厭氧屏障系統的設計與施工

黃志亮 郭曉靜 蔡小平 王凱 劉靖 王大勇

摘要：介紹了厭氧屏障系統結構的組成、功能和設計，并以鎮江某污水處理廠新建調蓄池和鎮江某垃圾填埋場調節池兩項目不同施工方法和特點做簡要闡述，為厭氧屏障系統的發展和應用提供一種思路。

關鍵詞：屏障系統;調蓄池;調節池

中圖分類號：X505 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）06-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.06.064

Abstract： Describes the composition， function and design of anaerobic barrier system structure， and a sewage treatment plant in Zhenjiang new storage tank and Zhenjiang in a landfill regulation pool two different construction methods and features of the project briefly described， anaerobic barrier system the development and application provide an idea.

Key words： Barrier system; Storage tank; Equalization basin

厭氧屏障系統又稱為柔性浮動蓋系統，是指在調節池污水液面之上覆蓋一層與調節池形狀相似、略大于調節池，具有氣體收集、雨水收集、檢測等多項功能的可以在安全水位內隨水位變化而變化的封閉結構。采用2.0 mmHDPE膜為主要施工材料，聚乙烯泡沫板、HDPE排水管等輔助材料所組成的一個全封閉的系統。因其具有完全密封、經濟可行、安全可靠、管理方便等優點，而廣泛應用于垃圾填埋場滲瀝液調節池除臭防雨水覆蓋[1-3]、大型調蓄水池防蒸發和外界污染[4]、冶金、大型養殖場等領域。現以鎮江某污水廠調蓄池和垃圾填埋場滲瀝液調節池兩項目為例對厭氧屏障系統的設計與施工做介紹。

1 厭氧屏障系統的設計

厭氧屏障系統由七個部分構成：柔性密封系統、浮力平衡系統、配重平衡系統、雨水導排系統、氣體導排系統、節點錨固系統和安全監測系統。典型厭氧屏障系統結構如圖1所示。

柔性密封系統位于調節池滲瀝液水面之上，是填埋場調節池柔性浮動蓋系統工程的核心與基礎。主要是采用2.0 mm的HDPE膜進行全封閉式的鋪設，膜與膜之間以雙縫熱合焊接為主，以單縫擠壓焊接為輔。HDPE膜密度為0.94 g/cm3，略小于水，可以不借助額外的浮力系統而漂浮在污水的表面，其良好的耐化學腐蝕性能和抗老化性也能保證柔性浮動蓋能長期發揮作用。

浮力平衡系統是指在柔性密封系統之下按照設計焊接浮力墊來保證整個浮動蓋在運行過程中不會長期浸泡在滲瀝液中，減少滲瀝液對覆蓋膜的影響。在工程施工過程中，常采用聚苯乙烯泡沫板五面外包HDPE土工膜作為浮力墊，焊接于柔性密封系統之下，這樣可以在柔性密封系統與污水之間形成約2～3 cm高的空氣隔離層，避免因陽光照射而導致污水溫度過高，可以減少液面的蒸發作用，同時每組聚苯乙烯泡沫板之間形成一個500 mm左右的空腔，可作為氣體通道，利于氣體導排。

配重平衡系統是指采用一定直徑一定長度的HDPE管，并在HDPE管內灌沙后密封兩端作為配重管，并連接、安裝在預定位置來保證浮動蓋不會被大風吹起。這樣可以使浮蓋膜形成立體狀，有效地減少膜表面產生的凹凸不平，利于美觀，又有利于浮蓋膜表面雨水集中排放和膜下氣體通過四周集氣管向導氣出口匯集。

雨水導排系統是指浮動蓋上利用浮力平衡系統和配重平衡系統而使膜形成“U”型導排通道，匯入膜表面設置的雨水收集井并利用水泵將雨水排放。及時排除浮動蓋上的雨水有利于雨污分流，當雨水不多時有利于避免陽光直射浮蓋;當雨水較多時，可采用小型清水泵抽水，也為浮動蓋的安全穩定運行提供保障。其中比較關鍵的是雨水收集井的設計，若設計不好，雨水收集效果不理想，會影響整個膜蓋系統的安全與穩定。雨水井設計時還應注意，在HDPE管壁上開孔的做法將導致仍有一部分水無法排出除。改良后雨水收集泵井見圖2。氣體導排系統就是指利用柔性密閉系統之下的浮力墊形成的氣體導排通道，使氣體最終排至調節池四周布置環狀帶孔HDPE收集花管中，并通過集氣花管上設置排氣管收集導排裝置將沼氣送至燃燒火炬系統進行燃燒處理，在產氣量不大、對周邊環境影響較小的情況下，可以根據廢氣排放標準采用高空排放的方式處理。當膜下氣體壓力達到一定壓力時，膜上安裝的安全閥會及時工作，將氣體及時排出，將覆蓋膜內壓力降到安全范圍，從而保證膜蓋系統安全。

