流域水环境治理中垃圾填埋场封场工程设计

付 乐，胡志鹏

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司湖北分公司，湖北 武汉 430016）

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，水环境综合整治越来越受到重视[1]。生活垃圾是影响流域水环境的重要因素之一，而卫生填埋是目前应用最广泛的垃圾处理方式。封场是垃圾填埋至设计终场标高或填埋场停止使用后，进行堆体整形、不同功能材料覆盖及生态恢复的过程，封场质量高低对填埋场能否保持良好封闭状态至关重要。高质量封场有利于流域水环境整治，避免地下水、地表水污染，还可以减少臭气污染、增加绿化面积，保护生态环境。

1 封场总体设计

1.1 工程规模

垃圾填埋场规模根据日平均填埋量分为4类，Ⅰ类，≥1 200 t/d；Ⅱ类，500~1 200 t/d；Ⅲ类，200~500 t/d；Ⅳ类，＜200 t/d，填埋场库容应在10 a及以上。垃圾产生量可按0.8~1.2 kg/(人·d）计算，压缩转运设备内以及填埋过程中压缩的垃圾密实度不小于0.6 t/m3。

根据填埋库区面积，封场工程规模分为4类，Ⅰ类，≥20万m2；Ⅱ类，10~20万m2；Ⅲ类，5~10万m2；Ⅳ类，＜5万m2。

1.2 封场时间

垃圾填埋至堆体设计终场标高的区域，或停止使用而不再接收垃圾的区域，以及终止填埋后填埋场整场，需进行局部封场或整场封场。最终的封场工程宜在垃圾堆体快速沉降期过后实施，快速沉降包括主沉降和易腐有机成分快速降解造成的沉降，前者（主沉降）为压载造成的垃圾压缩沉降，一般为几个月，后者一般为1~2 a。终场覆盖工程宜在雨季到来之前完成施工，跨雨季施工需采取临时覆盖措施减少雨水向堆体渗透[2]。

1.3 填埋场现状调查及监测

1.3.1 地下水环境

防止地下水污染是封场最重要的内容，封场前若缺乏地下水水质状况资料，需进行检测，如发现受到污染，可在封场工程中考虑治理措施。检测取样点宜设置在填埋场地下水流向的上下游及两侧，正规的卫生填埋场一般已设有监测井可直接利用，非正规填埋场需新建监测井。检测一般在旱季进行，不少于3次，时间间隔10~15 d。检测指标包括pH、溶解性总固体、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、氯化物、挥发性酚类、汞、铅、镉、铁、铜和粪大肠菌群等，并结合地下水质量标准分析地下水水质情况。

1.3.2 大气环境

填埋场的大气污染属于无组织排放，污染物主要指标是硫化氢、氨等恶臭气体。监测点应设置在垃圾堆体上、填埋场周围环境敏感区域、堆体常年或夏季主导风向的下风向且距堆体边界50～100 m处等区域。监测以总悬浮颗粒物（TSP）和臭气浓度为重点，同时记录风速、风向、气压、气温以及相对湿度等气象条件。大气监测分别在低气压和高气压两种气象条件下进行，并根据环境空气质量标准对大气环境质量进行分析。低气压时堆体内与大气压之间压差较大，填埋气体排放量较大，扩散速度较慢，污染程度也较大。

1.3.3 地表水环境

调查渗滤液处理设施排放口位置、排放水质等情况，对填埋场区域下游1 km范围内的地表水水质进行调查性监测，监测项目包括pH、色度、溶解氧、COD、BOD5、TN、氨氮、TP和氯化物等，并结合地表水环境质量标准进行分析。

1.3.4 填埋气体

甲烷气体易燃易爆，爆炸浓度范围为5%～15%，应监测堆体上及周边构建筑物内的甲烷气体浓度，检查现有填埋气体收集导排和处理系统的安全性，填埋区周边50 m内有构建筑物时，在其与垃圾堆体之间设置气体迁移监测井。

