各国生活垃圾填埋场防渗结构标准研究.pdf

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Emmaus Rodaie Press, 1972. 作者通讯处 王艳明 200092 上海市中山北二路 901 号 上海市政 工程设计研究总院三院 E -mail wang-ym. gp3smedi . com 2006- 12-27 收稿 各国生活垃圾填埋场防渗结构标准研究 杨良斌 1,2 李 丽 1 刘玉强 1 董 路 1 赵娜娜 1 1. 中国环境科学研究院固体废物污染控制技术研究所, 北京 100012;2. 西南大学环境科学与工程系, 重庆 400715 摘要 介绍美国、德国和欧盟等国的生活垃圾填埋污染控制标准中对于填埋场防渗结构包括防渗构造、防渗系数、防 渗层厚度的有关规定。 并对我国 54家生活垃圾填埋场的防渗结构进行调查, 调查结果表明, 我国生活填埋场防渗结 构设计不合理, 容易发生渗滤液泄漏, 这与现行生活垃圾填埋污染控制标准 GB16889 -1997 中有关防渗结构的要求 不足有关。建议我国的生活垃圾填埋场采用复合防渗结构, 人工膜厚度至少为 1. 5 mm, 压实粘土层厚度至少 为 50 cm。 关键词 生活垃圾填埋场 防渗结构 标准 0 引言 在生活垃圾填埋场设计、建设和运行过程中, 填 埋场防渗结构的防渗效果是关键问题之一 。美国环 保署 USEPA 的调查资料显示 [ 1] , 美国有 75的生活 垃圾填埋场因泄漏污染地下水。已有的研究结果和 试验表明 ,生活垃圾填埋场一旦对地下水或地表水水 体造成污染,其危害往往要延续很长时间且采用任何 治理措施消除这种污染都非常困难 [ 2] 。因此, 各个国 家的生活垃圾填埋污染控制标准体系都对防渗结构 提出了具体的要求, 以降低渗滤液泄漏发生的几率 。 1 国外生活垃圾填埋场防渗结构标准 1. 1 美国城市固体废物填埋场防渗结构的要求 美国环保署 1991 年颁布的城市固体废物填埋 场标准 municipal solidwaste landfill criteria, 以下简称 MSWLFC 中规定的防渗结构具体如下 [ 3] 。 1 采用由一个复合衬层系统和一个渗滤液收集 系统组成的防渗系统 。渗滤液收集系统的设计,必须 能保证衬层上的渗滤液深度不超过 30 cm 。 2 复合衬层系统包括由合成人工膜构成的上层 衬层和由压实粘土层构成的下层衬层,上层的人工膜 厚度≮0. 75 mm ,如果人工膜为 HDPE 膜 ,则厚度至少 为1. 5 mm 。下层粘土衬层的厚度 ≮ 60 cm, 渗透系数 应 1. 5 mm, 底土和压实粘 土衬层的渗透系数应 ≯ 1 10 -7 cm s,见图 1 2 。 62 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 1固体废弃物; 2砂砾排水和保护层; 3人工膜衬层; 4压实粘土衬层; 5底土; 6土工织物反渗层; 7土工网排水层。 图 1 美国城市固体废物填埋场典型防渗结构示意图 1. 2 德国生活垃圾填埋场防渗结构的要求 德国的城市固体废弃物技术条例将填埋场分 为两级 Ⅰ级和 Ⅱ级 ,其中Ⅱ级填埋场为生活垃圾填 埋场结构见图 2。防渗标准规定如下 [ 6,7] 。 1固体废弃物; 2排水层; 3保护层; 4人工膜衬层; 5第 1 层压实粘土衬层; 6第 2层压实粘土衬层; 7第 3层压实粘土衬层; 8地基。 图 2 德国Ⅱ级填埋场防渗结构示意图 要求采用由人工膜衬层和粘土衬层组成的复合 防渗结构 。在人工膜衬层以上铺设排水层和保护层, 总厚度 ≮ 30 cm , 其中人工膜衬层如果是 HDPE 膜要 求最小厚度为 2. 5 mm ; 粘土防渗层厚度 ≮0. 75 m 至 少3 层 ,渗透系数K ≤ 1 10 -8 cm s。 1. 3 欧盟关于生活垃圾填埋场防渗结构的要求 欧盟于 1999 年通过垃圾填埋指令 ,此指令全 面反映了欧盟对于垃圾管理的要求和目标 。它将填 埋场分为 3 类 危险废物填埋场、生活垃圾填埋场和 惰性废物填埋场。对生活垃圾填埋场防渗结构的具 体规定见表1 [ 8] 。 表 1 欧盟生活垃圾填埋防渗结构 组成部分 防渗系数 cms- 1 厚度 m 地质屏障≤110- 7≥1 导排层≥110- 3≥ 0. 5 人工膜衬层≤110- 7≥ 1. 5 其它一些国家的填埋场防渗系统的构造以及材 料性能要求如表 2 所示 [ 9] 。 表 2 各国垃圾填埋场防渗层构造 国家复合土厚度 cm渗透系数 cm s- 1防渗层构造 澳大利亚60110- 7人工膜粘土衬层 比利时100110- 7人工膜粘土衬层 法国50110- 5人工膜粘土衬层 匈牙利50 110- 7 人工膜粘土衬层 意大利100 110- 7 人工膜粘土衬层 英国100110- 7人工膜粘土衬层 葡萄牙50110- 7人工膜粘土衬层 瑞典80110- 7人工膜粘土衬层 2 我国的生活垃圾填埋场防渗结构现状 2005 年对全国 20 个省市的 54 家生活垃圾填埋 场的防渗结构进行的实地调研和问卷调查,其中防渗 设施的基本情况如表 3 所示 。 