填埋气含有大量CH4,既会对环境和人类造成严重危害,又能作为宝贵的能源,若处理不当能引起爆炸和火灾事故,填埋气含有CO2,会产生温室效应。尤其在目前能源危机和环境问题的双重影响下,许多国家都在积极寻找其他替代的清洁能源。因此,从1977年第一个垃圾填埋场回收填埋气系统在美国加利福尼亚南部的Palos Vends建立后,目前已有20多个国家安装了填埋气的回收利用装置。由于这些国家对于这部分能源的开发给予政策性的支持和优惠,使得填埋气的利用已成为技术较成熟的,具有明显社会效益和经济效益的投资项目。与国外相比,中国差距比较明显。但随着人们环境意识的提高以及世界组织对中国大气环境的要求,中国已迫切需要改变这种局面。
1 垃圾填埋气概述及新标准要求
预测到2015年,中国城市的垃圾产量将达1.79×108 t/a,其中,60%采用卫生填埋处理,需填埋处置约1.1×108 t/a。按照垃圾产生的填埋气为0.064 m3/kg~0.440 m3/kg计算,产生的填埋气中CH4总量相当于10×108 Nm3/a~70×108 Nm3/a的天然气,其最小值与目前中国煤层气产量相当,最大值相当于中国目前天然气产量的1/5[1]。如果对垃圾填埋气进行回收利用,既可减少温室气体的无序排放,又可回收能量,实现垃圾的资源化和能源化利用。
2 垃圾填埋气作为可再生能源的利用情况
2.1 直接燃烧产生蒸汽 用于生活或工业供热
填埋气中约40%~60%是CH4气体。CH4是1种清洁能源,具有很高的热值。表1所列为纯CH4、填埋气与几种能源发热量的比较,可以看出,填埋气的热值与城市煤气的热值接近[3]。
由于填埋气的高热值,填埋气可用于生活供暖、温室用户以及工业燃料,其经济效益在很大的程度上取决于使用的连续性以及从填埋场到用户的距离。
目前,国内成功的实例有宁波大岙垃圾卫生填埋场垃圾处理示范工程[4]。其中的填埋气作为燃料供给砖厂降低了生产成本,按该产量为7×104块/d的规模计算,相当于节约了700元/d人民币。该项目共投入30×104元,1 a基本可收回投资。
2.2 垃圾填埋气发电
利用填埋气体发电是国际上应用最广泛的技术之一。这种方式的优点在于技术成熟,其技术装备可采用成熟的燃气发电机组或专用的沼气发电机组。填埋气发电项目符合国家节能环保产业政策,体现循环经济的“无害化、减量化、资源化”原则。由于含有大量CO2,影响填埋气的稳定燃烧,因此,填埋气在通过内燃机(一般为柴油机)燃烧释能做功发电时,一般需采取在柴油机的基础上增加预燃室、进气增压、用火花塞点火取代压燃点火、增加缸体体积、提高压缩比,来保证填埋气在柴油机内的稳定燃烧。
国内成功的实例很多,如,北京阿苏卫垃圾填埋场、杭州天子岭填埋场、广州兴丰填埋场、南京水阁填埋场等。以北京阿苏卫填埋场为例,填埋气的回收率约为70%,通过打垂直气井,可回收气体10.8×104 m3/d,填埋气中纯CH4为52.4%~60.4%,发电经济效益明显。
2.3 用作汽车燃料
经科学试验及实践证明,CH4含量超过50%的CH4和CO2混合气体,可替代汽油作为汽车燃料。此项技术的限制性因素主要是装备技术商业化。压缩天然气作为汽车燃料目前正逐步为市场所接受,填埋气由于受到生产量的限制,很难达到商业化规模经营。目前可选择的主要用户是专用垃圾运输车辆,其优点是无需在填埋场外再建加气站,可大幅度降低燃气的成本。
目前,国内成功的实例有鞍山市羊耳峪垃圾填埋场垃圾处理示范工程[5]。该项目的建成投产,解决了鞍山羊耳峪垃圾卫生填埋场沼气无规则迁移造成的安全问题,对鞍山市环境质量总体水平的提高发挥了重要作用。
2.4 在天然气价格高的地区用作燃气
经过净化提纯后并入城市燃气管道,特别是在天然气价格高的地区适宜使用。
香港地区的填埋气,就是把填埋气净化提纯后注入城市燃气管道来进行利用。实践证明,用作燃气对于天然气价格高的地区经济效益较好。
2.5 从垃圾填埋气中分离提纯CO2作为化工原料
该法是将垃圾填埋气中富集的CO2分离出来,既可作为化工原料又减排了CO2,同时,还可回收利用HC4。可用的分离方法一般有物理化学法、吸附分离法、膜分离法等。膜法成本太高。甲基二乙醇胺法是溶剂吸收法中的1种,该法利用甲基二乙醇胺分子结构中的羟基降低分压和增大水溶性,利用胺基使水溶液呈碱性因而能够吸收酸性气体来分离CO2。该法因其设备成本低、操作简便、净化效果好,引起了广泛关注。另外,变压吸附已发展成1种新型高效的气体分离技术,首先让CO2在加压的吸附塔中被选择性吸附,因而与CH4分离,随后在减压塔中解吸而再生,CO2脱除率可大于95%。
该利用方法由于投资和维护成本较高,目前只把北京安定垃圾卫生填埋场作为示范工程,正在建设中。
2.6 利用填埋气燃烧蒸发渗沥液
垃圾填埋产生大量的渗滤液,主要来源是垃圾自身含水、垃圾生化过程产生的水、地下渗透水、大气降水。渗滤液水质复杂,危害较大。GB 16889-2008 生活垃圾填埋污染控制标准明确规定生活垃圾填埋场应设置污水处理装置。因此,渗滤液不能直接排入城市污水管网,必须先采取技术措施进行处理。以中国填埋生活垃圾超过1.50×108 t/a,且平均每吨垃圾产生0.30 t渗滤液计算,将产出超过0.45×108 t/a 渗滤液。填埋场所产生的渗滤液水质复杂,NH3-N含量高,渗滤液不易生化处理。如,利用填埋场副产物的填埋气燃烧释放的热量,使得渗滤液蒸发,则不需要配置专门的蒸汽锅炉,也不会有其他生化、物化处理方法投资大、运行成本高的问题,更重要的是该方法对渗滤液的成分、浓度、年龄等因素不敏感,有灵活的适应性。填埋气燃烧蒸发渗滤液有不同的方式,如,填埋气分级燃烧、浸没式燃烧[6]等方式。为进一步节能,又开发了渗滤液分级燃烧、二级浸没燃烧等方式。这些技术蒸发效率高、设备简单、便于控制、运行费用低,特别适用于渗滤液的浓缩液,蒸发渗滤液耗填埋气量不到0.3 m3/kg。中科院、清华大学已经开展这方面的研究工作,并在改进燃烧蒸发技术,正在北京北神树、安定等填埋场进行试点。
3 结语
在垃圾填埋气的利用方式中,填埋气用作生活和工业,采用蒸汽及填埋气通过内燃机发电研究和应用实例较多,前2种利用方式占到总利用量的80%以上,通过净化垃圾填埋气压缩气(CLFG)用作汽车燃料、经过净化提纯后并入城市燃气管道利用和从填埋气中分离提纯CO2作为化工原料以及用填埋气燃烧蒸发渗滤液,当前正处在研发中。
摘要：垃圾填埋气的回收和利用是一项经济可行且对环境有益的技术,叙述了目前中国垃圾填埋气利用的情况和新标准要求,结合已成功应用的实例介绍了6种不同的垃圾填埋气作为可再生能源的方式,指出了中国进行填埋气回收利用有广阔的前景。
关键词：垃圾填埋气,可再生能源,回收利用
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垃圾焚烧处理是实现垃圾无害化、减量化和资源化的最有效的手段之一[1], 是当前国际上生活垃圾处理较先进的技术, 也是目前我国发达地区城市生活垃圾的主要处置方式。生活垃圾焚烧处置后会产生一定量的飞灰, 由于飞灰富集了生活垃圾焚烧过程中所产生的各种重金属以及有机有毒物, 世界各国均将其列为危险废弃物范围, 我国相应的技术政策也将飞灰作为危险废弃物予以管理和处理[2]。以往, 在具体的处理方式上, 主要按照《危险废物填埋污染控制标准》 (GB18598-2001) 要求, 将飞灰经过稳定化处置后进入危险废物填埋库的方法。2008年4月, 我国发布了《生活垃圾填埋场污染控制标准》 (GB16889-2008) 代替原有的垃圾填埋场的建设标准, 提出了经过一定处理、符合标准要求的生活垃圾焚烧飞灰等废物可以进入生活垃圾填埋场, 这对我国的生活垃圾焚烧设施建设将有很大的促进作用, 同时也对飞灰的稳定化处置及垃圾填埋库的建设提出了新的要求。
由于目前我国各城市普遍存在危险废物集中处置设施缺失和固体废物填埋场难以建设的困难, 生活垃圾焚烧产生的飞灰量又较大, 因此各地区均需要采用合适的工程手段解决飞灰的填埋问题。如何利用现有条件进行工程改造, 使其符合飞灰卫生填埋标准, 是我们面临的紧迫和现实的问题。
