1、威海市城市生活垃圾卫生填埋场渗滤液控制系统设计 提要: 对威海市城市生活垃圾卫生填埋场工程设计的渗滤液控制部分进行了总结，阐述了垃圾卫生填埋场渗滤液控制工程设计的基本原则和设计思路。 关键词: 卫生填埋场 渗滤液 工程 控制 威海市 1 渗滤液控制系统要素概述 卫生填埋技术是目前被广泛应用于城市生活垃圾处理的经济有效方法。在城市生活垃圾的卫生填埋过程中，会从垃圾层中渗出高浓度的有机废水，即渗滤液。对渗滤液水量变化规律的研究是卫生填埋场环境污染控制的重要内容，同时也是渗滤液处理工程规模确定的重要基础工程。渗滤液控制有两个方面的含义：一是渗滤液水质的控制；二是渗滤液水量的控制。本文重点讨论渗滤液水
2、量控制的工程实现。 渗滤液的产生来自三个方面 ：一是大气降雨和径流；二是原有垃圾中含有的水分；三是在垃圾填埋后，由于微生物的分解作用而产生的水。垃圾渗滤液的主要来源是降雨。渗滤液控制系统工程设计要素由以下 5 个方面构成，并应遵循以下优先次序：防止污染物向场外扩散、减少产生量、调节+安全回灌/回喷、场内预处理+城市污水厂处理、完全场内处理。 “防止污染物向场外扩散“的主要工程措施是设置垂直或水平防渗系统，目的在于从根本上控制渗滤液对周围环境的影响，不具有任何调节渗滤液水质、水量的功能。 “减少渗滤液产生量“的主要工程措施是最大限度实现清污分流，目的在于控制渗滤液的产生量，这是卫生填埋场设计中渗
3、滤液控制的首要原则 2 。 “调节+安全回灌/回喷“的主要目的是对渗滤液水质进行均化，并在一定程度上对已产生的渗滤液实现减量。 “场内预处理+城市污水厂处理“和“完全场内处理“则是减少渗滤液排放到环境中的污染物总量，是渗滤液水质控制的最终环节。 2 工程简介 威海市年平均气温 12；年平均降水量 768 mm；年集中降水时期为 69 月份；年均蒸发量 1718 mm 。威海市目前城区人口约 27 万。随着城市规模的不断扩大，威海市城市生活垃圾产生量也不断增加。据统计，到 2000 年城市生活垃圾达 300t/d。后双岛垃圾处理场是现在全市唯一的一座垃圾填埋场。因此建设新的垃圾卫生填埋场已迫在眉
4、睫。 经过选址论证，选定环翠区张村镇艾山红透山夼作为新建垃圾卫生填埋场场址。该场址位于威海市西南 17 km，场区总面积 32.4 万 m2；设计服务年限为 26 年。威海市垃圾卫生填埋场设计分为四个功能区：综合管理区、垃圾填埋区、预留渗滤液处理区和生化处理区。卫生填埋场设计内容包括截污坝、垃圾坝、截洪沟、渗滤液导排系统、垃圾气导排系统、渗滤液调节池、渗滤液预处理及回喷系统以及辅助的道路工程、给排水工程、供配电工程、绿化工程和环境监测设施等。以 60 m 等高线为界，填埋场作业分为一、二两期，具体场区布置见图 1。 图 1 填埋场场区平面布置 3 清污分流系统设计 垃圾卫生填埋场清污分流的工程
5、措施主要有两类：一类是在工程建设初期(垃圾未进场之前) 即设置人工的临时性或永久性雨水截排系统；另一类是在垃圾填埋作业过程中最大限度地减少作业面积，尽早实施局部封场。临时或永久性截排系统的设置要重点考虑填埋场场址与周围功能区的关系，确定合理的安全系数，适当设置场内雨水截流系统，最大限度地实现清污分流；而填埋作业的规划则要结合场区的地形特点，合理规划填埋分区和确定填埋作业形式。威海市垃圾卫生填埋场主要设置了场外截洪沟、场内截洪沟和雨水调蓄池三种形式的雨水截流系统；填埋作业形式则采用坑填作业和斜坡作业相结合的形式。分述如下。 3.1 场外截洪沟 本填埋场设置了全场封闭的场外截洪沟，总长度约 199
