CN107558503A - 一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫及施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫及施工方法，属于固体废物的处理与利用技术领域，解决垃圾填埋场衬垫安全性与垃圾焚烧灰渣处置问题，该垃圾填埋场衬垫的结构如下：自下而上依次为压实黏土层2、土工膜3、土工网4、固化飞灰层5、垃圾焚烧底渣排水吸附层6。其施工方法步骤如下：a.在地基1表面铺设压实黏土层2，再依次铺设土工膜3、土工网4；b.铺设含菌飞灰混合料并压实；c.在含菌飞灰混合料表面喷洒胶结液，静置12h；d.重复c步骤直至胶结液无法渗入，静置24h；e.重复d、e步骤4～6次，完成固化飞灰层5施工；f.铺设垃圾焚烧底渣排水层6并压实，完成垃圾填埋场衬垫施工。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用垃圾焚烧底渣和固化飞灰作为结构层的垃圾填埋场衬垫及施工方法，属于固体废物的处理与利用技术领域。
背景技术
城市化发展使得城市生活垃圾的产量不断提高。送填埋场填埋处理是城市生活垃圾处理的重要途径。焚烧发电处理是城市生活垃圾处理的另一个重要途径。城市生活垃圾经焚烧发电后会产生大量的灰渣，这些灰渣包括飞灰和底渣，垃圾焚烧底渣属于一般固体废弃物，通常送垃圾填埋场填埋或作为工程填料进行资源化利用。而垃圾焚烧飞灰含有大量的有毒重金属及有机物，属于危险废弃物，需要投入大量资金进行稳定、固化等无害化处理后进行填埋，资源化利用途径很少。垃圾填埋场的防渗衬垫系统是保证填埋场环境安全的重要组成部分。目前，生活垃圾填埋场的防渗衬垫系统通常包含厚层的黏土衬垫层和排水砂层，对黏土、砂石等天然材料消耗很大。垃圾焚烧底渣和固化飞灰作为填埋对象处理时，也会占用大量填埋场库容。将圾焚烧底渣和飞灰进行改造处理后作为垃圾填埋场的防渗衬垫系统的组成部份，既可以资源化利用固体废弃物，又可以减少黏土、砂石等天然材料的消耗。但是，目前还缺少相应的技术与手段将垃圾焚烧底渣和飞灰转化为垃圾填埋场衬垫结构的组成部分。
现有技术一的技术方案
单一材料衬垫，以分层压实黏土作为垃圾填埋场衬垫，当黏土在比最优含水量稍湿的条件下压实时，湿软的土块会被重塑，从而使土块之间的孔隙变小，渗透系数降低，达到良好的防渗效果。也可以采用风化煤、褐煤作为分层压实后作为衬垫层，其中腐殖酸成分具有与金属离子、络合或螯合的作用，或对其他污染成分具有吸附、离子交换的作用，因而对污染质的截污能力较强。
现有技术一的缺点
单一防渗材料耗材量大，消耗天然黏土或煤炭等矿物资源，且单一材料的防渗材料一旦产生横向裂缝，就会为污染物渗漏提供通道，使其迅速从储存场地泄漏。尤其填埋垃圾中的重金属离子、有毒和有害有机物会通过变形裂缝穿透衬垫层，造成周围地下水和土体污染，衬垫渗漏风险较高。
现有技术二的技术方案
土工膜衬垫，采用土工膜作为防渗材料，其底部铺设土壤保护层，一般的单层防渗材料只能延缓而不能阻止渗滤液的渗漏，土工膜是一种高分子化合物柔性防渗材料，土工膜衬垫需铺设和焊接，施工简单。
现有技术二的缺点
土工膜施工过程中易被尖锐物刺破，填埋场长期沉降变形可能会引发土工膜界面错动导致撕裂，抗破坏能力不强。在低温环境中土工膜易老化脆裂、性能劣化。当上部填埋垃圾渗滤液含腐蚀性成分且水头较高时只能延缓渗漏周期。
现有技术三的技术方案
复合衬垫，是由两种防渗材料上下相贴而形成的防渗层。它可以是两种天然材料的复合，如黏土与膨润土；也可以是天然防渗材料与人工防渗材料的组合，如单层或双层土工膜和压实黏土复合，单层土工膜和膨润土复合，膨润土和压实黏土复合等组合方式，复合衬垫可克服单层土工膜衬垫存在的缺陷，防渗效果较好。
现有技术三的缺点
复合衬垫需要利用黏土或膨润土作为防渗材料，不可避免消耗大量天然黏土或膨润土资源，不利于土地保护；复合衬垫中的土工膜、土工网与其它防渗材料之间黏结强度低，易发生层间滑移破坏导致土工膜破裂，使衬垫失效，影响垃圾填埋场安全。
发明内容
技术问题：现有的垃圾填埋场采用单一或复合衬垫防渗，除了需要消耗大量黏土、膨润土、砂等资源，还存在复合衬垫中不同防渗材料之间黏结强度低、易发生层间滑移破坏的问题，影响垃圾填埋场安全。与此同时，大量的城市生活垃圾经焚烧发电后残留的飞灰和底渣的无害化与减量化处置问题也很突出，需要占用大量社会资源。将圾焚烧底渣和飞灰进行改造处理后作为垃圾填埋场的防渗衬垫的组成部份，发挥其材料特点，既可以资源化利用固体废弃物，又可以减少黏土、砂石等天然材料的消耗。本发明的目的是提出一种包含微生物固化垃圾焚烧飞灰层和底渣层的垃圾填埋场衬垫及施工方法，提高垃圾填埋场衬垫的安全性与工作性能，同时实现垃圾焚烧飞灰和底渣的无害化、减量化与资源化，减少黏土、膨润土、砂等资源消耗。