2 工程概况
常熟市南湖生活垃圾焚烧发电厂2006年建成投产, 其产生的飞灰均按《危险废物填埋污染控制标准》 (GB18598-2001) 要求, 经过稳定化处置后进入危险废物填埋库。后因库满, 新 (扩) 建危险废物填埋库有难度, 常熟市又按《生活垃圾卫生填埋技术规范》 (CJJ17-2004) 标准建成了南湖生活垃圾填埋场三期工程。要实施 (GB16889-2008) 标准, 达到对飞灰稳定化处置后单独分区填埋的要求, 必须对各相关标准予以研究, 找出异同, 然后进行工程改造, 以适应新标准的要求。
2.1 新旧标准对填埋场建设的要求差异
南湖生活垃圾填埋场三期扩建工程是按照《生活垃圾卫生填埋技术规范》 (CJJ17-2004) 标准予以设计、施工, 项目已于2008年底竣工验收。要将已建好的常熟南湖生活垃圾卫生填埋场三期作为飞灰的卫生填埋场, 必须使其符合新标准的各项要求。对照《生活垃圾卫生填埋技术规范》 (CJJ17-2004) 标准与《生活垃圾填埋场污染控制标准》 (GB16889—2008) , 找出并分析二者之间的差异, 按新标准要求做好改造, 是解决常熟飞灰改由原实施的安全填埋转为卫生填埋的重要工作。
《生活垃圾卫生填埋技术规范》 (CJJ17-2004) 与《生活垃圾填埋场污染控制标准》 (GB16889-2008) 对填埋场要求的不同点列于表1。
二者的差异主要反映在对防渗系统、分区坝、渗滤液导排系统等方面的要求不同。
2.2 原填埋库 (三期) 概况及特点
常熟南湖生活垃圾卫生填埋场三期扩建工程位于垃圾焚烧厂西侧, 工程已于2008年底竣工验收, 并投入运行, 主要作为垃圾焚烧厂的备用场。工程总库容量为43.7万m3, 共分5个填埋库区, 每个库区底标高 (黄海高程系) 和库容如表2所示。
库区采用垂直防渗+水平防渗结构。垂直防渗采用深层水泥搅拌桩, 桩底深入库区底部隔水层以下, 水平防渗采用单层复合防渗结构。防渗结构层如图1所示。
三期工程具有以下特点。
(1) 填埋库区底部基础层为4层粉质粘土夹粉土层, 部分为5层粉细砂层, 其渗透系数均大于10-5cm/s。
(2) 采用深层搅拌桩施工后, 库区地下水位降低在-7.0m以下。
三期扩建工程实施前, 地勘资料表明, 场址位于常熟市西南的南湖荡南岸, 为砖瓦厂取土坑区和南湖河道围填而成。场地主要由大、小不等鱼塘及取土坑构成, 鱼塘水深1.5~2.5m, 地形稍有起伏, 地面高程0.5~1.4m, 地下水流向为S10°W向。工程地质条件及评价根据勘察资料, 场地内在20.50m深度范围内共分布有8个工程地质层, 自上而下分述如下。
(1) 素填土; (2) 淤泥质粉质粘土; (3) 粉质粘土; (4) 粉质粘土; (5) 粉质粘土夹粉土:平均厚度1.43m;中压缩性土; (6) 粉细砂; (7) 粉质粘土; (8) 粉质粘土。
三期扩建工程场地地基土层分为8个工程地质层, 其水文地质及工程地质评价如下:1层素填土:以粘性土为主, 属透水层, 平均厚度0.82m;2层淤泥质粉质粘土:平均厚度4.21m, 高压缩性土, 工程特性差, Kv=3.26×10-7cm/s, KH=3.46×10-7cm/s, 属相对隔水层;3层粉质粘土:平均厚度0.78m, 工程性能较好, Kv=5.20×10-7cm/s, KH=7.54×10-7cm/s, 属相对隔水层;4层粉质粘土:平均厚度2.68m, 中压缩性土, 工程特性良好, Kv=6.98×10-7cm/s, KH=8.40×10-7cm/s, 属相对隔水层;5层粉质粘土夹粉土:平均厚度1.43m;中压缩性土, Kv=1.37×10-5cm/s, KH=2.01×10-5cm/s, 属弱承压含水层;6层粉细砂:灰黄—黄色, 饱和, 中密, 含云母碎屑, 分选性中等, 工程性能中等, Kv=4.15×10-3cm/s, KH=5.86×10-3cm/s, 属承压含水层;7层粉质粘土:厚度平均6.95m, 局部为粉土层, 工程特性较差, 属相对隔水层;8层粉质粘土:厚度大于1.40m, 工程特性较好, 属相对隔水层。
根据以上地质条件, 制定相应的工程改造方案。
3 填埋库的工程改造
以上对已建的垃圾填埋场与新标准要求所作的差异分析得知, 二者之间主要体现在对防渗系统、分区坝、渗滤液导排系统等方面要求的差异, 本次改建即围绕上述几方面为重点对其中的4号库区予以展开。
3.1 防渗系统改造
防渗系统填埋场防渗处理在三期中防渗系统工程按《生活垃圾卫生填埋技术规范》 (CJJ17-2004) 设计, 防渗采用单层复合防渗结构。本次技改, 4#库区需同时满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》 (GB16889-2008) 。原设计中, 4#库区基础层为 (4) 层粉质粘土夹粉土层和 (5) 层粉细砂层, 其饱和渗透系数均大于10-5cm/s, 按《生活垃圾填埋场污染控制标准》 (GB16889-2008) 要求, 需采用双层人工合成材料衬层。飞灰填理场处理的首要问题, 是防止填埋场附近地下水及地表水受到渗沥液的污染, 在合理选址的基础上必须考虑防渗系统的设计。根据场址的工程地质和水文地质情况, 对填埋场底部进行防渗处理, 其目的一方面是防止渗沥液浸入地下, 污染地下水;另一方面是防止地下水浸入填埋场, 造成渗沥液水量的大幅度上升。防渗处理要因地制宜选择不同的防渗方式, 其中水平防渗为填埋场设计需主要考虑的问题之一。水平防渗方式主要采用以下两种方法: (1) 天然防渗:天然防渗系统主要在场地的土壤、水文地质条件允许的情况下才能采用; (2) 天然和人工防渗相结合防渗:如果场地部分满足天然防渗条件, 可采用以上两种方式相结合。防渗衬里是由土工布、无纺布、过滤层、高密度聚乙烯等多种材料复合而成, 具有很好的防渗性、耐腐性、 (绕) 曲性。
根据规范要求, 结合三期扩建工程实施的4#单元坑防渗结构特点, 本技改工程防渗系统采用人工双层复合防渗结构。防渗结构层 (从上到下) 如下。
(1) 缓冲层:采用300mm厚的袋装飞灰。
(2) 渗沥液收集导排系统:底部采用300mm厚碎石导渗层, 反滤层采用160g/m2机织土工布。
(3) 膜上保护层:为800g/m2长丝聚酯无纺土工布。
(4) 主防渗层:坡面选用平模挤出工艺生产的1.5mm厚单糙面HDPE土工膜, 糙面朝下铺设。平面选用平模挤出工艺生产的1.5mm厚光面HDPE土工膜。
(5) 膜下保护层:为600g/m2长丝聚酯无纺土工布+200g/m2长丝聚酯无纺土工布, 200g/m2长丝聚酯无纺土工布已铺设。
(6) 渗沥液检测层:底部为300mm厚碎石层, 坡面为复合土工排水网, 三期扩建工程已铺设。
(7) 次防渗层:选用平模挤出工艺生产的1.5mm厚HDPE土工膜, 三期扩建工程已铺设。
(8) 防渗保护层:>0.75m厚粘土层, 饱和渗透系数不大于10-7cm/s。三期扩建工程已建设。
(9) 地下水导排:为间隔20m的碎石盲沟。三期扩建工程已建设。
(10) 基础层:为4层粉质粘土夹粉土层和5层粉细砂层。构造如图2所示。
3.2 分区坝结构
根据规范要求, 飞灰进入生活垃圾卫生填埋场需分区填埋处置。三期扩建工程共分5个填埋库区, 库区采用1m高的粘土坝分隔, 以减少渗沥液产量。本改造工程需建设高度为3m, 顶标高为-0.8m (黄海高程) 的分区结构物, 以分隔飞灰填埋坑和生活垃圾填埋坑。
分区结构物采用挡土墙。挡土墙主要有以下几种类型:重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙、锚杆式挡土墙等。本工程的适用方案选择如表3所示。
由以上对比可知:重力式挡土墙技术简单、应用广泛、造价低, 但其体积较大, 占用库容大;悬臂式和扶壁式挡土墙虽占用库容小, 但其施工复杂, 需将原工程铺设的防渗系统切割出工作面后, 方可施工, 且造价较高。锚杆式挡土墙技术复杂, 适用于高度较大的挡土墙。
