騰發(fā)覆蓋層—存量垃圾場中場覆蓋的新方式

尚振燃

摘要：隨著我國城市的發(fā)展，人均垃圾產(chǎn)量不斷上升。由于處理設(shè)施能力不足，垃圾圍城現(xiàn)象日益嚴(yán)重。大量非工程填埋的生活垃圾（存量垃圾場）亟需進(jìn)行原位穩(wěn)定減量。垃圾的含水量過高嚴(yán)重影響垃圾的穩(wěn)定化?，F(xiàn)有四層封場結(jié)構(gòu)不利于水分排除且存在造價(jià)高，浪費(fèi)土資源，延長穩(wěn)定周期，容易失效等幾個(gè)問題。相比之下，騰發(fā)覆蓋層（毛細(xì)阻滯型）價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡單且能促進(jìn)垃圾堆體內(nèi)產(chǎn)物循環(huán)加速垃圾降解。黑龍江省肇源縣新老垃圾場的工程實(shí)例可為佐證。騰發(fā)覆蓋層（毛細(xì)阻滯型）在我國擁有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：生活垃圾，衛(wèi)生填埋，垃圾穩(wěn)定化，騰發(fā)覆蓋，終場覆蓋，存量垃圾場

一、引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人民生活水平不斷提高。城市居民人均垃圾產(chǎn)量也在不斷增加，在2012年，我國城市居民人均垃圾清運(yùn)量已達(dá)1.12kg/人.天。相比歐美發(fā)達(dá)國家，這一數(shù)值仍有上升的空間。

截至目前，我國生活垃圾無害化處理仍以衛(wèi)生填埋為主。

我國垃圾為生填埋技術(shù)發(fā)展較晚，直至20實(shí)際80年代初，我國城市垃圾處理還是以露天填埋為主。直至1991年，我國才建造了首個(gè)大型山谷型垃圾衛(wèi)生填埋場---杭州天子嶺垃圾處理廠。由于設(shè)施處理能力不足，仍有大量垃圾在填坑或堆放，這制造了大量為工程填埋的存量垃圾。我國存量垃圾場多數(shù)是依照自然地形簡單填埋，對環(huán)境危害大，占地面積大，加劇了“垃圾圍城”的問題。同時(shí)，存量垃圾場處理困難，異地搬遷可能性較小，存量垃圾場原位穩(wěn)定減量勢在必行。

二、垃圾穩(wěn)定化

1）定義

穩(wěn)定化狀態(tài)是指垃圾場內(nèi)垃圾的可降解有機(jī)組分達(dá)到礦化，垃圾層基本無氣體產(chǎn)生，場地表面自然沉降停止。垃圾場達(dá)到穩(wěn)定化狀態(tài)時(shí)，其對環(huán)境的影響將降至最低，垃圾場土地也可以被重新利用。

2）影響因素

垃圾場可以被視為一個(gè)巨大的生物反應(yīng)器，影響因素很多，主要影響因素歸納如下：

·垃圾成分：我國生活垃圾以餐廚垃圾為主，屬于可快速降解有機(jī)物，但也增加了存量垃圾場的危害程度。

· 垃圾含水率：微生物的生長代謝過程中水是必不可少的，同時(shí)也影響了垃圾的后續(xù)處理。

· 垃圾場操作方式：包括填埋，壓實(shí)以及表面覆蓋情況。

· 垃圾場地氣象條件：溫度，濕度對垃圾影響較大。

· 微生物群落：從垃圾進(jìn)場、覆蓋到穩(wěn)定化整個(gè)過程中，好氧菌、真菌、兼性厭氧菌、專性厭氧水解和發(fā)酵性菌等在垃圾場內(nèi)共存，共生，可加速垃圾降解及穩(wěn)定性。

對垃圾穩(wěn)定化的評價(jià)一般也是從這五個(gè)方面進(jìn)行的，這其中垃圾含水率是阻礙垃圾資源回收與處理處置的重要因素陳朱蕾等人研究表明 ，降低含水率可以提高發(fā)熱量，從而提高焚燒效率。Norbu等人的研究表明，含水率在篩分過程起非常重要的作用，含水率為68%和61%的篩分效果差異很大 。