節點錨固系統是指采用獨立式或者半獨立式的錨固溝將柔性密閉系統在調節池四周進行錨固，也包括利用尼龍繩和圓釘鋼錨將配重管進行錨固，利用膜條焊接或射釘錨固進行集氣花管或配重管之間的錨固。節點錨固系統的重點是柔性密閉系統的錨固溝錨固。

安全監測系統是指對調節池進行定期維護檢修、定期清淤的需要的檢查孔、對滲瀝液進行取樣監測的取樣孔等設施，有效地保證工程安全，是一個完整的調節池浮動蓋系統不可或缺的一部分。為方便人員上膜蓋體檢修、取樣和保護膜蓋體，可以在膜上設置由膜外包聚苯乙烯泡沫板組成的走道板，從邊坡連接到雨水井、檢查孔、安全閥等部位，并錨固一條尼龍繩，保證人員下邊坡的安全。

2 厭氧屏障系統的施工

厭氧屏障系統的施工根據池內是否有水可分為“干法”和“濕法”兩種。干法主要施工順序為：集氣管安裝→浮力墊預制→覆蓋膜鋪設→浮力墊安裝→配重管、雨水導排井、檢修井、安全閥安裝→走道板安裝→覆蓋膜、配重管錨固;“濕法”主要施工順序為：集氣管安裝→浮力墊預制→分塊覆蓋膜鋪設→浮力墊安裝→牽引覆蓋膜……分塊覆蓋膜鋪設→浮力墊安裝→牽引覆蓋膜→配重管、雨水導排井、檢修井、安全閥安裝→走道板安裝→覆蓋膜、配重管錨固。下面分別以鎮江某污水廠調蓄池和垃圾填埋場滲瀝液調節池兩項目為例對厭氧屏障系統的施工做介紹。

2.1 鎮江某污水廠調蓄池覆蓋工程

該污水處理廠位于長江江心一座島上，與江對面兩著名景區隔江相望。該污水處理廠調蓄池覆蓋面積約30000 m2，單體覆蓋面積屬目前全國最大。該調蓄池為四邊形，四條邊的邊長為191.1 m、140.7 m、166.8 m、148.9 m，邊坡坡度為1：2.5，邊坡高度為3.2 m（見圖3）。該池為新建調蓄池，底部防滲結構已施工，池內無水，因此采用“干法”施工。該項目首先進行的是集氣花管的安裝和各種型號的浮力墊預制工作。集氣花管安裝在池四周平臺上，采用膜帶用射釘錨固在平臺上，收集的氣體采用高空排放的方式處理。設計時考慮該池面積較大，為使調節池中沼氣能夠順暢排出，不形成氣囊，本工程采用兩條橫向主排氣道實現集氣管的功能，并將浮動蓋蓋體劃分為3個部分。覆蓋膜施工時按這三個區域分區施工。膜覆蓋施工時，應按區域鋪設，做好鋪膜圖，根據池形狀和面積裁膜，并留足余量。該系統排氣道由浮力墊F1（2.0 m×0.5 m×0.3 m）、浮力墊F2（1.0 m×0.5 m×0.3 m）、浮力墊F3（2.0 m×0.5 m×0.15 m）、浮力墊F4（1.0 m×0.5 m×0.2 m）組成，主排氣道由浮力墊F1構成。浮力墊由1.0 mmHDPE膜五面外包聚苯乙烯泡沫板組成，安裝時焊接在覆蓋膜下面，每組兩個，間距500 mm，形成排氣通道。

膜覆蓋完后進行的是配重系統、雨水導排系統、安全監測系統的施工。該項目中主要有四種類型的配重管：配重管G-1（dn250）、配重管G-2（dn225）、配重管G-3（dn200）、配重管G-4（dn160），每節管長3.0 m。配重管采用PE80級HDPE管，管中灌砂，兩端用2.0 mmHDPE膜封堵。利用四種不同管徑的配重管可以形成一定坡度的排水渠。施工中為了保護覆蓋膜，在配重管與覆蓋膜之間焊接一條0.8m寬通長的2.0 mmHDPE加強膜，每根配重管設兩個固定點，并用0.2 m寬的2.0 mmHDPE膜帶與加強膜焊接，配重管管間間距0.3～0.4 m，管間用2根0.2 m寬的2.0 mmHDPE膜帶連接。全系統總共有6個雨水收集泵井，16個安全監測井?？紤]以前安全監測井容易出現滲漏情況，故修改設計方案（圖4）。

在以上工序施工完畢后，就進行覆蓋膜錨固。因為新建調蓄池，最低液位為池底平面，直接在池周邊挖800 mm×800 mm錨固溝，用素土回填壓實錨固。配重管用尼龍繩與池邊地錨連接錨固。