本次改造工程中, 飞灰填埋区分区挡土墙高度约为3m, 结合现场实际情况, 推荐采用重力式挡土墙作为分区结构物的形式, 重力式挡土墙材质采用粘土。
3.3 渗滤液导排系统
本工程排水系统分地下水排水系统、膜下水排水系统和渗沥液排水系统。设计情况如下:地下水排水系统主要为库区底部的地下水导排盲沟;膜下水排水系统可利用三期扩建工程建设的渗沥液导流层改造成膜下水导流层, 渗沥液泵井改造成膜下水渗漏检测井;渗沥液排水系统在坑底主防渗层上铺设碎石导水层, 顶面铺盖一层土工布作为过滤层, 渗沥液最终通过穿孔HDPE管排至渗沥液收集井;在渗沥液收集井中设有移动式潜污泵, 提升送至污水储存罐。
4 结语
整个常熟三期垃圾填埋库4号坑的改造工程历时4个月, 投入改造资金400万元, 工程经有关部门检验合格通过验收, 现已投入正常使用。
《生活垃圾填埋场污染控制标准》 (GB16889—2008) 为飞灰的处置开辟了新的出路, 同时也对飞灰的处置及垃圾填埋库的建设提出了更高的要求。在按原标准建设的垃圾填埋场基础上进行工程改造, 能够解决目前我国各城市对危险废物集中处置设施和一般固体废物填埋场都面临难以建设, 又必须面对大量飞灰需处理的现实问题。常熟市按照 (GB16889—2008) 标准的要求, 改造原有的填埋场的渗滤系统, 设置分区坝结构和渗滤液导排系统, 有效解决了当地飞灰处置的问题, 可为其他各地类似情况的解决提供有益的借鉴。
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【关键词】垃圾填埋气；净化；甲烷回收
在当前我国城市经济建设的过程中，垃圾填埋气中含有的成分比较复杂，其中主要包括了甲烷、二氧化碳、氮气以及水等。如果直接排出不仅对周围环境有着严重的影响，而且还存在着一定的安全隐患，这就给人们的生活带来了严重的影响。因此我们就采用净化回收甲烷技术，来对垃圾填埋其进行相应的回收处理，这样不仅使其经济效益、环境效益以及生态效益等方面的问题得到进一步的提高，还满足了人们日常生活的需求。而且随着科学技术的不断发展，人们也开始将垃圾填埋气的净化回收技术进行工业化生产，进而有利于我国社会经济的可持续发展。下面我们就对垃圾填埋气中净化回收甲烷技术的相关内容进行介绍。
一、垃圾填埋气的产气规律和特点
1、产气条件
(1)废物的组成。垃圾中有机成分产生甲烷,因此,必须有大量的有机物存在,通常甲烷气体浓度达到38%以上,才有利用的价值。
(2)厌氧环境。在厌氧环境中,借厌氧微生物菌的作用垃圾总的有机物才能分解。垃圾填埋场必须严密压实,才能有效的产生甲烷气体。
(3)湿度。湿度对于有机物厌氧腐烂、发酵过程是重要的,水为厌氧微生物菌的成长和新陈代谢提供了介质,并且提供了厌氧菌营养和传输的渠道。湿度取决于垃圾最初的水分含量、地表和地下水资源渗透范围和有机物腐烂产生的水分。
(4)酸度。垃圾发酵产生沼气的反应,对土壤酸度pH值(酸度测量值)敏感;产生甲烷的最佳pH值是在6.8～7.2之间。甲烷产量在pH值低于6.5时,急剧下降。
(5)温度。厌氧微生物菌的作用受温度的影响也很大;在50～60℃产生甲烷气的速率最大。但是,在垃圾填埋气中,有机物降解过程可以为甲烷的生成提供足够的热量。
(6)其它因素。垃圾堆实的密度、垃圾填埋场的设计和其它地理条件都会影响甲烷气体的生成数量和速度。垃圾填埋量至少在一百万吨以上,才适合填埋气的回收利用。
2、特点与作用
填埋气的成分主要是由甲烷和二氧化碳组成,通常混合比是55%甲烷和45%二氧化碳,但同时还含有不少于1%的其它挥发性有机物。填埋气在大气中排放是有害的,不仅挥发性有机物对空气造成毒性,而且影响周围居民的生存,增加大气温室效应。甲烷是易燃气体,在有限空间里,当空气中甲烷含量在5%以上,则会发生爆炸,使周围建筑和人身安全受到威胁。
填埋气会在土壤中水平迁移,引起垃圾填埋场以外的地方发生爆炸。填埋气还会影响地下水水质,溶于水的二氧化碳,增加了地下水的硬度和矿物质的成分。
二、净化回收甲烷工艺原理和流程
1、基本原理
通过相关的统计分析，我们可以发现垃圾填埋气中存在的成分十分的复杂，其中处理还有氧气、氮气、甲烷以及二氧化碳以外，还存在着一些有毒的气体。因此如果将其直接排出，那么不仅对周围环境造成严重的污染，而且具有一定的安全隐患，时刻威胁着周围居民的生命财产安全，因此我们就采用相应的净化回收工艺，来对甲烷进行回收。
在对垃圾填埋气中的甲烷进行净化回收的过程中，人们首先要对填埋气体中存在的有毒气体，因此就通过对这些有毒气体进行相关分析，采用冷冻液化的方式，来将对这些有毒气体进行除去。其次通过变压吸附法在对垃圾填埋气中的二氧化碳和其他气体进行去除，这样就使得混合气体中的甲烷的浓度大幅度的提升。而且根据相关的实验分析，我们发现在对甲烷进行净化回收处理的过程中，如果对其压力进行相应的提升，那么混合气体中个成分的吸附能力就会变迁，这就使得甲烷回收的纯度大幅度的提升。
2、工艺流程
在对垃圾填埋气进行净化回收的过程中，人们为了可以将填埋其中存在的有毒其他进行去除，我们就采用预冷分离的方法，来对其进行处理。而且通常情况下，垃圾填埋气中也存在着一些硫化物，我们就可以采用脱硫系统来对其进行处理，从而使得整个系统中存在的有害物质得到很好的处理。在对垃圾填埋气中存在的有害物质进行处理完成以后，我们就开始准备甲烷的吸附处理，从而对垃圾填埋其中的甲烷气体进行相应的回收净化。
再生用的气体来自变压吸附系统排出的解吸气。解吸气加热后进入处于加热再生步骤的吸附器将吸附材料中吸附的杂质组分解吸出来。
对于垃圾填埋过程中产生的气体，必须要经过处理，只有进行脱硫等处理后才能保障对环境的危害降到最低，对于气体中的二氧化碳以及其他烃类物质也需要通过吸附系统才能有效净化，目前我国在这方面与国际水平还有一定差距，应该积极借鉴国外先进技术和相关理念才能让我国的垃圾处理水平得到提升，尤其是处理工艺流程方面更应该将先进技术因地制宜的应用到实际当中。
3、污水处理
系统中所排出的污水集中到污水池，经过污水净化处理后的净化水循环用于净化系统的冷却及填埋场的细菌液发酵。污水处理中产生的废渣去闭式火炬完全燃烧后排空。整个系统除补充少量新鲜水外，其余公用工程系统完全自给。
三、工业化应用
为了有效地处理城市产生的垃圾，由香港政府投资在新界东北建设3500万m3垃圾填埋场，总投资8．75亿港元。每天垃圾废物的接收量为2300t，高峰段每发酵产生垃圾填埋气15000m3/h～20000m3/h。该净化项目总投资(含进口燃气压缩机、3000KW发电机、19公里产品甲烷输送管线)约2．5亿港元，装置设计寿命20年，设计生产85％甲烷城市煤气8000m3/h。由此可见，该项目不仅具有良好的环境效益，也具有较好的经济效益。
四、結束语
总而言之，在当前我国社会经济发展的过程中，随着城市化进程的不断加快，人口数量也在不断的增多，这就给我国城市规划建设带来了巨大的压力。而对垃圾填埋气进行有效的处理，不仅可以使得人们的生活环境得到有效的保障，还有着良好的经济效益。为人们的日常生活和生产提供大量的能源和资源。而且随着科学技术的不断发展，人们为了使得垃圾填埋气净化回收的效果得到进一步的提高，就将许多先进的处理技术应用到其中，从而使得垃圾填埋其中甲烷气体回收的纯度和效率得到有效的提升，进而促进了我国社会经济的可持续发展，为人们提供了一个良好的生活环境。
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对于国内外在传统的厌氧填埋和新型的准好氧填埋两种不同运行方式下对填埋气的特性研究作了简介.通过比较分析,传统的厌氧填埋结构中填埋气的.甲烷含量比较高(40%～60%),而准好氧填埋中填埋气的甲烷含量只有10%～20%.对于中小型的填埋场,由于技术和成本的制约,建立准好氧填埋场,不仅有利于加快垃圾的稳定化进程,还可以减少甲烷的生成量,减轻对环境所造成的污染.
