生活垃圾衛(wèi)生填埋場雨污分流治理探討

王 洋，齊長青，羅 彬，金 晶

（北京高能時代環(huán)境技術(shù)股份有限公司，北京 100095）

生活垃圾填埋場作為現(xiàn)階段城市生活垃圾主要處理設(shè)施之一，實(shí)現(xiàn)了城市居民生活垃圾的有效處理，但由于運(yùn)營經(jīng)費(fèi)緊張、運(yùn)營作業(yè)人員缺乏專業(yè)知識、場地自身?xiàng)l件特點(diǎn)等原因，導(dǎo)致我國部分填埋場存在防滲系統(tǒng)破損、填埋氣體導(dǎo)排不暢、滲瀝液收集導(dǎo)排設(shè)施淤堵失效、雨污混流、堆體水位過高，引起堆體滑坡等一系列的問題［1］。特別是雨污混流問題十分普遍，我國部分填埋場在運(yùn)營過程中未采取有效的雨污分流措施，使得垃圾暴露于外界環(huán)境中，當(dāng)出現(xiàn)較大降雨時，進(jìn)入庫區(qū)內(nèi)部的雨水成為滲瀝液，造成滲瀝液產(chǎn)生量劇增，大量滲瀝液積存于調(diào)節(jié)池和填埋庫區(qū)內(nèi)部，從而導(dǎo)致庫區(qū)內(nèi)堆體水位過高，安全系數(shù)降低，調(diào)節(jié)池也存在滿溢風(fēng)險，環(huán)境問題及安全問題凸顯［2］。因此，填埋場運(yùn)營過程中必須采取有效的雨污分流措施。本研究以湖南省某垃圾填埋場雨污分流治理項(xiàng)目為例，對生活垃圾填埋場雨污分流實(shí)施要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

1 項(xiàng)目概況

湖南省某生活垃圾填埋場（以下稱該填埋場）屬于山谷型垃圾填埋場，總用地面積約19 hm2，總庫容3.96×106m3。一期工程占地面積9.704 hm2，庫容7.79×105m3，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為150 t/d，服務(wù)年限為9.4 a。二期工程占地面積9.275 hm2，庫容3.182×106m3，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為300 t/d，服務(wù)年限為23.5 a。一期工程于2011 年開始運(yùn)行，實(shí)際處理規(guī)模約150 t/d，已堆填垃圾量約3.28×105m3，垃圾堆體深度約15 m。

由于該填埋場作業(yè)過程中未按照規(guī)范要求采取中間覆蓋系統(tǒng)進(jìn)行雨污分流，導(dǎo)致填埋場存在以下問題：①雖然部分區(qū)域采用黏土覆蓋+植被綠化進(jìn)行了中間覆蓋，但由于整體滲透系數(shù)較高，且未設(shè)置有效排水坡度，導(dǎo)致雨污分流效果有限，庫區(qū)內(nèi)部分區(qū)域已積存少量滲瀝液。當(dāng)出現(xiàn)降雨天氣時，場區(qū)周邊地表水及庫區(qū)內(nèi)范圍的降雨進(jìn)入垃圾堆體，造成庫區(qū)內(nèi)滲瀝液產(chǎn)生量增加，情況嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)滲瀝液外溢至周邊道路的情況。②該填埋場最初設(shè)計(jì)有導(dǎo)氣石籠，但由于現(xiàn)場運(yùn)營管理人員缺乏專業(yè)運(yùn)營管理知識，后期填埋作業(yè)過程中并未按照國家規(guī)范要求進(jìn)行接高，導(dǎo)致垃圾堆體中填埋氣體無法得到有效導(dǎo)排，填埋氣體長期聚集于垃圾堆體中，存在較大的安全隱患。

2 總體思路

垃圾填埋場滲瀝液主要來自進(jìn)入垃圾堆體的雨水及垃圾堆體中自身降解所產(chǎn)生的滲瀝液。雨污分流系統(tǒng)的主要目的是隔絕雨水和滲瀝液，有效實(shí)現(xiàn)庫區(qū)內(nèi)雨水的收集導(dǎo)排。

