CN112962680A

CN112962680A - 一种新型垃圾填埋系统

Info

Publication number: CN112962680A
Application number: CN202110180768.1A
Authority: CN
Inventors: 高玉峰; 刘凌霄; 吕凯; 舒爽
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2021-02-08
Filing date: 2021-02-08
Publication date: 2021-06-15

Abstract

本发明公开一种新型垃圾填埋系统，包括底部防渗透系统、侧面防渗透系统和垃圾封场系统，底部防渗透系统包括自下而上依次铺设的地下水导排层、压实基土层、自密实水泥土层、HDPE土工膜层、渗滤液导排层；侧面防渗透系统包括自下而上依次铺设的自密实水泥土层、HDPE土工膜层、渗滤液导排层；垃圾封场系统包括自下而上依次铺设的自密实水泥土层、HDPE土工膜层、自密实水泥土层、自然土壤。本发明有效改善了垃圾填埋场防渗结构的渗透问题，降低垃圾填埋场的选址和施工运营条件，同时由于自密实水泥土具备较高的后期强度和良好的工程特性，为大体量垃圾填埋场的施工建设提供了条件。

Description

一种新型垃圾填埋系统

技术领域

本发明属于污染物处理领域，具体涉及一种新型垃圾填埋系统。

背景技术

目前我国现有的一些垃圾填埋场还存在非正规建设施工运营、库容压力巨大、渗滤液二次污染等一系列问题。渗滤液的无控释放或不合理处理，会导致垃圾堆填区附近地表水和地下水的严重污染，因此，如何有效处理渗滤液也是垃圾填埋系统施工关注的重点。同时，由于有机垃圾分解和自然降雨导致的大量渗透液，不断在底部沉积，一方面液压升高，大大加大了浸透防渗层，污染地下水的风险；一方面容易导致下层垃圾液化，尤其在暴雨情况下，导致的垮塌和垮坝风险。

地基土的工程性质和种类是影响垃圾填埋场选址和施工的一个重要因素，常规的垃圾填埋场施工需要一定厚度的压实粘土防渗保护层，以防HDPE土工防水膜破坏后有害渗滤液对地下水造成污染。此外垃圾填埋场的施工建设和运营还需要考虑周边生态人居环境、运输的便利程度、占用城市空间、可燃废气和有害渗滤液的导排处理的便利程度等诸多要素，以至于满足上述可行性要素的最优选址未必具备良好的可压实粘土条件，然而大量粘土的运输和利用又会产生大量的工程成本。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种新型垃圾填埋系统，有效防止渗滤液下渗污染地下水，降低对周边生态环境的不良影响，同时降低垃圾填埋场的选址和施工运营条件。

本发明公开的新型垃圾填埋系统，包括底部防渗透系统、侧面防渗透系统和垃圾封场系统，底部防渗透系统包括自下而上依次铺设的地下水导排层、压实基土层、自密实水泥土层、HDPE土工膜层、渗滤液导排层；侧面防渗透系统包括自下而上依次铺设的自密实水泥土层、HDPE土工膜层、渗滤液导排层；垃圾封场系统包括自下而上依次铺设的自密实水泥土层、HDPE土工膜层、自密实水泥土层、自然土壤。

本发明创造性的采用自密实水泥土层、HDPE土工膜层和渗滤液导排层的协同工作可以有效实现有害垃圾渗滤液的导排，防止渗滤液渗出填埋场抗渗层的工作范围污染周边土壤生态环境及地下水，上部封场系统的自密实水泥土层和HDPE土工膜层也可以实现填埋垃圾体与外部环境的有效隔离。由于硬化后的自密实水泥土又具备较高的后期强度，因此自密实水泥土垫层可以协助压实基土层提供更高的地基承载力和基础稳定性，且自密实水泥土护坡层也可以提供更高的抗滑力，提高边坡稳定性从而实现大体量，大坡高坡度垃圾填埋场的施工，最终实现垃圾填埋量的大幅增加，节约城市空间。此外由于自密实水泥土对土料的种类性质区别具有较大的兼容性，即不论是粉土，砂土或粘土均可掺入一定比例水泥和水制成具备较低渗透系数和后期强度较高的自密实水泥土，极大的降低地基土性质对垃圾填埋场选址和施工运营管理的影响。