2.2 鎮江某垃圾填埋場調節池覆蓋工程

該垃圾填埋場位于長江河道邊，與長江僅一路之隔，距離新開發市區2km左右。該垃圾填埋場調節池位于填埋庫區西北角，占地面積約9500 m2，有效庫容約5萬多立方的調節池兩座，分別為1#、2#池，1#調節池左側寬55 m，中間寬56 m，長87 m;2#調節池右側寬58 m，長77 m，基本為規則的四邊形。其平面圖見圖5和圖6。該調節池運營多年，運行穩定，因垃圾填埋場還在繼續產滲瀝液，無法將池內滲瀝液排空，池邊也有足夠空間用于覆蓋膜焊接，故采用“濕法”施工。

該項目集氣花管安裝在兩池四周邊坡上，采用200 mmHDPE膜條包裹，用射釘錨固在原有池周邊預制板走道和道路上，兩池集氣花管分別接入dn250實壁集氣總管，通過總管集中送至燃燒火炬系統燃燒處理。排氣道由浮力墊F1（0.5 m×1.0 m×0.2 m）、浮力墊F2（0.5 m×1.0 m×0.15 m）組成。浮力墊提前預制。該項目的一個特色是覆蓋膜的安裝。因采用的是“濕法”施工工藝，因此對覆蓋膜的制作要求非常高。第一塊膜的制作很關鍵，第一塊膜是牽引設備牽引繩懸掛受力點。需要在膜邊緣一定長度間隔焊接一定寬度膜條包裹一根硬度較強的鋼管，作為牽引繩的懸掛點。牽引設備采用3臺0.5 t拉力的卷揚機（視池體面積和膜蓋體重量確定），固定在池一邊的道路上，作為牽引的動力源。卷揚機在工作時，應根據膜蓋體前進情況自行調節，使膜蓋體勻速在液面移動，防止褶皺變形。在拉膜蓋體時，第一塊膜邊緣容易進水。該項目處理此問題的方法是，在第一塊膜邊緣包裹一根dn≥200 mm的薄壁波紋管，兩端封堵，這樣可使膜蓋體邊緣在水上漂浮，也不至于水進入膜表面造成牽引的困難，為增加浮力，可以在邊緣每隔一定間距焊接一塊浮力墊，在膜覆蓋玩后再拆除。每塊膜浮力系統安裝完后再與上一塊膜焊接起來，再牽引下水，直至整個池面覆蓋完畢。應該注意一點的是，“濕法”施工對于膜焊接質量要求非常高，不能出現膜下水后發生滲漏情況，因此在每塊膜浮力系統安裝完成，與上一塊膜焊接后，都要進行焊縫、補丁的密實性檢測，檢測不合格嚴禁下水，以保證工程質量。

該項目的另一個特色和難點是1#調節池泵房處的膜覆蓋施工。1#池左側有一座泵房，吸水鋼架自岸邊延伸至池中5.0 m，直接采用1#池做法在此處有困難。該項目的一個做法是，根據現場測量，確定由兩塊膜豎向下水，膜開口然后焊接一個“U”型浮力墊圈（由2層0.5 m×1.0 m×0.2 m聚乙烯泡沫板外包2.0 mmHDPE膜構成），再橫向拉讓“U”型浮力墊圈與吸水鋼架吻合。另一塊水中的膜邊緣豎向安裝一條浮力墊，膜上加焊一塊1.0 m寬的膜。其他水面施工和2號池一樣，最后將加焊的膜與后施工的覆蓋體在水面施工焊接，從而連成一個整體。

配重系統、雨水導排系統、安全監測系統的安裝同上一個調蓄池項目基本一樣，因為該項目產沼氣量較大，特別是夏天，若沼氣排放不及時，會造成膜面凸起，故每個池安裝2個安全閥，緊急情況時可以將多余氣體排出，保證系統運行安全?！皾穹ā笔┕ち硪粋€要注意的問題是覆蓋膜的錨固?！皾穹ā笔┕さ淖畹忘c一般不是在池底，應根據運行規律，在確定最低水位后，以最低水位所在的平面作為柔性密閉系統的膜底結構，在此時情況下進行膜錨固，并預留一定伸縮余量。錨固溝用C20素砼錨固，配重管用尼龍繩與池邊地錨連接錨固。

2.3 其他施工方法

其他施工方法還是“濕法”施工，是在液面搭設浮橋，操作人員在浮橋上進行膜鋪設施工。該方法成本相對較高，浮橋上操作人員安全是一大問題，因此該方法應用較少，可視具體情況而采用這種方法。

3 結語

厭氧屏障系統各子系統功能完備，能很好的起到防止臭氣逸散、雨污分流、防止蒸發等作用，對于節能減排、環境保護要求愈加嚴格的今天，其應用的領域和范圍將更加廣泛。在以后發展過程中，要注重完善各項設計，靈活采用各種施工方法，加強后期的運行、維護、檢測等工作，以使其持續有效的發揮作用。

參考文獻

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收稿日期：2019-04-29

作者簡介：黃志亮，碩士，研究方向為固體廢物處理與處置。