某山谷型非正規(guī)垃圾堆放場生態(tài)封場治理技術(shù)

吳亮亮，李 昊，王 瓊，龔雪剛，孫 偉，潘翰林

(礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160)

非正規(guī)垃圾填埋場是指未經(jīng)土地用地、規(guī)劃、立項(xiàng)、環(huán)境保護(hù)等方面審批，并未按垃圾衛(wèi)生填埋場建設(shè)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)的垃圾填埋場[1-2]。其主要的危害包括土地資源浪費(fèi)、有機(jī)物、重金屬、病原微生物多重污染、填埋氣體污染、甲烷燃燒爆炸風(fēng)險(xiǎn)以及土壤、地下水污染風(fēng)險(xiǎn)[3-4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，“十二五”期間，全國實(shí)施非正規(guī)填埋場或堆場治理項(xiàng)目1 882個(gè)，其中改造項(xiàng)目503個(gè)，原位封場項(xiàng)目802個(gè)[1]。在已治理的非正規(guī)垃圾填埋場中，規(guī)模小于1.0×105t 的占治理總數(shù)的59%，規(guī)模在1.0×105～2.0×105t 的占治理總數(shù)的13%，規(guī)模超過1.0×106t的僅占治理總數(shù)的6%[1-2]?！丁笆濉比珖擎?zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》中提出“對(duì)因歷史原因形成的非正規(guī)生活垃圾堆放點(diǎn)、不達(dá)標(biāo)生活垃圾處理設(shè)施以及庫容飽和的填埋場進(jìn)行治理，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求”[5-6]。因此，對(duì)由于歷史原因形成的大量非正規(guī)垃圾堆放場的治理迫在眉睫。

目前國內(nèi)外對(duì)非正規(guī)垃圾堆放點(diǎn)的治理技術(shù)，分為生態(tài)封場技術(shù)、垃圾篩分資源化利用技術(shù)、好氧加速穩(wěn)定化技術(shù)、異地搬遷填埋，各治理技術(shù)比較見表1。

表1 各治理技術(shù)綜合比選表Table 1 Comprehensive comparison and selection of various treatment technologies

生態(tài)封場技術(shù)[7-8]通過對(duì)垃圾堆體進(jìn)行必要的整形和覆蓋，修筑平臺(tái)，構(gòu)建截排水設(shè)施，對(duì)滲濾液進(jìn)行收集和處理，并建設(shè)填埋氣體導(dǎo)排系統(tǒng)，最終達(dá)到消除垃圾堆體的安全隱患和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，但同時(shí)原位治理需要垃圾堆體區(qū)域底部存在一定厚度相對(duì)不透水或者弱透水層，下游不透水層埋深不能太深。

垃圾篩分資源化利用技術(shù)[9]是將已有垃圾堆體開挖后利用機(jī)械設(shè)備對(duì)垃圾進(jìn)行篩分，根據(jù)物料中各組分密度、顆粒大小、磁化率和光電性質(zhì)等方面的差異將物料分成性質(zhì)相近的若干類，例如輕質(zhì)篩上物、無機(jī)骨料、腐殖土及金屬等。

好氧加速穩(wěn)定化技術(shù)通過在填埋堆體中埋設(shè)注氣井、注液井和抽氣井，將空氣注入垃圾堆體，并將收集的滲濾液和其它液體回注至垃圾堆體，使堆體中的有機(jī)物在適宜的含氧量、溫度、濕度條件下，經(jīng)好氧微生物的作用快速降解，生成以CO2為主要成分的填埋氣體，通過抽氣風(fēng)機(jī)從抽氣井中抽出，經(jīng)氣水分離器后進(jìn)入尾氣處理設(shè)施，處理達(dá)標(biāo)后排放。

異地搬遷[10-11]是指將垃圾運(yùn)至標(biāo)準(zhǔn)的生活垃圾衛(wèi)生填埋場進(jìn)行衛(wèi)生填埋，以達(dá)到徹底消除污染的目的。