为进一步防止渗透液渗出污染地下水及土壤环境，在上述方案的基础上进行了改进，在底部防渗透系统和侧面防渗透系统的渗滤液导排层上面再自下而上依次铺设自密实水泥土层、HDPE土工膜层和渗滤液导排层。具体形成的底部防渗透系统包括自下而上依次铺设的地下水导排层、压实基土层、次自密实水泥土层、次HDPE土工膜层、次渗滤液导排层、主自密实水泥土层、主HDPE土工膜层、主渗滤液导排层；侧面防渗透系统与底部防渗透系统铺设材料相同；垃圾封场系统包括自下而上依次铺设的自密实水泥土层、HDPE土工膜层、自密实水泥土层、自然土壤。设置次自密实水泥土垫层和次层HDPE土工膜层是为了同主自密实水泥土垫层和主层HDPE土工膜层一起构成双层防渗层结构，单层防渗层结构中，一旦结构遭到破坏，渗滤液会直接污染地下水及土壤环境，因此设置双层防渗结构相当于多了一层防止渗滤液渗出污染地下水环境的保险和保障。

自密实水泥土粘聚力可以取0.1～1.0MPa，内摩擦角为20～30度。普通压实黏土的粘聚力为20～30kPa，内摩擦角在20～30度之间。边坡抗滑力由构成该边坡土的粘聚力和内摩擦角决定，这是由于根据摩尔库伦抗剪强度理论，土的抗剪强度是由粘聚力、法向应力和内摩擦角提供的，且与粘聚力和内摩擦角之间呈正相关关系，因此选用自密实水泥土浇筑一定层厚的护坡层可以提供十分可观的抗滑力从而保证坡体稳定性，防止大坡高坡度垃圾填埋场滑坡事故的发生，同时自密实水泥土护坡层还具备较高的抗渗性，可以削弱雨季降水在自密实水泥土边坡中产生的渗流力对坡体安全的影响。

进一步地，自密实水泥土层中的水泥和土壤的比例为1∶20至1∶3。进一步地，自密实水泥土层中的水泥和土壤的比例优选1∶9。将水泥与土壤混合后，加入一定比例的水、粉煤灰、膨胀剂等形成自密实水泥土层，制备成型的自密实水泥土的渗透系数可达5.0×10^- ⁹m/s和0.5MPa的后期强度。压实前抗渗性较好的粘性土的渗透系数约为6.0×10^-7m/s，需要经过压实处理才能达到规范规定的渗透系数要求，且压实后的粘土层渗透系数依然低于自密实水泥土，可见与原有的压实粘土防渗层结构相比，在抗渗性方面，采用自密实水泥土替代压实粘土具有明显的优势。自密实水泥土层可以轻松满足防渗结构垃圾填埋场对压实土防渗保护层的渗透系数要求，水泥掺量可以依据垃圾填埋场的设计灵活调整。进一步地，自密实水泥土层中的土壤采用现场开挖施工作业产生的土壤，就地取材节省运输成本。

进一步地，前面所述的地下水导排层采用地下碎石盲沟导排方式，防止地下水对地基和防渗系统产生鼓包、胀裂等不良影响。

进一步地，本发明提供的新型垃圾填埋系统还设有废气导排管道，用于排出垃圾降解产生的气体，防止封场后内部气压过大。同时，由于有机垃圾的分解容易造成沼气的积累，发生燃爆事故，废气导排管道有助于协助及时排除或收集沼气。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明的底部防渗透系统、侧面防渗透系统采用自密实水泥土层的防渗保护结构，上部采用自密实水泥土隔离，且自密实水泥土具有相对较高的后期强度，可以提供更高的地基承载力和边坡抗滑力，因此可以满足高边坡大坡度大体量垃圾填埋场的施工，方便城市垃圾废弃物的大体量集中填埋处理，节约了城市空间。

2.本发明采用现场开挖土制备自密实水泥土进行自密实水泥土垫层防渗结构的施工替代原有的压实粘土层防渗结构，除了具备更佳的防渗效果，可以更有效地防止由不可抗力造成的土工防水膜破裂而造成的有害渗滤液泄漏而造成二度污染。

3.自密实水泥土对土料的种类性质区别具有较大的兼容性，即不论是粉土，砂土或是粘土均可掺入一定比例固化剂和水制成具备较低渗透系数和后期强度较高的自密实水泥土，所以极大的降低了地基土性质对垃圾填埋场选址和施工运营管理的影响。

4.自密实水泥土在凝固成型前具备较好的流动特性，可以精准地填补施工过程产生的裂隙和缝隙等，更有利于有害垃圾废弃物与外部土壤环境的有效隔离。

5.本发明结构简明，施工方便，具有良好的经济效益与工程应用前景。

附图说明

图1是本发明的施工结构示意图；

图2是本发明填埋垃圾体的下部结构示意图

图3是本发明填埋垃圾体的上部结构示意图。

图中标记：

1.地下水导排层；2.次渗滤液导排层；3.压实基土层；4.次自密实水泥土层；5.HDPE土工膜层；6.主渗滤液导排层；7.主自密实水泥土层；8.垃圾废弃物；9.自密实水泥土层；10.自密实水泥土层；11.自然土壤；12.废气导排管道；13.渗滤液导排管

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例对发明进行进一步的阐明。本发明中指出的自密实水泥土的粘聚力为0.1～1.0MPa，内摩擦角为20～30度之间。

