垃圾卫生填埋场中的防水处理

摘要：阐述了垃圾卫生填埋场防水工程设计的基本原则，并结合工程实例说明了防水技术和防水材料在城市垃圾卫生填埋场建设中的重要作用。
     进入21世纪，环境保护越来越引起各国政府的重视，对环保技术的研究也成为当今科学研究的重要前沿课题。随着我国城市化进程的加快和居民生活水平的提高，城市生活垃圾量不断增加，垃圾的无害化处置成为了一项非常紧迫的任务。在我国，目前主要方法是建造垃圾填埋场。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、有效的方法。为贯彻《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》，防止生活垃圾填埋处置造成二次污染，国家环境保护局特制定了《生活垃圾填埋污染控制标准》（GB16889－1997），于1998年1月1日起实施。标准要求，生活垃圾填埋场工程环境保护设计必须包含对场区垃圾渗滤液的防水处理工程。本文将重点阐述垃圾卫生填埋场防水处理工程设计的基本原则和思路，并通过介绍部分城市垃圾填埋场防水工程的实例，说明防水技术防水材料在此类工程中的应用前景。

1   垃圾填埋场的防水
     1.1　渗滤液的控制
     在生活垃圾填埋污染控制标准中规定：生活垃圾填埋场环境保护工程设计应包含防水工程，垃圾填埋场环境保护工程设计应包含防水工程，垃圾渗滤液输导、收集和处理系统［1］。垃圾填埋场的防水中一个主要方面就是对渗滤液渗漏的控制，也是垃圾填埋场设计和管理的一项主要内容。 渗滤液扩散对水源的污染是垃圾填埋场对环境污染 的一个主要方面，因此对渗滤液污染控制的研究是垃圾填埋场环境污染控制的一重要内容，同时也是确定垃圾填埋场 防渗工程规模的重要依据。渗滤液污染控制主要依靠对垃圾填埋进行防渗处理。
     垃圾填埋场防水处理的目的一方面在于防止渗滤液渗入地下，从根本上控制垃圾渗滤液对周围地下水环境的影响；另一方面是防止其他形式的水流侵入填埋场。因为大气降水会在场区内顺沟谷形成地表水流，在径流过程中会侵入填埋区，并对地下水进行补给，从而造成渗滤液液位大幅度上升，引渗滤液外溢而污染环境。因此，垃圾填埋场的防水工程建设必须根据场址的工程地质和水文地质情况，采用相应的防渗技术和防水材料，对填埋场进行防水处理。

1.2　防水技术
     生活垃圾填埋场防水系统的建设目前在工程上多采用填埋场区底部水平防水，以及截洪沟、填埋区下游垃圾坝、截污坝、截渗墙、防渗帷幕等设施为主的垂直防水系统相结合的防水工艺。通常场区底部的水平防水可以利用天然不透水层，如较完整的不透水岩层或粘土、淤泥层(要求防水层渗透系数K≤10－7cm/s）。在地质条件不理想的地区，水平防水主要通过铺设由高密度聚乙烯等材料制成的透水土工膜、高分子防水卷材或其他防水材料（如经过加工的粘土）等建成人工不透水层来实现；或者两者相结合，封闭整个场区底部及边坡。
     对于垃圾填埋场防水体系中的另一重要环节——垂直防水，其防水工艺则需要根据场区工程地质条件来选择。对于山沟式填埋场，为截留填埋区上游山区地表径流和部分潜水，需要设置截洪沟。由于截洪沟的深度有限，部分来自填埋场上游的地下潜水将进入填埋场，可能会形成大量的渗滤液。对此，可以采取引流措施减少进入填埋场的潜水量；在渗滤液下游采用建造混凝土截污坝、粘土心墙垃圾坝、截渗墙和灌浆帷幕相结合等方法建立垂直防水系统。此外，在地势平坦的平原地区，主要通过修建粘土心墙垃圾坝与铺设不透水土工膜、土工布相结合的防水工艺来建立防水系统。

1.3    防水材料
     在垃圾填埋场防水系统工程中所采用的防水材料，其接触对象主要是垃圾渗滤液，因此，对防水材料主要性能的要求，特别要考虑到材料受渗滤液水质的影响情况。研究表明，填埋渗滤液水质受垃圾成分的影响很大，化学成分复杂，且与垃圾成分、填埋场的土壤组分和填埋场使用年限有关。有资料表明，国内填埋场垃圾渗滤液中COD、BOD一般在103~104mg/L之间变化，主要污染物是有机污染物、氨氮、碳、重金属等，pH值一般在6.5～7.8之间。由此可见，垃圾渗滤液是一种具有较强腐蚀性、高污染性的水体。通常垃圾填埋场的设计使用寿命为数十年。尤其是近年来我国对环境保护的要求越来越高，因此，在垃圾填埋场防水工程中使用的防水材料，必须具有很高的抗渗性能（渗透系数K≤10-7cm/s）、良好的抗化学侵蚀能力和耐久性能，才能满足此类工程防水的需要。
此外，根据所采用的防水处理工艺，在垃圾填埋场防水系统工程中可选择使用不同类型的防水材料。在人工水平防水中，目前国内外常用的防水材料有高密度聚乙烯土工膜等合成高分子防水卷材。此类防水材料经实践证明具有良好的不透水性能、抗化学侵蚀能力和耐久性。国外还有一类膨润土防水材料，如美国CETCO公司生产的一种加筋的土工织物膨润土毯（GCL），它使用专利方法将不可分解的高强拉力有纺及无纺聚丙烯土工布通过针织、中间填充膨润土防水粉而成，防水层渗透系数K<5×10-9 cm/s。该类防水材料同时具有易施工等特点，随着其性能的进一步提高和成本的降低，它将成为垃圾填埋场防水处理主体工程采用的主流防水材料之一。
另外，在垃圾填埋场防水系统垂直防渗工程中较多采用的一类防水处理技术是帷幕灌浆。灌浆材料主要使用细水泥和化学灌浆材料。试验表明这些灌浆材料具有良好的化学稳定性，材料在垃圾渗滤液中长期浸泡不易受垃圾渗滤液的侵蚀，稳定性能良好，同时固体抗渗性能好（渗透系数K=10-7～10-8 cm/s）。