本文以某山谷型非正規(guī)垃圾堆放場生態(tài)封場治理工程為例，分析該項(xiàng)目的污染特征，并對(duì)治理技術(shù)路線進(jìn)行了比選，提出工程實(shí)施技術(shù)參數(shù)和要點(diǎn)，以期為非正規(guī)垃圾堆放場生態(tài)封場治理提供借鑒。

1 項(xiàng)目概況

1.1 基本概況

該非正規(guī)垃圾堆放場位于江西省德興市，占地面積1.25萬m2，垃圾堆存量12.04萬m3，從2004年前后開始陸續(xù)傾倒形成，以生活垃圾為主，夾雜少量建筑垃圾、其他垃圾。垃圾堆體通過道路直接傾倒形成，高差約40 m，邊坡傾角局部可達(dá)到60o～65o，垃圾堆體下游是某生產(chǎn)企業(yè)尾礦庫，下游邊界距離尾礦庫庫尾澄清水區(qū)水平距離約100 m。

1.2 污染現(xiàn)狀

垃圾堆放場無任何防滲、封存措施，導(dǎo)致填埋場周邊出現(xiàn)明顯惡臭，現(xiàn)場踏勘時(shí)發(fā)現(xiàn)垃圾堆體底部有少量滲濾液流出，滲濾液沿著溝谷流入某生產(chǎn)企業(yè)尾礦庫庫尾。

根據(jù)《場地環(huán)境調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則》(HJ25.1—2019)、《生活垃圾填埋場環(huán)境監(jiān)測技術(shù)要求》(GB/T18772—2017)等對(duì)垃圾堆放場地進(jìn)行場地調(diào)查并取樣分析：1)通過對(duì)垃圾堆周邊土壤取樣調(diào)查，土壤中重金屬和有機(jī)物含量等因子均滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 36600—2018)要求，說明垃圾堆未對(duì)周邊土壤環(huán)境產(chǎn)生明顯不利影響；2)通過對(duì)垃圾堆下游滲濾液取樣調(diào)查，化學(xué)需氧量、氨氮、總磷、錳指標(biāo)超過《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—2017)限值要求，分別超標(biāo)0.17、0.13、8、7.75倍，說明垃圾堆放場對(duì)周邊環(huán)境存在污染隱患。

1.3 水文工程地質(zhì)情況

根據(jù)垃圾堆放場工程地質(zhì)勘察報(bào)告，該場地處于一低山的腰部，場地區(qū)巖土層自上而下由①雜填土(生活垃圾)、②粉質(zhì)黏土、③1強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)千枚巖、③2中風(fēng)化凝灰質(zhì)千枚巖組成，現(xiàn)場試驗(yàn)揭露，①雜填土(生活垃圾)屬強(qiáng)透水層，②粉質(zhì)黏土屬微透水層、③1強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)千枚巖屬弱透水層，③2中風(fēng)化凝灰質(zhì)千枚巖屬微透水層。調(diào)查及區(qū)域資料未發(fā)現(xiàn)斷裂或?qū)ǖ来┻^場區(qū)分水嶺，聯(lián)通垃圾場外側(cè)，場區(qū)為一小的獨(dú)立水文單元，地下水及地表水徑流方向主要由后緣山頂及兩山脊向溝谷方向匯集，沿沖溝方面由西至東向溝谷排泄。

2 治理技術(shù)選擇

本非正規(guī)垃圾堆放場地底部地質(zhì)條件較好，未對(duì)周邊環(huán)境造成污染，僅在溝谷方向存在擴(kuò)散的可能性，綜合考慮采用生態(tài)化封場技術(shù)進(jìn)行治理，即采用“垂直截滲+攔擋壩+堆場覆蓋封閉系統(tǒng)”使該垃圾堆體周圍形成一個(gè)完全封閉的獨(dú)立區(qū)域，阻止垃圾堆體以及其他固體廢棄物產(chǎn)生的滲濾液以及污染物通過地下水和地表徑流向下游及周圍擴(kuò)散，滿足規(guī)范要求，并最終將垃圾堆放場建設(shè)成為綠地公園。

