土工合成材料在垃圾填埋場中的應用和要求

1.概述

1.1城市生活垃圾處置以填埋方式為主
        中國隨著國民經濟的持續增長，城市建制已達670個，城市中的生活垃圾量亦隨生活水平的提高而不斷增長。據90年代初的資料統計，城市人均生活垃圾已達440kg/a，其中北方由于取暖等因素，人均生活垃圾達1.70kg/d，南方約1.12kg/d，夏季還要大于此數量。
        目前中國城市生活垃圾的處置仍以填埋方式為主，少數城市的部分生活垃圾采取焚燒方式處置，極個別城市亦有用發酵堆肥的方式來處置部分生活垃圾。
        根據沿?；蛏角鸩煌牡乩砦恢?，城市生活垃圾的填埋又分為圍海建造填埋場或利用谷地建造填埋場?？傊盥穹绞绞钱斍拔覈幹美闹饕侄?。

1.2垃圾處置趨向大規模，高標準

       我國以往因經濟條件所限，歷年來垃圾未經處理的裸堆量已達60億t，占地達5億m2。這樣散亂的堆放在城市郊區周圍地區，不但占地多，而且環境條件較差，影響城市的衛生和景觀，對城市的可持續發展很不利。
      80年代末國家建設部發布《城市生活垃圾衛生填埋技術標準》(CJJ17288)，標準中對處理的城市垃圾、場地建設、施工作業、填埋作業及管理與評價等都作出了符合垃圾衛生填埋的要求。結合我國頒布的環境保護法、固體廢棄污染環境防治法，使得城市生活垃圾處置有法可依，工程設計、建設和管理部門都能遵照標準進行操作。我國在80年代以來陸續建造了一批大型垃圾衛生填埋場：如上海老港廢棄物處置場，設計處理能力7500t/d；北京阿蘇區垃圾衛生填埋場，處理能力2000t/d；深圳下坪垃圾衛生填埋場，杭州天子岑和昆明城東、城西等垃圾填埋場。這些填埋場都有日處理能力幾百噸乃至數千噸的規模，不僅能滿足衛生填埋要求，而且技術水平比較先進。

1.3環境意識增強，資金投入增多
        我國國民對環境保護的意識不斷提高，國家關于環境保護若干問題的決定，將完善環境經濟政策，切實增加環境保護投入作為重點?！鞍宋濉逼陂g環境污染防治投入占國民生產總值的0.8%，“九五”期間占1%以上，在20世紀末要達到1.2%～1.5%，為國民經濟的可持續發展創造了條件。

1.4土工合成材料使用到填埋場工程的各個方面
        由于我國地域遼闊，各個城市所處的地理環境不同，垃圾填埋場在沿海城市選用洼地或圍海造地進行處置，而一般城市多利用山谷來進行填埋。因此垃圾填埋場往往占地大，在城市周圍選擇符合衛生填埋標準的天然場所較為困難，在水文地質條件，庫區的防滲要求，當地材料的適用性等方面都難以一一滿足高標準的要求，較好的辦法是采用土工合成材料，從庫區的襯底防滲、排水、導氣、覆蓋……等各個方面，土工合成材料都能起到當地材料所不能承擔的功能，因此高標準的垃圾衛生填埋場都最大限度地采用不同性能的土工合成材料，應用到垃圾衛生填埋的工程設計和建設中，并已取得了一定的成效。