1.3.5 垃圾填埋区域

调查填埋库区底部防渗层、渗滤液导排系统、垃圾堆体外形、堆体内水位、填埋气体导排系统、堆体稳定性状况、已填埋垃圾总量和垃圾类别等情况，并对垃圾堆体稳定性、存在的问题及隐患点位置等进行分析。为防止地下水污染扩散和气体迁移，在实施垂直防渗工程时，需对地质和地下水文情况进行勘察，合理确定垂直防渗墙位置。

1.4 封场工程内容

最终封场工程内容主要包括：

（1）垃圾堆体整形、覆盖工程、绿化工程。

（2）环境与安全监测、封场后维护与场地再利用等。

（3）原系统不完善时，应建设填埋气体收集处理工程、渗滤液导排处理工程、防洪及雨水导排工程等。

（4）地下水污染时，应包含地下水污染控制工程。封场应优先利用原有设施或对其进行改造，局部封场工程应考虑以后与整场封场工程的衔接。

封场是以环境治理、安全治理为目的，工程量大小与垃圾堆体面积、垃圾深度、填埋总量、堆体规范程度、环境影响状况以及有无安全隐患等有关，需综合考虑各方面因素，根据经济实力，选择技术经济合理的工程方案。

2 常规封场工程设计

常规封场工程内容包括垃圾堆体整形、覆盖工程、绿化工程等[3]。

2.1 垃圾堆体整形

垃圾堆体整形方案根据现状堆体形状、堆体稳定性和土地再利用要求等因素确定，根据当地降雨强度、边坡长度等确定边坡台阶及排水设施设置方案。

垃圾堆体受沉降、水位升高等因素影响，易产生不稳定因素，需对堆体进行稳定性分析后确定边坡加固和防护措施，常用的边坡加固措施有种植护坡草、三维网加植草、混凝土骨架护坡、混凝土喷浆护坡、浆砌块石护坡和挡土墙等。在堆体顶部、边坡、台阶上设置排水沟，避免表面径流的冲刷。

堆体整形在满足边坡坡度要求的条件下，使总挖方和填方量最小，且基本平衡。尽量减少开挖垃圾量，减少大面积裸露垃圾引起的臭气污染。

修整后的堆体边坡坡度不大于1∶3，两台阶之间的高差宜为5～10 m，平台宽度不小于3 m。堆体顶部坡度5%～10%，由于我国生活垃圾中易腐有机物较多，降解后造成沉降，顶部留有足够的坡度，可防止沉降形成倒坡，或堆体上产生积水的凹坑。

为防止封场后垃圾产生大面积或不均匀沉降，建议封场前先进行现场布孔，探视不同区域的垃圾密实程度。本填埋场整形方案，在保证堆体稳定、施工便利、便于堆体排水沟设置等因素的前提下，明确填埋垃圾的边界，清除表面大块建筑垃圾，以便封场覆盖、环场道路和雨水边沟等设施的设置。

根据规范要求和场区现状地形，由于垃圾堆体局部坡度过大，故设置5%的终场排水坡度，修整后堆体坡脚标高126 m，坡顶标高为173 m。此外，由于终场覆盖HDPE防渗膜铺设的需要，在垃圾堆体侧坡底部设置锚固平台，锚固平台同排水边沟一起合建。同时，在堆体的整形过程中采用低渗透性的覆盖材料对垃圾暴露面进行覆盖，避免雨水进入垃圾堆体及臭气扩散。

2.2 覆盖工程

填埋场的终场覆盖是填埋场土地利用的物质基础和先决条件，是隔绝固体废物与周围环境的最后屏障，可最大限度地减少淋溶水的产生和减小生活垃圾对环境的影响。填埋场封场时应考虑到地表水径流、排水、防渗、淋溶水收集处理系统的设施完好和有效运行，以保持填埋场的稳定性。

根据GB 51220—2017《生活垃圾卫生填埋场封场技术规范》的要求，填埋场封场必须建立完整的封场覆盖系统，其结构主要包括排气层、防渗层、排水层和植被层。

垃圾堆体覆盖工程从下往上应包括排气层、防渗层、排水层和绿化土层。

2.2.1 排气层

排气可采用连续排气层或排气盲沟的形式，连续排气层导排效果较好，但工程量大，在覆盖土层上施工需将土层全部翻开。未用土覆盖的垃圾堆体宜选择连续排气层，全场已覆盖图层时可选择排气盲沟，排气层和排气盲沟应与垂直导气井连接。