表 3 我国生活垃圾填埋场的防渗结构类型 防渗设施分类 垂直防渗水平防渗 垂直防渗与水 平防渗相结合 无防渗系统 填埋场数量 个728415 所占比例 1352728 从表 3 中可以看出 ,有 15 家填埋场没有任何的 防渗系统, 而余下的 39 家填埋场的防渗层的结构情 况如表4 所示。 表 4 我国生活垃圾填埋场的水平防渗层类型 防渗层分类单层粘土衬层单层人工膜衬层单层复合衬层 填埋场数量 个91614 所占比例 234136 注 人工膜均为 HDPE 膜 在所调查的 54 家填埋场中 ,30 家填埋场使用了 HDPE 膜 包括单层人工膜衬层和单层复合衬层 进 行防渗,其中HDPE 膜的厚度情况如表 5所示。 表 5 我国生活垃圾填埋场 HDPE 膜厚度 HDPE 膜厚度 mm 1. 52. 05. 0 填埋场数量 个2082 所占比例 67276 此外, 还对 23 家使用压实粘土层 包括单层粘土 衬层和单层复合衬层 进行防渗的填埋场的粘土层厚 度进行了调查, 情况见表 6。 表 6 我国生活垃圾填埋场压实粘土层厚度 项目 压实粘土厚度 cm 203050100 填埋场数量 个2993 所占比例 9393913 63 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 钱学德等 [ 10] 的研究表明 , 单层粘土衬层和单层 人工膜衬层都极易发生渗滤液的渗漏, 且渗漏量和渗 漏面积均较大。而对于单层复合衬层, 渗滤液虽然很 容易经过人工膜的漏洞流出, 但透水性很低的压实粘 土层会阻止它继续向下渗透, 渗漏量可大量减少。另 一方面 ,即使人工膜上存在漏洞, 也会因为渗流面积 的减小而使渗流量大为降低。 由于HDPE膜具有很强的防渗透性、抗腐蚀性、 抗 老化能力和很强的弹性,而且它与粘土层具有很强的 互补性, 共同构成防渗结构, 可增强防渗性能。近年 来,一大批新建的填埋场均采用以 HDPE 膜为核心的 复合防渗结构,在填埋场的底部和周边形成隔离层,防 止渗滤液污染地下水,并实现渗滤液和地表水、地下水 的分流排放,能有效达到防渗的目的 。周敬超等 [ 11] 通 过对深圳市下坪生活垃圾填埋场运行 5年多的地下水 的监测结果表明,城市生活垃圾填埋场采用HDPE 人 工膜复合结构防渗系统是科学合理、 安全可靠的。 目前 ,我国有相当比例的生活垃圾填埋场没有任 何防渗措施,这和 GB16889 的颁布时间较晚有关,造 成一些填埋场在建设时没有相应的标准以遵循 。另外 根据统计,有 46 的填埋场只是由简单的单层膜或单 层粘土层构成,极易发生渗滤液的泄漏,这是因为在现 行 GB16889 中没有对防渗系统作出详细的规定 。 3 我国生活垃圾填埋场防渗结构标准 3. 1 内容简介 我国现行的国家标准生活垃圾填埋污染控制标 准 GB16889- 1997 , 在第 4 部分中规定生活垃圾填 埋场设计应包括防渗工程 ,防渗工程包括水平防渗和 垂直防渗相结合的工艺, 并且防渗层的渗透系数 K ≤ 110 - 7 cm s [ 12] 。 我国建设部颁布的生活垃圾卫生填埋技术规 范 CJJ17-2004 中规定 填埋场必须进行防渗处理, 防止对地下水和地表水的污染 ,同时还应防止地下水 进入填埋区; 天然粘土类衬层及改性粘土类衬层的 渗透系数 ≯1 10 -7 cm s, 且场底及 四壁衬层厚 度≮ 2 m ; 在填埋区底部及四壁铺设高密度聚乙烯 HDPE 人工膜作为防渗衬层时 ,膜的厚度≮1. 5 mm, 并符合填埋场防渗的材料性能和现行国家相关标准 的要求。另外, 该规范还分别对底部和边坡的防渗系 统构造作出了具体要求 [ 13] 。 3. 2 存在的不足及建议 1 GB16889 颁布于 1997 年 , 在编制这一标准 之前我国生活垃圾填埋场建设数量很少 ,缺乏可借鉴 的经验和实践, 使得这一标准存在一定缺陷 ,没有对 防渗层的结构和厚度提出具体要求 ,只对渗透系数提 出了要求, 即 K ≤ 1 10 -7 cm s。从表 2 中可以看出, 欧美国家普遍采用的渗透系数为 110 -7 cm s 除德 国为 110 - 8 cm s, 法国为 110 -5 cm s 外 ,防渗构 造则是人工膜和粘土衬层而构成的复合防渗层。从 材料本身来看, 高分子人工膜的防渗性能特别好, 一 般达到1 10 - 11 ～ 10 -13 cm s,1. 5mm 厚的材料能够 保持几十年不渗漏 ,它的最大特点就是强度高, 拉伸 率可达到 300 以上 , 但是由于薄很容易被尖锐物刺 穿。而压实粘土衬层的透水性能同样很小,一般渗透 系数 1 10 -7 cm s, 而且作为防渗层压实粘土衬层 厚度要求 50 cm 以上 , 金属等很难穿透这层复合 土 [ 14] 。由调查结果可知 , 目前我国采用 HDPE 膜 包 括单人工膜衬层和单复合衬层 进行防渗的填埋场采 用的膜厚度最小为 1. 5 mm , 39的填埋场采用的压 实粘土衬层厚度也达到50 cm 。因此结合防渗系统的 技术要求以及我国目前的填埋场的实际情况 ,从满足 技术要求来设计这个系统 ,厚度 1. 5 mm 以上的人工 膜和50 cm 厚的压实粘土衬层组成生活垃圾填埋场 的复合防渗系统既能满足性能要求 ,即正常情况下保 持50 年不渗漏 ,又是最经济的做法 。 2 鉴于目前我国相当一部分生活垃圾填埋场使 用的是单层防渗层, 有渗滤液污染地下水的危险。应 对填埋场的水文地质条件和工程地质条件详细勘察, 在具有适宜条件的场址可进行改造 [ 15] 。