該填埋場庫區(qū)內(nèi)垃圾堆填面積約2.5×104m2，部分區(qū)域采用黏土覆蓋+植被綠化進(jìn)行了中間覆蓋，但雨污分流效果有限，庫區(qū)內(nèi)部分區(qū)域已積存有少量滲瀝液。為了有效實(shí)現(xiàn)場區(qū)內(nèi)雨水的收集導(dǎo)排，降低場區(qū)內(nèi)滲瀝液產(chǎn)生量，本項(xiàng)目采用滲透系數(shù)較低、防滲效果較好的高密度聚乙烯（HDPE） 土工膜作為中間覆蓋系統(tǒng)的主要防滲材料，另外在堆體整形過程中保證堆體頂部不小于2%的排水坡度，并沿垃圾堆體坡腳預(yù)留坡度不小于0.5%的雨水導(dǎo)排通道，確保庫區(qū)內(nèi)膜上雨水順利導(dǎo)排至周邊排水通道，降低進(jìn)入垃圾堆體內(nèi)部的雨水，從而達(dá)到降低滲瀝液產(chǎn)生量的目的。雨污分流總平面布置見圖1。

圖1 雨污分流總平面布置示意

填埋氣體長期聚集于垃圾堆體內(nèi)得不到有效收集導(dǎo)排，可能存在堆體自燃或爆炸的安全隱患，為了降低填埋氣體對場區(qū)安全的影響，本方案在庫區(qū)內(nèi)新建導(dǎo)氣石籠和臨時氣體導(dǎo)排設(shè)施實(shí)現(xiàn)填埋氣體的導(dǎo)排。

3 實(shí)施方案

3.1 HDPE 膜中間覆蓋

3.1.1 堆體整形

首先按照GB 51220—2017 生活垃圾衛(wèi)生填埋場封場技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行堆體整形，使其滿足鋪膜的要求：表面無積水，無尖銳突出的凹凸不平部位，無不均勻沉降造成的裂縫、溝坎、空洞，并形成雨水導(dǎo)排坡度。

3.1.2 中間覆蓋材料選擇

本填埋場采用1.0 mm 雙光面HDPE 土工膜作為雨污分流防滲材料，防滲膜底部采用200 mm 壓實(shí)黏土作為保護(hù)層。

HDPE 土工膜特點(diǎn)：①具有很強(qiáng)的防滲性能，滲透系數(shù)達(dá)到10-12cm/s；②化學(xué)穩(wěn)定性好，具有較強(qiáng)的抗腐蝕性能，耐酸、堿及抗老化能力；③機(jī)械強(qiáng)度高，具有較強(qiáng)的彈性，其屈服延展率為13%，當(dāng)延展率達(dá)到700%以上時發(fā)生斷裂；④已經(jīng)開發(fā)了配套的施工焊接方法，技術(shù)成熟，便于施工；⑤氣候適應(yīng)性強(qiáng)，耐低溫；⑥與黏土具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，共同構(gòu)成防滲結(jié)構(gòu)層，可增加防滲性能；⑦性能價格比較合理。

為了確保雨污分流防滲結(jié)構(gòu)的效果，1.0 mm HDPE 土工膜性能應(yīng)滿足CJ/T 234—2006 生活垃圾填埋場用高密度聚乙烯土工膜指標(biāo)要求。

3.1.3 HDPE 土工膜鋪設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

如何做好庫區(qū)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部位HDPE 土工膜的鋪設(shè)施工是影響填埋雨污分流效果的重要因素，而本項(xiàng)目根據(jù)庫區(qū)不同區(qū)域垃圾堆體特點(diǎn)采取了不同的HDPE 土工膜鋪設(shè)方案，確保雨污分流的有效性。

北側(cè)垃圾堆體的堆填高度均接近于原中間錨固平臺，該側(cè)垃圾堆體經(jīng)整形之后，HDPE 膜沿堆體整形坡度鋪設(shè)至坡腳與邊坡原有防滲系統(tǒng)中的HDPE 膜進(jìn)行焊接，使其在垃圾堆體坡腳處形成雨水導(dǎo)排通道，便于膜上雨水導(dǎo)排，同時避免坡腳以上雨水通過膜間縫隙進(jìn)入垃圾堆體。HDPE 土工膜鋪設(shè)示意見圖2。