水分去除有2種基本的途徑：

①垃圾進(jìn)行水解發(fā)酵，使垃圾中生物質(zhì)組分的細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，田間含水率下降，水分由重力排出

②垃圾進(jìn)行好氧發(fā)酵，通過生物質(zhì)組分降解，既提高垃圾的水勢，又產(chǎn)生熱量驅(qū)動水分蒸發(fā)。在黃文雄 等人進(jìn)行的試驗(yàn)中，未見有滲瀝液從垃圾基底流出，可以認(rèn)為垃圾好氧發(fā)酵為垃圾水分喪失的主要途徑。

三、傳統(tǒng)垃圾覆蓋層及其弊端

根據(jù)我國現(xiàn)行《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范》（GB50869-2013）的推薦，垃圾填埋場封場覆蓋結(jié)構(gòu)包括排氣層、防滲層、排水層、植被層四級結(jié)構(gòu)（見圖2），其中的防滲層采用壓實(shí)粘土或土工膜復(fù)合結(jié)構(gòu)。由于單獨(dú)粘土壓實(shí)難度大、受下層垃圾變性影響易開裂及粘土來源困難，絕大多數(shù)垃圾場封場采用土工膜復(fù)合構(gòu)造，這種封場覆蓋結(jié)構(gòu)存在四個(gè)主要問題：

投資高：僅材料費(fèi)就達(dá)到100元/m2，總投資約200元/m2；

浪費(fèi)土資源。上層植被層需采用50cm營養(yǎng)土，排氣層和排水層均為30cm砂礫，土資源使用量大、來源困難；

延長垃圾穩(wěn)定周期。由于有嚴(yán)密的防滲層阻擋，垃圾堆體與大氣基本隔絕，使垃圾堆體形成了封閉的空間，只能靠厭氧降解，穩(wěn)定期長達(dá)幾十年，且垃圾體內(nèi)水分不易排出。

防滲結(jié)構(gòu)易損壞。受內(nèi)部變形和外界因素影響，防滲膜易損壞，導(dǎo)致封場失效。

四、滕發(fā)覆蓋層

1.原理

基于水分儲存-釋放原理的替代型土質(zhì)覆蓋層從20世紀(jì)90年代歐美國家開始研究和實(shí)踐，國內(nèi)學(xué)者稱之為騰發(fā)型土質(zhì)覆蓋層簡稱，簡稱目前主要包括單一型和毛細(xì)阻滯型兩種。

2.類型

單一型土質(zhì)覆蓋層主要由粉性、砂性等細(xì)粒土和植被組成，其工作原理與吸水海綿類似：降雨時(shí)段細(xì)粒土發(fā)揮儲水作用將自然降雨吸納存儲，非降雨時(shí)段通過地表蒸發(fā)和植物蒸騰釋放排空水分而恢復(fù)儲水能力，通過合理設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)水分的動態(tài)循環(huán)和平衡而實(shí)現(xiàn)防滲功能。土質(zhì)覆蓋層往往可就地取材，其造價(jià)一般低于復(fù)合型覆蓋層，更重要的是它由天然非脹縮土料組成，具有良好的耐久性。

毛細(xì)阻滯型騰發(fā)覆蓋層則依靠由上下土層的孔隙率差別（下層大于上層），毛細(xì)屏障，起到了良好的阻水作用。Dwyer得出的研究結(jié)論是，在干旱和半干旱地區(qū)騰發(fā)覆蓋能蒸騰耗散降雨入滲量的99%。目前美國在垃圾填埋場封場上已廣泛采用騰發(fā)覆蓋技術(shù)，可見，垃圾填埋場采用騰發(fā)覆蓋技術(shù)是成熟的。根據(jù)詹良通等人的計(jì)算，在中國西北，要達(dá)到相當(dāng)?shù)淖杷c騰發(fā)效果，單一黃土覆蓋層的厚度需要達(dá)到0.5-2m。相較于單一性土質(zhì)覆蓋層，毛細(xì)阻滯型騰發(fā)覆蓋層成本更低。

