平原地區(qū)生活垃圾填埋場設置防雷設施的必要性探討

陳 潔，李 悅

（天津市生活垃圾處理中心，天津 300100）

1 平原地區(qū)生活垃圾衛(wèi)生填埋場易產生雷電災害

由于生活垃圾衛(wèi)生填埋場選址通常在人口密度低、土地利用價值低且充分利用天然的地形，位于夏季主導風下風向，距人畜棲居地500 m以外，因此平原地區(qū)生活垃圾衛(wèi)生填埋場的占地面積通常較開闊，地勢較為空曠，生活垃圾填埋場的最終堆體高度通常高于周圍環(huán)境。

垃圾填埋氣體是衛(wèi)生填埋場的降解產物之一，其主要成分為甲烷，據國內外測試，填埋氣體中的甲烷含量一般為50%～70%。這種氣體不僅影響環(huán)境質量而且易燃易爆。填埋氣體與空氣混合，甲烷濃度達到5%～15%時遇火即會爆炸，國內外由于填埋氣體的聚集和遷移引起的爆炸和火災事故時有發(fā)生，因此要求填埋氣體應設置導排系統(tǒng)，使填埋氣體有序遷移，減少填埋場發(fā)生爆炸和火災的危險。一般垃圾填埋場都按照相關技術規(guī)范要求建立填埋氣體有組織排放系統(tǒng)或采取散逸排空處理。典型的做法是相隔適當距離設置填埋氣收集排放管（或石籠）。填埋氣體在收集排放管中的濃度一般較高，因填埋氣管會高出填埋作業(yè)面，對于平原地區(qū)垃圾填埋場由于高濃度的垃圾填埋氣體導電性能良好，在雷云電場下容易形成上行先導，從而易導致雷擊放電起火、爆炸的危險。

生活垃圾填埋場為一年四季全天候運行的生產單位，在垃圾填埋作業(yè)過程中，除使用推土機、壓實機、挖掘機、裝載機等機械設備外，還有一定數(shù)量的工作人員在填埋現(xiàn)場作業(yè)。填埋場生產運行過程中將根據填埋場規(guī)模、日接納生活垃圾數(shù)量、全年填埋作業(yè)計劃同時開設若干個分散作業(yè)面，在無雷擊防護設備條件下，填埋作業(yè)面一旦落雷，必將對作業(yè)現(xiàn)場的人員安全和設備設施正常運行造成危害。夏季通常是雷雨季節(jié)，降雨量相對集中，填埋區(qū)作業(yè)的臨時路修筑難度較大，夏季也是生活垃圾的高產季節(jié)，填埋運行需同時開設多個分散作業(yè)面，以保證進入填埋場的生活垃圾全部衛(wèi)生填埋，雷雨季節(jié)填埋區(qū)遭遇雷電災害的風險更大。

因雷暴導致的雷擊災害突發(fā)性強，危害極大。雷暴常伴有暴雨、大風、冰雹，故往往發(fā)生綜合災害。雷暴的日變化不很明顯，全天任何時候都出現(xiàn)過，午后發(fā)生雷暴次數(shù)多一些，其中尤以13時最多。以天津地區(qū)為例，每年的初雷暴日一般在4月，也有發(fā)生在更早的紀錄。終雷暴日一般在10月，最遲至11月。

2 雷電的危害

雷電的危害性主要表現(xiàn)在雷電放電時所產生的各種物理效應，具有很大的破壞力，按其破壞機制可分為電效應、熱效應、電磁效應和機械效應。對于平原地區(qū)生活垃圾填埋場雷電的主要威脅是直擊雷和地滾雷。

直擊雷指雷電直接擊在建筑物上，它的高電壓和大電流產生的電磁效應、熱效應和機械效應會造成許多危害。如使房屋倒塌、煙囪崩毀，引起森林起火、油庫、火藥庫爆炸，造成飛行事故、戶外的人畜傷亡等。

