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世界各國垃圾填埋場防滲構造介紹
發布時間：2014-08-09
摘 要：本文介紹了世界各國垃圾填埋場防滲系統的構造以及技術要求，以及我國在這個領域方面的研究和使用狀況，提出了適合我國國情的垃圾填埋場防滲系統的構造。關鍵詞：垃圾填埋場，防滲構造，防滲材料，透水性能
1 前言
生活垃圾填埋過程中，由于雨水等流入垃圾中形成的滲濾水含有多種有害物質，比如鉛，鋅，砷和鉻，以及滲濾水總有機碳濃度很高，一般都要超過1000mg/L，因此如果不經處理直接排入地下水或河流中，將嚴重污染環境。世界各國對于垃圾填埋場的防滲系統都有不同的要求，但一般都是以橡膠，樹脂等高分子材料做成的土工膜為主，輔以其它防滲材料。圖1 是垃圾填埋場防滲系統的一個典型構造。隨著科技的發展和新材料的不斷出現，歐美等國家采用單一防滲構造的已經很少，都把防滲層作為一個復雜系統來考慮，土工膜與GCL土工毯，復合土等作為復合防滲層一起使用。本文將介紹世界各國垃圾填埋防滲復合層的做法和材料的主要性能要求。
2 歐美各國防滲系統構造
表1中顯示的是歐美各國垃圾填埋場防滲系統的構造以及材料性能。從表中可以看出，歐美國家普遍是土工膜和摻有膨潤土的復合土而成的2層防滲層。由橡膠和樹脂類制成的高分子土工膜本身的防滲性能特別好，透水系數一般小于10_11cm/s.。但是土工膜的最大缺點是抗穿刺性差（關于土工膜穿刺性能的實驗及其理論計算將在其它論文中敘述），特別是發展中國家生活垃圾很少分類，甚至不分類，里面含有鐵、玻璃、陶瓷等尖銳的東西，在填埋過程中由于機械的碾壓很容易使土工膜破損，造成滲濾液的外泄。與土工膜相比復合土最大的特性就是不怕金屬等堅硬物，在土工膜被穿刺的情況下，能夠起到抗滲的作用。歐美各國設置在土工膜下面的復合土厚度至少50cm以上，單獨的復合土層能夠保持多年不滲漏。比如，在土工膜破損的情況下，假設積聚在復合土上面的水位有30cm高，那么滲濾水透過復合土層需要的時間如下計算。
水頭差：i=（L+H）／L
垂直方向的流速：v=ki=k(L+H)/L
那么滲濾水穿透復合土層需要的時間：T=L/v=L2/K(L+H)
比如表中所列美國的防滲構造，滲濾液穿透復合土層需要時間是TUS=12.7 年；法國的防滲構造，穿透需要時間是 TFA=1.0 年左右。也就是說在上面防滲層都損壞的情況下單靠最下面的復合t土也能保證12.7年和1.0年不滲漏。
表1 各國防滲層構造
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┃ 國家 ┃ 復合土厚度 cm ┃ 透水系數 cm/s ┃ 防滲層構造 ┃
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┃Australian ┃ 60 ┃ 1×10_7 ┃ 土工膜＋復合土 ┃
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┃Belgium ┃ 100 ┃ 1×10_7 ┃ 土工膜＋復合土 ┃
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┃France ┃ 500 ┃ 1×10_5 ┃土工膜＋復合土 ┃
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┃Germany ┃ 75 ┃ 1×10_8 ┃土工膜＋復合土 ┃
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┃Hungary ┃ 50 ┃ 1×10_7 ┃土工膜＋復合土 ┃
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┃Italy ┃ 100 ┃ 1×10_7 ┃土工膜＋復合土 ┃
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┃UK ┃ 100 ┃ 1×10_7 ┃ 土工膜＋復合土 ┃
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┃USA ┃ 50 ┃ 1×10_7 ┃ 2層土工膜＋復合土┃
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┃Portugal ┃ 50 ┃ 1×10_7 ┃土工膜＋復合土 ┃