如果新建填 埋场拟采用单层防渗层, 必须对垃圾成分 、 地下水位、 基底防渗性能等经过详细的论证,确保不会污染地下 水,并上报当地有关主管部门批准。 3 GB16889 要求采用水平防渗和垂直防渗相 结合即填埋场区底部水平防渗系统和以填埋区下游 垃圾坝或截污坝为主的垂直防渗系统相结合的防渗 技术 ,但是垂直防渗工艺 如帷幕灌浆 在水力学的应 用中虽然获得了良好的效果, 但应用在生活垃圾填埋 场防渗结构中的经验并不成熟 。根据 GB16889 要求 防渗体的渗透系数达到 10 -7 cm s 量级 , 比普通水 工Ⅰ级坝的防渗系数 110 - 3 ～ 1 10 -2 cm s 要求高 得多, 实际防渗效果并不好 ,而且垂直防渗的应用需 要特殊的地质条件, 并不是针对任何填埋场都适用 的 [ 16] 。 例如 , 杭州天子岭城市生活垃圾填埋场一期 下转第 69 页 64 环 境 工 程 2007年 8 月第25 卷第4 期 酵池内的压力应略大于外界大气压,以防止空气进入。 3 工程运行设计的其它问题。在布置时, 应充 分考虑甲烷的易燃易爆性 ,严格消防规模。 此外, 若能和粪便 、 污水处理厂的污泥等混合发 酵,不仅可以调整碳 、氮比 , 而且可以提高有机物含 量,增加肥效,减少氮 、 磷 、 钾的添加量, 降低垃圾复合 肥的成本 。 参考文献 [ 1] 中国环保产业协会. 我国城市生活垃圾处理现状与对策[ EB OL] . http www . chinaep. net feiwu laji laji-05. htm, 2005 -12 -06. 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Keywords activated carbon fiber, chloro and adsorption STUDY ONTHE ANAEROBIC INFLUENTIAL FACTORS OF FLUE GAS BIODESULFURIZATION Wang Dunqiu Yan Jingling Yan Dan 46 Abstract An experimental study on some main influentialfactors, such as reaction temperature, HRT and concentration in biological sulfate reduction system was done by using an UASB. The experiment investigated the effect on reactor from the changes of SO2 - 3 reduction rate and the value of sulfide. It is indicated that, when HRT being 36 h, the effect of degradation of SRB on the reduction rate of SO2- 3 are better; when the SO2 - 3 concentration is in the range of 500 mg L to 800 mg L, the SO2 - 3 reduction rate is about 88; within the temperature investigated, when reaction temperature being 33 ℃, the SO2- 3 reduction rate and the value of sulfide are the maximum. Keywords flue gas, biodesulfurization, UASB and sulphite THE NEW PROCESS OF UTILIZING THE RESOURCE FROM FLUE GAS DESULFURIZATION WITH PYROLUSITE PULPSun Jun Su Shijun Ding Sanglan et al 49 Abstract Research has been carried out on the process of producing electrolytic manganese, high -pure manganese carbonate and ammonium sulfate from the absorption offlue gas desulfurizationwith pyrolusite pulpwhichwasfirst set up by the researchers. Experiments have discovered the optimal flow and conditions of process and prepared electrolyticmanganese products thatmet the standardsofGB3418 -82 and high -pure manganese carbonate products that met the standards of GB10305, and ammonium sulfate can