6、0 m，最高标高 90 m。由于本场的服务年限相对较长，场区下游有村民居住和少量工业厂房，截洪沟过流能力按 20 年一遇降水设计，50 年一遇降水校核。截洪沟采用钢筋混凝土结构形式，具有坚固耐久、体积小、施工工期短的优点。由于威海市年降雨量相对集中，预期截洪沟将会有较好的清污分流效果。 3.2 场内截洪沟 由于本场址地势相对较开阔，场区内地势起伏较大，在填埋区内，分布很多沟壑。因此，场内的截洪沟无法环场封闭。但在汇水面积较大的南北两侧山坡设置了两条独立的场内截洪沟，右岸部分长 150 m，左岸部分长 260 m。截洪沟采用钢筋混凝土结构形式。在一期填埋时，场内截洪沟起清污分流的作用；在二期填埋
7、时，上部加盖带有缝隙的钢筋混凝土板，外包土工布，作为辅助渗滤液集排管线。同时，封闭该段截洪沟尾部出水口，并接通备用管线，将渗滤液引向调节池。 3.3 场内调蓄 如上所述，本场址地势相对开阔，场区内地势起伏大，在填埋区内，分布很多沟壑，使场内的截洪沟无法环场封闭。为了最大限度实现清污分流，在沟壑集中分布的东北部和东南部增设两座简易压实土坝，这两座土坝的设置，可以有效拦蓄场区地势较高部分的地表径流。当进入雨季时，可设置临时潜污泵，将蓄积的雨水提升至截洪沟，排往场外。三种形式的雨水截流系统的设置，体现了“减少渗滤液产生量是卫生填埋场设计中渗滤液控制的首要原则 “的思想，为日后降低卫生填埋场的运行费用
8、打下了良好的基础。 3.4 填埋作业 垃圾卫生填埋场的作业形式主要有平面作业法、斜坡作业法、沟填法、坑填法和水中作业法等 3 。结合威海市垃圾卫生填埋场的地形特点，考虑渗滤液控制的需要，设计中采用坑填法和斜坡作业法相结合的混合作业法。在标高 60 m 以下的沟壑内，采用坑填法作业；标高 60 m 以上的区域，由垃圾坝作坡向上游填埋，采用斜坡作业法。由于标高60 m 以下的区域 2 年内即可填平，因此，填埋场主要作业形式是工作面很小的斜坡作业法，可及时进行局部封场，实现清污分流，有效减少渗滤液产生量。 4 防渗系统 4.1 工程地质概况及水文条件场区地层分布较为简单，由第四系及基岩组成。表层主要
9、为由残坡积和坡洪积组成的第四系粉土，粗砂砾等，沿沟谷岸坡呈带状分布，厚度 37 m 不等。基岩由变质岩和岩浆岩组成，岩性主要有：黑云片岩(属强风化带)一般 38 m，最大厚度 33.20 m；黑云变粒岩(大部分为中风化带)主要沿黑云片岩外围分布，最大控制厚度 25 m；大理岩上部裂隙较发育，下部岩石较完整，主要位于场区的东部，飘浮在花岗岩顶部，经钻孔控制，未穿过周围山脊，对场区稳定及防渗均无影响，最大厚度为 31.10 m;斜长角闪岩，岩石完整，坚硬致密，裂隙不发育，最大厚度 13.10 m；花岗岩，岩石完整，坚硬致密，裂隙不发育，属微风化，渗透系数为 5.51710 -7 7.0510 -8