3 生態(tài)封場治理技術(shù)方案

3.1 垂直截滲工程

根據(jù)工勘報(bào)告，并結(jié)合場地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，本場地沒有其他滲漏通道，唯一滲漏路徑為沿場地基底向尾礦庫下游入滲，場地中風(fēng)化凝灰質(zhì)千枚巖滲透系數(shù)達(dá)到10-7cm/s，本次設(shè)計(jì)防滲型式采用壩下垂直帷幕灌漿的形式，通過防滲帷幕深入中風(fēng)化凝灰質(zhì)千枚巖底層不小于2 m，以達(dá)到垂直截滲的目的。

3.2 攔擋壩建設(shè)

原非正規(guī)簡易垃圾堆放場主要依靠西南和西北山體攔擋傾倒的垃圾，東面沒有構(gòu)筑攔擋壩進(jìn)行有效攔截，未能形成有效庫區(qū)，在進(jìn)行原位生態(tài)封場工程時(shí)，需在垃圾堆放場下游溝谷出口位置設(shè)置一座攔擋壩，壩下進(jìn)行帷幕灌漿，形成封閉的填埋區(qū)。

攔擋壩壩頂寬度為3 m，壩高25 m，下游邊坡坡比為1∶2，上游邊坡坡比為1∶1，壩型為碾壓土石壩，地下防滲帷幕通過混凝土墊層與礫石土碾壓區(qū)中的HDPE土工膜防滲心墻相接。HDPE膜通過錨固槽與兩岸山體連接，錨固槽深度不小于80 cm，寬度80 cm。壩基選用強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)千枚巖為壩基持力層，清基范圍至壩基輪廓線外擴(kuò)2 m，地基承載力不低于300 kPa。壩肩開挖應(yīng)清除表面植被層，腐殖質(zhì)層，覆蓋層至強(qiáng)風(fēng)化灰質(zhì)千枚巖。攔擋壩上游邊坡護(hù)坡結(jié)構(gòu)從下到上∶4 800 g/m2GCL+1.5 mm HDPE土工膜+7 mm厚復(fù)合排水網(wǎng)，下游邊坡結(jié)構(gòu)從下到上：4 800 g/m2GCL+1.5 mm HDPE土工膜+100 mm粗砂墊層+300 mm雷諾護(hù)墊護(hù)坡。

3.3 堆體加固整形

根據(jù)封場規(guī)范要求，填埋場封場工程應(yīng)評(píng)估垃圾堆體邊坡穩(wěn)定性，當(dāng)堆體邊坡坡度不符合穩(wěn)定性要求時(shí)應(yīng)對(duì)垃圾堆體進(jìn)行整治處理，滿足1∶3邊坡控制值，確保垃圾堆體邊坡穩(wěn)定。垃圾堆體整形每隔5 m設(shè)置一個(gè)平臺(tái)，平臺(tái)寬度3 m，每一級(jí)堆積平臺(tái)外坡坡比為1∶3，整形過程中，應(yīng)用推土機(jī)推平，采用專用壓實(shí)機(jī)進(jìn)行分層壓實(shí)，分層厚度不超過0.5 m，垃圾堆體的壓實(shí)密度不低于0.9 t/m3。

3.4 滲濾液收集與導(dǎo)排

由于非正規(guī)垃圾填埋場在建設(shè)時(shí)無滲濾液收集與導(dǎo)排設(shè)置，在進(jìn)行原位生態(tài)封場工程時(shí)，需建設(shè)壩前收集池、碎石導(dǎo)排盲溝、導(dǎo)氣石籠和滲濾液提升井，構(gòu)建立體導(dǎo)排系統(tǒng)，滲濾液通過碎石導(dǎo)排盲溝和導(dǎo)氣石籠匯集到壩前滲濾液收集池，再通過沿壩坡設(shè)置的DN800HDPE管內(nèi)提升泵定期提升到運(yùn)輸車輛，運(yùn)輸至污水處理站處理。

壩前滲濾液收集盲溝采用梯形斷面，斷面尺寸為：上底寬1.6 m，下底寬1.0 m，深0.3 m。盲溝內(nèi)采用粒徑20～80 mm的級(jí)配碎石填充，盲溝四周用200 g/m2無紡?fù)凉げ及鸱礊V作用。