作 者：刘玉强 黄启飞 王琪 刘国浔 作者单位：刘玉强,黄启飞,王琪(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)
刘国浔(江西省九江市浔阳区建设环境保护局,江西,九江,332000)
1 准好氧填埋场垃圾稳定化机理
准好氧填埋设计原理是不用动力供氧, 而是利用渗滤液收集管道的不满流设计, 以及填埋堆体的内外温差, 使堆体外空气自然通入, 在渗滤液收集管和竖直通风管道周围产生一定的好氧区域。此处的垃圾进行好氧分解, 空气扩散不到的地方则处于厌氧状态。相对于传统的厌氧填埋, 准好氧填埋方式加快了渗滤液的排出, 抑制了甲烷和硫化氢等气体的产生, 可加速垃圾稳定化进程, 降低渗滤液中污染物浓度[3]。
填埋场不仅具有贮留垃圾、隔断污染的功能, 还具有生物降解和污染物处理等功能。准好氧垃圾填埋场组成与结构的复杂性, 使污染物进入垃圾填埋场后, 将会在垃圾-微生物-渗滤液-填埋气体微生态系统内发生一系列物理、化学和生物学反应。而回灌型准好氧填埋场以生物降解为主, 渗滤液的回流改善了传质效果, 增加了微生物的活性。可使垃圾本身成为载体, 使有机物在微生物的分解下尽快形成生物膜。陈化垃圾表面的生物膜呈蓬松絮状结构, 微孔多, 表面积大, 具有很强的吸附能力。生物膜中微生物以吸附和沉积于膜上的回流渗滤液中的有机物为营养物质, 将一部分物质转化为细胞物质繁殖生长, 成为生物膜中新的活性物质, 另一部分物质转化为排泄物, 通过渗滤液排出。在转化过程中放出能量, 以供微生物生长的需要。
由于在垃圾载体生物膜中的微生物以附着的状态存在, 使生物膜中既有世代周期短、比增长速率大的微生物, 又有世代周期长、比增长速率小的微生物。这使生物膜中参与代谢的微生物种类多样化、生物的食物链长, 能够处理含高浓度有机物的渗滤液, 并利用其中残存的有机物促进硝化脱氮反应, 氮素组分与有机组分容易一同被去除, 加快了垃圾的稳定化进程。当填埋场内垃圾的可降解有机组分达到矿化、可浸出的无机盐由渗滤液带走, 渗滤液不经处理即可直接排放, 垃圾层基本无气体产生, 场地表面自然沉降停止时, 可以认为填埋场达到稳定状态。
准好氧填埋场垃圾的稳定化过程, 是一个同时进行物理、化学和生物反应复杂而漫长的过程。在这一过程中, 影响准好氧填埋场生物降解的因素很多, 有水质、温度、p H值、溶解氧、营养平衡、有毒有害物质浓度等等。
2 准好氧填埋技术优势
经过对准好氧填埋技术进行深入的研究及其实践证实, 准好氧填埋技术较好氧填埋和厌氧填埋技术有以下优点。
2.1 节省建设投资成本及运行费用
由于准好氧填埋采用自然通风, 避免了对大规模的垃圾体进行强制鼓风, 节省了能源消耗, 比较适合我国的国情。
2.2 有利于垃圾中有机物的气化
研究表明, 通过渗滤液的回灌, 可使填埋垃圾中的有机污染物约90%转入气相, 成为CH4、N2等气体;而用厌氧填埋只有约90%的有机污染物转入渗滤液中, 为渗滤液的后续处理减轻了难度。
2.3 渗滤液的水质得到提高
通过对准好氧填埋场进行渗滤液的原液回灌, 可使渗滤液的水质得到显著改善并在短时间趋于稳定。王琪等[4]的实验室研究也初步表明, 在准好氧状态下NH3-N浓度可以降到10 mg/L以下。渗滤液回流可以使沼气产生速率大大高于未回流的填埋层, 使污染物转入气相。而相同时间内传统厌氧填埋的垃圾渗滤液浓度仍居高不下。因此, 准好氧填埋场简化了渗滤液的处理结构和操作, 节省了渗滤液的后续处理费用。
2.4 减少了渗滤液排放量
垃圾本身具有一定的孔隙率, 经过一定时间填埋的垃圾, 孔隙率会增大, 其持水能力会增加。准好氧填埋场的导气设施可排出大量水分, 从而降低了渗滤液的处理量, 缩减了填埋场的渗滤液处理费用。利用垃圾的持水能力, 通过回灌还可以减少渗滤液的外排量。
2.5 可加速填埋垃圾的降解
准好氧填埋为垃圾的降解提供了有利条件, 减少了由于填埋场的稳定时间过长带来的填埋场管理和环境费用。谌戡等[5]研究指出, 渗滤液回灌引入的微生物、水分和营养元素等条件可以显著加速陈腐垃圾中的有机物降解。
2.6 可增大填埋场的有效库容
通过渗滤液的回流, 加速了垃圾中有机物尽快降解和向腐殖质化方向的转化, 堆体稳定时间较短, 便于填埋场的稳定、修复。从而促进了垃圾堆体提前沉实, 缩小了体积, 延长了垃圾填埋场的服务年限, 可增大填埋场的有效库容。准好氧填埋体的表面沉降量显著高于厌氧填埋体 (P<0.05) , 准好氧填埋加速了垃圾中有机物的降解, 渗滤液回灌可造成填埋体表面明显的不均匀沉降[6]。
2.7 有利于硝化脱氮
渗滤液回流可使垃圾填埋场上层干湿交替, 使填埋层处于好氧、厌氧、兼氧状态。实验室模拟试验表明, 通过渗滤液回流能使准好氧填埋场在较短时间内利用自身的处理功能, 去除垃圾中的氮元素[7]。
2.8 有利于碳减排
通过渗滤液的回灌, 可使填埋垃圾中的有机污染物大多转成为CO2、CH4、N2等填埋气体 (LFG) 。传统的填埋方法填埋气中的甲烷含量比较高 (40%~60%) , 而准好氧填埋方法填埋气中的甲烷含量只有10%~20%。对于中小型的填埋场, 由于同当量CH4的温室效应是CO2的21倍, 因此, 准好氧填埋工艺可有效地控制温室效应[8]。由于技术和成本的制约, 建立准好氧填埋场, 不仅有利于加快垃圾的稳定化进程, 还可以减少甲烷的生成量, 减轻对环境所造成的污染[9]。
3 结论与建议
目前, 准好氧填埋技术在我国刚刚起步, 一大批老垃圾填埋场正面临渗滤液的处理问题。因此, 应对封场前填埋气体已不具回收利用价值的老垃圾填埋场进行技术评估, 有条件的植入渗滤液回灌系统并增加渗沥液导排管, 应用准好氧填埋技术来加速其垃圾的稳定化进程。这样可促进垃圾堆体提前沉实, 延长垃圾填埋场的服务年限, 增大填埋场的有效库容。同时, 还可以有效地控制温室效应, 减小填埋场潜在的环境风险, 确保填埋场地最大限度地安全再利用。
参考文献
[3] FukuokaTheFukuokaMethod, WhatisSemi-AerobicLandfill[M].Japan:Fukuoka City Enviromnental Bureau, 1999:226-275.
[4] 王琪, 董路, 李姮.垃圾填埋场渗滤液回流技术的研究[J].环境科学研究, 2003, 13 (3) :1-5.
[5] 谌戡, 孙东, 任岷.生活垃圾生物反应器填埋技术中渗滤液回灌的研究[J].环境卫生工程, 2005, 13 (6) :1-4.
[6] 张维, 岳波, 张增强, 等.准好氧和厌氧填埋陈腐垃圾的稳定化特性[J].土木建筑与环境工程, 2010, 32 (4) :118-123 .
[7] 郭丽芳.回灌型准好氧填埋场氨氮去除规律研究[J].环境保护与循环经济, 2008, 28 (3) :25-26.
[8] 杜松, 金晶, 牟子申, 等.准好氧填埋工艺中通气管径对垃圾填埋气影响研究及空气热力学计算[J].环境科学学报, 2011, 31 (2) :414-419.
