CN109663795A - 填埋场封场结构层及封场方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种填埋场特别是生活垃圾填埋场封场技术，具体公开了一种填埋场封场结构层，由下至上至少包括排气层、防渗层、排水层；所述排水层的构成材料包括钢渣。本发明还公开了一种填埋场封场方法，包括但不限于以下步骤：a、铺设排气层；b、铺设防渗层；c、铺设排水层；所述排水层的构成材料包括钢渣。本发明的优点是：为钢渣寻找到了一种新用途，即作为填埋场封场结构层中排水层构成材料，一定程度上解决了当前钢渣回收利用率低的困境。在如今填埋场封场的发展趋势上，难以避免防渗层防渗效果降低的问题，本发明提供了一种简单易行的解决方案，可有效减少填埋气逸散到自然环境中。

Description

填埋场封场结构层及封场方法

技术领域

本发明涉及一种卫生填埋技术，尤其是一种生活垃圾卫生或污泥坑固化稳定化填埋场封场技术。

背景技术

本发明所述的钢渣即为冶金工业中产生的废渣，其生产率为粗钢产量的8～15％。中国的钢渣产生量随着钢铁工业的快速发展而迅速递增，因此，钢铁企业废渣的处理和资源化利用问题越来越受到重视，按照我国发展规划，钢渣的综合利用应当基本实现零排放，然而，我国目前钢渣综合利用现状与该规划相差甚远。钢渣的主要组成为硅酸三钙、硅酸二钙、钙镁橄榄石、钙镁蔷薇辉石、铁酸二钙、RO(镁、铁、锰的氧化物，即FeO、MgO、MnO形成的固熔体)、游离石灰(f-CaO)等。国内钢铁企业产生的钢渣利用率很低，导致排放的钢渣不能及时处理，致使大量钢渣占用土地，污染环境。

与此同时，随着社会经济和城市化进程的的快速发展，我国城市生活垃圾产量每年以8～10％的速度递增，近20年来，卫生填埋技术因其处理量大、适用性广、作业简单，而成为建设部和科技部推荐的生活垃圾处理技术。

根据我国《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》(GB-50869-2013)中的要求，填埋作业达到设计标高后，应当进行封场覆盖，作用主要有：(1)雨污分流，减少雨水和其他外来水渗入填埋场内部，避免地表径流受到垃圾渗滤液的污染；(2)减少有机物生物降解引起的恶臭；(3)及时隔断垃圾与外界环境的接触，预防火灾，避免轻质垃圾随风扬起；(4)防止蚊蝇进入垃圾体内，抑制病原菌传播；(5)改善景观，有利于施工人员的身体健康；(6)便于设备和行驶车辆的工作，为植被的生长提供土壤。

目前，常用的填埋场封场结构层如图1所示，各层由下至上至少依次为：排气层、防渗层、排水层。并根据需要还可以在排水层上部设计植被层(或储水层)。

排气层为碎石或卵石，其作用是将产生的填埋气导排便于集中处理。

防渗层通常为压实黏土层，其作用是隔绝垃圾堆体与外部的环境，避免地表水进入垃圾堆体内部产生大量渗滤液，同时避免垃圾内部产生的填埋气或渗滤液扩散到外部环境中造成污染。

排水层为碎石或卵石，其作用是导流地表水，防止垃圾堆体顶部积水或出现滑坡。

植被层按需设置，通常为自然土壤，主要用于种植植被，具有一定的储水功能；也可以不种植植被而仅设置具有储水功能的功能层作为储水层。

发明内容

为解决现有技术中填埋气逸出的问题，并为钢渣的回收利用提供一种新途径，本发明提供了一种填埋场封场结构层。

本发明所采用的技术方案是：填埋场封场结构层，由下至上至少包括排气层、防渗层、排水层；其特征在于：所述排水层的构成材料包括钢渣。

在现有技术中，为了保证防渗层的良好防渗性能，需要使用大量的黏土，实验表明，要将渗透系数控制在1.0×10^-7～1.0×10^-9cm/s数量级，需要使用至少30cm厚的压实密度大于90％的压实黏土层，这在土壤资源日益匮乏，垃圾填埋场规模日益扩大的今天无疑是极大的资源消耗。在黏土资源匮乏的地区，还可能造成工程停滞或填埋场不能及时封顶的后果。在缺乏黏土资源的地区有时不得不采用其他天然土壤如壤土等掺加覆盖，用其他防渗性较差的材料替代压实黏土已成为资源紧缺及规模化填埋环境下的突出问题，未来将进一步削弱防渗层的防渗能力，难以避免会有少量的填埋气穿过防渗层。另一方面，在干旱地区，遇到连续干旱天气时，即便是有储水层的保护压实天然土壤层也可能会出现过度失水开裂现象，此时填埋气更易泄露到外界环境中，造成温室效应和污染等问题。