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┃Switzerland ┃ 80 ┃ 1×10_7 ┃ 土工膜＋復合土 ┃
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3 亞洲各國的做法
亞洲除了日本、韓國等國家有比較完備的防滲系統之外，中國、泰國在這方面發展也很快。位于日本東京青梅的日出垃圾填埋場代表了日本垃圾場建設的科技水平，防滲系統采用了2層TPO土工膜，一層GCL，最下面是一層50cm厚的摻有膨潤土的復合土，嚴格意義上來說等于是4道抗滲。最上面一層TPO破損造成滲漏的情況下，中間層GCL中的膨潤土遇到滲濾水立即膨脹止水，阻止滲濾液滲入地下水系統。GCL這種產品由于是2層無紡布中間夾了干燥的膨潤土，在施工過程中特別是在邊坡上鋪設，很容易造成膨潤土的分布不均勻影響到防滲效果，所以在GCL的下面又設置了一層TPO和摻膨潤土的復合土，真正做到了萬無一失。相對于日本的做法，韓國垃圾場防滲層的做法要簡單的多。位于漢城（首爾）郊區的號稱世界上最大垃圾填埋場之一的漢城垃圾填埋場，是在平地上往上填埋，邊坡上堆放了大量的廢舊輪胎，這主要是為了緩沖填埋機械對防滲系統的的沖擊起保護作用。底面上采用黑色的無紡布保護材料，下面是HDPE土工膜，整個垃圾填埋場采用的是一道防滲材料。
國內的某垃圾填埋場設計中采用了相當于3層防滲層的防滲系統，HKPE土工膜，GCL以及復合土層，在國內這個做法應該說是相當超前了。目前菲律賓對垃圾場防滲系統還沒有具體要求，有的垃圾場還沒有考慮這個問題。位于馬尼拉市的垃圾填埋場，主要填埋沒有經過焚燒的生活垃圾，由于沒有設計防滲系統，垃圾場中產生的滲濾液直接排入附近的河流，污染了地下水。據檢測，滲濾液的TOC含量高達900mg/L，含有重金屬的鹽化物的含量高達15000~17000mg/L，嚴重污染了周圍的環境。
4 對國內垃圾填埋場防滲系統設計的一點看法
各國的情況不一樣，所以對于垃圾填埋場防滲系統的設計理念也不一樣。歐美各國是以技術為本，即從技術性能出發來設計；而日本是以人為本，或者說以垃圾周圍居民的認知度為標準設計防滲層的構造，所以一般情況下都設計得非常保守，遠遠超過技術本身的性能要求，普通都有3-4層的防滲層，以給垃圾場所在地的居民一種安全感。
從材料本身來看，高分子土工膜的防滲性能特別好，一般都在10_11cm/s和 10_1310cm/s 之間，1.5mm厚的材料能夠保持幾十年不滲漏，它的最大特點就是強度高，拉伸率可以達到300%以上，但是由于薄很容易被尖銳物刺穿。而摻有膨潤土的復合土透水性能同樣很小，一般摻有10%膨潤土的復合土的透水系數小于10_7cm/s ，而且作為防滲層的復合土厚度要求50cm以上，金屬等很難穿透這層復合土。但是它的最大不足之處就是追隨基礎變形的能力很小，也就是說當地基受到剪切變形產生裂縫的時候，復合土同樣產生裂縫而且還有很多問題沒有搞清楚，特別是當在邊坡上使用的時候存在穩定性問題，不少國家還沒有承認GCL是一道防滲材料。因此結合防滲系統的技術要求以及我國目前的經濟發展水平，從滿足要求來設計這個系統，厚度1.5mm以上的土工膜和摻有膨潤土的復合土組成垃圾場的防滲系統既能滿足性能要求，即正常情況下保持50年不滲漏，同時也是最經濟的做法。
在這里還要指出國內垃圾填埋場設計中的一個誤區，即在基礎上直接鋪設GCL。這種做法是不科學的，而且起不到自修復功能。GCL的作用是當上層土工膜破損的情況下，干燥的膨潤土遇到滲濾水迅速膨脹，堵塞顆粒之間的空隙和內部毛細孔，起到抗滲作用。但如果GCL直接與基礎接觸，當地下水位上升遇到GCL中的膨潤土時，沒等上層土工膜破損臌潤土已經膨脹，失去了自修復功能。
參考文獻：
1）Bouazza. A., Vanlmpe. W.F and Van. D. B. M.:Hydraulic Conductivity of Geosyntetic Clay Liner under Various Conditions, Proceeding International Congress on Environmental Geotechnics, pp.453-458m1996.
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