10、 cm/s，透水性极弱，厚度在数十米以上。该层东、南、北三面垃圾场边缘向上隆起，海拔高度 80 m 以上，与自然地形相同，形成一个簸箕状谷地。 场区内断裂不发育，据地质报告，仅发现一条张性断裂带，经钻孔控制，对场区稳定无影响，对场区防渗亦无影响。场区内的地表水流源短、量少，大气降水除渗入地下补给地下水外，其它部分顺沟谷形成地表径流，径流过程中补给地下水。场区地下水可分为两类：一类是赋存于第四系中的孔隙潜水，地下水位埋深 0.711.50 m 左右；另一类是赋存于基岩中的裂隙水，地下水位埋深 0.6730.45 m。 对以上地质概况分析，可得出以下结论：场区最下层为完整的花岗岩，裂隙不发育，属微
11、风化。渗透系数为 5.51710-7 7.0510 -8cm/s，可用作填埋场的天然隔水层，具备建设垃圾卫生填埋场较好的条件。且本层分布同自然地形相同，形成一个簸箕状谷地。在谷口处建截渗设施，利用本层的不透水性，即可将垃圾产生的渗滤液封闭在场区内，防止对下游水体的污染。 4.2 截渗设施构成 为防止渗滤液外排污染周围环境，在垃圾坝下游设置截渗设施，主要由截污坝、截渗墙以及基岩帷幕灌浆组成。截污坝位于沟谷地段，两侧岸坡部分采用截渗墙，截污坝与截渗墙底部基岩均采用帷幕灌浆防渗。 4.2.1 截污坝及基岩帷幕灌浆 截污坝为混凝土重力坝。截污坝坝顶标高为 42.0 m，坝基需坐落在基岩上，坝底标高由现
12、场开挖情况确定。最后确定标高为 20 m，坝高 22 m；坝轴线长 45 m(含两侧过渡段各7.5 m)，坝顶宽 2.0 m；由于该坝处于调节池及下游小水库的中间，在运行过程中上下游变化水位有可能造成较大的水位差，影响坝体的抗倾覆稳定性，所以坝体的前后边坡均为10.5。为减少基础开挖，通过检算，坝体边坡 26 m 至 40 m 采用 10.5，以下则垂直到坝底。坝体分 3 个坝段，每段 15 m，坝段之间为双层止水带连接，并充填沥青油膏。坝体混凝土分区浇筑。基岩灌浆分坝基固结灌浆和水泥帷幕灌浆。坝基清基并浇筑 2 m 混凝土后进行固结灌浆，灌浆孔菱形布置，间距 6 m 左右。坝前设 3 m 宽
13、止水板，与坝体之间有止水带连接，止水板上进行水泥帷幕灌浆。灌浆孔分两排，孔距 1.5 m，排距 1.0 m，交错布置。为达到渗透系数的要求，施工时对不同灌浆材料反复试验，最后确定为双排湿磨细水泥灌浆夹单排化学灌浆。 4.2.2 截渗墙及基岩帷幕灌浆截污坝两侧岸坡第四系覆土及强风化层较厚，采用截渗墙防渗，基岩仍采用帷幕灌浆。考虑施工条件的限制，截渗墙采用开挖后现场浇筑混凝土的方法。截渗墙底部浇筑 3 m 宽的水泥混凝土压浆板，随即进行水泥帷幕灌浆(同截污坝部分)。截渗墙为 0.8 m 宽的素混凝土，底部逐渐放宽到 2 m，伸缩缝每隔 1015 m 设置一道，缝内设止水带。截渗墙顶标高控制在 42
14、 m(同截污坝)。截渗墙施工完毕后，两侧尽快均匀回填。 4.3 监控及其他在截污坝下游设置 2 口监测井，定期对整个防渗系统水质进行监测，如发现有渗漏现象，可采取如下补救措施。截污坝部分：由于止水板及水泥帷幕灌浆位于坝前，可进行补救灌浆；截渗墙部分：由截渗墙顶钻孔进行补救灌浆。 5 渗滤液调节、安全回灌/回喷系统 5.1 渗滤液调节池设计 填埋场渗滤液水质受垃圾成分的影响很大，有资料表明，国内填埋场垃圾渗滤液中COD，BOD 指标一般在数千 mg/L 到数万 mg/L 之间变化。另外，由于水文地质条件的差异，雨水时空分配不均匀等原因，渗滤液产生量也具有很大的变化。这些都不利于渗滤液处理设施的正