现行体制造成的管理疏漏
由于我国现行管理体制, 县级城市生活垃圾填埋场的建设一般由其管辖市一级的发展改革委员会牵头, 负责项目的核准, 组织对项目前期准备工作可行性研究报告、初步设计、施工图设计的评审等。
市一级的建设行政管理部门很少参加, 所做出的评审意见一般不再报请市级或省级以上的建设行政主管部门组织审定, 许多项目建成后由于卫生填埋技术、污染控制标准不达标无法正常运营。
按照住房和城乡建设部的监管意见, 垃圾填埋场建设工程竣工后, 建设单位应组织设计、施工、监理等有关单位进行竣工验收, 但很多小型垃圾场没有经过竣工验收就直接进入运营阶段。
由于生活垃圾填埋场很多工程项目是隐蔽工程, 一旦缺失或漏修, 将给弥补带来极大困难。即使在交付运行中发现问题, 因为建设资金缺口等原因, 管理运行单位也难以修补。
一些已建成的小型生活垃圾填埋场没有按照标准规范运营, 仍按以往简易堆放的方式处理生活垃圾, 肯定达不到无害化处理标准的要求。相当一部分县级城市小型生活垃圾填埋场的渗沥液处理, 说是运往县城污水处理厂进行处理, 但由于县级城市污水处理厂日处理量较小, 不能对渗沥液进行稀释, 实际上没有对其进行处理。
另外, 县级城市生活垃圾填埋场的建设单位随意性比较大。各县政府以争取上级资金补助部门决定建设单位, 有发展改革局、环境保护局、水利局、行政执法局等等。由于这些部门不熟悉城市生活垃圾填埋场工程建设的国家标准和行业标准, 所以建设中缺乏对垃圾填埋场建成后按照无害化处理标准要求正常运行的考虑。
因此, 虽然很多县级生活垃圾场在设计时基本符合建设标准, 但在实际建设过程中由于缺乏连贯的监督管理, 因而不同程度存在减项、缺项、降低等级标准现象, 这些问题都会在移交运营后暴露出来, 给生活垃圾无害化处理带来隐患。
我国中西部很多县城近年来依靠国债和贷款建设了生活垃圾填埋场, 但由于地方经济困难, 争取来的国债和贷款只能完成或部分完成垃圾填埋场的主体建设项目, 又因为缺少足够的后续资金, 名为二期工程, 实际难以续建, 而且运行资金难以保证的情况较为突出。加上小型生活垃圾填埋场消耗费用最多的是渗滤液处理, 而建设小型污水处理厂所需的费用很大, 日常运行费用也很大, 尤其对一些填埋量只有十几吨到几十吨的小型垃圾场, 用污水运输车运往污水处理厂处理更是不切实际。
加强监督管理的合理化建议
基于以上分析, 笔者对加强县级城市小型生活垃圾填埋场建设与运营的监管提出如下建议:
首先, 城市建设主管部门应按照《建设部关于加强城镇生活垃圾处理场站建设运营监管的意见》, 切实负起责任, 对县级城市生活垃圾填埋场的规划、勘察设计、施工、竣工验收等, 由各城市建设行政主管部门和发展改革委共同组织审定, 使生活垃圾处理场站建设运营监管进一步落到实处。
其次, 建议城市人民政府赋予辖县市的城市环境卫生行政主管部门对各县级城市环卫工作指导、协调考核的责任。
住房和城乡建设部与国家发改委共同组织开发的全国城镇生活垃圾处理管理信息系统, 对进一步加强城镇生活垃圾处理场站建设运营监管将起到积极作用。按照目前的管理机制, 城市建设行政主管部门只对本城市的城市建设, 包括生活垃圾无害化处理设施建设和运行负责, 很少过问市辖县的具体城市基础设施建设。同时将无害化评价工作常态化、制度化。对于县级城市小型生活垃圾填埋场, 可由所辖城市组织专家进行自查评价, 由本省建设行政主管部门进行复查核定, 报住房和城乡建设部备案, 或由相邻省组织互查。无害化处理评价不搞终身制, 由住房和城乡建设部统一规定复查年限, 以切实促进生活垃圾填埋场建成之后运营的规范。
最后, 按照《全国城镇环境卫生“十一五”规划》的要求, 加强对现有管理队伍的业务培训。这种培训可以由住房和城乡建设部每年安排培训方向和培训计划, 由各省市执行, 这样可以有针对性地解决基层环卫管理人员极缺的问题, 减轻环卫基层单位培训负担。
建立无害化处理补贴机制
鉴于中西部县级城市大多欠发达, 且又处在长江、黄河两大水系上游地区, 对东部下游地区生态环境影响至关重大的实际情况, 在确保生活垃圾处理费收缴率的基础上, 应由国家和省财政建立生活垃圾无害化处理补贴机制, 每年安排一定额度的一般性转移支付资金, 专项用于经济落后县生活垃圾无害化处理运行补贴。
中西部地区大多处于干早地区, 年蒸发量远大于年平均降水量, 为了避免应付无害化处理检查而实际悄悄排放的情况, 笔者以为可以适当修订生活垃圾填埋场无害化评价标准, 支持小型生活垃圾填埋场建设费用相对较少的渗滤液回灌设施。
此外, 由于县级城市小型生活垃圾填埋场所需机械设备型号、规格基本相同, 为防止在垃圾场建设中缺失这些无害化处理必需的机械设备, 有条件的省或市在对县级城市小型垃圾填埋场建设进行监管时, 是否可以把争取到的国家扶持资金适当留在省或市建设行政主管部门, 由省或市统一招标采购、统一配置。对此, 地方政府不妨可以开展一些有针对性的调研和尝试, 以确定其可行性。
填埋可分为简单填埋与卫生填埋两种方式。其中, 卫生填埋具有处理量大、安全性高、二次污染性低等优势, 得到了越来越广泛的推广。但是, 卫生填埋也存在诸多污染问题, 填埋过程中产生的大量污染物, 如不妥善处理, 也会对周围的水、大气和土壤造成严重污染。
垃圾填埋场首先占用了宝贵的土地资源。在运营过程中又必然产生诸如恶臭、渗滤液等污染因素, 污染土壤、大气及地下水。在封场之后, 由于渗滤液的产生, 将持续对周边环境产生污染。事实上, 城市生活垃圾填埋所引起的环境问题是多方面的。
1占用土地资源
以北京为例, 随着经济发展, 北京已迈入国际特大城市行列, 人口达到1800万, 接踵而来的就是垃圾量的激增。目前, 北京每年填埋垃圾至少需要占用500亩的土地, 现在征用填埋用土地正变得越来越艰难。
2土壤污染
填埋之后, 垃圾中含有的大量电池、塑料、玻璃等物质会直接进入土壤, 对周围土壤环境构成严重污染, 其中废电池污染最为严重。日常使用的电池是靠化学腐蚀作用产生电能的, 而其腐蚀物中含有大量的重金属污染物, 如镉、汞、锰等。废电池填埋之后, 有毒物质会慢慢从电池中溢出, 进入土壤或水源, 最终对人体健康造成严重危害。
3大气污染
城市生活垃圾中有50-60%的易腐性有机物, 它们能在短短的数小时之内自行降解, 同时散发出硫化氢、氨、苯、丙酮等多种令人厌恶的臭味气体, 污染周围环境。
在填埋场区, 大量垃圾露天堆放, 臭气冲天, 同时由于发酵等作用产生大量甲烷、氨、氮气、硫化物等污染物向大气释放。其中, 仅有机挥发性气体就达100多种, 含有许多致癌、致畸性物质。
4噪音污染
经有关部门测量, 垃圾填埋场的噪音音量在60-90分贝之间。而按照国家标准规定, 住宅区的噪音, 白天不能超过50分贝, 夜间应低于45分贝, 若超过这个标准, 便会对人体产生危害。若长期在80分贝以上噪音环境中生活, 耳聋者的比例可达50%。
5水污染
垃圾填埋对水产生的污染主要来自于垃圾渗滤液。渗滤液是垃圾在堆放、填埋过程中由于发酵、雨水淋刷和地表水、地下水浸泡而渗滤出的污水。
具体来讲, 渗滤液来源于四个方面:一是垃圾本身所带水分;二是垃圾中有机物分解产生的水分;三是进入垃圾填埋场的降水和地下水;四是地表径流。其中, 降水和地下水以及垃圾自身含水是决定渗滤水产生量的主要因素。
渗滤液是一种含有多种污染物的高浓度废水, 主要污染物是难降解有机物和重金属离子。它的产生会对周边地区环境造成十分严重的影响。
6封场后的污染
填埋场在填满垃圾之后, 均会采取封场措施。但是, 填埋在地下的大量垃圾的生物分解过程将会持续很多年, 期间将会产生大量废气和垃圾渗滤液, 继续污染周围环境。最典型的一个例子是位于广州市白云区太和镇大源村的老虎窿填埋场, 该填埋场是广州封场较早的垃圾填埋场, 封场至今已经8年, 但是填埋场流出的垃圾渗滤液仍持续渗出进附近水体, 直接影响了广州江村水厂取水口的水质。
