垃圾填埋场渗漏分析及防渗修复处理措施

王青龙，杨 星

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川成都 610072）

0 前 言

随着我国城镇化水平提高，城镇人口逐年增加，截至2017年末，我国大陆总人口13.90亿，其中城镇常住人口8.13亿，占比为58.49%，这给城镇生活环境带来了极大的压力，尤其是城镇生活垃圾的处理。伴随城市化进程，城市生活垃圾逐年增加，2013年，202个大中城市生活垃圾生产量为16 979万t，2017年达到了20 194万t，平均年增长率为5.7%。2013～2017年全国大中城市生活垃圾产生情况见图1。

图1 2013～2017年全国大中城市生活垃圾生产情况

我国城市生活垃圾无害化处理的方式主要有三种：卫生填埋、垃圾堆肥和垃圾焚烧。仅2017年，全国城市生活垃圾无害化处理量为21 034万t，其中卫生填埋量为12 038万t，占比约为57%；焚烧量为8 463万t，占比约为40%；其他无害化处理量占比仅为3%。目前我国城市垃圾处理还是以卫生填埋为主。2009～2017年我国城市生活垃圾无害化处理量结构分布见图2。由图2可见，目前我国城市生活垃圾无害化处理仍以卫生填埋为主。

据不完全统计，截至2017年我国共有1 000余座填埋场，虽然垃圾焚烧技术已经取得了突破，但近5年内，每年还将以超过50座新建填埋场的速度增长。垃圾填埋场在运行过程中常会出现渗漏、漫流和垮塌等情况，这将对环境和社会造成极大的影响，其中又以垃圾填埋场渗漏为主，因此垃圾填埋场防渗系统成了填埋场的关键环节，直接关系填埋场是否能够正常运行。

图2 2009～2017年我国城市生活垃圾无害化处理量结构分布

1 垃圾填埋场常见渗漏类型及原因分析

垃圾填埋场防渗系统是由在填埋场库区及四周边坡上构筑渗滤液防渗屏障所选用的各种材料组成的体系。垃圾填埋场防渗系统中的核心防渗结构类型，主要分为单层衬里防渗结构、双层衬里防渗结构和复合衬里防渗结构三种结构型式。

垃圾填埋场常见的渗漏类型主要有垃圾拦挡坝的渗漏、库底渗漏、库坡渗漏等类型。

1.1 垃圾拦挡坝渗漏

由于垃圾拦挡坝以土坝、石渣坝以及土工材料复合型坝为主，并且拦挡坝常位于填埋场的较低位置，这样拦挡坝的坝前常常是渗滤液汇集区。对于垃圾拦挡坝的防渗结构常布置在上游坝坡面（均质土坝除外），并采用以HDPE膜+GCL膨润土毯的复合衬里结构为主。

由于上游坝坡的防渗结构与库底和库坡防渗结构搭接位置较多，施工工序多且复杂，再加上一般的过坝管线（地下水导排管、渗滤液导排管等）等因素，从而会影响拦挡坝防渗的可靠性。在垃圾填埋过程中，尖锐的垃圾物品以及垃圾卸载、摊铺不规范操作等原因，也会导致拦挡坝上游防渗结构损坏。拦挡坝防渗结构损坏后，渗漏主要出现在下游坝坡的中下部及坡脚部位。

1.2 库底渗漏

库底防渗结构的作用是将垃圾及渗滤液与下部地下水导流层和基础层彻底隔离开，地下水在防渗层下自由流动，且不被垃圾渗滤液污染，为了提高填埋场的防渗可靠性，常采用双层衬里和复合衬里防渗结构。

库底防渗结构一旦出现破损，就会出现渗漏通道，垃圾渗滤液沿着渗漏通道流向地下水导流层，污染地下水。这样，地下水就必须通过污水处理达到排放标准后才能排出，这将增加污水处理的负荷和成本。造成库底渗漏的原因主要有三种，其一是填埋场垃圾堆体稳定化过程中，因垃圾降解速率不同，容易产生局部不均匀沉降，导致库底防渗结构被撕破或刺穿；其二是填埋场运行过程中，对入场废物运输、卸车、摊铺、压实和覆盖等作业操作不规范，过于接近防渗结构，造成防渗结构破损；其三是库底在施工防渗结构时，存在施工质量缺陷。库底出现渗漏常表现为地下水被污染，因此库底的地下水成为垃圾填埋场运行好坏的“晴雨表”。

