CN115069720A - 一种垃圾填埋场腾发覆盖结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种垃圾填埋场腾发覆盖结构，从上至下依次布置有如下结构：植被营养土层、储水土层和基础土层；其中,所述储水土层为疏浚淤泥、工程渣土Ⅱ、粉煤灰、矿渣和碱激发剂搅拌均匀后形成的改性疏浚淤泥。本发明的有益效果是：用于储水土层的疏浚淤泥和工程渣土Ⅱ均为亟待处理的工程废渣，获得途径广、成本低；矿渣、粉煤灰为大宗工业固废，存量多、利用率低，使用工程废渣和工业固废制作改性疏浚淤泥可实现固废资源化利用，建设成本相对较低。
Description
技术领域
本发明涉及填埋场生态修复及环境岩土工程固废资源化利用领域，特别涉及一种垃圾填埋场腾发覆盖结构及制备方法。
背景技术
传统的垃圾填埋场通常采用黏土封顶层，黏土封顶层对土体要求较高，而且在干旱与半干旱地区常因失水而开裂；在湿润与半湿润地区，大量雨雪及地表径流渗入垃圾填埋场，导致填埋场的渗滤液大大增加；采用复合型封场结构有较好的防渗效果，施工技术成熟，但是主要防渗材料为HDPE膜及其他土工材料，主要利用的是原生材料，未实现固废资源化利用，建设成本相对较高。
我国河道清淤，港口建设产生大量疏浚淤泥无法得到有效处理，目前采用吹填处理不仅占用土地而且易造成二次污染；工程渣土作为一种主要的建筑废渣，年产量随着基建设施建设骤增而无处消纳；炼铁高炉中排放的矿渣，燃煤发电排出的粉煤灰的产量也逐年增长，并且目前这些工业固体废弃物的综合使用率只有35％左右。
发明内容
本发明目的是提供一种以改性疏浚淤泥为主要材料的垃圾填埋场腾发覆盖结构及制备方法，旨在解决目前垃圾填埋场传统封顶结构和复合封顶结构工程局限问题，在实现固废资源化利用的基础上，降低工程建设成本，实现较好的封场生态修复效果，基于疏浚淤泥、工程渣土、工业固废的资源化利用对垃圾填埋场腾发覆盖结构进行优化。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种垃圾填埋场腾发覆盖结构，从上至下依次布置有如下结构：植被营养土层、储水土层和基础土层；其中,所述储水土层为疏浚淤泥、工程渣土Ⅱ、粉煤灰、矿渣和碱激发剂搅拌均匀后形成的改性疏浚淤泥。
本发明的有益效果是：用于储水土层的疏浚淤泥和工程渣土Ⅱ均为亟待处理的工程废渣，获得途径广、成本低；矿渣、粉煤灰为大宗工业固废，存量多、利用率低，使用工程废渣和工业固废制作改性疏浚淤泥可实现固废资源化利用，建设成本相对较低。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，基础土层为工程渣土Ⅰ。
进一步，工程渣土Ⅰ和所述工程渣土Ⅱ均采用垃圾填埋场厂区建设或附属设施建设挖填土。
进一步，基础土层厚度为20cm～30cm，所述基础土层渗透系数为1×10-4cm/s～8×10-4cm/s；所述工程渣土Ⅰ选用干燥粗粒土，含水率小于20％。
进一步，储水土层厚度为75cm～120cm，所述储水土层渗透系数为1×10-6cm/s～8×10-6cm/s。
进一步，单位质量的所述改性疏浚淤泥内包含的各材料质量百分数为：所述疏浚淤泥50％～70％、所述工程渣土Ⅱ10％～20％、所述矿渣5％～15％、所述粉煤灰5％～15％和所述碱激发剂2％～5％。
进一步，疏浚淤泥的含水量为50％～72％，经过除杂筛分，平均粒径小于2mm；所述工程渣土Ⅱ的含水率小于20％，经过破碎筛分后，粒径小于2.36mm；所述矿渣、所述粉煤灰均为粉末状，且粒径小于0.15mm；所述碱激发剂为砻糠灰或草木灰，所述砻糠灰由稻壳充分燃烧而成，所述草木灰由草木植物充分燃烧而成，经过除杂碾磨筛分后使用，粒径均小于0.15mm。