截至目前, 全国正在进行和已封场的垃圾填埋场共935个, 设计库容量23.4亿立方米, 已填埋容量6.6亿立方米。而在这935家垃圾填埋场中, 没有采取防渗措施 (防止垃圾污染土壤和地下水) 的竟然占到了34%, 没有采取雨污分流措施的也达到了39%。有关部分发布的监测结果表明:目前, 全国尚无一家城市生活垃圾填埋场所排放的污染物全部指标均能达到国家标准。总而言之, 中国垃圾填埋场污染问题相当严重, 已经到了不得不规范和惩治的时刻。
参考文献
【关键词】垂直防渗；水平防渗
1. 前言
（1）近年来随着经济建设的发展和人民生活水平的提高，城市生活垃圾产量逐年增长，很多早期投入使用的垃圾填埋场进入退役封场阶段。封场即在垃圾填埋作业完成之后在其顶部铺设覆盖层，这是填埋场运行的最后阶段，也是最关键的阶段。封场覆盖应考虑雨水的收集、排导，水流的浸渗入，渗滤液对周围水资源的污染，填埋气体的安全控制、导排和填埋气体的迁移。同时，填埋场封场覆盖还有绿化、土地利用等方面的功能。
（2）张家港市旺家庄垃圾填埋场封场工程位于张家港市西片区旺家村庄，为早期张家港市垃圾集中堆放点，距市中心约11公里，占地面积100多亩。一期工程占地面积约五十多亩，开挖至地面以下最大深度约15米，最大填埋厚度约30米，二期工程占地面积约四十多亩，开挖至地面以下最大深度约10米，最大填埋厚度约为22米，整个填埋场库容约127万立方米，于2010年底结束使用进入封场。封场工程内容主要包括垂直防渗工程、水平防渗工程、渗沥液收集和处理工程、雨水排放工程、填埋气导排及燃烧工程、绿化景观等，其中。防渗工程是封场的重点，包括垂直防渗和水平防渗。本文以旺家庄垃圾填埋场封场工程为例，对防渗质量控制要点进行分析和阐述，以期为同类项目的建设提供借鉴和参考。
2. 垂直防渗质量要点
2.1开工准备工作。
在工程开工前，应对移交的测量控制网点进行审查和校验。配备满足本工程施工需求的施工机械并保证完好完整，在正式施工前应进行试打，以确定搅拌生产试验方案（包括浆液水灰比、搅拌成墙工艺、水泥掺人量、搅拌机下沉及提升速度、桩间套接长度等），根据试验方案进行生产性试验，确定施工控制参数和检测方法，主要影响施工质量的参数有浆液水灰比、单桩搅拌次数、水泥掺入量、搅拌机下沉及提升速度、桩间套接长度等。
2.2施工过程控制。
2.2.1桩位、桩径及桩机架倾斜度控制，主要应对防渗墙墙体轴线和桩位放样成果进行审查和现场校验。校验桩位时应重点检查桩间套接长度是否满足设计最小墙厚的要求（桩间套接长度应考虑桩位偏差和桩倾斜对墙厚的影响）。校验合格后，再进入下道工序施工。
2.2.2每天开机生产前，应对施工设备进行维护保养，发现问题及时处理或更换备品。每个班次应对搅拌轴外径进行检测，凡桩径负偏差大于3%的必须予以更换，对生产不到一个班次就磨损达4%的搅拌头，不得使用。
2.2.3每次桩机移位时，桩位偏差应小于5cm，桩机架倾斜率应小于0.5%，否则，不得进行搅拌施工。
浆液质量控制：
（1）原材料质量控制。
深层搅拌压浆用的浆液主要材料为水泥。水泥应采用普通硅酸盐水泥，标号不低于425号（强度等级为C32.5）。搅拌水泥浆液所用的水应符合混凝土拌和用水的标准。压浆用水泥浆液可根据工程需要加入适量的外加剂及掺合料。外加剂及掺合料应符合现行规程规范的要求。
（2）浆液性能控制。
水泥浆液应按生产试验确定水灰比配制。每次配浆均须用比重计测量浆液比重，并作好记录。无论采用何种水灰比的水泥浆，应保证桩墙的水泥平均掺入比达15%。
2.2.4搅拌施工工艺控制：
（1）深层搅拌机下沉和提升速度、搅拌次数应符合生产试验确定的经监理批准的施工工艺要求。
（2）当深层搅拌机下赏罚分明到设计深度后，应在桩底喷浆30s，使浆液完全达到桩端；当喷浆口提升到达设计桩顶时，应停止提升，搅拌5s，以保证桩头搅拌均匀密实。施工停浆面必须高出桩顶设计标高0.5m，在墙体凝固后将高出部分挖除。
（3）水泥浆液应严格过滤，供浆必须连续。一旦供浆中断，应将喷管下沉至停供点以下0.5m，待恢复供浆时再旋喷提升。当因故停机超过0.5h时，应对泵体和输浆管路妥善清洗。
2.2.5当采用悬挂式搅拌桩成墙时，桩深不得小于设计深度；当采用阻断式搅拌桩成墙时，桩深嵌入相对隔水层或设计地层内的深度应达到设计要求，偏差应小于10cm。
2.2.6在施工作业中，随时检查浆液质量、桩径及桩位偏差机架垂度、桩深、各自动记录仪记录数据的真实性、准确性、及时性、完整性。
2.2.7防渗墙接头部位和施工不良情况处理：
（1）对于要求搭接的桩，桩与桩的搭接间歇时间不应大于24h，如因特殊原因超过上述时间，应对最后一根桩先进行空钻留出榫头以待下一批搭接。如间歇时间过长，与后续桩无法搭接，应在监理工程师和设计认可后，采取局部补桩或注浆措施。
（2）在成桩过程中，遇到地下埋设的涵洞、涵管、钢管、电缆等穿堤构筑物或漂石、木头、砾石等障碍物时，应查明该构筑物或障碍物的尺寸及埋设高程，在其两侧的搅拌桩完成后，采用高喷注浆或其他措施对其周边及上下地层进行封闭处理。
（3）在施工过程中出现溢浆量过大时，在保证水泥掺人量的前提下，应适当变动水灰比和搅拌、压浆参数。如经上述调试仍不能达到要求，应及时和设计联系并由设计方提出处理方案。
（4）搅拌桩成桩施工作业过程中出现搅拌头未到底、提升过快、旋转过快或过慢等任何一种不良情况，应视为不合格桩墙。完成的搅拌桩应补孔重新搅拌压浆。
（5）无论何种原因造成的成桩偏差超过规定值都必须加补搅拌桩或采用其他工法补桩，以确保搅拌桩墙的墙厚满足设计要求。
2.3成墙质量检验。
搅拌桩成墙壁后其墙体质量检验方法主要采用钻孔取芯检查、开挖检查试验。
（1）钻孔取芯检查：在施工28d后，采用钻机取芯描述芯样的完整性、均匀性，检验水泥土的单轴抗压强度、渗透系数。钻机取芯沿堤轴线每300m抽检一孔，不足300m也应布设一孔，每孔取样2组，取样部位为钻孔的中部和底部。钻孔必须用水泥砂浆回填密实。每标段钻孔不少于3个。取样试验组数为得到试验数据的有效样品数。当检测不合格时，应加倍增加检查部位数量。endprint
（2）开挖检查：沿堤线每隔0.5Km开挖一处，不足0.5Km时也应布一处，每处长3～5m，深2.5～4m。要求墙体的外观质量好，无蜂窝、孔洞；桩间塔接和墙厚满足设计要求；防渗墙整体性好，墙体倾斜度不大于0.5%。若开挖检查发现水泥土强度不足，应将软弱部分挖除回填混凝土或砂浆。
3.水平防渗
3.1质量标准。
（1）铺设HDPE土工膜前应由土建工程相应的合格验收证明文件。
（3）铺设HDPE土工膜时应力求焊缝最少，在保证质量的前提下，尽量节约原材料。同时也容易保证质量。
（4）膜与膜之间接缝的搭接宽度一般不小于10cm，通常就使焊缝排列方向平行于最大坡度，即沿坡度方向排列。
（5）通常在拐角及畸形地段，应是接缝长度尽量减短。除特殊要求外，在坡度大于1：6的斜坡上距顶坡或应力集中区域1.5米范围内，尽量不设焊缝。
（6）HDPE土工膜在铺设中，应避免产生人为褶皱，温度较低时，应尽量拉紧，铺平。
（7）HDPE土工膜铺设完成后，应尽量减少在膜面上行走、搬动工具等，凡能对HDPE膜造成危害的物件，均不应放在膜上或携带在膜上行走，以免对膜造成意外损伤。
3.2土工膜的焊接。
（1）热锲焊机焊接工序分为：调节压力、设定温度、设定速度、焊缝搭接检查、装膜入机、启动马达、加压焊接。
（2）接缝处不得有油污、灰尘，HDPE土工膜的搭接段面不应夹有泥沙等杂物，当有杂物时必须在焊接前清理干净。
（3）每天焊接开始时，必须在现场先试焊一条0.9mm×0.3mm的试样，搭接宽度不小于10cm，并用拉力机现场进行剥离和剪切试验，试样合格后，便可用当时调整好的速度、压力、温度进行正是焊接。试样上需标明日期、时刻、环境温度。热锲焊机在焊接过程中，需随时注意焊机的运行情况，要根据现场的实际情况对速度和温度进行微调。