为解决上述问题，现有技术中出现了一种高密度聚乙烯膜防渗层，所述高密度聚乙烯膜防渗层由高密度聚乙烯(HDPE)膜与敷设在膜下的保护层组成，保护层可防止膜体被碎石或垃圾损坏。该防渗覆盖层可以有效阻止垃圾堆体内部填埋气穿过防渗层，对于阻止填埋气逸出具有非常好的效果。

高密度聚乙烯膜材料是通过焊接而成，尽管现在有成熟的检测手段，能检出漏焊或焊接质量不好的部分，并进行补焊处理。但是填埋区经过一段时间的重力作用，会产生不同程度的沉降区，这些沉降区的出现，容易破坏膜的整体性，可导致填埋气的少量泄露。

为了解决上述问题，发明人提出以钢渣作为排水层的构成材料，钢渣由生铁中的硅、锰、磷、硫等杂质在熔炼过程中氧化而成的各种氧化物以及这些氧化物与溶剂反应生成的盐类所组成，结构较坚硬，因此原生钢渣都是大颗粒块状高硬度硬物，通过破碎和筛分容易获得符合排水层粒度和硬度要求的颗粒物，可形成利于排水的间隙和支撑结构。同时，垃圾填埋中产生的填埋气主要是甲烷、挥发性有机物、二氧化碳、其他恶臭气体的混合气体，试验表明钢渣可有效对这些气体产生吸附，其原因是钢渣中的碱性组分可与酸性气体发生反应，同时经过破碎后的钢渣表面具有大量多孔结构，显著增大了气体与钢渣接触面积和停留时间，对气体分子有很好的吸附效果，有利于促进气体被吸附或转化。同时，以钢渣作为排水层，气体被吸附或转化后将会溶于水随水流被带出，通过在垃圾填埋场坡体下部设置导流沟渠和收集池等设施即可被收集进行集中处理，避免填埋气逸散，同时，当设置植被层时，钢渣还能为植被层的植物提供一定的微量元素来源。

因此容易理解，在本发明中钢渣同时具有作为径流的排水层以及填埋气的吸附层两种功能，因此排水层的铺设厚度或钢渣用量应当同时考虑两方面的需求，例如防渗层铺设了较厚的压实黏土层或高密度聚乙烯膜防渗层时填埋气可能的逸出量很小，可铺设较薄的钢渣层，但同时也要考虑当地降雨情况或排水量大小的情况，或者是将钢渣和卵石或碎石进行混合铺设。具体铺设方式和厚度技术人员根据实际情况进行常规实验即可确定，本发明不再赘述。

作为本发明的进一步改进，所述钢渣为预处理后钢渣，即经过重金属元素稳定化处理后的钢渣。从冶金工业直接获得的钢渣通常难以避免会含有一定量的重金属元素，如直接作为排水层构成材料使用重金属元素会随水流进入自然环境，会对自然环境超成重金属污染，特别是在湿润地区遇到连续强降雨天气时容易导致污水溢出导流系统或蓄水系统对周边环境造成污染。因此必须先对钢渣进行重金属稳定化处理。重金属稳定化处理方法可以选择常见的各类方法，例如本发明提供了一种优选方案，即使用重金属捕捉剂有机硫试剂对钢渣中的重金属元素进行稳定化处理。具体操作时，可先将从冶金工业直接获得的原生钢渣送入破碎机进行破碎，然后筛分获得作为排水层粒料所需粒径的钢渣，优选保留粒径10～50mm的钢渣，筛除的其他钢渣用其他方式回收。然后将有机硫试剂加水兑成有机硫质量分数0.01～1％的水溶液与筛分后的钢渣均匀混合并自然养护3天以上，得到预处理后钢渣；经过处理后的钢渣，能稳定化其中主要的重金属元素。所述水溶液占钢渣重量的5～60％。

本发明的有益效果是：(1)为钢渣寻找到了一种新用途，即作为填埋场封场结构层中排水层构成材料，一定程度上解决了当前钢渣回收利用率低的困境。(2)在如今填埋场封场技术的发展趋势上，难以避免防渗层防渗能力降低的问题，填埋气的逸出量必然会随之扩散等趋势，本发明提供了一种简单易行的解决方案，可有效减少填埋气逸散到自然环境中。

附图说明

图1是现有技术常用填埋场封场结构层示意图。

图中标记为：1-垃圾层，2-排气层，3-防渗层，4-排水层，5-储水层。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例一：

1、备料

(1)将从冶金工业直接取得的钢渣送入破碎机进行破碎，破碎后筛选出粒径在10～50mm范围内的钢渣颗粒备用；

(2)将有机硫试剂(TMT-15)加水兑成有机硫质量分数0.1％的水溶液与筛选后的钢渣均匀混合并自然养护5天，洗净得到预处理后钢渣；所述水溶液占钢渣重量的25％。