本发明的另一技术方案如下：
一种垃圾填埋场腾发覆盖结构的制备方法，用于制备垃圾填埋场腾发覆盖结构，制备方法包括如下步骤：
从河道内清淤出疏浚淤泥，若其含水量过高，就地晾晒、除杂筛分；
选取原始工程渣土破碎后的细粒土，进行筛分除杂并摊铺晾晒一段时间后形成工程渣土Ⅱ；
将疏浚淤泥与工程渣土Ⅱ按比例混合，在一定转速下搅拌成粘稠状，形成土基混合料；
将粉煤灰、矿渣、碱激发剂进行干燥、筛分处理，搅拌一段时间，形成粉状混合料；
向土基混合料之中加入粉状混合料进行搅拌，搅拌一段时间后形成改性疏浚淤泥，用以构建储水土层；
选取原始工程渣土破碎后的粗粒土，形成工程渣土Ⅰ，用以构建基础土层；
筛选适宜植物生长的土壤，用以构建营养土层。
进一步，经过除杂筛分的所述细粒土摊铺晾晒3天后形成所述工程渣土Ⅱ；所述疏浚淤泥与所述工程渣土Ⅱ在转速100r/min～400r/min下搅拌形成所述土基混合料；所述粉煤灰、所述矿渣、所述碱激发剂在转速100r/min～400r/min下混合搅拌3min，形成所述粉状混合料；所述土基混合料中加入所述粉状混合料在转速600r/min～1000r/min下混合搅拌5min～10min，形成所述改性疏浚淤泥。
进一步，还包括以下步骤：将所述基础土层摊铺在垃圾堆体上，进行平整，覆盖厚度为20cm～30cm；将所述储水土层覆盖在所述基础土层上，进行平整，覆盖厚度为75cm～120cm；将所述营养土层覆盖在所述储水土层上，进行平整，覆盖厚度为25cm～50cm，按照25g/m2～30g/m2铺撒草籽或常绿本草植物。
附图说明
图1为本发明一种垃圾填埋场腾发覆盖结构及制备方法的垃圾填埋场腾发覆盖结构剖视图；
图2为本发明一种垃圾填埋场腾发覆盖结构及制备方法的具体实施例1的SEM图；
图3为本发明一种垃圾填埋场腾发覆盖结构及制备方法的具体实施例2的SEM图；
图4为本发明一种垃圾填埋场腾发覆盖结构及制备方法的对比例1的SEM图；
图5位本发明一种垃圾填埋场腾发覆盖结构及制备方法的对比例2的SEM图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例1一种垃圾填埋场腾发覆盖结构，从上至下依次布置有如下结构：植被营养土层、储水土层和基础土层，其中储水土层为疏浚淤泥、工程渣土Ⅱ、粉煤灰、矿渣和碱激发剂搅拌均匀后形成的改性疏浚淤泥。
用于储水土层的疏浚淤泥和工程渣土Ⅱ均为亟待处理的工程废渣，获得途径广、成本低；矿渣、粉煤灰为大宗工业固废，存量多、利用率低，使用工程废渣和工业固废制作改性疏浚淤泥可实现固废资源化利用，建设成本相对较低。
本发明实施例2一种垃圾填埋场腾发覆盖结构，基础土层为工程渣土Ⅰ。工程渣土Ⅰ为原始工程渣土(大粒径含碎石)机械破碎，保证最大粒径在6cm内，选取较粗大粒径制得。
本发明实施例3种垃圾填埋场腾发覆盖结构，工程渣土Ⅰ和工程渣土Ⅱ均采用垃圾填埋场厂区建设或附属设施建设挖填土。就地取材，节约运输成本。
本发明实施例4一种垃圾填埋场腾发覆盖结构，在实施例2的基础上，基础土层厚度为20cm～30cm，基础土层渗透系数为1×10-4cm/s～8×10-4cm/s；工程渣土Ⅰ选用干燥粗粒土，含水率小于20％。
本发明实施例5一种垃圾填埋场腾发覆盖结构，在实施例1的基础上，储水土层厚度为75cm～120cm，储水土层渗透系数为1×10-6cm/s～8×10-6cm/s。
本发明实施例6一种垃圾填埋场腾发覆盖结构，在实施例5的基础上，单位质量的改性疏浚淤泥内包含的各材料质量百分数为：疏浚淤泥50％～70％、工程渣土Ⅱ10％～20％、矿渣5％～15％、粉煤灰5％～15％和碱激发剂2％～5％。采用粉煤灰、矿渣以及碱激发剂并辅以工程渣土Ⅱ，具有良好的防渗透性能和力学性能，经济成本较低，施工方便快捷，利于推广。