实施例1

本实施例提供的新型垃圾填埋系统，包括底部防渗透系统、侧面防渗透系统和垃圾封场系统，底部防渗透系统包括自下而上依次铺设的地下水导排层、压实基土层、自密实水泥土层、HDPE土工膜层、渗滤液导排层；侧面防渗透系统包括自下而上依次铺设的自密实水泥土层、HDPE土工膜层、渗滤液导排层；垃圾封场系统包括自下而上依次铺设的自密实水泥土层、HDPE土工膜层、自密实水泥土层、植被保护的自然土壤。

上述地下水导排层采用地下碎石盲沟导排方式，在地基内设置的充填碎、砾石等粗粒材料并铺以倒滤层或透水管进行排水。此外本实施例还设置了废气导排管道，该管道深入垃圾废弃物层8，垃圾发酵产生的沼气通过该管道排出垃圾填埋系统。

上述自密实水泥土层主要成分包括水泥、土壤和水，在制备自密实水泥土是，水泥、土壤和水的质量比为1∶9∶4，同时再加入适当的粉煤灰、膨胀剂、增粘剂等，用于提高水泥土的自密实性及防止水泥土硬化后产生收缩裂缝，提高水泥土的抗裂能力，同时提高水泥土粘聚性。上述的土壤来自现场开挖施工作业产生的土壤。注意在铺设自密实水泥土层之后，待其水分蒸干、水泥土层硬化后再铺设下一层物料。

实施例2

如图1-3所示，本实施例2在实施例1基础上进行了改进，在底部防渗透系统和侧面防渗透系统的渗滤液导排层上面再自下而上依次铺设自密实水泥土层、HDPE土工膜层和渗滤液导排层，具体形成的底部防渗透系统包括自下而上依次铺设的地下水导排层1、压实基土层3、次自密实水泥土层4、次HDPE土工膜层5、次渗滤液导排层2、主自密实水泥土层7、主HDPE土工膜层5、主渗滤液导排层6；侧面防渗透系统与底部防渗透系统铺设材料相同；垃圾封场系统包括自下而上依次铺设的自密实水泥土层9、HDPE土工膜层5、自密实水泥土层10、植被保护的自然土壤11。上述渗透液导排层中的液体通过渗透液导排管13排出垃圾填埋系统。

垃圾填埋场在具体使用时，每日填埋结束后需用土(或代用覆盖物)覆盖垃圾，然后压实。一般的覆土厚度为15～30cm，中间覆土厚度为30～50cm，最终覆土厚度为60～100cm，垃圾堆填区的覆土量一般为填埋库区容积的10％～15％，所采用的土壤应尽量就地取材，节省投资。

上述实施例仅仅是较佳的实施例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims

1.一种新型垃圾填埋系统，其特征在于，包括底部防渗透系统、侧面防渗透系统和垃圾封场系统，底部防渗透系统包括自下而上依次铺设的地下水导排层、压实基土层、自密实水泥土层、HDPE土工膜层、渗滤液导排层；侧面防渗透系统包括自下而上依次铺设的自密实水泥土层、HDPE土工膜层、渗滤液导排层；垃圾封场系统包括自下而上依次铺设的自密实水泥土层、HDPE土工膜层、自密实水泥土层、自然土壤。

2.一种新型垃圾填埋系统，其特征在于，包括底部防渗透系统、侧面防渗透系统和垃圾封场系统，底部防渗透系统包括自下而上依次铺设的地下水导排层、压实基土层、次自密实水泥土层、次HDPE土工膜层、次渗滤液导排层、主自密实水泥土层、主HDPE土工膜层、主渗滤液导排层；侧面防渗透系统与底部防渗透系统铺设材料相同；垃圾封场系统包括自下而上依次铺设的自密实水泥土层、HDPE土工膜层、自密实水泥土层、自然土壤。

3.根据权利要求1或2所述的新型垃圾填埋系统，其特征在于，自密实水泥土的粘聚力为0.1-1.0Mpa，内摩擦角为20-30度。

4.根据权利要求1或2所述的新型垃圾填埋系统，其特征在于，自密实水泥土层中的水泥和土壤的比例为1∶20至1∶3。

5.根据权利要求1或2所述的新型垃圾填埋系统，其特征在于，自密实水泥土层中的水泥和土壤的比例优选1∶9。

6.根据权利要求1或2所述的新型垃圾填埋系统，其特征在于，自密实水泥土层中的土壤采用现场开挖施工作业产生的开挖土。

7.根据权利要求1或2所述的新型垃圾填埋系统，其特征在于，所述地下水导排层采用地下碎石盲沟导排方式。

8.根据权利要求1或2所述的新型垃圾填埋系统，其特征在于，该垃圾填埋系统还设有废气导排管道。