2.應用

2.1傳統方法

        早先人們處置垃圾如同農村漚肥的方法一樣，在垃圾堆周圍覆土或者挖坑填埋垃圾后再覆土，采取厭氧方法來處理垃圾。后來發現垃圾經壓實填埋后產生的滲瀝水會污染地下水，垃圾發酵后產出的甲烷氣體，還會引起填埋場的火災，甚至發生爆炸現象。因此在垃圾填埋場的場址選擇上，要特別注意其填埋場庫區內地表層的防滲性能，或外運滲透系數較小的粘性土來鋪蓋庫區底部，以防垃圾滲瀝水對地下水和周邊環境產生影響，但選擇一個合適的填埋場場址是相當困難的，因為首先會遭到周圍居民的強烈反對。當有可供使用的垃圾填埋場場址時，又往往不滿足以上兩個防滲條件，需要采取工程措施來解決防滲問題，針對單一的水文地質體系情況，設計上采用在垃圾壩基礎下設置垂直水泥灌漿建立防滲帷幕結構的辦法，如同建造水庫在壩基下采用防滲漏的方法一樣，來處理垃圾填埋場的防滲問題。但必須將垃圾庫區內的滲瀝液采取有效措施將其引出，并進行垃圾滲瀝液的處理，否則填埋場經長期運行后，滲瀝液將大量積聚，達到相當數量后，其對周邊環境影響的后果將會更嚴重。

2.2土工合成材料的應用

        隨著垃圾填埋場選址越來越困難，合適場址和有效防滲的天然材料不易得到滿足，又因土工合成材料生產技術不斷提高，產品性能和規格都有較大發展，更因土工復合材料生產技術日趨成熟，土工合成材料在垃圾填埋場的應用已引起人們的重視，為垃圾衛生填埋創造了有利條件。土工合成材料在垃圾填埋場的應用示于圖1。

 圖1

1-滲瀝水排放管；2-防滲、排水復合膜；3-外包透水土工布排水管網；4-土工膜(HDPE)鋪非織造土工織物；5，6-防滲膜襯底；7-外包土工布排水排氣管；8-圍網；9-土工膜覆蓋層；10-土工植草網墊

圖1土工合成材料在垃圾填埋場的應用

2.2.1垃圾填埋場建造階段
(1)垃圾壩。垃圾壩由滲瀝水排放管和防滲、排水復合膜組成。為使填埋場內積聚的垃圾滲瀝水排入截污池，在垃圾壩底敷設耐腐蝕性較好的土工排滲瀝水管道，防滲、排水復合膜敷設在垃圾壩內坡，使填埋垃圾的滲瀝液排入庫底，而防滲層不使滲瀝液透過壩體。
(2)截污池。在截污池底敷設耐腐蝕性強的土工防滲膜，以便有效收集垃圾滲瀝液和進行處理。
(3)截洪溝?？捎猛凉つご鏉{砌塊石或混凝土結構來構筑截洪溝，有效地截排雨水，以減少垃圾庫的污水量。
(4)垃圾庫底。庫區內先鋪排水盲溝，可用土工排水管網來替代傳統的碎石盲溝，或用非織造布包裹碎石，中心為土工管。
(5)庫底土工膜。在整個庫底鋪設土工膜(HDPE)，并要求焊接成整體防滲效果，其上覆非織造土工織物，一方面保護土工膜免遭在垃圾堆卸、填埋中被刺破，另一方面對導滲作用更好。

2.2.2垃圾填埋場運行階段
(1)填埋作業。在垃圾填埋場進行作業過程中，可根據一定的范圍，設置土工排水、排氣管，并互相聯結呈空間網狀，以利垃圾填埋中排出滲瀝水和垃圾發酵產生的甲烷等氣體，其數量與填埋場的平面范圍和填埋層次有關。這是配合填埋作業的一個重要組成部分，能夠保證填埋作業正常和安全的運作。
(2)防止垃圾飄散。在垃圾填埋作業中，尤其是當垃圾傾倒，攤鋪過程中，未經壓實或覆蓋的垃圾，會被風刮起飄散，為防止影響周圍環境，宜在作業范圍架設防飄散攔網，可用土工編織網進行圈圍，并隨作業范圍而搬移。

2.2.3垃圾填埋場終場階段
        當填埋場作業到一定高程，根據設計要求將終止填埋作業時，通常在最終填埋垃圾層面上再覆蓋至少0.6m厚的土層，以便在場址上進行種植復原。亦可用土工膜替代此土層，并在表面鋪土工植草網墊，尤其是填埋終場坡面，以便植草復原。

