固體廢棄物填埋場中土工膜襯墊系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用
更新時間：2015-07-31 08:44
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人類每天都產(chǎn)生大量工業(yè)和生活固體廢棄物，目前這些廢棄物的處理主要有堆填法、焚燒法、堆肥法、熱解氣化法等。其中堆填法仍是最為經(jīng)濟的處置方式，特別是對于有空地可用的國家。但這種方法如果沒有適當(dāng)?shù)姆罎B措施，廢棄物中有害成分很容易經(jīng)過風(fēng)化、雨雪淋溶、地表徑流的侵蝕，產(chǎn)生高溫和有毒滲濾液污染土壤和地下水。因此在填埋場正確設(shè)置防滲的襯墊系統(tǒng)是非常重要的。
過去我國許多填埋場采用傳統(tǒng)材料——粘土壓實或防滲灌漿帷幕來阻截，如廣州大田山垃圾填埋場、杭州天子嶺垃圾填埋場
〔1〕等。粘土襯墊的水力滲透系數(shù)為10-7cm/sec或更小，而土工膜水力滲透系數(shù)范圍在10-12cm/sec~10-13cm/sec,幾乎不透水，效果更好。土工膜（GM）定義為“由一種或幾種合成材料薄膜組成的基本上不透水土工合成材料”最常見的形式是高密度聚乙烯（HDPE）、超低密度聚乙烯（VLDPE）、聚氯乙烯（PVC）和加筋氯磺化聚乙烯（CSPE）。水分通過其中的運移是以擴散的方式而非流體流動的方式。正確設(shè)計的士工膜襯墊系統(tǒng)有望達(dá)到幾百年的服務(wù)期限。本又分析介紹了國外在這方面的應(yīng)用。在環(huán)保日益受到重視的今天，我國在填埋場建設(shè)中也將越來越多采用這些新技術(shù)，要求也越來越嚴(yán)格。
2典型的土工合成材料襯墊系統(tǒng)及其演變
2.1典型填埋場土工膜襯墊系統(tǒng)
早期各國填埋場采用的襯墊材料主要為粘土。1982年，美國環(huán)保局（EPA）頒布了單層土工膜襯墊系統(tǒng)如圖1。土工膜設(shè)置在天然地基土上，其上鋪一層礫石層，礫石層中埋設(shè)有多孔管，用于滲濾液的收集和轉(zhuǎn)移。在礫石層和固體廢棄物之間還有一層土作為過濾層。在這個單層襯墊系統(tǒng)填埋場中，沒有設(shè)置滲漏檢測系統(tǒng)。
利用襯墊防止?jié)B瀝液滲漏擴散是設(shè)計中的關(guān)鍵要求。由于環(huán)保的極端重要性，僅此尚不能確保，因為萬一襯墊有不同程度的破壞，仍然會造成污染，故提出了檢漏問題。為了檢漏，在單層襯墊的條件下，只有在廢料場下游設(shè)置觀測井，定期取樣化驗，判定襯墊是否有泄漏，為了比較，上游亦需設(shè)井，如果同時取樣對比，若水質(zhì)相同，表明無滲漏現(xiàn)象，否則說明襯墊出現(xiàn)問題，但這樣的檢漏方法畢竟太不理想，故廢料場系統(tǒng)由原先的單一集液層發(fā)展到現(xiàn)在的集液層和檢漏層的雙層系統(tǒng)。1984年后，國外大多數(shù)用于堆填固體和有害廢棄物的填埋場都采用雙層襯墊系統(tǒng)。兩層襯墊由上層主要襯墊和下部第二層襯墊組成，在上層襯墊系統(tǒng)之上是一層主要的滲瀝液收集和排走系統(tǒng)，它要能維持滲瀝液水頭在03m以內(nèi)，在兩層襯墊系統(tǒng)之間設(shè)有檢測滲瀝液滲漏、收集和排出的系統(tǒng)，按照這些標(biāo)準(zhǔn)可以設(shè)計出較典型的雙層襯墊系統(tǒng)。這層土工織物起反濾和隔離的作用。
2.2典型斷面的發(fā)展和原因
在1982年以前，美國采用襯墊系統(tǒng)為粘土襯墊，當(dāng)時對粘土層的厚度和滲透性均未作規(guī)定。1982年制訂標(biāo)準(zhǔn)后，將粘土層改變?yōu)橥凉つぃ℅M）。1983年認(rèn)識到檢漏的必要性，故增加了副土工膜的第二層襯墊。主土工膜以上的部分稱集液層（和排液層，滲瀝液通過集液管和另設(shè)的排液管排出），主膜與副膜之間為檢漏層（可從中抽取液體供檢測），亦作防滲的第二道防線。其后的變化是在副土工膜下又恢復(fù)了CCL層，副土工膜和CCL層組合成復(fù)合襯墊；再后發(fā)現(xiàn)土工膜與天然土一起施工困難，特別是在坡面上將用于排水的天然土鋪在土工膜上，土的穩(wěn)定性會出現(xiàn)問題，從而開始用土工網(wǎng)建檢漏層，并可省去原排水層中的帶孔排水管；其后為了解決垃圾由于固結(jié)會擠出水來的問題，在主土工膜下，以土工合成材料粘土墊（GCL）代替原來的粘土層，更改善了防滲效果，同時節(jié)省了垃圾堆放空間。經(jīng)過多次改進(jìn)的襯墊系統(tǒng)發(fā)展見表1。從整個的演變看出，土工合成材料在填埋場建設(shè)中逐步地獲得全面應(yīng)用：防滲粘土層可被土工膜和GCL替代；粒料排水層和帶孔排水管被土工網(wǎng)或土工管替代；粒料反濾層被土工織物替代；垃圾場的頂部封蓋還可用土工網(wǎng)墊覆蓋，形成綠色植被，美化環(huán)境。