技术方案：自下而上依次由压实黏土层、土工膜、土工网、固化飞灰层、垃圾焚烧底渣排水吸附层组成垃圾填埋场衬垫，压实黏土层、土工膜、固化飞灰层发挥阻挡垃圾渗滤液下渗的作用；土工网与固化飞灰层共同发挥抗变形、抗滑移、抗剪切破坏作用；垃圾焚烧底渣排水吸附层发挥收集、排出垃圾渗滤液并吸附、过滤垃圾渗滤液中有害成分的作用。其中，固化飞灰层采用微生物固化垃圾焚烧飞灰，以微生物诱导矿化作用固定垃圾焚烧飞灰中的重金属离子和有毒有机物使垃圾焚烧飞灰无害化，利用微生物诱导矿化物胶结垃圾焚烧飞灰颗粒，形成高强度、低渗透性的固化飞灰层与土工网共同作用抵抗垃圾填埋场基底变形和滑移破坏，同时来封堵、阻隔垃圾填埋场渗滤液下渗，降低土工膜上渗滤液水头高度，作为填埋场衬垫结构的防渗层与结构强化层。将垃圾焚烧飞灰由固体危险废弃物和填埋对象转化利用后作为垃圾填埋场衬垫材料，同时大大减少黏土和砂的使用量，实现垃圾焚烧飞灰无害化、资源化。
一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫，其特征在于该垃圾填埋场衬垫的结构如下：自下而上依次由压实黏土层2、土工膜3、土工网4、固化飞灰层5、垃圾焚烧底渣排水吸附层6组成。
一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫，其特征在于该垃圾填埋场衬垫的结构中所述固化飞灰层5的材料是城市生活垃圾经焚烧发电后的飞灰颗粒胶结固化而成，垃圾焚烧底渣排水吸附层6的材料是城市生活垃圾经焚烧发电后的底渣。
一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫施工方法，其特征在于该施工方法步骤如下：
a.在地基1表面铺设厚0.8～1.5m的压实黏土层2，在压实黏土层2顶面自下而上依次铺设土工膜3、土工网4；
b.铺设含菌飞灰混合料并压实，压实厚度为20cm；
c.在含菌飞灰混合料表面喷洒相当于其孔隙体积1.2倍的胶结液，静置12h；
d.重复c步骤直至胶结液无法渗入，静置24h；
e.重复d、e步骤4～6次，完成总厚80～120cm的固化飞灰层5施工；
f.铺设垃圾焚烧底渣排水吸附层6并压实，压实厚度为50cm，完成垃圾填埋场衬垫施工。
所述的一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫施工方法，其特征在于步骤b、c中所述含菌飞灰混合料是由城市生活垃圾经焚烧发电后的飞灰与微生物菌液按照质量比10∶3拌合制成，菌液由巴氏芽孢杆菌S.pasteurii和培养液组成，微生物菌液的浓度为OD600＝1.0～1.5。
所述的一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫施工方法，其特征在于步骤c、d中所述胶结液为CaCl2和尿素的混合溶液，其中氯化钙的浓度为1.0mol/L～1.5mol/L，尿素的浓度为1.0mol/L～1.5mol/L。
所述的一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫施工方法，其特征在于步骤f中所述垃圾焚烧底渣为城市生活垃圾经焚烧发电后粒径小于20mm的底渣。
本发明的有益效果：其一、由于固化飞灰层在垃圾填埋场衬垫结构中发挥阻渗、补强的作用，可以减小衬垫黏土层所需的厚度，节约天然黏土材料的使用量，减少土地破坏；其二、微生物固化垃圾焚烧飞灰可以固定其中的重金属离子和其它有毒有害物质，将垃圾焚烧飞灰由填埋对象转变为填埋场底部衬垫材料，实现垃圾焚烧飞灰的无害化处理与资源化利用有机结合，变害为宝，减少了焚烧飞灰作为危险固体废弃物的填埋压力，又具有良好的生态相容性；其三、利用微生物诱导矿化作用产物填充、胶结粉粒性飞灰颗粒孔隙使其具有高强度、低渗透性的优点，使固化飞灰层能够与其下的土工网与土工膜形成较强黏结，发挥共同作用，抵抗垃圾填埋场基底变形和滑移破坏，同时又能够封堵、阻隔有害渗滤液下渗，降低土工膜上渗滤液水头高度；其四、采用垃圾焚烧底渣作为排水吸附层代替通常采用的砂排水层，发挥了垃圾焚烧底渣孔隙率大、颗粒比表面积大、吸附能力强的特点，作排水通道的同时还能够吸附渗滤液中的有害成分，既能消耗固体废弃物垃圾焚烧底渣，又能节约砂石材料，具有经济效益和环保效益。