         用于垃圾填埋場防滲系統工程的土工膜除應符合國家現行標準GJ/T234的有關規定外，還應符合下列要求：

(1)厚度不應小于1.5mm，(2)膜的幅寬不宜小于6m，(3)外觀符合下列要求：

HDPE膜外觀要求 

垃圾填埋場防滲系統工程中使用的土工布應符合下列要求。

(1)應結合防滲系統工程的特點，并應適應垃圾填埋場的使用環境。目前，以滌綸長絲土工布、滌綸短纖土工布為主?？估匣]短纖針刺土工布具有耐酸堿、耐沖刷、耐風吹，導排性能及卷曲牢度強等特點，很好的解決了長絲紡粘土工布卷曲牢度小，抗風抗沖刷能力差，一層層脫落掉毛的缺點。

(2)土工布用作HDPE土工膜保護材料時，規格不應小于600g/m²。

(3)土工布用于盲溝和滲瀝液收集導排層的反濾材料時，規格不宜小于150g/m²。

(4)土工布應具有良好的抗老化和抗紫外線功能。

GCL是膨潤土夾在土工織物中間或連接在土工膜上復合制成的，它是目前國內外填埋場應用最廣泛的防滲材料之一，通常與土工膜配合使用。它的突出特點是利用高性能混土水反應時體積膨脹13-16倍的特性對損傷部位及3mm體內裂紋進行自我修補，同時它具有永久防水效果、高強度、高延伸率，耐腐蝕及耐沖擊性。垃圾填埋場防滲工程中鈉基膨潤土防水毯（GCL）的性能指標應符合國家現行標準要求。并應符合下列要求：

(1).GCL應表面平整，厚度均勻，無破洞，破邊現象。應無殘留斷針。

(2).單位面積質量不應小于4800g/m2，其中單位面積膨潤土質量不應小于4500g/m²。

(3).膨潤土體積膨潤度不應小于24ml/2g.

(4).抗剝強度不應小于65N/10cm.

(5).抗拉強度不應小于800N/10cm.

(6|).滲透系數應小于5×10-11m/S

(7).抗靜水壓力0.6mPa/1h無滲漏。

地下水手機導排系統、封場排氣層、排水層等應采用三維網芯的復合排水網。用于防滲系統工程的土工復合排水網應符合下列要求：

(1).土工復合排水網中土工網和土工布應預先粘合，且粘合強度大于0.17KN/m。

(2).土工復合排水網宜使用HDPE材質，縱向抗拉強度應大于8N/m。橫向抗拉強度應大于3KN/m。

(3).土工復合排水網的土工布要求不宜小于200g/m²。 

(4).土工復合排水網的導水率選取應考慮蠕變折減因素、生物及化學淤堵折減因素。

3.前景

        綜上所述，土工合成材料在垃圾衛生填埋場的建造、作業及終場各個階段，不但能替代當地材料，而且使填埋場能更加符合衛生填埋的工藝處置要求。

3.1環保投入增加

        隨著我國對環保事業在國民經濟中的投入不斷增加，對土工合成材料的運用雖然價格上會有所增加，但從整個垃圾填埋場的功能、效益、壽命上都將是有利的，而經濟投入的增長為土工合成材料的廣泛應用創造了條件。

3.2因地制宜地使用

        土工合成材料應用在垃圾填埋場工程中，應該根據當地的實際條件和情況，結合當地材料的特點和儲量，經過調查分析，選用合適的土工合成材料，運用到填埋場工程的各個部位，或者將土工合成材料與當地材料結合使用，不失為一種經濟合理的設計思路和方法。

3.3土工合成材料品種的發展

        以往設計者在土工合成材料市場品種單一的情況下，不是根據設計要求來選用土工合成材料，因此達不到預期的效果。隨著國家和生產廠商對土工合成材料應用于環衛事業上的重視，不斷開發新品種，增加規格，生產適合設計需要的產品，相信其在環衛事業上的應用將更廣泛。而環衛事業垃圾填埋工程中使用土工合成材料的面很廣，數量亦很大，要求土工合成材料研究、生產單位能生產出更好的新品種和更多的產品規格，價廉物美的土工合成材料將是垃圾衛生填埋場工程不可少的受歡迎的主要材料。