be recovered from the solution and be utilized further. The process achieved the intention of recovering sulfur resource and improving the extra value of pyrolusite comprehensive utilization and the results from the research provide a theoretical basis and design parameter for applying this technology to industry . Thisinvestigation shows the feasibility of a novel recycling approach to utilizing the resource from flue gas desulfurization with pyrolusite pulp. Keywords pyrolusite pulp, flue gas desulfurizaiton, absorption solution, electrolytic manganese, high -pure manganese carbonate and ammonium sulfate EXPERIMENTAL STUDY ON DEODORIZATION OF WASTEGAS FROM SEWAGE REUSE SYSTEM BY BIOFILTER TOWERSDai Xingchun Huang Minsheng Zhang Daofang et al 53 Abstract Experimental results of deodorization of wastegasfrom sewage reuse system by biofilter towers had been introduced in this paper. Within 92 seconds, these two biofilter towers could remove more than 80NH3and H2S. No. 1 tower inoculatedwith activated sludge could purify the wastegas to almost non -odorous extent, which may be attributed to zeolite adsorption and biological degradation. Only 37～ 51NOxcould be removed by biofilter towers, which meant enhanced purification s should be required. Keywords deodorization by biofliter towers, sewage reuse system and experimental study STUDY ONAPPLICATIONOFINTEGRATEDPROCESSOFSEWAGESLUDGEON CIRCULATING FLUIDIZED BED INCINERATIONYun Xiaoyin Lǜ Qinggang Na Yongjie et al 56 Abstract The volume of sewage sludge can be reduced and will become harmless, whose energy can be utilized by incineration of sewage sludge. In this paper, the integrated process of sewage sludge on circulating fluidized bed incineration is presented. The self-sustaining energy balance can be realized as the water fraction of sewage sludge is not more than 75. The 350 t d treatment capacity of sewage sludge is taken as an example for analysis. The process characteristic and techno -economy are presented. Keywords circulating fluidized bed, sewage sludge, integrative and incineration SETTLEMENT CALCULATION AND ANALYSIS OFAGING WASTE IN THE VERTICAL EXPANSION OF EXISTING LANDFILLWang Yanming Zhang Qianfei 59 Abstract Aiming to the specialty of settlement mechanism of aging municipal