1.3 库坡渗漏

垃圾填埋场的库坡是将填埋的垃圾围起来，对填埋的垃圾起到侧向支撑的作用，垃圾在降解过程中产生的垃圾渗滤液沿着库坡流入库底，汇集到拦挡坝坝前，在通过渗滤液导排管到污水处理中心。因此库坡的防渗结构也是将垃圾和渗滤液直接跟基础层隔离开，使基础层不被污染，也不污染地下水。鉴于库坡的施工方便且可靠，库坡常采用复合衬里防渗结构中的GCL+HDPE膜结构型式。

库坡渗漏一般表现形式为地下水被污染或库坡的另一侧有渗滤液渗出，这样对垃圾填埋场周边环境也带来极大影响。造成库坡渗漏主要有两个原因，其一是生活垃圾中含有玻璃、陶瓷等尖锐物品，在堆填过程中，容易刺穿库坡防渗结构；其二是由于库坡的防渗结构在堆填垃圾前一直是临空的，时间一长导致防渗结构脱离基础层。鉴于库坡防渗结构出现破坏的原因，应加强对库坡防渗结构的表面保护（在防渗结构面上堆码袋装土）和上部锚固可靠性检测。

2 某垃圾填埋场防渗系统修复

2.1 工程概况

某城市生活垃圾填埋场三面环山，距嘉陵江江边约1 000 m，该工程服务年限为按20年（2014～2033年）进行设计，平均垃圾处理规模为350 t／d，渗滤液处理120 m3／d，卫生填埋场总库容为330万m3。根据《城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准》（建标124-2009），确定本填埋场建设规模为Ⅲ类。该工程主要包含有场填埋库区、调节池、渗滤液处理区和管理区，通过填埋场内道路相互连接。填埋库区建有防渗系统、渗滤液收集系统、地下水导排系统、气体导排系统、垃圾拦挡坝和环库截洪沟等。

该工程于2014年6月开工，2016年9月底基本竣工并投入试运营，使用近6个月，处理垃圾约7万t，先期堆放的垃圾靠近填埋场垃圾坝，最大填埋高度和垃圾坝坝顶高程相近。2017年2月，大坝外侧底部及垃圾坝下游坝坡及左岸边坡出现渗漏。

从坝后地下水监测井和地下水导排管取样检测结果反映：水质有轻度污染。随后经连续检测的COD持续上升，3月达到240 mg／L，填埋场附近的地下水已被垃圾渗滤液污染，严重影响了垃圾填埋场的正常运行。

2.2 应急处理

为减少受污染地下水的污水处理量，同时避免渗滤液进一步扩散污染地下水，应以“减少受污染的地下水来源，防止污染源的扩散”为应急处理原则。从源头上减少库区地下水，在库区沟口的位置各布置一口，将未被污染的地下水直接抽排至库岸的截水沟，通过自流排出。为能够将垃圾拦挡坝下游侧受污染的地下水收集起来，以免向下游进一步扩散，在垃圾坝下游靠左右两岸的区域设置两口集水井。集水井的位置见图3，集水井的竖向断面尺寸见图4。

2.3 防渗修复设计

2.3.1 防渗修复方案比选

针对垃圾填埋场渗漏情况，以“安全、可靠”为修复处理原则，旨在彻底解决防渗系统的渗漏问题， 笔者提出了两个防渗修复处理方案，详见表1。

图3 应急处理抽排井平面布置示意

图4 应急处理抽排井竖向剖面（单位：mm）

表1 防渗修复方案必选

根据现有渗漏情况和垃圾填埋场防渗可靠的原则，为彻底解决防渗缺陷，不留隐患，因此防渗修复处理方案采用转场治理修复方案。

2.3.2 填埋场防渗处理方案

根据填埋场的渗漏情况，填埋场的防渗修复包括垃圾拦挡坝上游坝坡面的防渗修复方案、填埋场场底防渗修复方案。

（1）垃圾拦挡坝防渗修复处理方案。造成渗滤液从坝体渗出，推测垃圾拦挡坝上游坡面的防渗层出现破坏或存在渗漏缺陷。考虑到垃圾拦挡前缘为库底最低位置，运行时将成为渗滤液主要汇集区，为了彻底解决填埋场渗滤液渗漏问题，最终确定重做垃圾拦挡坝上游坡面的防渗结构，并对部分结构进行了优化和改进。

为加强对垃圾拦挡坝上游坡面与库底防渗系统的连接可靠性，将坝前库底压实黏土沿着上游坝坡面延伸至垃圾坝上游坝面第一级马道（高程405.00 m），垃圾坝上游坡面的防渗黏土层顶（高程405.00 m）水平宽度为1 m，底宽为3 m，再在防渗黏土层上依次增加2 mm厚HDPE膜、600 g／m2长丝针刺无纺土工布、30 cm厚沙袋；对高程405.00 m以上坝体结构上游面依次增加600 g／m2长丝针刺无纺土工布、4 800 g／m2GCL膨润土毯、2 mm厚 HDPE膜、600 g／m2长丝针刺无纺土工布、30 cm厚沙袋，具体结构详见图5。

