腾发覆盖层—存量垃圾场中场覆盖的新方式

尚振燃

摘要：隨着我国城市的发展，人均垃圾产量不断上升。由于处理设施能力不足，垃圾围城现象日益严重。大量非工程填埋的生活垃圾（存量垃圾场）亟需进行原位稳定减量。垃圾的含水量过高严重影响垃圾的稳定化。现有四层封场结构不利于水分排除且存在造价高，浪费土资源，延长稳定周期，容易失效等几个问题。相比之下，腾发覆盖层（毛细阻滞型）价格低廉，结构简单且能促进垃圾堆体内产物循环加速垃圾降解。黑龙江省肇源县新老垃圾场的工程实例可为佐证。腾发覆盖层（毛细阻滞型）在我国拥有广泛的应用前景。

关键词：生活垃圾，卫生填埋，垃圾稳定化，腾发覆盖，终场覆盖，存量垃圾场

一、引言

近年来，随着我国经济发展，人民生活水平不断提高。城市居民人均垃圾产量也在不断增加，在2012年，我国城市居民人均垃圾清运量已达1.12kg/人.天。相比欧美发达国家，这一数值仍有上升的空间。

截至目前，我国生活垃圾无害化处理仍以卫生填埋为主。

我国垃圾为生填埋技术发展较晚，直至20实际80年代初，我国城市垃圾处理还是以露天填埋为主。直至1991年，我国才建造了首个大型山谷型垃圾卫生填埋场---杭州天子岭垃圾处理厂。由于设施处理能力不足，仍有大量垃圾在填坑或堆放，这制造了大量为工程填埋的存量垃圾。我国存量垃圾场多数是依照自然地形简单填埋，对环境危害大，占地面积大，加剧了“垃圾围城”的问题。同时，存量垃圾场处理困难，异地搬迁可能性较小，存量垃圾场原位稳定减量势在必行。

二、垃圾稳定化

1）定义

稳定化状态是指垃圾场内垃圾的可降解有机组分达到矿化，垃圾层基本无气体产生，场地表面自然沉降停止。垃圾场达到稳定化状态时，其对环境的影响将降至最低，垃圾场土地也可以被重新利用。

2）影响因素

垃圾场可以被视为一个巨大的生物反应器，影响因素很多，主要影响因素归纳如下：

·垃圾成分：我国生活垃圾以餐厨垃圾为主，属于可快速降解有机物，但也增加了存量垃圾场的危害程度。

· 垃圾含水率：微生物的生长代谢过程中水是必不可少的，同时也影响了垃圾的后续处理。

· 垃圾场操作方式：包括填埋，压实以及表面覆盖情况。

· 垃圾场地气象条件：温度，湿度对垃圾影响较大。

· 微生物群落：从垃圾进场、覆盖到稳定化整个过程中，好氧菌、真菌、兼性厌氧菌、专性厌氧水解和发酵性菌等在垃圾场内共存，共生，可加速垃圾降解及稳定性。

对垃圾稳定化的评价一般也是从这五个方面进行的，这其中垃圾含水率是阻碍垃圾资源回收与处理处置的重要因素陈朱蕾等人研究表明 ，降低含水率可以提高发热量，从而提高焚烧效率。Norbu等人的研究表明，含水率在筛分过程起非常重要的作用，含水率为68%和61%的筛分效果差异很大 。

水分去除有2种基本的途径：

①垃圾进行水解发酵，使垃圾中生物质组分的细胞结构破坏，田间含水率下降，水分由重力排出

②垃圾进行好氧发酵，通过生物质组分降解，既提高垃圾的水势，又产生热量驱动水分蒸发。在黄文雄 等人进行的试验中，未见有渗沥液从垃圾基底流出，可以认为垃圾好氧发酵为垃圾水分丧失的主要途径。

三、传统垃圾覆盖层及其弊端

根据我国现行《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》（GB50869-2013）的推荐，垃圾填埋场封场覆盖结构包括排气层、防渗层、排水层、植被层四级结构（见图2），其中的防渗层采用压实粘土或土工膜复合结构。由于单独粘土压实难度大、受下层垃圾变性影响易开裂及粘土来源困难，绝大多数垃圾场封场采用土工膜复合构造，这种封场覆盖结构存在四个主要问题：