本发明实施例7一种垃圾填埋场腾发覆盖结构，在实施例6的基础上，疏浚淤泥的含水量为50％～72％，经过除杂筛分，平均粒径小于2mm；工程渣土Ⅱ的含水率小于20％，经过破碎筛分后，粒径小于2.36mm；矿渣、粉煤灰均为粉末状，且粒径小于0.15mm；碱激发剂为砻糠灰或草木灰，砻糠灰由稻壳充分燃烧而成，草木灰由草木植物充分燃烧而成，经过除杂碾磨筛分后使用，粒径均小于0.15mm。砻糠灰和草木灰两者均呈现弱碱性，且富含钾、磷、钙等微量影响元素，在充当碱激发剂的同时也可改良土壤。
本发明实施例8一种垃圾填埋场腾发覆盖结构的制备方法，包括如下步骤：
从河道内清淤出疏浚淤泥，若其含水量过高，就地晾晒、除杂筛分；
选取原始工程渣土破碎后的细粒土，进行筛分除杂并摊铺晾晒一段时间后形成工程渣土Ⅱ；
将疏浚淤泥与工程渣土Ⅱ按比例混合，在一定转速下搅拌成粘稠状，形成土基混合料；
将粉煤灰、矿渣、碱激发剂进行干燥、筛分处理，搅拌一段时间，形成粉状混合料；
向土基混合料之中加入粉状混合料进行搅拌，搅拌一段时间后形成改性疏浚淤泥，用以构建储水土层；
选取原始工程渣土破碎后的粗粒土，形成工程渣土Ⅱ，用以构建基础土层；
筛选适宜植物生长的土壤，用以构建营养土层。
本发明实施例9一种垃圾填埋场腾发覆盖结构的制备方法，在实施例8的基础上，经过除杂筛分的细粒土摊铺晾晒3天后形成工程渣土Ⅱ；疏浚淤泥与工程渣土Ⅱ在转速100r/min～400r/min下搅拌形成土基混合料；粉煤灰、矿渣、碱激发剂在转速100r/min～400r/min下混合搅拌3min，形成粉状混合料；土基混合料中加入粉状混合料在转速600r/min～1000r/min下混合搅拌5min～10min，形成改性疏浚淤泥。：
本发明实施例10一种垃圾填埋场腾发覆盖结构的制备方法，在实施例8的基础上，还包括如下步骤：将基础土层摊铺在垃圾堆体上，进行平整，覆盖厚度为20cm～30cm；将储水土层覆盖在基础土层上，进行平整，覆盖厚度为75cm～120cm；将营养土层覆盖在储水土层上，进行平整，覆盖厚度为25cm～50cm，按照25g/m2～30g/m2铺撒草籽或常绿本草植物。营养土层采用筛选后疏松通气、保水保肥能力强的本地土更合适。
基础土层采用工程渣土Ⅰ，渗透系数为1×10-4cm/s～8×10-4cm/s，储水土层采用改性疏浚淤泥，渗透系数为1×10-6cm/s～8×10-6cm/s，两者之间的渗透压会产生的毛细阻滞现象，可以延缓水分进入储水土层下层的基础土层中，使得储水土层可以储存更多水分。
具体实施例1
选用含水率52.8％的疏浚淤泥，并经过除杂筛分备用；选用含水率为18.2％的工程渣土(含大量碎石)，机械原位破碎后过筛，分成两部分，一部分为含大块粒径的工程渣土Ⅰ，另一部分为细粒径工程渣土Ⅱ，晾晒3天备用；选用粉煤灰、矿渣、草木灰除去杂质，块状物质进行破碎，使其粒径小于0.15mm，取粉料。
将工程渣土Ⅰ覆盖到垃圾堆体上方，进行平整，覆盖厚度20cm；分别取质量分数为50％的疏浚淤泥、26％的工程渣土Ⅱ、8％的粉煤灰、12％的矿渣、4％的草木灰；将疏浚淤泥、工程渣土Ⅱ混合，在转速为100r/min搅拌6分钟制得土基混合料备用。粉煤灰、矿渣、草木灰混合，在转速为100r/min搅拌3分钟制得粉状混合料备用；将粉状混合料倒入土基混合料之中，在搅拌速率为600r/min下混合搅拌8min，得到改性疏浚淤泥；将改性疏浚淤泥均匀摊铺在基础土层之上，轻轻压实后整平，最终铺设厚度为85cm，同条件下养护28天成型；筛选附近适宜植物生长的本地土，直接覆盖在储水土层之上，均匀摊铺厚度为25cm，按照25g/m2的比例播撒木麻黄种子。
具体实施例2