排气层可采用碎石等颗粒材料或导气性较好的土工网状材料，堆体边坡碎石不易铺设，宜采用土工网状材料。碎石应耐酸性气体腐蚀，粒径20～40 mm，堆体顶部铺设厚度不小于300 mm；碎石上方铺设不小于300 g/m2的土工滤网；碎石与垃圾之间铺设一层孔径小于碎石最小粒径、规格为200 g/m2的土工滤网。采用碎石排气盲沟时，断面不小于500×500 mm，采用200 g/m2土工滤网包裹。采用土工网状材料时，厚度不小于5 mm，上下铺设土工滤网，防止颗粒物进入排气层。

填埋气体回收利用的封场工程中，排气盲沟内设置与垂直集气井相连接的水平集气花管，宜采用HDPE管材，管径不小于50 mm，开孔率1%～2%。

2.2.2 防渗层

防渗层可选用土工膜、膨润土垫（GCL）等人工防渗材料或天然黏土。

土工膜作为主防渗层，应有良好的抗拉强度、抗不均匀沉降能力和抗老化性能，渗透系数应小于1×10-12cm/s，使用寿命应大于30 a，可选用HDPE或LLDPE材料，厚度1～1.5 mm。土工膜与场底防渗层进行有效焊接或搭接，边坡采用双糙面土工膜，并在边坡平台设土工膜锚固沟。土工膜上下部应设置保护层，选用压实黏土保护层时，厚度不小于300 mm，压实度不小于85%，渗透系数不大于1×10-5cm/s；选用复合土工排水网时，厚度不小于5 mm，网孔应小于上部排水层碎石的最小粒径。

天然粘土作为主防渗层时，黏土层表面应平整、光滑，厚度不小于300 mm，应分层压实，顶部压实度不小于90%，边坡不小于85%，渗透系数小于1×10-7cm/s。

2.2.3 排水层

排水层渗透系数应大于1×10-3m/s，可选用碎石或复合土工排水网，堆体顶部宜选用碎石排水层、边坡宜选用复合土工排水网作排水层。

碎石排水层厚度不小于300 mm，粒径20～40 mm，上部铺设200 g/m2土工滤网。复合土工排水网厚度不小于5 mm，搭接重叠宽度不小于300 mm，并采用塑料绳拴接，间距不大于500 mm，防止排水网与防渗层之间产生滑移变形。排水层与堆体表面排水沟相接处设置穿过沟壁的排水短管提高排水效率，沿排水沟纵向间距不大于2 m，避免排水层中积水过多导致滑坡。

2.2.4 绿化土层

绿化是封场的重要组成部分，既可以美化环境，又可以防止水土流失。绿化土层厚度不小于500 mm，其中营养土厚度不小于150 mm，分层压实，压实度不小于80%，压实度过大不利于植物生长，过小易沉降和土层不稳。坡度大于1∶3的边坡采用三维网、铺砌植草砖等表面固土措施。

根据种植的植物特性确定绿化土层表面施肥和翻耕施工方法，草坪和花卉种植地翻耕深度一般在200 mm左右，灌木和乔木种植地一般适合局部翻耕施肥。通常就近取土作为营养土层，按比例添加有机肥、塘泥等混合而成，所选植物有特殊要求时可根据需要配置。

城镇污水厂污泥用作填埋场覆盖土添加料时，要求含水率＜45%；污泥与垃圾混合填埋时，要求含水率＜60%，混合比例≤8%。

2.3 绿化工程

根据当地气候、经济状况和场地用途的情况，在堆体上选择护坡、防冲刷能力强的浅根植物，及时绿化，尽量提高绿化率，达到美化环境、减少水土流失与保持堆体稳定的目的。由于封场后堆体表面、角落仍可能有填埋气体、渗滤液溢出、土层温度高等情况，可选择适应这些条件的苏铁、黄金榕和黄金叶等植物，边坡选银合欢、猪尿豆、爬山虎和薜荔等浅根、防冲刷植物。若需种植花灌木，可选择勒杜鹃、毛杜鹃、决明和大红花等花期长、生长健壮、繁茂、便于维护管理的植物。若种植绿篱植物和观叶灌木，可选择五色梅、福建茶和红继木等萌芽力强、枝叶繁茂、耐修剪的植物。若种植地被植物，可选择大叶油草、马樱丹等生长强势、覆盖率高、病虫害少、绿色期长及耐修剪的种类。