（4）焊缝要求整齐、美观、不得有滑焊、跳走现象。
（5）在遇上土工膜长度不够时，需要长向拼接，应先把横向焊缝焊好，再焊纵缝，横向焊缝相距大于50cm应成T字型，不得十字交叉。
（6）相邻土工膜焊缝应尽量错缝搭接，膜块间形成的结点，应为T字型，尽量减少十字型，纵模向焊缝交点处应用挤压焊机加强。
（7）焊膜时不许压出死折，铺设HDPE土工膜时，根据当地气温变化幅度和HDPE土工膜性能要求，预留出温度变化引起的伸8.当手提焊机的温度控制所指示的焊机温度低于200℃时，要用干净的布或棉纱掸掉再焊，必要时应重新打磨，切忌用手擦试。
（8）当接缝处有结露、潮湿、泥沙等影响时，处理后再进行焊接。
（9）在下雨期间或接缝有潮气、露水、或者大沙的情况下不能进行焊接，但采取防护措施是除外。
（10）温度低于5℃时，按照规范要求不应施工，如果必须施工的话，焊接前应对焊机进行预热处理。
（11）挤压焊接机在焊接过程中，应该经常检查枪头的滑块，磨损较严重时应及时更换滑块，以免损伤膜面。
（12）土工膜在焊接时应该采用稳压性能好的发电机供电，在特殊情况下采用当地用电时，必须使用稳压器。
4. 总结
封场工程创造了极大的环境效益及社会效益，是城市文明的体现。但对封场工程的设计，还有许多技术难点需要作更深入的研究，如因垃圾堆体的不均匀沉降引起对地表水收集系统的破坏。在封场工程的施工过程中，还因垃圾堆体的沉降幅度过大，使实际施工地形与设计图纸不一样，而使施工图纸无法指导施工。国内填埋还是垃圾的主要处置方式，国内还有大量的填埋场需进行封场，故对填埋场的妥善管理是一重点的课题。
垃圾渗滤液是世界公认的性质复杂、难于处理、污染威胁大的高浓度有机废水。从填埋场防渗到排出都需要对其进行严密的控制, 还需要对排出的渗滤液进行有效地处理。
防渗系统有效地阻止渗滤液向地下及其四周扩散, 避免了周边地表水和地下水遭受到污染, 并且能将渗滤液引出, 实现渗滤液无害化和资源化。
1.1 主体工艺设计
主体工艺分为垂直防渗和水平防渗。垂直防渗采用如下3种工程措施或其组合: (1) 地质条件好一些的位置设置用于形成储存垃圾库区的帷幕灌浆和垃圾坝; (2) 在地下水汇集出口处建筑防渗帷幕灌浆的截污坝; (3) 在上游建筑拦洪坝进行基底帷幕灌浆以截断地下水。一般而言, 衬垫是水平防渗的主体, 双层复合衬垫系统是美国主要使用的工艺, 它有两层渗滤液收集系统。我国学者依据国情研究提出了褐煤-土层、黏性土层和泥炭层等不同的衬垫系统。钱学德等研究了黏土衬垫的设计和施工, 何俊宝等研究表明当复合土密度为1.5~1.8g/cm, 含水量控制范围在15%~25%, 粉煤灰在复合土中配比为20%~30%时, 复合土渗透系数达到10-7cm/s数量级, 符合我国沉淀系统的标准。
1.2 辅助工艺设计———清污分流系统
清污分流系统分为控制地表的径流和防止地下水浸入, 地表径流是关键。它可从以下几个方面着手:场内雨水和场外径流系统, 非作业区域和作业区域的雨水分流系统。第一个是关键, 填埋场要由内至外铺设环场截洪沟, 高程不同的建筑布设不同截洪沟用于拦截外围汇水区降水, 填埋场区域和截洪沟区域相交叉时, 将截洪沟排放场外通道阶段, 与场内的渗滤液导出系统相连接, 截洪沟变为了导渗沟, 其中沟顶面高程等于最终覆盖面的截洪沟, 可改为最终覆盖面表面排水沟加以利用。另两个系统布设的基本原则是非作业区则按原自然排洪途径排除雨水, 只在作业区域修建渗滤液导排系统, 必要时可建筑少量分流设施用于清污分流。全部工程完成后, 根据标准, 最终封顶的坡度不能小于4%, 可在垃圾坝上布设雨水渠用以汇集封场后的场顶径流水并排出。
2 生活垃圾填埋场渗滤液处理工艺
在《生活垃圾填埋场污染控制标准》 (GB 16889-2008) 中, 对垃圾渗滤液中BOD5、CODcr、NH3-N、总氮、重金属等指标提出了更严格的排放标准。由于目前我国尚未有经济便捷的处理工艺, 而效果较好的生化处理技术与膜技术相结合工艺又耗费巨大人力物力, 需对处理工艺进一步研究。
2.1 渗滤液的产生及其特点
渗滤液产生的主要原因是降雨渗入, 其次是垃圾自身的含水量和垃圾发生化学反应所产生的水分。由于水渗入后流经垃圾, 造成了渗滤液污染物种类多, 其中有难以生物降解的PAEs、ArOH和C6H7N类化合物、磷酸酯、非氯化芳香族化合物及氯化芳香族化合物等。有机污染物浓度高, CODCr和BOD5远远高于生活污水。氨氮含量高, 最高可高达几万毫克每升, 高浓度氨氮造成了垃圾渗滤液C/N失衡, 严重抑制和降低了生物处理中微生物的活性。
2.2 主要处理工艺
处理工艺大体上可分为物化法、生物法和土地法, 而在实际处理中仅仅依靠这些方法是不够的, 大都选择综合工艺进行处理。王开演等应用氨吹脱-生物流化床-Fenton氧化-BAF联合工艺对浙江某大型垃圾填埋场垃圾渗滤液进行了深度处理, 使其BOD5≤15mg/L、SS≤10mg/L、色度≤16倍、出水总氮在40 mg/L以下。广州市李坑生活垃圾填埋场采用UASB-MBR-DTRO工艺处理垃圾渗滤液, 使其出水水质色度≤30、BOD5≤20mg/L、DO≥15mg/L, 达到了《城市污水再生利用城市杂用水水质》 (GB/T 18920-2002) 标准。简阳垃圾填埋场利用氨吹脱+生物处理 (A+O) +混凝沉淀+砂滤+超滤+纳滤组合工艺对渗滤液进行处理, 龙泉垃圾填埋场利用AOAO+超滤+反渗透组合工艺对渗滤液进行处理, 广安垃圾填埋场利用中温厌氧+膜生物反应器+纳滤组合工艺对渗滤液进行处理, 三座填埋场出水均达生活垃圾填埋污染控制标准 (GB 16889-2008) 。
2.3 存在的问题及解决方案
目前, 垃圾渗滤液处理方式多种多样, 但仍存在不少的问题。 (1) 出水水质达不到国家标准, 在GB 16889-2008发行后, 增加了总氮浓度40mg/L的要求, 现在一般工艺缺乏反硝化过程, 无法使处理过的水质达标。 (2) 可生化性不够, 垃圾填埋场使用年限一般为几十年, 随着时间推移NH3-N浓度越来越高, 而CODcr浓度会降低, 最终CODcr/NH3-N的比值会接近1左右, 导致渗滤液废水的可生化性降低。 (3) 浓缩液无法处理, 回灌的处理技术使垃圾填埋场随时间推移污染越来越严重, 渗透液导电率的升高导致膜过滤失去作用。对于出水水质问题, 可利用反渗透, 对于电导率升高, 课利用纳滤降低部分, 也可以采用孔径大小适宜的膜, 有选择性分离分子, 在截留盐的同时, 降低部分电导率, 引入一些高CODcr浓度废水如酿造废水来补充脱氮所需要的CODcr, 用来提高可生化性。
3 生活垃圾填埋场防渗材料的发展
粘土等天然矿物材料以其良好的防渗性能, 被广泛用作填埋场的防渗衬垫材料, 但是由于天然粘土对污染物的衰减能力较差, 而将其改性之后有高的抗渗阻滞能力和吸附能力, 所以目前大都选择改性材料。
3.1 膨润土
膨润土是一种优良的天然粘土, 其主要成分是蒙脱石矿物。膨润土的渗透系数小于10cm/S, 具有极强的防水性。但膨润土在处于浓度较高的有机渗滤液和油类产品的条件下时, 会出现收缩和絮凝的现象, 由于原有结构被破坏, 吸附污染物的能力大打折扣, 导致其失去阻隔能力, 最终渗滤液会渗入地下造成周围环境污染。经过研究, 膨润土在经过了聚合物预处理和浸水饱和后, 可不与渗滤液中的无机、有机污染物发生反应, 从而使膨润土的稳定性增强。聚丙烯酰胺有着多样化的官能团, 它对渗滤液中不同的污染物均具有一定吸附能力, 它还对水处理方面有着絮凝的特性, 将其加入膨润土中, 除提高对阴阳离子去除效率外, 还可以减少二次污染。聚丙烯酰胺可对膨润土进行有效的粘结和包裹, 由于两者吸水膨胀系数相当, 使防渗材料在吸水膨胀后不开裂、不分散, 具有很好的稳定性、机械性能及抗渗性能。
