌氧屏障系统的施工做介绍。

2.1 镇江某污水厂调蓄池覆盖工程

该污水处理厂位于长江江心一座岛上，与江对面两著名景区隔江相望。该污水处理厂调蓄池覆盖面积约30000 m2，单体覆盖面积属目前全国最大。该调蓄池为四边形，四条边的边长为191.1 m、140.7 m、166.8 m、148.9 m，边坡坡度为1：2.5，边坡高度为3.2 m（见图3）。该池为新建调蓄池，底部防渗结构已施工，池内无水，因此采用“干法”施工。该项目首先进行的是集气花管的安装和各种型号的浮力垫预制工作。集气花管安装在池四周平台上，采用膜带用射钉锚固在平台上，收集的气体采用高空排放的方式处理。设计时考虑该池面积较大，为使调节池中沼气能够顺畅排出，不形成气囊，本工程采用两条横向主排气道实现集气管的功能，并将浮动盖盖体划分为3个部分。覆盖膜施工时按这三个区域分区施工。膜覆盖施工时，应按区域铺设，做好铺膜图，根据池形状和面积裁膜，并留足余量。该系统排气道由浮力垫F1（2.0 m×0.5 m×0.3 m）、浮力垫F2（1.0 m×0.5 m×0.3 m）、浮力垫F3（2.0 m×0.5 m×0.15 m）、浮力垫F4（1.0 m×0.5 m×0.2 m）组成，主排气道由浮力垫F1构成。浮力垫由1.0 mmHDPE膜五面外包聚苯乙烯泡沫板组成，安装时焊接在覆盖膜下面，每组两个，间距500 mm，形成排气通道。

膜覆盖完后进行的是配重系统、雨水导排系统、安全监测系统的施工。该项目中主要有四种类型的配重管：配重管G-1（dn250）、配重管G-2（dn225）、配重管G-3（dn200）、配重管G-4（dn160），每节管长3.0 m。配重管采用PE80级HDPE管，管中灌砂，两端用2.0 mmHDPE膜封堵。利用四种不同管径的配重管可以形成一定坡度的排水渠。施工中为了保护覆盖膜，在配重管与覆盖膜之间焊接一条0.8m宽通长的2.0 mmHDPE加强膜，每根配重管设两个固定点，并用0.2 m宽的2.0 mmHDPE膜带与加强膜焊接，配重管管间间距0.3～0.4 m，管间用2根0.2 m宽的2.0 mmHDPE膜带连接。全系统总共有6个雨水收集泵井，16个安全监测井。考虑以前安全监测井容易出现渗漏情况，故修改设计方案（图4）。

在以上工序施工完毕后，就进行覆盖膜锚固。因为新建调蓄池，最低液位为池底平面，直接在池周边挖800 mm×800 mm锚固沟，用素土回填压实锚固。配重管用尼龙绳与池边地锚连接锚固。

2.2 镇江某垃圾填埋场调节池覆盖工程

该垃圾填埋场位于长江河道边，与长江仅一路之隔，距离新开发市区2km左右。该垃圾填埋场调节池位于填埋库区西北角，占地面积约9500 m2，有效库容约5万多立方的调节池两座，分别为1#、2#池，1#调节池左侧宽55 m，中间宽56 m，长87 m;2#调节池右侧宽58 m，长77 m，基本为规则的四边形。其平面图见图5和图6。该调节池运营多年，运行稳定，因垃圾填埋場还在继续产渗沥液，无法将池内渗沥液排空，池边也有足够空间用于覆盖膜焊接，故采用“湿法”施工。