導(dǎo)氣石籠井不僅能夠?qū)С隼洋w內(nèi)的垃圾氣體，還可把垃圾堆體內(nèi)部的大氣降雨及滲濾液迅速收集，導(dǎo)排至導(dǎo)流盲溝中，垂直導(dǎo)氣井直徑1 000 mm，中間集氣管采用直徑200 mm的HDPE多孔花管，孔采用條縫形孔，花管四周填充Ф20～80 mm的級(jí)配礫石(卵石)。

為了保證填埋區(qū)內(nèi)的滲濾液能順利排出及防止管道堵塞，針對(duì)本工程主要考慮運(yùn)行中的可操作性和維護(hù)費(fèi)用，在攔擋壩前滲濾液收集坑內(nèi)設(shè)置Φ830 mm HDPE提升井，井內(nèi)放置潛污泵，對(duì)產(chǎn)生的滲濾液進(jìn)行外抽，并運(yùn)輸?shù)剿幚碚具M(jìn)行處理。

3.5 填埋氣體收集與導(dǎo)排

目前填埋氣體綜合利用的方式主要有：1)填埋氣經(jīng)初步凈化以后送發(fā)電機(jī)組發(fā)電；2)將填埋氣體作燃料供鍋爐或工業(yè)窯爐使用；將填埋氣體經(jīng)過凈化處理后，達(dá)到或接近天然氣標(biāo)準(zhǔn)，再經(jīng)壓縮作為汽車的清潔燃料。該垃圾堆體成分種類多，產(chǎn)氣持續(xù)量較小，如發(fā)電上網(wǎng)，投資更大，很難收回投資，且增加運(yùn)行管理費(fèi)用；若將填埋氣體經(jīng)凈化處理后用來作為汽車燃料，凈化工藝較為復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用較高。因此，本工程不考慮填埋氣體利用，對(duì)氣體進(jìn)行收集、排出，在堆體周圍隨時(shí)監(jiān)測其產(chǎn)量、成分。

垃圾場垂直間距隔10 m設(shè)施垂直集氣井，集氣井水平間距30～35 m，集氣井深度10 m，在垃圾層頂鋪設(shè)排水網(wǎng)和水平集氣盲溝。垂直導(dǎo)氣井直徑1 000 mm，中間集氣管采用Φ200 mm的HDPE多孔花管，孔采用條縫形孔，花管四周填充Ф20～80 mm的級(jí)配礫石(卵石)。

3.6 封場覆蓋系統(tǒng)

根據(jù)《生活垃圾衛(wèi)生填埋場封場技術(shù)規(guī)程》(GB 51220—2017)對(duì)填埋場封場覆蓋系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)要求，封場覆蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由垃圾堆體表面至頂面順序應(yīng)為：排氣層、防滲層、排水層、植被層。

排氣層是為了排出生活垃圾內(nèi)有機(jī)質(zhì)降解產(chǎn)生的氣體，要有較高的滲透性，可采用碎石等顆粒材料或?qū)庑暂^好的土工網(wǎng)狀材料。垃圾堆體邊坡宜采用土工網(wǎng)狀材料作為排氣層。本工程排氣層采用碎石導(dǎo)排盲溝和7 mm厚土工復(fù)合排水網(wǎng)。

防滲層是封場覆蓋系統(tǒng)中最重要的部分，其作用是阻止雨水入滲至垃圾堆體和填埋氣溢出至大氣中污染環(huán)境。封場防滲層主要有以下三種形式：1)土工膜和壓實(shí)黏土；2)土工膜和土工合成黏土層(GCL)；3)壓實(shí)黏土。本項(xiàng)目垃圾堆體以生活垃圾為主，還存在部分建筑垃圾，為了防止將防滲層刺破，因此本次設(shè)計(jì)采用300 mm壓實(shí)黏土層+1.5 mm厚HDPE土工膜為最終的防滲層。