附图说明
图1是一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫的结构示意图。
附图标记：1-地基；2-压实黏土层；3-土工膜；4-土工网；5-固化飞灰层；6-垃圾焚烧底渣排水吸附层；7-垃圾填埋物。
具体实施方式
实施例1
在本例中，一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫及施工方法用于山谷型填埋场，该垃圾填埋场衬垫结构自下而上依次由压实黏土层2、土工膜3、土工网4、固化飞灰层5、垃圾焚烧底渣排水吸附层6组成，其中固化飞灰层5的材料是城市生活垃圾经焚烧发电后的飞灰颗粒胶结固化而成，垃圾焚烧底渣排水吸附层6的材料是城市生活垃圾经焚烧发电后的底渣；该垃圾填埋场衬垫施工方法步骤如下：
a.在地基1表面铺设厚0.8m的压实黏土层2，在压实黏土层2顶面自下而上依次铺设HDPE材质、厚度为2mm的土工膜3、土工网4；
b.铺设含菌飞灰混合料并压实，压实厚度为20cm；
c.在含菌飞灰混合料表面喷洒相当于其孔隙体积1.2倍的胶结液，静置12h；
d.重复c步骤直至胶结液无法渗入，静置24h；
e.重复c、d步骤6次，完成总厚120cm的固化飞灰层5施工；
f.铺设垃圾焚烧底渣排水吸附层6并压实，压实厚度为50cm，完成垃圾填埋场衬垫施工。
在本例中，一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫施工方法步骤b、c中所述含菌飞灰混合料是由城市生活垃圾经焚烧发电后的飞灰与微生物菌液按照质量比10∶3拌合制成，菌液由巴氏芽孢杆菌S.pasteurii和培养液组成，微生物菌液的浓度为OD600＝1.0。
在本例中，一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫施工方法步骤c、d中所述胶结液为CaCl2和尿素的混合溶液，其中氯化钙的浓度为1.0mol/L，尿素的浓度为1.0mol/L。
在本例中，一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫施工方法步骤f中所述垃圾焚烧底渣为城市生活垃圾经焚烧发电后粒径小于20mm的底渣。
实施例2
在本例中，一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫及施工方法用于坑洼型填埋场，该垃圾填埋场衬垫结构自下而上依次由压实黏土层2、土工膜3、土工网4、固化飞灰层5、垃圾焚烧底渣排水吸附层6组成，其中固化飞灰层5的材料是城市生活垃圾经焚烧发电后的飞灰颗粒胶结固化而成，垃圾焚烧底渣排水吸附层6的材料是城市生活垃圾经焚烧发电后的底渣；该垃圾填埋场衬垫施工方法步骤如下：
a.在地基1表面铺设厚1.5m的压实黏土层2，在压实黏土层2顶面自下而上依次铺设HDPE材质、厚度为2mm的土工膜3、土工网4；
b.铺设含菌飞灰混合料并压实，压实厚度为20cm；
c.在含菌飞灰混合料表面喷洒相当于其孔隙体积1.2倍的胶结液，静置12h；
d.重复c步骤直至胶结液无法渗入，静置24h；
e.重复c、d步骤5次，完成总厚100cm的微生物固化飞灰层5施工；
f.铺设垃圾焚烧底渣排水吸附层6并压实，压实厚度为50em，完成垃圾填埋场衬垫施工。
在本例中，一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫施工方法步骤b、c中所述含菌飞灰混合料是由城市生活垃圾经焚烧发电后的飞灰与微生物菌液按照质量比10∶3拌合制成，菌液由巴氏芽孢杆菌S.pasteurii和培养液组成，微生物菌液的浓度为OD600＝1.25。
在本例中，一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫施工方法步骤c、d中所述胶结液为CaCl2和尿素的混合溶液，其中氯化钙的浓度为1.25mol/L，尿素的浓度为1.25mol/L。
在本例中，一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫施工方法步骤f中所述垃圾焚烧底渣为城市生活垃圾经焚烧发电后粒径小于20mm的底渣。
实施例3