圖2 北側(cè)覆蓋膜鋪設(shè)示意

西側(cè)垃圾堆體的堆填高度稍低于中間錨固溝，而高于西側(cè)堆體約15 m 的原庫區(qū)頂部作為新填埋作業(yè)區(qū)，已堆填有部分垃圾，考慮到后期運(yùn)營過程中便于新作業(yè)區(qū)垃圾堆體中滲瀝液導(dǎo)排，在該側(cè)垃圾堆體上設(shè)置黏土壩，壩高0.5 m，壩頂寬0.5 m，邊坡坡比1∶1，HDPE 土工膜鋪設(shè)至壩頂之后并不與庫底原有防滲膜焊接成為一體，自然搭接于黏土壩外側(cè)，壩頂采用預(yù)制塊或廢舊輪胎壓制，確保覆蓋膜的穩(wěn)定性，一方面實(shí)現(xiàn)庫區(qū)內(nèi)部垃圾堆體的雨污分流，另一方面為新作業(yè)區(qū)垃圾堆體中所產(chǎn)生的滲瀝液預(yù)留導(dǎo)排通道。西側(cè)垃圾堆體HDPE 土工膜鋪設(shè)示意見圖3。

圖3 西側(cè)覆蓋膜鋪設(shè)示意

西南側(cè)垃圾堆填高度已超過中間錨固溝，為了便于該側(cè)膜上雨水的順利導(dǎo)排，該側(cè)HDPE 膜與庫區(qū)原HDPE 膜焊接成為整體，并在堆體坡腳處預(yù)留排水通道，確保西南側(cè)垃圾堆體所收集的雨水能夠順利向南側(cè)導(dǎo)排。西南側(cè)HDPE 土工膜鋪設(shè)示意見圖4。

圖4 西南側(cè)HDPE 土工膜鋪設(shè)示意

南側(cè)垃圾堆體已采用黏土進(jìn)行中間覆蓋，并已種綠植，該區(qū)域清表后進(jìn)行整形，確保雨水導(dǎo)排坡度。另外南側(cè)堆體設(shè)置有混凝土擋墻，HDPE土工膜沿堆體鋪設(shè)至混凝土擋墻外側(cè)，采用扁鋼+膨脹螺栓進(jìn)行錨固，南側(cè)HDPE 土工膜鋪設(shè)示意見圖5。

圖5 南側(cè)覆蓋膜鋪設(shè)示意

東側(cè)垃圾堆體高度基本與周邊路面齊平，為了便于膜上雨水順利導(dǎo)排至排水溝，堆體表面HDPE 土工膜順坡鋪設(shè)至排水溝內(nèi)，并采用預(yù)制塊或廢棄輪胎進(jìn)行壓制，保證防滲系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，東側(cè)HDPE 土工膜鋪設(shè)示意見圖6。

圖6 東側(cè)HDPE 土工膜鋪設(shè)示意

另外為了避免雨污分流系統(tǒng)中HDPE 土工膜受大風(fēng)影響，出現(xiàn)土工膜被掀起撕裂的情況，同時也為了場區(qū)的整潔美觀，在土工膜上采用預(yù)制塊（或廢棄輪胎） 進(jìn)行壓制，預(yù)制塊（或廢棄輪胎） 橫向間距3 m，縱向間距2 m，預(yù)制塊（或廢棄輪胎） 之間采用尼龍繩進(jìn)行連接。

3.2 氣體導(dǎo)排方案

為了有效實(shí)現(xiàn)HDPE 土工膜下填埋氣體的導(dǎo)排，避免運(yùn)營過程中出現(xiàn)垃圾堆體中填埋氣體聚集，難以得到有效導(dǎo)排的情況，在庫區(qū)內(nèi)新建導(dǎo)氣石籠和臨時氣體導(dǎo)排設(shè)施，見圖7。為了確保管穿膜部位防滲結(jié)構(gòu)的完整性，采用管靴工藝對管穿膜部位進(jìn)行處理，其中管靴上部與導(dǎo)氣管采用擠壓焊接進(jìn)行連接，管靴下部與HDPE 覆蓋膜同樣采用擠壓焊接進(jìn)行連接，同時為了降低堆體沉降對管穿膜節(jié)點(diǎn)的影響，在管靴制作過程中考慮沉降變形的影響，材料預(yù)留一定伸縮變形寬度，確保堆體沉降對管道周邊HDPE 覆蓋膜及導(dǎo)氣管的變形影響最小。