2、按照以下方法铺设垃圾填埋场封场结构层：

(1)铺设排气层：在垃圾堆体达到设计标高后，将堆体顶面压实整平，顶面坡度为10％，在顶面采用卵石均匀铺设一层排气层，排气层厚度20cm。

(2)铺设防渗层：在排气层顶面铺设高密度聚乙烯膜防渗层，采用网点卯固法，稳定边坡上的膜材料。

(3)铺设排水层：防渗层铺设好之后，将上述预处理钢渣与卵石按照1:2的比例混合后铺设在防渗层上，确保铺设均匀，铺设厚度25cm。

(4)铺设储水层：储水层采用自然土壤加表层营养土，铺好后进行压实，总厚度60cm，其中营养土厚度为15cm；铺设好后进行植被种植。

(5)环绕所述垃圾填埋场坡脚设置导排沟，并设置与导排沟联通的收集池，用于对排水层产生径流的收集处理。

实施例二：

1、备料

(1)将从冶金工业直接取得的钢渣送入破碎机进行破碎，破碎后筛选出粒径在10～50mm范围内的钢渣颗粒备用；

(2)将有机硫试剂(TMT-15)加水兑成有机硫质量分数0.01％的水溶液与筛选后的钢渣均匀混合并自然养护3天，洗净得到预处理后钢渣；所述水溶液占钢渣重量的60％。

2、按照以下方法铺设垃圾填埋场封场结构层：

(1)在垃圾堆体达到设计标高后，将堆体顶面压实整平，顶面坡度为13％，在顶面采用卵石均匀铺设一层排气层，排气层厚度20cm。

(2)铺设防渗层：在排气层顶面铺设高密度聚乙烯膜防渗层，采用网点卯固法，稳定边坡上的膜材料，所用高密度聚乙烯膜为糙面膜，增加其施工后的边坡稳定性。

(3)铺设排水层：防渗层铺设好之后，将上述预处理钢渣铺设在防渗层上，确保铺设均匀，铺设厚度20cm。

(4)铺设储水层：储水层采用自然土壤加表层营养土，铺好后进行压实，总厚度60cm，其中营养土厚度为15cm；铺设好后进行植被种植。

(5)环绕所述垃圾填埋场坡脚设置导排沟，并设置与导排沟联通的收集池，用于对排水层产生径流的收集处理。

实施例三：

1、备料

(1)将从冶金工业直接取得的钢渣送入破碎机进行破碎，破碎后筛选出粒径在10～50mm范围内的钢渣颗粒备用；

(2)将有机硫试剂(TMT-15)加水兑成有机硫质量分数1％的水溶液与筛选后的钢渣均匀混合并自然养护3天，洗净得到预处理后钢渣；所述水溶液占钢渣重量的5％。

2、按照以下方法铺设垃圾填埋场封场结构层：

(1)铺设排气层：在垃圾堆体达到设计标高后，将堆体顶面压实整平，顶面坡度为15％，在顶面采用卵石均匀铺设一层排气层，排气层厚度20cm。

(2)铺设防渗层：在排气层顶部采用黏土与壤土按照1:2的比例均匀混合后均匀铺设防渗层，铺设好后对防渗层进行压实，压实密度90％，铺设厚度40cm。

(3)铺设排水层：防渗层铺设好之后，将上述预处理钢渣铺设在防渗层上，确保铺设均匀，铺设厚度35cm。

(4)铺设储水层：储水层采用自然土壤加表层营养土，铺好后进行压实，总厚度60cm，其中营养土厚度为15cm；铺设好后进行植被种植。

(5)环绕所述垃圾填埋场坡脚设置导排沟，并设置与导排沟联通的收集池，用于对排水层产生径流的收集处理。

Claims (10)

1.钢渣作为填埋场封场结构层中排水层构成材料的用途。

2.填埋场封场结构层，由下至上包括排气层、防渗层、排水层；其特征在于：所述排水层的构成材料包括钢渣。

3.根据权利要求2所述的填埋场封场结构层，其特征在于：所述钢渣为经过重金属元素稳定化处理后的钢渣。

4.根据权利要求2所述的填埋场封场结构层，其特征在于：所述防渗层为压实土壤层或高密度聚乙烯膜防渗层。

5.根据权利要求2～4中任一权利要求所述的填埋场封场结构层，其特征在于：所述钢渣的粒度为10～50mm。

6.填埋场封场方法，包括以下步骤：

A、铺设排气层；

B、铺设防渗层；

C、铺设排水层；

所述排水层的构成材料包括钢渣。

7.根据权利要求6所述的填埋场封场方法，其特征在于：在铺设排水层前先对钢渣进行预处理，稳定化钢渣中的重金属元素。

8.根据权利要求7所述的填埋场封场方法，其特征在于：所述对钢渣进行预处理的方法具体为：用重金属捕捉剂稳定化钢渣中的重金属元素。

9.根据权利要求8所述的填埋场封场方法，其特征在于：所述重金属捕捉剂为有机硫试剂。

10.根据权利要求7～9中任一权利要求所述的填埋场封场方法，其特征在于：所述对钢渣进行预处理的方法具体为：将有机硫试剂加水兑成有机硫质量分数0.01～1％的水溶液与钢渣均匀混合并自然养护3天以上，得到预处理后钢渣；所述水溶液占钢渣重量的5～60％。