2    工程实例

2.1    实例一
     某城市垃圾卫生填埋场设于山沟中，针对垃圾填埋场的地形和地质情况，工程设计采取了多种防水处理措施以有效控制垃圾渗滤液的污染。在防渗处埋上，采取自然防渗和人工防渗相结合、平面防渗和垂直防渗相结合的设计原则。防水材料以高分子防水卷材为主（如聚乙烯土工膜）。
     在垃圾填埋场靠近垃圾坝前的1/3区域采用自然防渗，因为勘测表明该处地表下2.0～3.0m处是一层3.0～7.0m厚的淤泥层，该层渗透系数K在10-7～10-10cm/s之间。垃圾坝前其余区域地表下是一层厚10～20m的透水层，该透水层一直延伸至下游不透水层下方，所以必须采用人工防渗。根据场区地形，工程设计采用铺设1.5mm厚高密度聚乙烯防水卷材（土工膜）进行填埋场底部防渗。考虑到在人工防渗与自然防渗交界处，土工膜下方的潜水有可能由此进入库区，库区的渗滤液也可能由此侵入地下水，为此先开挖一条淤泥带，将土工膜延伸铺设到淤泥层上，再在膜上覆盖一层1.0m厚的淤泥层和 0.5m厚的人工粘性粉土。此外，为了防止场外雨水侵入填埋区，在场区外沿设置截洪沟。同时土工膜一直铺至截洪沟内侧墙体上缘。垃圾填埋场通过以上防水处理，场区防渗完全达到国家有关规范要求。

2.2    实例二
     威海市新建的城市生活垃圾填埋场位于威海市西南17km，场区总面积32.4万m2 ，设计服务年限26年。
     场区水文条件、地层分布主要由第四系及基岩组成。基岩由变质岩和岩浆岩组成，花岗岩的岩石完整、坚硬致密、裂隙不发育，属微风化，渗透系数为5.52×10-7～7.05×10-8cm/s，厚度在数十米以上。该层东、南北三面垃圾场边缘向上隆起，与自然地形相同，形成一个簸箕状谷地。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；另一类是赋存于基岩中的裂隙水。据地质报告，场区内仅发现一条张性断裂带，对场区防水也无影响。鉴于场区最下层是完整的花岗岩，设计填埋场水平防水处理以该天然隔水层自然防渗为主，填埋区底部依次铺设人工粘土层和块石垫层，如图1。

     场区垂直防水系统主要由在下游谷口处的混凝土截污坝、地下截渗墙以及基岩防水帷幕组成。结合场区底层的天然不透水层即可将垃圾渗滤液封闭在场区内，防止对水体的污染(如图2)。此外，根据填埋场地貌及渗滤液水量水质情况，在垃圾透水坝和截污坝之间设置一座调节池，设计库容5万m3 。
     截污坝为混凝土重力坝，坝高22.0m，坝基坐落在基岩上。坝轴线长45m，顶宽2.0m，底宽16m。坝体前后边坡均为1：0.5，边坡16m以下垂直到坝底。坝前设止水板，止水板上进行坝基帷幕灌浆。坝肩岸坡为第四系覆土及强风化层，该层防水采用地下连续混凝土防渗墙。墙底到不透水基岩垂直防水采用灌浆帷幕。整个垃圾填埋场防水体系的重点为基岩灌浆帷幕。帷幕轴线长430m，帷幕终点到天然不透水层，帷幕平均深度30~40m。工程实践证明，帷幕灌浆在强、中风化岩层中单纯采用普通水泥灌浆不能完全达到国家规范要求，灌浆必须采用水泥与化学灌浆相结合的施工工艺。在工程帷幕灌浆施工过程中，经过不同灌浆防水材料反复进行现场试验，最后确定采用双排湿磨细水泥灌浆、中间夹单排化学灌浆（共3排灌浆孔）的方案。排距0.5m，水泥灌浆孔距1.5m，化学灌浆孔距0.75m。湿磨细水泥和化学灌浆材料均由长江水利委员会长江科学院提供。工程总计完成水泥灌浆14 291m，化学灌浆19 119m。经检查验收，帷幕平均渗透系数K≤10-7cm/s，全部达到设计要求。

3　小结
     城市生活垃圾卫生填埋场中的防水控制要求比普通水工Ⅰ级坝防水要求高100倍，这对当前常用防水处理技术和防水材料在垃圾填埋场工程建设中的应用提出了较高要求。从以上工程实例可见，采用铺设人工防水层、建立防水帷幕以及与自然防水层相结合等防水处理工艺，完全可以满足工程的环境保护设计要求。随着防水防渗处埋技术的成熟和防水材料性能的进一步提高，在防水体系中起重要作用的防水层，其所使用的不透水土工膜等高分子防水材料及水泥类和化学类灌浆材料，今后必将在城市垃圾填埋场等环境保护工程建设中发挥更大的作用。