选用含水率62.6％的疏浚淤泥，并经过除杂筛分备用；选用含水率为13.1％的工程渣土(含大量碎石)，机械原位破碎后过筛，分成两部分，一部分为含大块粒径的工程渣土Ⅰ，另一部分为细粒径工程渣土Ⅱ，晾晒3天备用；选用粉煤灰、矿渣、砻糠灰除去杂质，块状物质进行破碎，使其粒径小于0.15mm，取粉料。
将工程渣土Ⅰ覆盖到垃圾堆体上方，进行平整，覆盖厚度20cm；分别取质量分数为50％的疏浚淤泥、20％的工程渣土Ⅱ、10％的粉煤灰、16％的矿渣、4％的砻糠灰；将疏浚淤泥、工程渣土Ⅱ混合，在转速为100r/min搅拌10分钟制得土基混合料备用。粉煤灰、矿渣、砻糠灰混合，在转速为100r/min搅拌3分钟制得粉状混合料备用；将粉状混合料倒入土基混合料之中，在搅拌速率为600r/min下混合搅拌10min，得到改性疏浚淤泥；将改性疏浚淤泥均匀摊铺在基础土层之上，轻轻压实后整平，最终铺设厚度为85cm，同条件下养护28天成型；筛选附近适宜植物生长的本地土，直接覆盖在储水土层之上，均匀摊铺厚度为25cm，按照25g/m2的比例播撒木麻黄种子。
对比例1
与具体实施例1操作步骤相同，不同之处在于本具体实施例仅采用工程渣土Ⅱ，操作方法如下：储水土层采用工程渣土Ⅱ，均匀摊铺在基础土层之上，轻轻压实后整平，最终铺设厚度为85cm，同条件下养护28天成型。
对比例2
与具体实施例1操作步骤相同，不同之处在于本具体实施例仅采用疏浚淤泥与工程渣土Ⅱ混合料，操作方法如下：取疏浚淤泥和工程渣土，两者的质量分数分别为20％、80％，在转速100r/min搅拌10分钟得到土基混合料备用；将土基混合料均匀摊铺在基础土层上，轻轻压实后整平，最终铺设厚度为85cm，同条件下养护28天成型。
测试具体实施例1、具体实施例2、对比例1和对比例2的无侧限抗压强度、渗透系数和裂缝宽度，测试结果如下：
| 无侧限抗压强度(kpa) | 渗透系数(cm/s) | 裂缝宽度(mm) | |
| 具体实施例1 | 670 | 2.36×10<sup>-6</sup> | / |
| 具体实施例2 | 492 | 4.40×10<sup>-6</sup> | / |
| 对比例1 | 102 | 7.92×10<sup>-5</sup> | 0.72 |
| 对比例2 | 63.6 | 5.68×10<sup>-4</sup> | 1.23 |
表1垃圾填埋场腾发覆盖层的无侧限抗压强度、渗透系数、裂缝宽度
按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(HJ 557-2010)和《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)进行浸出毒性试验，浸出液中的无机元素浸出毒性鉴别值如下：
表2浸出液中的无机元素浸出毒性鉴别值
由上述表1结果可以看出仅采用工程渣土或者工程渣土与疏浚淤泥混合料作为腾发覆盖层的储水土层，无侧限压强度较小，渗透系数较大，且易产生裂缝。
本发明采用的主要材料为疏浚淤泥与工程渣土，基本无污染源。由于引入粉煤灰与矿渣，可能存在危害成分，但是随着反应进行对毒性浸出具有一定稳定性效果。根据检测结果如表2所示，其各项重金属浸出液满足规范要求，不会对水资源，土地资源造成二次污染。
图2～图5分别为具体实施例1、具体实施例2、对比例1和对比例2的SEM图。由图形可以看出具体实施例1和具体实施例2的SEM图有大量针状晶体产生，并形成凝胶网络将四周的黏土颗粒紧密的拉结在一起，水化反应生成物也填充在改性疏浚淤泥的空隙中；对比例1和对比例2的SEM图多为松散的粉末状、块状黏土颗粒，并存在大量空隙。由此可见，改性疏浚淤泥有更优良的工程性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种垃圾填埋场腾发覆盖结构，其特征在于，从上至下依次布置有如下结构：植被营养土层、储水土层和基础土层；其中,所述储水土层为疏浚淤泥、工程渣土Ⅱ、粉煤灰、矿渣和碱激发剂搅拌均匀后形成的改性疏浚淤泥。