排水層對(duì)于邊坡穩(wěn)定的影響很重要，穿過生態(tài)恢復(fù)層的雨水必須通過排水層及時(shí)從頂部排走，排水層可采用粗?；蛲凉づ潘牧?，本工程排水層采用7.0 mm土工復(fù)合排水網(wǎng)。

植被層由營養(yǎng)植被層和覆蓋土層組成，營養(yǎng)土層的土質(zhì)材料應(yīng)利于植被生長，厚度不小于150 mm，且必須被壓實(shí)。覆蓋土層由壓實(shí)土層構(gòu)成，滲透系數(shù)應(yīng)大于1×10-4cm/s，厚度不小于450 mm。

綜上，生態(tài)封場覆蓋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層自下而上依次為：7 mm土工復(fù)合排水網(wǎng)、300黏土墊層、1.5 mm糙面HDPE土工膜、7.0 mm土工網(wǎng)復(fù)合土工織物排水層、450 mm覆蓋土層、150 mm植被土層，具體見圖1。

圖1 堆體覆蓋系統(tǒng)圖Fig.1 Reactor cover system diagram

3.7 生態(tài)恢復(fù)系統(tǒng)

垃圾堆放場地生態(tài)封場后一段時(shí)間內(nèi)仍會(huì)繼續(xù)沉降，不宜進(jìn)行大體量的景觀綠化設(shè)計(jì)，以免破壞覆蓋層，在滿足水土保持和生態(tài)恢復(fù)等要求的基礎(chǔ)上，考慮采用多種淺根系灌木和草本植物進(jìn)行綜合配置，建立豆本科一年生草本植被先行，以狗牙根、田菁、黑麥草和寬葉雀稗等草本植物為主。

垃圾堆體頂部平臺(tái)可進(jìn)行景觀設(shè)計(jì)，采用多種植物進(jìn)行綜合配置，建立本本科和豆本科一年生草本植被先行，快速復(fù)綠；通過植被根系微生物改良土壤，形成多層植物立體生態(tài)系統(tǒng)。喬灌草相結(jié)合，針葉常綠與落葉闊葉植物、一年生與多年生植物相結(jié)合，形成四季常綠植被景觀。

3.8 監(jiān)測系統(tǒng)

本工程需要加強(qiáng)對(duì)場址所在區(qū)域的地下水的檢測，根據(jù)場區(qū)地下水的流向，分別布設(shè)地下水監(jiān)測本底井1座、擴(kuò)散井2座、監(jiān)測井1座，監(jiān)測項(xiàng)目主要包括：pH、BOD5、CODcr、SS、DO、NH3-N、TKN、TP、TK、氮化物、細(xì)菌總數(shù)、大腸菌值。啟用后的第一年枯、豐、平水期各取樣一次，第二年以后枯、豐水期各取樣一次。

4 結(jié)論

1)工程實(shí)施后地下水監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：氨氮、總磷、化學(xué)需氧量和重金屬錳等特征因子均不超標(biāo)，對(duì)周邊環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)得到了有效控制。

2)垃圾堆放場生態(tài)恢復(fù)效果較好，頂部平臺(tái)進(jìn)行景觀園林設(shè)計(jì)，坡面采用淺根性植被類型，總體覆蓋度達(dá)到95%以上，區(qū)域環(huán)境有了較大的改善。

3)通過對(duì)非正規(guī)垃圾堆放場生態(tài)封場、垃圾篩分資源化利用、好氧加速穩(wěn)定化及異地搬遷等治理技術(shù)綜合比較，在場地地質(zhì)條件較好、周邊無環(huán)境敏感點(diǎn)等情況下，建議采取生態(tài)封場技術(shù)對(duì)非正規(guī)垃圾堆放場進(jìn)行治理，通過“垂直截滲+攔擋壩+堆體加固整形+滲濾液填埋氣收集與導(dǎo)排+封場覆蓋系統(tǒng)+生態(tài)恢復(fù)系統(tǒng)+監(jiān)測系統(tǒng)”工藝方案達(dá)到治理效果。本項(xiàng)目的成功實(shí)施，為我國非正規(guī)垃圾填埋場治理提供了借鑒。