五、騰發(fā)覆蓋封場結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與建造

1）植被層

植被層需選擇持水量大、利于植物生長的土質(zhì)，根據(jù)土壤學(xué)水分運(yùn)動研究，植被層土質(zhì)優(yōu)先選用中壤土。

王康等人對壤土的分析研究表明，土壤持水主要集中在上部20cm處，其中，降雨量20mm時(shí)，10cm持水量占99%，入滲深度12.6cm；降雨量40mm時(shí)，20cm持水量占90%，入滲深度32.8cm；降雨量60mm時(shí)，30cm持水量占85%，入滲深度59.5cm。從試驗(yàn)采用的降雨強(qiáng)度看，20mm屬于中到大雨范疇，40mm和60mm均屬于大到暴雨。垃圾填埋場封場時(shí)會進(jìn)行坡度整形來排除雨水，并在周邊設(shè)置必要的排水管渠，因此相當(dāng)大的雨量都被排走?？紤]到在北方地區(qū)，降雨中大雨多為陣雨及土壤下滲潤濕規(guī)律，降雨強(qiáng)度越大，表面排泄的就越多，因此覆蓋層設(shè)計(jì)考慮20mm降雨強(qiáng)度足以滿足要求。再考慮到垃圾層內(nèi)需要一定的水量保持生物正常生長和促進(jìn)生物層向下蔓延，同時(shí)考慮到灌木植物生長的需要，植被層設(shè)計(jì)厚度采用50cm。植被則應(yīng)選用當(dāng)?shù)貎?yōu)勢物種。endprint

2）土工布

為了更好的保證毛細(xì)作用不因上下土層級配而破壞，在植被層和垃圾層之間設(shè)置土工布

3）粗粒土層：

用以維持毛細(xì)屏障，并為垃圾層水份上升提供通道。

4）垃圾層

騰發(fā)覆蓋本質(zhì)是服務(wù)于垃圾生物降解的附屬結(jié)構(gòu)，為了更好的發(fā)揮騰發(fā)覆蓋層的作用，應(yīng)對垃圾層進(jìn)行翻拋。在翻拋過程中，垃圾層孔隙度得到了改變，通氣能力增強(qiáng)有助于加強(qiáng)垃圾堆產(chǎn)物循環(huán)來提高降解速度。

5）附屬設(shè)施

①輸氣管

騰發(fā)層覆蓋后生物層處于缺氧狀態(tài)，為了保證生物菌初期的生長繁殖，需要設(shè)輸氧系統(tǒng)。

輸氧系統(tǒng)主要靠自然導(dǎo)氣，包括利用原有的滲瀝液導(dǎo)排管自下向上導(dǎo)氣，同時(shí)利用導(dǎo)氣石籠及在覆蓋層表面設(shè)置一定密度的豎向穿孔管自上向下導(dǎo)氣。

②排水系統(tǒng)

垃圾堆體表面按5—10%坡度整形，距離較短的可直接坡向周邊截洪溝，距離較長的可形成封閉的排水區(qū)，在最低點(diǎn)用管道將雨水導(dǎo)出至截洪溝。整形后的坡腳集水線宜敷設(shè)U形槽。

六、工程實(shí)例

2014年2月，黑龍江省住建廳對肇源縣新老垃圾場進(jìn)行了改造，并設(shè)置了生態(tài)封場設(shè)施。即在垃圾層上部鋪裝20cm的營養(yǎng)土作為植被層，植被以當(dāng)?shù)氐木G化草和灌木為主，意圖通過植物蒸騰作用來排除自然降雨給植被層帶來的水份。肇源縣新老垃圾場現(xiàn)已成為一片休閑綠地，沒有新的滲瀝液產(chǎn)生。肇源縣新老垃圾場處理成本為30元/m2

在本文所參考文獻(xiàn)中，實(shí)驗(yàn)也未見有新滲瀝液產(chǎn)生vi。

七、結(jié)論

綜上所述，垃圾填埋場騰發(fā)覆蓋層利用土層蓄水、利用植物和土壤騰發(fā)抽空蓄水層水分，在干旱和半干旱地區(qū)起到了良好的阻止雨水下滲作用，是合理可靠的滲瀝液控制技術(shù)。理論完備，實(shí)踐眾多，是成熟可靠的技術(shù)。它同時(shí)具有構(gòu)造簡單、造價(jià)低、容易實(shí)施的特點(diǎn)。在我國擁有廣泛的應(yīng)用前景。

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