圖7 氣體導(dǎo)排設(shè)施結(jié)構(gòu)

4 雨污分流治理建議

4.1 選擇適宜的防滲材料

現(xiàn)階段雨污分流中所常用的防滲材料主要有壓實(shí)黏土及HDPE 土工膜。HDPE 土工膜與壓實(shí)黏土相比具備優(yōu)良的防滲效果，其與庫區(qū)原有防滲系統(tǒng)中的HDPE 土工膜焊接成為一體，使得HDPE土工膜能夠有效實(shí)現(xiàn)雨水同垃圾堆體的隔離；同時HDPE 土工膜材料厚度較薄，其作為雨污分流系統(tǒng)的防滲材料所占用的填埋庫容可以忽略。另外HDPE 土工膜具有一定的重復(fù)利用性。因此在填埋場雨污分流系統(tǒng)中的防滲材料建議選擇HDPE土工膜。

4.2 設(shè)置雨水導(dǎo)排坡度

堆體整形過程中必須預(yù)留雨水導(dǎo)排通道，且必須根據(jù)庫區(qū)地形設(shè)置排水坡度，確保防滲結(jié)構(gòu)上所收集的雨水能夠順利導(dǎo)排至庫區(qū)內(nèi)部雨水收集點(diǎn)或外側(cè)排水溝。

4.3 有效利用地形地勢及現(xiàn)有設(shè)施

根據(jù)填埋場堆填情況及現(xiàn)有設(shè)施情況，進(jìn)行雨污分流系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以有效利用堆體的現(xiàn)狀地勢，設(shè)計(jì)庫區(qū)整體雨水導(dǎo)排方向，利用已有中間錨固溝及排水溝作為雨水導(dǎo)排通道，減少工程實(shí)施中工作內(nèi)容及工程量，降低工程投入。

4.4 應(yīng)做好填埋氣體導(dǎo)排措施

由于HDPE 土工膜具備極好的防滲效果，堆體內(nèi)填埋氣體難以透過HDPE 土工膜得到有效導(dǎo)排，從而使得堆體內(nèi)填埋氣體長期聚集，庫區(qū)內(nèi)易出現(xiàn)氣包現(xiàn)象，存在較大的安全隱患。因此在雨污分流設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮設(shè)置填埋氣體導(dǎo)排設(shè)施，有效實(shí)現(xiàn)覆蓋膜下填埋氣體的收集導(dǎo)排。

4.5 確保雨污分流系統(tǒng)的穩(wěn)定性

HDPE 土工膜厚度較薄、質(zhì)量較輕，為了避免大風(fēng)天氣對雨污分流系統(tǒng)中的HDPE 土工膜造成掀起撕裂破壞，影響雨污分流系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在HDPE 土工膜上采用廢舊輪胎或預(yù)制塊進(jìn)行壓制，廢舊輪胎和預(yù)制塊之間采用尼龍繩連接，既能確保雨污分流系統(tǒng)的長期有效性，又使得庫區(qū)更為整潔美觀。

5 結(jié)論

良好的雨污分流措施能夠有效實(shí)現(xiàn)雨水及污水分離，降低滲瀝液產(chǎn)生量，使堆體內(nèi)滲瀝液水位長期保持在安全水位線以下，同時還能減輕滲瀝液調(diào)節(jié)池儲存壓力及滲瀝液處理站的處理壓力，降低填埋場運(yùn)行成本。因此填埋場雨污分流對于填埋場運(yùn)營管理至關(guān)重要。而在填埋場雨污分流治理中應(yīng)選擇適宜的防滲材料，利用現(xiàn)有地形和設(shè)施，設(shè)置有效的雨水導(dǎo)排通道，同時做好庫區(qū)內(nèi)填埋氣體導(dǎo)排和覆蓋系統(tǒng)的安全防護(hù)，確保雨污分流的安全性和有效性。