垃圾拦挡坝修复技术要求：①黏土防渗层要求不含碎石、块石，压实后渗透系数小于10-7cm／s，按照碾压后压实度不小于95%来进行控制；②垃圾拦挡坝土工膜应与库底及两岸库区防渗土工膜可靠连接，并预留适当褶皱以适应变形；③原结构中渗滤液收集管相应地向上游适当延伸，并与新建库底渗滤液收集管可靠连接。

图5 垃圾拦挡坝上游坝面防渗处理结构

（2）场底防渗修复处理方案。地下水导排系统位于填埋场的场底防渗系统之下，地下水导排水管水质污染，说明场底防渗系统存在渗漏缺陷。为了彻底排查防渗系统缺陷，工作人员对整个场底防渗系统进行了全面检查，发现场底的防渗系统缺陷主要表现为土工膜破损、土工膜接头撕裂以及膜下的防渗黏土层的渗透性不满足要求。

针对上述缺陷，仅发现小部分的土工膜破损或接头撕裂的防渗层，只需对其破损的土工膜或者接头进行修补（见图6）。土工膜的修补原则有：①修补土工膜时用来补洞或修补裂缝的材料，一定要与土工膜一致，而且补丁范围比需要修补的地方大，至少超过损坏边界15 cm，在填埋场底部，若土工膜裂口超过卷材宽度的10%，须将损坏的部分切除，然后将两土工膜连接；若在坡面上，裂口超过卷材宽度的10%，须将该卷土工膜移出，并用新的一卷替换；②在需修补土工膜的下面铺一层GCL，GCL至少超过损坏边界30 cm；③修补土工膜时必须采用热连接，并严格控制以保证土工膜补片和土工膜紧密结合；④每个修补完好的土工膜需要及时进行充气检测，检测合格后才能进行覆盖。

对于场底防渗黏土层的渗透性不满足的较大区域，在现有库底结构之上新增可靠防渗结构，新增防渗结构详见图7。新增防渗结构主要包含（自下而上）有200 g／m2长丝针刺无纺土工布、750 mm防渗黏土层、2 mm厚HDPE膜、600 g／m2长丝针刺无纺土工布、300 mm厚卵石导流层和200 g／m2长丝针刺无纺土工布。

图6 小范围修补好的土工膜示意

图7 库底新增防渗结构示意

场底防渗修复技术要求：①对于库底道路两侧的冲沟，采用砂砾石回填并人工夯实，对于整个库底采用砂砾石（最大粒径不大于100 mm，粒径小于5 mm的颗粒含量为30%～50%）按照一定坡度进行压实找平，砂砾石按照相对密度大于0.75且压实度不小于93%压实标准进行控制；②防渗层要求不含碎石、块石，压实后渗透系数小于10-7cm／s，按照碾压后压实度不小于95%来进行控制；③应加强对重做场底防渗层的边界与原防渗层结构搭接部位的质量控制。

2.3.3 防渗系统修复后填埋场的面貌

垃圾填埋场垃圾拦挡坝上游坝坡防渗系统修复后的面貌见图8，垃圾填埋场库底与库坡修复后的面貌见图9。

图8 垃圾拦挡坝上游坝坡防渗修复后面貌

图9 垃圾填埋场库底与库坡修复后的面貌

2.4 防渗系统修复后水质监测结果

防渗系统修复处理后，拦挡坝下游侧的监测井中的地下水变清澈了，通过取样进行水质检测，检测结果详见表2。

表2 监测井中的地下水水质检测结果（2019年3月15日）

由表2可知，各项指标均满足《地下水质量标准》（GB／T14848-2017）中“表1”Ⅲ类标准，反映防渗修复处理效果良好。

3 结 语

我国生活垃圾无害化处理仍以卫生填埋为主，卫生填埋量约占总处理量的60%，垃圾填埋场一旦出现渗漏、漫流和垮塌等破坏，将对周边环境带来严重影响。垃圾填埋场的渗漏类型主要表现为拦挡坝渗漏、库底渗漏和库坡渗漏三种形式，渗漏产生的主要原因归结于防渗结构施工质量存在缺陷和运行管理的不规范。结合工程实例中垃圾填埋场的渗漏情况，以“安全、可靠、彻底解决渗漏问题”为修复原则，通过方案比选最终确定重做填埋场防渗系统的修复方案。防渗系统经修复处理后，地下水水质检测结果表明各项指标均满足地下水Ⅲ类标准，防渗修复处理效果良好，该修复处理措施可为类似工程提供借鉴和参考。