该项目集气花管安装在两池四周边坡上，采用200 mmHDPE膜条包裹，用射钉锚固在原有池周边预制板走道和道路上，两池集气花管分别接入dn250实壁集气总管，通过总管集中送至燃烧火炬系统燃烧处理。排气道由浮力垫F1（0.5 m×1.0 m×0.2 m）、浮力垫F2（0.5 m×1.0 m×0.15 m）组成。浮力垫提前预制。该项目的一个特色是覆盖膜的安装。因采用的是“湿法”施工工艺，因此对覆盖膜的制作要求非常高。第一块膜的制作很关键，第一块膜是牵引设备牵引绳悬挂受力点。需要在膜边缘一定长度间隔焊接一定宽度膜条包裹一根硬度较强的钢管，作为牵引绳的悬挂点。牵引设备采用3台0.5 t拉力的卷扬机（视池体面积和膜盖体重量确定），固定在池一边的道路上，作为牵引的动力源。卷扬机在工作时，应根据膜盖体前进情况自行调节，使膜盖体匀速在液面移动，防止褶皱变形。在拉膜盖体时，第一块膜边缘容易进水。该项目处理此问题的方法是，在第一块膜边缘包裹一根dn≥200 mm的薄壁波纹管，两端封堵，这样可使膜盖体边缘在水上漂浮，也不至于水进入膜表面造成牵引的困难，为增加浮力，可以在边缘每隔一定间距焊接一块浮力垫，在膜覆盖玩后再拆除。每块膜浮力系统安装完后再与上一块膜焊接起来，再牵引下水，直至整个池面覆盖完毕。应该注意一点的是，“湿法”施工对于膜焊接质量要求非常高，不能出现膜下水后发生渗漏情况，因此在每块膜浮力系统安装完成，与上一块膜焊接后，都要进行焊缝、补丁的密实性检测，检测不合格严禁下水，以保证工程质量。

该项目的另一个特色和难点是1#调节池泵房处的膜覆盖施工。1#池左侧有一座泵房，吸水钢架自岸边延伸至池中5.0 m，直接采用1#池做法在此处有困难。该项目的一个做法是，根据现场测量，确定由两块膜竖向下水，膜开口然后焊接一个“U”型浮力垫圈（由2层0.5 m×1.0 m×0.2 m聚乙烯泡沫板外包2.0 mmHDPE膜构成），再横向拉让“U”型浮力垫圈与吸水钢架吻合。另一块水中的膜边缘竖向安装一条浮力垫，膜上加焊一块1.0 m宽的膜。其他水面施工和2号池一样，最后将加焊的膜与后施工的覆盖体在水面施工焊接，从而连成一个整体。

配重系统、雨水导排系统、安全监测系统的安装同上一个调蓄池项目基本一样，因为该项目产沼气量较大，特别是夏天，若沼气排放不及时，会造成膜面凸起，故每个池安装2个安全阀，紧急情况时可以将多余气体排出，保证系统运行安全。“湿法”施工另一个要注意的问题是覆盖膜的锚固。“湿法”施工的最低点一般不是在池底，应根据运行规律，在确定最低水位后，以最低水位所在的平面作为柔性密闭系统的膜底结构，在此时情况下进行膜锚固，并预留一定伸缩余量。锚固沟用C20素砼锚固，配重管用尼龙绳与池边地锚连接锚固。

2.3 其他施工方法

其他施工方法还是“湿法”施工，是在液面搭设浮桥，操作人员在浮桥上进行膜铺设施工。该方法成本相对较高，浮桥上操作人员安全是一大问题，因此该方法应用较少，可视具体情况而采用这种方法。

3 结语

厌氧屏障系统各子系统功能完备，能很好的起到防止臭气逸散、雨污分流、防止蒸发等作用，对于节能减排、环境保护要求愈加严格的今天，其应用的领域和范围将更加广泛。在以后发展过程中，要注重完善各项设计，灵活采用各种施工方法，加强后期的运行、维护、检测等工作，以使其持续有效的发挥作用。

参考文献

[1]曾越祥，郭东升，王嵩.污水池HDPE膜浮动覆盖技术研究[J].设计与施工，2005，33-35.

[2]张超平，罗鹏，黄中林.固体废弃物填埋场调节池的浮盖技术[J].环境工程，2007，25（2）：61-62.

[3]曾宪坤.垃圾填埋场渗沥液调节池的覆盖设计与施工[J].有色冶金设计与研究，2006，27（6）：56-59.

[4]王永新，逯洪波，何继伟.HDPE土工膜在大型调蓄水池中的应用[J].河南水利与南水北调，2011（24）：5-7.

收稿日期：2019-04-29

作者简介：黄志亮，硕士，研究方向为固体废物处理与处置。