试验结果采用“平均数±标准误”表示，用SPSS 17.0软件进行数据分析，各指标差异显著性分析用One-way ANOVA进行分析，用LSD法进行多重比较。

随着封场后堆体逐渐稳定，土地利用方案可以改变，绿化模式也随之改变。开始几年堆体尚未稳定，绿化主要目的是减少冲刷和改善外观，后期可考虑用作苗圃或适当公共化，如开放式公园等。

发现植物局部死亡现象，及时检查是否与填埋气体泄露、渗滤液排放等因素有关，若是这些原因，应开挖该处，修复防渗膜，或修复填埋气体、渗滤液收集设施。封场绿地灌溉系统水源优先选用场内中水或附近地表水，缺水地区采用节水型灌溉方式。

3 原填埋场设施修复

3.1 底部防渗系统修复及地下水污染控制

当底部防渗系统不完善，出现破损等情况，地下水受到污染时，应采取地下水污染控制措施。通过现状调查，确定地下水污染的原因、程度，有针对性地采取一种或多种控制措施：（1）在堆体周边设置垂直防渗墙；（2）在地下水流向上游设置垂直防渗墙；（3）在地下水流向的下游设置垂直防渗墙，并进行地下水抽排；（4）场底防渗层修复，垃圾较浅时可开挖，较深时可考虑钻孔注入补漏剂；（5）堆体内渗滤液抽排；（6）地下水收集处理。

3.2 填埋气体收集处理系统

填埋气体收集系统缺乏或破损时，封场时应增设或修复，可根据垃圾堆体实际情况选择垂直导排井、水平导排盲沟或井沟结合的方式。填埋气体中含有一半左右的甲烷，既是资源又是温室气体，应优先考虑利用，利用方案确定前进行抽气试验，预测气体产生量；小型垃圾填埋场气体产量小，利用不经济，可抽出后经火炬燃烧后排放。

根据封场后填埋气体产生速率逐渐降低的规律，适时调整气体导排设施的导排量和抽气设备的抽气量。存在填埋气体地下迁移现象时，应采取防止气体迁移至场外的措施，垃圾较浅时可设置截流盲沟；较深时可设置防渗墙。

当设计填埋库容≥2.5×106t，填埋厚度≥20 m时，应考虑填埋气体利用。

3.3 渗滤液导排处理系统

渗滤液导排处理系统缺乏或破损时，封场时应增设或修复。堆体上渗滤液抽排井与填埋气体收集井结构形式相同，两者可共用，不适合共用时可单独设置；堆体边坡出现渗滤液渗出现象时，应在渗出位置设导排盲沟。填埋库区库底渗沥液导排系统纵向坡度不宜小于2%。

单独设置的垂直导排井直径不小于800 mm，井内回填碎石，中心设HDPE集水管，直径不小于200 mm，开孔率2%；新增的垂直导排井距场底距离应保证场底防渗层安全，并满足控制水位低于堆体警戒水位要求，可根据堆体稳定性要求确定警戒水位，进而确定导排井深度；渗滤液抽出后，空气易从井口灌入与井内填埋气体混合形成爆炸性气体，抽水采用压缩空气泵、带防爆电机的潜水泵等具有防爆性能设备。

3.4 防洪及地表径流导排系统

防洪标准应按不小于50年一遇洪水水位设计，按100年一遇洪水水位校核。防洪设施不能满足要求时应进行改造、修缮，填埋区周边存在滑坡风险的区域应实施护坡工程。堆体顶面、边坡及平台应设置表面排水沟，排水沟采用防不均匀沉降的结构或选择抗不均匀沉降的材料，防止沉降形成倒坡，防止表面径流对覆盖土的冲刷，降水量较大的区域考虑排水和护坡结合的方案，可采用较密的网格状排水沟。