表1襯墊系統(tǒng)發(fā)展過程
襯墊系統(tǒng)類型應(yīng)用時間滲濾液收集系統(tǒng)第一層襯墊滲瀝液檢測系統(tǒng)第二層襯墊〖BHDG9，WK12ZQ*9，WK8，WK10，WK7。3W〗單層CCL單層GM 雙層GM單層GM，單層復(fù)合體單層GM，單層復(fù)合體雙層復(fù)合體雙層復(fù)合體雙層復(fù)合體1982年前1982198319841985198719891993土層/管道土層/管道土層/管道土層/管道土層/管道土層/管道土層/管道GT/GCCCLGMGMGMGMGM/CCLGM/CCLGM/CCL無無土層/管道土層/管道GNGT/GNGT/GNGT/GN無無GMGM/CCLGM/CCLGM/CCLGM/CCLGM/CCL
3襯墊土工膜及其選擇
襯墊材料的可靠性是集液和檢漏系統(tǒng)發(fā)揮預(yù)期功能的要素，更是填埋場成敗的關(guān)鍵。土工膜力學(xué)性能的降低可以有以下原因：①由于變形導(dǎo)致的拉應(yīng)力；②高溫；③氧化；④化學(xué)侵蝕；⑤塑料的揮發(fā)。正確選擇襯墊用土工膜應(yīng)注意分析垃圾成分，因它們與土工膜間可能有不同的相互作用。城市生活垃圾基本上是無機物質(zhì)，一般材料的土工膜均可采用。對于含有有機溶劑和有腐蝕性化學(xué)劑的情況，特別是含毒性物質(zhì)和成分復(fù)雜的垃圾，常用的為聚乙烯土工膜。滲瀝液濃度和腐蝕性越大，要求聚乙烯的密度越高，因此HDPE（高密度聚乙烯）和LDPE（低密度聚乙烯）應(yīng)用最廣。
至于土工膜的要求厚度，美國EPA規(guī)定最小的為0．75mm（30mil），對于HDPE膜最小厚度為l．5mm（60mil）。聯(lián)邦德國規(guī)范要求HDPE膜最小厚度為2mm(80mil)，并且只能用HDPE。實際工程中大多數(shù)采用1．8mm～2．54mm的厚度。
如果填埋場中采用主、副雙層土工膜，則其材料與厚度應(yīng)該相同。當(dāng)垃圾堆填厚度較大時，將產(chǎn)生較大壓力，有資料報道，曾用厚度為075mm~1375mm的幾種土工膜，作用壓力為400kPa，放在帶棱角的砂中，發(fā)現(xiàn)有明顯破壞，在顆粒接觸點，膜厚度減小到原厚度的l／4；置于礫石中，厚度達(dá)125mm的膜也遭到破壞。所以要注意土工膜的保護，用土工織物作保護層相當(dāng)有效。生產(chǎn)和施工過程中要防止對GM的機械損傷，須建立多級質(zhì)量保證體系。
4襯墊系統(tǒng)的穩(wěn)定問題
襯墊系統(tǒng)不論是單層的或雙層的土工膜，當(dāng)其延伸至地面時，都要求在坡頂挖溝錨固，錨溝用土回填，一般不用混凝土，故土工膜沿坡面滑動的情況較少出現(xiàn)。由于沉降和變形會在GM中產(chǎn)生拉應(yīng)力，緩坡墊層不會產(chǎn)生大的拉力，但陡坡墊層會在GM界面產(chǎn)生剪應(yīng)力，可采用加筋格柵作為加筋。襯墊土工膜的失穩(wěn)可能以強度不足被拉斷，或因拉力過大而被拔出的形式出現(xiàn)。
襯墊系統(tǒng)穩(wěn)定分析比較復(fù)雜，因其結(jié)構(gòu)形式多樣，可將土工合成材料作為無意識加筋情況。
填埋場土工膜襯墊系統(tǒng)設(shè)計需包括這些參數(shù)和性能：土工膜厚度，單位面積質(zhì)量，水氣化傳輸量，抗拉性能，抗撕裂能力，抗壓能力，抗刺入能力，化學(xué)穩(wěn)定性，熱學(xué)性能，縫合性能。
5結(jié)論
土工膜襯墊系統(tǒng)可有效地防止?jié)B瀝液入土，F(xiàn)今已有多種單層和雙層襯墊系統(tǒng)應(yīng)用于填埋場中，可根據(jù)工程條件、經(jīng)濟情況選擇典型的襯墊斷面。襯墊土工膜的選擇要滿足厚度、力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性等要求。
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