2.根据权利要求1所述一种垃圾填埋场腾发覆盖结构，其特征在于，所述基础土层为工程渣土Ⅰ。
3.根据权利要求2所述一种垃圾填埋场腾发覆盖结构，其特征在于，所述工程渣土Ⅰ和所述工程渣土Ⅱ均采用垃圾填埋场厂区建设或附属设施建设挖填土。
4.根据权利要求2所述一种垃圾填埋场腾发覆盖结构，其特征在于，所述基础土层厚度为20cm～30cm，所述基础土层渗透系数为1×10-4cm/s～8×10-4cm/s；所述工程渣土Ⅰ选用干燥粗粒土，含水率小于20％。
5.根据权利要求1所述一种垃圾填埋场腾发覆盖结构，其特征在于，所述储水土层厚度为75cm～120cm，所述储水土层渗透系数为1×10-6cm/s～8×10-6cm/s。
6.根据权利要求5所述一种垃圾填埋场腾发覆盖结构，其特征在于，单位质量的所述改性疏浚淤泥内包含的各材料质量百分数为：所述疏浚淤泥50％～70％、所述工程渣土Ⅱ10％～20％、所述矿渣5％～15％、所述粉煤灰5％～15％和所述碱激发剂2％～5％。
7.根据权利要求6所述一种垃圾填埋场腾发覆盖结构，其特征在于，所述疏浚淤泥的含水量为50％～72％，经过除杂筛分，平均粒径小于2mm；所述工程渣土Ⅱ的含水率小于20％，经过破碎筛分后，粒径小于2.36mm；所述矿渣、所述粉煤灰均为粉末状，且粒径小于0.15mm；所述碱激发剂为砻糠灰或草木灰，所述砻糠灰由稻壳充分燃烧而成，所述草木灰由草木植物充分燃烧而成，经过除杂碾磨筛分后使用，粒径均小于0.15mm。
8.一种垃圾填埋场腾发覆盖结构的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1至7任一所述垃圾填埋场腾发覆盖结构，制备方法包括如下步骤：
从河道内清淤出疏浚淤泥，若其含水量过高，就地晾晒、除杂筛分。
选取原始工程渣土破碎后的细粒土，进行筛分除杂并摊铺晾晒一段时间后形成工程渣土Ⅱ；
将疏浚淤泥与工程渣土Ⅱ按比例混合，在一定转速下搅拌成粘稠状，形成土基混合料；
将粉煤灰、矿渣、碱激发剂进行干燥、筛分处理，搅拌一段时间，形成粉状混合料；
向土基混合料之中加入粉状混合料进行搅拌，搅拌一段时间后形成改性疏浚淤泥，用以构建储水土层；
选取原始工程渣土破碎后的粗粒土，形成工程渣土Ⅰ，用以构建基础土层；
筛选适宜植物生长的土壤，用以构建营养土层。
9.根据权利要求8所述一种垃圾填埋场腾发覆盖结构的制备方法，其特征在于，经过除杂筛分的所述细粒土摊铺晾晒3天后形成所述工程渣土Ⅱ；所述疏浚淤泥与所述工程渣土Ⅱ在转速100r/min～400r/min下搅拌形成所述土基混合料；所述粉煤灰、所述矿渣、所述碱激发剂在转速100r/min～400r/min下混合搅拌3min，形成所述粉状混合料；所述土基混合料中加入所述粉状混合料在转速600r/min～1000r/min下混合搅拌5min～10min，形成所述改性疏浚淤泥。
10.根据权利要求8所述一种垃圾填埋场腾发覆盖结构的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：将所述基础土层摊铺在垃圾堆体上，进行平整，覆盖厚度为20cm～30cm；将所述储水土层覆盖在所述基础土层上，进行平整，覆盖厚度为75cm～120cm；将所述营养土层覆盖在所述储水土层上，进行平整，覆盖厚度为25cm～50cm，按照25g/m2～30g/m2铺撒草籽或常绿本草植物。
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