3.2 页岩改性黏土
页岩是一种由粉砂级和粘土级颗粒组成的细粒纹层状沉积岩。陈武等通过页岩颗粒的吸附试验探索性地研究页岩颗粒对渗滤液主要污染物NH4+和COD的吸附能力, 对不同粉碎页岩添加量的黏土材料做渗透试验, 并得出了粉碎页岩的最适添加量。通过和粉煤灰、粘土比较对NH4+、COD的吸附能力, 确定页岩颗粒及其他土样对渗滤液中NH4+的吸附平衡时间为24h。对于NH4+的吸附效果, 几组不同粒径范围的页岩都都比较类似, 吸附率在29..21%左右, 比单纯膨润土的51.87%的吸附率低得多, 但是比19.17%的粉煤灰和26.18%的粘土稍高。页岩的粒径范围在0.075 mm~2mm之间时, 对COD吸附量明显, 比其他高得多, 但在页岩粒径范围在0.075 mm以下时, COD吸附量明显降低, 是由于研磨破坏了页岩的微孔结构。
摘要：指出了生活垃圾填埋场垃圾渗滤液的防渗及其处理的研究与实践是当前的热点与难点, 综述了生活垃圾填埋场防渗系统设计、渗滤液处理工艺进展及其防渗材料的发展, 以期为我国生活垃圾填埋场的设计以及渗滤液处理提供理论参考。
关键词：垃圾填埋场,土方工程,监理控制要点,测量控制
该垃圾填埋场, 占地约210亩, 总库容160.36万立方米, 采用一次规划分期建设的方式。其中, 一期占地135亩, 库容100.5万立方米, 设计使用年限为10年, 建成后日消纳250吨生活垃圾, 主要是为主城区附近和以北各的乡镇提供服务, 城区以南不在考虑范围内, 另有安排。
本工程选址是利用荒山和废弃多年的砂矿, 地理条件非常复杂, 高差之大不平整, 一边是比较高的山坡, 采砂时挖的悬岩峭壁非常危险, 到处是杂草丛生, 人无法通行, 有的部位更本就无法通视。土层结构比较松散, 其他三面都是深不见底沙坑和连成片的废弃废砂头、及尾砂堆成大少不一的小山包, 在这样的地方建垃圾填埋场, 是废地利用, 填挖工程量非常之大, 该工程设计时、没有准确去测量, 量是预估的, 给后来投资控制带来很大的难度, 该项目是我区的民生工程, 省、市、区三级管理, 全部资金是地方政府和国家共同投资的, 所以必须认真对待, 用每一分钱都要层层把关。
1 首先对库区进行公平、公证的工程量摸底, 确保有法可依、有章可循
当我监理部进驻现场时, 首先熟悉设计图纸, 了解工程规模, 合同、招投标文件、结合相关规范, 组织图纸交底, 解决图纸中存在的问题, 依据甲方交底的导线点交底记录, 对垃圾填埋场进行测量定位时, 还有水面之大, 深不见底的沙坑没有测量, 已感到调查的量比图纸工程量大得多, 随即要求甲方组织开第一次工程例会, 邀请区政府相关部门负责人旁听通报各方掌握测量情况, 最后确定有资质的第三方测量单位进行, 以5米方格网测量汇总, 最终的结果是比图纸多了18万立方米 (图纸挖填量是22万立方米) 。
由于本工程地理地貌特殊, 土质结构恶劣, 地下水丰富, 提升泵井和渗沥液导流管埋设至深, 管线全部在废弃的砂头堆以下, 该沙头无土、全都是颗粒式流沙, 施工难度大, 加上工程土方量之大、工期紧、质量要求严格, 不得在施工中出现质量返工问题, 所以质量和安全预控是本工程最难做的工作。我们依据监理规范监理合同、要求组建适应本工程需要的专业技术力量强的质量、安全监理人员, 参与监理。
2 审查施工单位施工组织设计方案中施工准备阶段的技术措施
2.1 主要是完成施工图, 施工组织设计及施工方案审查以及开工前现场施工准备工作。
2.2 掌握施工图内容及设计意图, 知道工程规模, 特点, 工程量
和质量要求;特别要结合工程地质勘察资料, 了解施工区域各土层土质特点, 做到心中有数。
2.3 土方调配的方案, 为了防止乱堆乱弃, 本着不占农田、耕地,
运距最短的原则, 尽量利用低洼沼泽地、荒地, 因场地挖方大且都是大小不一鹅卵石和不含泥毛砂, 很不稳定不能用于填方, 所以废弃量大, 必须计划好土方调配工作, 避免重复倒运, 严格控制成本是降低工程造价重要环节。
2.4 测量工作是控制土方工程关键工作, 他的工作好坏, 对承包
企业有着直接经济影响和经济效益, 对工程质量、进度控制也起着关键性作用, 首先审查测量人资质证, 测量方案, 在方案中必须明确测量仪器是合格有效并且有检定证书, 和注明各控制点具体坐标以及高程, 在施工前必须对所有控制点进行测量闭合, 结合现场实际情况, 便于引测, 设置二级控制网, 该控制网应避开建筑物、构筑物、施工机械操作及运输线路, 并做好保护标志。监理工程师复核无误后, 书面签发确认书给施工单位, 作为测量依据。同时按照土方调配图, 监督施工单位做好填挖方分界线标桩和调配区分界线标桩等工作。
3 施工阶段是土方工程填挖实质性工作完成阶段, 是工程质量存在偏差和安全事故频发时期, 也是监理过程控制的重要阶段
3.1 按方案实施填方区正是本库区面积1/3大沙坑, 水深20多
米, 该处正是本单位工程, 渗沥液调节池、环场道路、截洪沟、提升泵井等分项工程。首道工序是把填方的部位排水和清表, 清表杂土和淤泥集中堆放到弃土场便于复垦, 搞生态平衡, 造福于社会。因为前面已讲过本库区的挖方粒石土不能直接作为填方之用, 按试验部门通过级配试验要求进行50%的黄土拌合, 按方案和规范进行分层施工跟踪碾压, 层层检测直到符合要求后, 才能进行下道工序施工等。为了避免重复劳动, 按顺序把挖方纯毛砂以及纯鹅卵石和纯黄土同时开挖运输到填方段用机械拌合推平、碾压、同时按规范要求进行检测。
3.2 因为施工在紧锣密鼓进行, 安全工作由为重要, 因人、机、车
匹配在一起共同工作, 监理应按照安全专项方案检查督促, 发现偏离专项方案部位以先口头后书面通知施工单位, 并要求立即整改, 情况严重的, 应及时下达工程暂停令, 要求施工单位停工整改, 并同时报告建设单位。安全事故隐患消除后, 监理单位应检查整改结果, 签署复查或复工意见。施工单位拒不整改或不停工整改的, 监理单位应当及时向工程所在地建设主管部门或工程项目的行业主管部门报告, 以电话形式报告的, 应当有通话记录, 并及时补充书面报告。检查、整改、复查、报告等情况应记载在监理日志、监理月报中。
3.3 挖方作业监控, 也要求按方案进行挖方应采用自上而下, 水
平分区、分层作业方法;选挖方边坡要严格按设计要求放坡, 做到边挖土边修坡, 可避免由于边坡过长, 机械一次性修坡难以完成;土方调配要严格按审定的土方调配方案执行, 不准乱挖乱弃, 施工中发现有风化岩要集中存放, 可用于修筑临时运输道路, 降低工程造价。
3.4 回填土中不得含有草根、垃圾、有机物等杂物, 且土料粒径
不宜大于15cm。填土料的含水量大小直接影响到压实质量, 含水量过小, 压不实;含水量过大, 则易成橡皮土。在碾压前应先做试验, 以得到符合压实度条件下的最佳含水量。如填土料含水量过大, 要翻开晾晒;填土料过干, 则应洒水湿润。洒水时一定要洒匀湿透, 防止出现局部积水现象。
除以上几点外, 还应注意测量工作要同步进行, 及时监控挖填方标高、边界坐标以及边坡坡度, 防止出现超挖、超填和挖填方不到位现象。另外, 在雨季施工时, 要在挖方区坡顶5m外设置截水沟, 挖填方区域积水要及时排出, 防止长时间积水, 浸泡基层, 影响施工质量。
4 竣工阶段
监理组织业主对工程实体进行验收, 除了观感验收外, 还要使用测量仪器和测量工具对工程进行实地测量, 重点检查土方工程边界线坐标及各分区坐标、场平标高、平整度、边坡坡度等, 看是否符合设计要求及《建筑工程质量验收规范》。同时, 还应加强对竣工资料的审查力度, 要求施工单位提供整理好的竣工资料, 包括文字资料、影像资料和图纸资料。竣工资料必须真实、完整, 归档后有据可查。