地滾雷，即球形雷，其危害也不容忽視。球形雷是一種橙色或紅色的類似火焰的發(fā)光球體，偶爾也有黃色、藍色或綠色的。大多數(shù)火球的直徑為10～100 cm。球形雷多在強雷暴時空中閃電最頻繁的時候出現(xiàn)。球形雷通常沿水平方向以1～2 m/s的速度上下滾動，有時距地面0.5～1.0 m，有時升起2～3 m。它在空中漂游的時間可由幾秒到幾分鐘。球形雷常由建筑物的孔洞、煙囪或開著的門窗進入室內，有時也通過不接地的門窗鐵絲網進入室內。最常見的是沿大樹滾下進入建筑物并伴有嘶嘶聲。球形雷有時自然爆炸，有時遇到金屬管線而爆炸。球形雷遇到易燃物質則造成燃燒，遇到可爆炸的氣體或液體則造成更大的爆炸。有的球形雷會不留痕跡地無聲消失，但大多數(shù)均伴有爆炸聲且響聲震耳。爆炸后偶爾有硫磺、臭氧或二氧化碳氣味。球形雷火球可輻射出大量的熱能，因此它的燒傷力比破壞力要大。

3 平原地區(qū)生活垃圾衛(wèi)生填埋場防雷設施設置

現(xiàn)代防雷技術包括防止直接雷擊、防止和抑制雷電電磁脈沖2個方面，其作用就是令雷擊能量的安全泄放與轉換。單獨使用一種防雷保護措施不能有效解決垃圾填埋場遭遇雷擊問題，良好的防護應采取接閃、均壓、搭接、分流、屏蔽接地、布線等綜合防雷、電措施，全面防護雷電通過各種方式對填埋區(qū)、生產設備及建筑物造成的危害。

平原地區(qū)生活垃圾填埋場防雷系統(tǒng)可由球形雷防護系統(tǒng)和直擊雷防護系統(tǒng)2個部分組成。球形雷防護系統(tǒng)可在場區(qū)周邊設置防護網；直擊雷防護系統(tǒng)在填埋區(qū)內可考慮固定避雷針及與之相連的均壓等電位地網、移動式避雷針2個部分構成。

3.1 球形雷防護系統(tǒng)

為防止球形雷的侵入，可考慮在填埋場周界安裝金屬隔離網，金屬隔離網應高出地面2 m。金屬隔離網網格最小直徑應不大于8 cm，每隔10 m用直徑50 mm鍍鋅鋼管垂直固定，鍍鋅鋼管地上部分2 m，埋入地下部分1 m。地上部分與金屬隔離網焊接，形成閉合環(huán)繞的垃圾填埋場周界的金屬隔離網，達到防治球形雷侵入的目的。其作用主要是對球形雷進行攔截防止其進入場內造成危害，當然為增加金屬隔離高度和不影響場內總體布局，金屬隔離也可固定在填埋場圍墻上。

3.2 直擊雷防護系統(tǒng)

3.2.1 固定避雷針及均壓地網

平原地區(qū)填埋區(qū)填埋氣豎管可選擇固定避雷針保護填埋氣體因雷擊燃燒爆炸。

垃圾填埋場填埋區(qū)面積較大，并且垃圾填埋場下鋪設防滲透層，防止垃圾滲瀝液滲入地下污染環(huán)境，填埋場運行期間防滲透層應保護完好，不得滲漏，應重點保護。宜選用固定避雷針保護沼氣豎管，防止沼氣因遭雷擊而燃燒爆炸。檢測資料顯示填埋氣豎管附近距管口5 m處甲烷氣濃度（體積比）近于零，可考慮距每個沼氣豎管3 m處安裝固定避雷針，并以沼氣豎管管口為圓心，根據所需保護范圍半徑計算避雷針的高度和引下線抗沖擊電阻的阻值。