投资高：仅材料费就达到100元/m2，总投资约200元/m2；

浪费土资源。上层植被层需采用50cm营养土，排气层和排水层均为30cm砂砾，土资源使用量大、来源困难；

延长垃圾稳定周期。由于有严密的防渗层阻挡，垃圾堆体与大气基本隔绝，使垃圾堆体形成了封闭的空间，只能靠厌氧降解，稳定期长达几十年，且垃圾体内水分不易排出。

防渗结构易损坏。受内部变形和外界因素影响，防渗膜易损坏，导致封场失效。

四、滕发覆盖层

1.原理

基于水分储存-释放原理的替代型土质覆盖层从20世纪90年代欧美国家开始研究和实践，国内学者称之为腾发型土质覆盖层简称，简称目前主要包括单一型和毛细阻滞型两种。

2.类型

单一型土质覆盖层主要由粉性、砂性等细粒土和植被组成，其工作原理与吸水海绵类似：降雨时段细粒土发挥储水作用将自然降雨吸纳存储，非降雨时段通过地表蒸发和植物蒸腾释放排空水分而恢复储水能力，通过合理设计能实现水分的动态循环和平衡而实现防渗功能。土质覆盖层往往可就地取材，其造价一般低于复合型覆盖层，更重要的是它由天然非胀缩土料组成，具有良好的耐久性。

毛细阻滞型腾发覆盖层则依靠由上下土层的孔隙率差别（下层大于上层），毛细屏障，起到了良好的阻水作用。Dwyer得出的研究结论是，在干旱和半干旱地区腾发覆盖能蒸腾耗散降雨入渗量的99%。目前美国在垃圾填埋场封场上已广泛采用腾发覆盖技术，可见，垃圾填埋场采用腾发覆盖技术是成熟的。根据詹良通等人的计算，在中国西北，要达到相当的阻水与腾发效果，单一黄土覆盖层的厚度需要达到0.5-2m。相较于单一性土质覆盖层，毛细阻滞型腾发覆盖层成本更低。

五、腾发覆盖封场结构的设计与建造

1）植被层

植被层需选择持水量大、利于植物生长的土质，根据土壤学水分运动研究，植被层土质优先选用中壤土。

王康等人对壤土的分析研究表明，土壤持水主要集中在上部20cm处，其中，降雨量20mm时，10cm持水量占99%，入渗深度12.6cm；降雨量40mm时，20cm持水量占90%，入渗深度32.8cm；降雨量60mm时，30cm持水量占85%，入渗深度59.5cm。从试验采用的降雨强度看，20mm属于中到大雨范畴，40mm和60mm均属于大到暴雨。垃圾填埋场封场时会进行坡度整形来排除雨水，并在周边设置必要的排水管渠，因此相当大的雨量都被排走。考虑到在北方地区，降雨中大雨多为阵雨及土壤下渗润湿规律，降雨强度越大，表面排泄的就越多，因此覆盖层设计考虑20mm降雨强度足以满足要求。再考虑到垃圾层内需要一定的水量保持生物正常生长和促进生物层向下蔓延，同时考虑到灌木植物生长的需要，植被层设计厚度采用50cm。植被则应选用当地优势物种。endprint

2）土工布

為了更好的保证毛细作用不因上下土层级配而破坏，在植被层和垃圾层之间设置土工布

3）粗粒土层：

用以维持毛细屏障，并为垃圾层水份上升提供通道。

4）垃圾层

腾发覆盖本质是服务于垃圾生物降解的附属结构，为了更好的发挥腾发覆盖层的作用，应对垃圾层进行翻抛。在翻拋过程中，垃圾层孔隙度得到了改变，通气能力增强有助于加强垃圾堆产物循环来提高降解速度。

5）附属设施

①输气管

腾发层覆盖后生物层处于缺氧状态，为了保证生物菌初期的生长繁殖，需要设输氧系统。

输氧系统主要靠自然导气，包括利用原有的渗沥液导排管自下向上导气，同时利用导气石笼及在覆盖层表面设置一定密度的竖向穿孔管自上向下导气。

②排水系统

垃圾堆体表面按5—10%坡度整形，距离较短的可直接坡向周边截洪沟，距离较长的可形成封闭的排水区，在最低点用管道将雨水导出至截洪沟。整形后的坡脚集水线宜敷设U形槽。

六、工程实例

2014年2月，黑龙江省住建厅对肇源县新老垃圾场进行了改造，并设置了生态封场设施。即在垃圾层上部铺装20cm的营养土作为植被层，植被以当地的绿化草和灌木为主，意图通过植物蒸腾作用来排除自然降雨给植被层带来的水份。肇源县新老垃圾场现已成为一片休闲绿地，没有新的渗沥液产生。肇源县新老垃圾场处理成本为30元/m2

在本文所参考文献中，实验也未见有新渗沥液产生vi。

七、结论

综上所述，垃圾填埋场腾发覆盖层利用土层蓄水、利用植物和土壤腾发抽空蓄水层水分，在干旱和半干旱地区起到了良好的阻止雨水下渗作用，是合理可靠的渗沥液控制技术。理论完备，实践众多，是成熟可靠的技术。它同时具有构造简单、造价低、容易实施的特点。在我国拥有广泛的应用前景。

参考文献：

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