3.5 垃圾坝

根据坝体材料不同，坝型可分为（黏）土坝、碾压式土石坝、浆砌石坝及混凝土坝4类。采用一种筑坝材料的应为均质坝，采用2种及以上筑坝材料的应为非均质坝。根据坝体高度不同，坝高可分为低坝（＜5 m）、中坝（5～15 m）及高坝（＞15 m）。

4 监测及维护

4.1 监测

封场运行监测设施包括地下水、地表水、污水排放、填埋气体集中排放和场区及场界大气等，缺乏或破损时应补建或改造。堆体附近有填埋气体迁移风险的构建筑物室内，设置甲烷监测报警设施，报警浓度设定为1.25%，即爆炸下限5%的25%；填埋气体抽气设备进气管上设甲烷和氧浓度监测设施，设氧含量报警设备。堆体顶部和边坡平台上设置沉降监测点，设置固定的标记物。

封场后地下水、地表水、场区大气监测频次不小于每季度1次，水质指标主要为CDD、氨氮等，大气指标主要是CH4、H2S、NH3等；填埋气体甲烷浓度、渗滤液水位为每月1～2次；封场后3 a内，堆体沉降每月监测1次，3 a后，每半年监测1次，直至堆体稳定。

4.2 封场工程施工

封场工程施工应根据填埋场特点，制订环境保护、水土保持和安全措施。填埋气体排放口附近施工时，排放口临时封闭或临时引至操作人员10 m以外的位置；挖填土方时采取降尘、局部通风和卫生防疫等措施；现场配备消防器材；制定突发事件应急预案。

堆体上进行填埋气体导排井和导排盲沟施工时，采取防止气体爆炸的措施，钻井施工时一般采用低速钻井法，避免快速钻井产生撞击火花；管桩法施工时，将管桩下部堵死；导排盲沟开挖施工时，轻挖、浅挖，避免猛挖、深挖，必要时采用风机对开挖点吹扫。

堆体整形机械开挖时，分层浅挖，避免快速深挖；人工开挖时，佩戴防毒面具，沟深不超过挖沟人的身高；挖出的垃圾及时回填，分层压实，压实密度不小于0.8 t/m3；整形施工过程中，采用低渗透性材料临时覆盖；堆体出现裂缝、沟坎和空洞等需充填密实。

4.3 封场后维护

封场后维护内容包括排气系统、排水系统、堆体变形、监测系统和防护距离控制等。

每年雨季到来前，检查场内排水沟、截洪沟、沉砂池等；每半年检查一次环境和安全监测设施；应不均匀沉降导致堆体出现裂缝、凹洞等情况时，及时填补修复。

未达稳定的垃圾填埋区，若用于永久性建筑物的建设，应挖除所填垃圾，并对场底及周边土壤进行检测。填埋场封场后可用作公共绿地或公园。封场运行期间全场严禁烟火，并对填埋气体和渗滤液收集处理设施采取安全保护措施。

填埋库区及渗滤液处理区边界距离居住区或人畜供水点卫生防护距离不小于500 m；距河流和湖泊不小于50 m；距民用机场不小于3 km。

填埋库区周围宜设安全防护设施及不少于8 m宽度的防火隔离带，填埋作业区宜设防飞散设施。

5 工程投资

生活垃圾填埋场建设投资可按照15～30元/m3库容计算（参见建标124—2009），含渗滤液收集处理系统，建设周期约12～24个月。

封场覆盖系统可按照70～160元/m2库区面积计算（参见建标140—2010），填埋场周边环境调查所需费用需纳入工程前期费中，建设周期约4～8个月。

6 结束语

水环境综合治理需对流域内的污水、垃圾等进行系统处理，生活垃圾规范填埋和高质量封场可以有效防止渗滤液、地表径流等对水环境的污染。填埋场封场通过堆体整形、覆盖和绿化等措施，将垃圾与环境隔离，实现雨污分流，减少渗滤液处理量、防止地下水和地表水污染、减少填埋气体无组织排放，增加绿化面积，营造良好的生态环境。