solid waste MSWduring the vertical expansion of existing landfills, the settlement of aging waste is classified into 3 parts primary consolidation settlement, secondary stress settlement, and degradation settlement. The calculation s of each settlement are studied, and the related parameters in the settlement ulas are discussed with the engineering case. Through calculation results, the settlement trend of aging waste due to the loadof new filling waste above it is analyzed and some useul conclusions are put forward to conduct the design of expansion engineering. Keywords municipal solid waste MSW, existing MSW landfill, vertical expansion, settlement calculation, secondary stress settlement and degradation settlement COMPARATIVE RESEARCH ON STANDARD FOR LEAKAGE PREVENTION STRUCTURES OF LANDFILLS SITES FOR DOMESTIC WASTES IN VARIOUS COUNTRIES Yang Liangbin Li Li LiuYuqiang et al 62 Abstract The leakage prevention structures of Domestic Waste Landfills in several countries such as the U. S. A, Germany and EU etc were studied, especially the regulations on structure, hydraulic conductivity and thickness of leakage prevention layer. Itwas investigated that the leakage prevention structures of 54 landfill sitesfor domestic wastes in China, andthe results showed that leakage prevention structureswere found designed 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25,No. 4, Aug . , 2007 improperly and leakages happened incidentally in landfills in China, which has some relationship to the defects of requirement about leakage preventionstructure in our actual standard GB16889 -1997. So, some suggestions were given as following leakage prevention structure of our domestic waste landfill should be composite leakage prevention structure; the thickness of artificial membrane and compacted clay liner must be at least 1. 5mm and 50 cm respectively. Keywords domestic waste landfill, leakage control structure and standard WET DYNAMIC ANAEROBIC FERMENTATION OF MUNICIPAL ORGANIC WASTES Xiao Hong Peng Hong 65 Abstract Based on analysis of the current status o treatment technology for municipal organic wastes and according to domestic conditions, wet dynamic anaerobic fermentation was put forward as a new type of process. Further, the optimal program of we