在本例中，一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫及施工方法用于滩涂型填埋场，该垃圾填埋场衬垫结构自下而上依次由压实黏土层2、土工膜3、土工网4、微生物固化飞灰层5、垃圾焚烧底渣排水吸附层6组成，其中固化飞灰层5的材料是城市生活垃圾经焚烧发电后的飞灰颗粒胶结固化而成，垃圾焚烧底渣排水吸附层6的材料是城市生活垃圾经焚烧发电后的底渣；该垃圾填埋场衬垫施工方法步骤如下：
a.在地基1表面铺设厚1.2m的压实黏土层2，在压实黏土层2顶面自下而上依次铺设HDPE材质、厚度为1mm的土工膜3、土工网4；
b.铺设含菌飞灰混合料并压实，压实厚度为20cm；
c.在含菌飞灰混合料表面喷洒相当于其孔隙体积1.2倍的胶结液，静置12h；
d.重复c步骤直至胶结液无法渗入，静置24h；
e.重复c、d步骤4次，完成总厚80cm的微生物固化飞灰层5施工；
f.铺设垃圾焚烧底渣排水吸附层6并压实，压实厚度为50cm，完成垃圾填埋场衬垫施工。
在本例中，一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫施工方法步骤b、c中所述含菌飞灰混合料是由城市生活垃圾经焚烧发电后的飞灰与微生物菌液按照质量比10∶3拌合制成，菌液由巴氏芽孢杆菌S.pasteurii和培养液组成，微生物菌液的浓度为OD600＝1.5。
在本例中，一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫施工方法步骤c、d中所述胶结液为CaCl2和尿素的混合溶液，其中氯化钙的浓度为1.5mol/L，尿素的浓度为1.5mol/L。
在本例中，一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫施工方法步骤f中所述垃圾焚烧底渣为城市生活垃圾经焚烧发电后粒径小于20mm的底渣。
Claims (6)
1.一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫，其特征在于该垃圾填埋场衬垫的结构如下：自下而上依次由压实黏土层(2)、土工膜(3)、土工网(4)、固化飞灰层(5)、垃圾焚烧底渣排水吸附层(6)组成。
2.根据权利要求1所述的一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫，其特征在于该垃圾填埋场衬垫的结构中所述固化飞灰层(5)的材料是城市生活垃圾经焚烧发电后的飞灰颗粒胶结固化而成，垃圾焚烧底渣排水吸附层(6)的材料是城市生活垃圾经焚烧发电后的底渣。
3.一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫施工方法，其特征在于该施工方法步骤如下：
a.在地基(1)表面铺设厚0.8～1.5m的压实黏土层(2)，在压实黏土层(2)顶面自下而上依次铺设土工膜(3)、土工网(4)；
b.铺设含菌飞灰混合料并压实，压实厚度为20cm；
c.在含菌飞灰混合料表面喷洒相当于其孔隙体积1.2倍的胶结液，静置12h；
d.重复c步骤直至胶结液无法渗入，静置24h；
e.重复d、e步骤4～6次，完成总厚80～120cm的固化飞灰层(5)施工；
f.铺设垃圾焚烧底渣排水吸附层(6)并压实，压实厚度为50cm，完成垃圾填埋场衬垫施工。
4.根据权利要求3所述的一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫施工方法，其特征在于步骤b、c中所述含菌飞灰混合料是由城市生活垃圾焚烧飞灰与微生物菌液按照质量比10∶3拌合制成，菌液由巴氏芽孢杆菌S.pasteurii和培养液组成，微生物菌液的浓度为OD600＝1.0～1.5。
5.根据权利要求3所述的一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫施工方法，其特征在于步骤c、d中所述胶结液为CaCl2和尿素的混合溶液，其中氯化钙的浓度为1.0mol/L～1.5mol/L，尿素的浓度为1.0mol/L～1.5mol/L。
6.根据权利要求3所述的一种利用垃圾焚烧灰渣的垃圾填埋场衬垫施工方法，其特征在于步骤f中所述垃圾焚烧底渣为城市生活垃圾经焚烧发电后粒径小于20mm的底渣。
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