由于避雷針需要安裝在垃圾堆體中，并且不能破壞防滲透層，宜采用垂砣式底座，底座可由鋼筋水泥制成半圓球體（或四方體），以防止避雷針穿透防滲層，并使避雷針在垃圾堆體中保持垂直穩(wěn)定狀態(tài)?？紤]到隨著垃圾填埋作業(yè)的不斷進行，垃圾堆體不斷升高，可選用能延伸的避雷針端口，在堆體部分不改變的情況下，每次延伸2 m，直至垃圾填埋封場。為防止填埋氣體在獨立避雷針周圍區(qū)域泄露，在避雷針底座直徑1 m的范圍內宜采用凈土壓實處理，根據需要選擇適用的不銹鋼板材做防護。

接地系統(tǒng)是整體雷電防護體系中最重要的組成部分，在垃圾填埋場區(qū)內鋪設等電位連接網，考慮到垃圾填埋場面積較大，根據需要可考慮垃圾填埋場以每大約30 m見方為一個單元格，在鋪設初期，考慮垃圾填埋作業(yè)中垃圾壓實機對接地網的影響，除將各個節(jié)點焊接牢固外，網的連接宜采用機械鉆孔加銅螺栓固定的連接方式，并在每個連接點宜用多股銅線進行縱向或橫向跨接作為緩沖，這樣即使焊點松動也可以保證等電位連接網的完整。填埋氣收集排放管（或石籠）附近配置固定式弗蘭克林避雷針，固定式避雷針與等電位連接網相連接，意在場內遇雷擊時通過避雷針泄流等電位網以保證填埋氣排放管不被引燃引爆，同時保護場內作業(yè)人員及設備安全。各個避雷針應接到等電位連接帶上。由于等電位連接網需埋在垃圾堆內，而垃圾滲瀝液有強腐蝕性，故銅線應噴涂導電防腐涂料。施工后要及時夯實回填，不應影響填埋生產作業(yè)。

3.2.2 移動式避雷針

垃圾填埋場需要全天候作業(yè)，遇雷雨天氣工作人員及機械設備的安全成為棘手問題。為保證填埋作業(yè)現(xiàn)場作業(yè)面內設備、人員的安全，應配置移動式避雷針，便于在填埋作業(yè)面內自由移動，避雷針高度應高于15 m，引下線抗沖擊電阻小于10Ω。根據垃圾填埋場內各個填埋單元的面積計算，如果使用單根避雷針保護，針高應為20 m?？紤]填埋作業(yè)不可能完全固定在一個填埋單元內，故宜采用多根移動式避雷針以擴大地面保護范圍。移動式避雷針宜采用液壓聯(lián)動裝置升高，底座采用可牽引拖車，要求拖車有一定的重量，保證避雷針豎起時的抗風穩(wěn)定性，另外由于垃圾堆體相對松軟，拖車輪胎應采用多組寬胎，并設置腳支撐架。移動避雷針可通過與固定避雷針的聯(lián)接實現(xiàn)臨時接地，移動式避雷針升起后宜采用多股銅線與就近的預留接地端子或固定避雷針可靠連接，并加絕緣護套處理。

4 問題與建議

由于垃圾填埋場填埋區(qū)內填埋氣體排放管縱橫交錯，導電性能良好，在雷雨天氣時，雷電災害極易發(fā)生。對于繁多復雜的地理環(huán)境、現(xiàn)場情況，采取何種防雷設施，是今后垃圾填埋場長期研究試驗的課題。氣象觀測是了解垃圾填埋場小氣候的基礎工作，建立一套行之有效的觀測規(guī)范對今后進一步建立和完善生活垃圾填埋場有效預防和避免雷電災害的工作不可或缺。

在垃圾填埋場可考慮設立一個大氣電場儀，監(jiān)測15 km范圍內的大氣電場的變化，可以提供20～30 min的預警時間，提示在危險地帶作業(yè)的人員緊急撤離至安全地帶或啟動防雷裝置，達到最有效的避雷，預防事故的發(fā)生。