15、常运行。根据威海市垃圾卫生填埋场地貌及填埋场渗滤液水量水质情况，决定在垃圾坝和截污坝之间设置一座调节池。根据场址地形相对开阔，汇水面积较大以及威海市雨量分布的季节性等特点，考虑工程的具体情况，设计调节池库容为 5 万 m3,主要发挥三个方面的作用：第一，可以均衡水量和水质，为二期渗滤液处理站的建设打下良好的基础；第二，威海地区水面蒸发量较高(1718 mm)，利用其表面蒸发作用，也可削减处理水量；第三，考虑威海市雨季暴雨强度高(3 d 连续降水量最大值达 508 mm)，会导致渗滤液量急剧增加，足够的存储库容可防止渗滤液外溢，而造成严重的环境问题。调节池底部覆土用机械整平，侧壁用浆砌块石砌筑兼
16、作挡土墙。调节池设计水深 5 m，设计水位 0.5 m 以上留 2 m 宽巡检步道。调节池设置两台表面曝气机对渗滤液进行预曝气，减少臭味的同时也降低了 COD，BOD；并在周围种植夹竹桃、柠檬桉等有除臭作用的树木。 5.2 回灌/回喷系统 填埋场回灌/回喷系统能够实现垃圾渗滤液的循环处理，进一步降低渗滤液污染物浓度和减少渗滤液产生量。循环处理是利用填埋场覆盖土层的土壤净化作用、填埋垃圾层的降解作用和最终覆盖后垃圾填埋场地表植物吸收作用等进行的 4 。威海市垃圾卫生填埋场工程设计中，在垃圾堆体表面标高 52.0 m、标高 66.0 m 处分别设置配水井和二次提升泵井，利用调节池内潜污泵将渗滤液提
17、升至配水井和二次泵井中。回灌井设在垃圾堆体内部，标高 51.0 m，与配水井相距约 44 m，进入配水井的渗滤液由 HDPE 管输送至回灌井。回灌井左右各设计 50 m2 m0.5 m 回灌区，中间是 100 mm 的 PE 穿孔配水管，四周填充级配碎石，上覆一层土工布。当垃圾填埋到标高 85.0 m 时，增加另一套回灌系统，并由提升泵把渗滤液从二次泵井再次提升。 另外，在堆体表面回灌井里的管道上设置三通，晴天干燥时可以连接水龙带，在垃圾堆体表面堆筑小型土梗，形成数片方格，在方格内喷淋渗滤液，利用潜在的土地蒸发量，有效削减渗滤液的处理水量，但同时要采取喷药等措施，控制可能产生的臭味。威海市填埋
18、场回灌/回喷系统的设计，可以有效减少渗滤液的处理水量，减小处理规模，在较大程度上节省渗滤液处理的投资和运行费用。 6 结语 城市生活垃圾卫生填埋场渗滤液控制系统是整个填埋场设计的最重要组成部分。在选取可靠的防渗措施的前提下，一定要把减少渗滤液产生量作为渗滤液控制的首要考虑因素，同时考虑设置较大体积调节池对渗滤液进行均质和调峰。这些措施将大大减少后续渗滤液处理的负荷，降低填埋场的运行成本。 参考文献 1 沈耀良，王宝贞.垃圾填埋场渗滤液的水质特征及其变化规律分析.污染防治技术，1999，12(1)：1013 2 William D,Robinson P E.The solid waste handbook,a pratical guide. John Wiley & Sons 3 中华人民共和国建设部部标准.CJJ 17-88 城市生活垃圾卫生填埋技术标准 4 夏越青，李国建.城市垃圾填埋场渗滤液循环回灌处理技术.环境卫生工程，1999 ，7(4)：141144
