垂直防滲在濱海地區危險廢物填埋場中的應用

路 青，王 慶，馮 旭，李宜成，汪 濤，劉 元，于高建，王殿二

(光大環境修復(江蘇)有限公司，江蘇 南京 211100)

1 引言

危險廢物是國家明文規定的納入國家危險廢物名錄或者根據國家危險廢物鑒別標準和鑒別方法認定的具有急性毒性、易燃性、腐蝕性、反應性和感染性等至少一種危險特性的，可能對生態環境和人體健康造成直接危害，或者經過不適當的運輸、儲存、處理和處置過程產生的對生態環境和人體健康造成間接危害的固體廢物[1，2]。

危險廢物安全填埋是國際社會無害化處理處置的普遍措施[3，4]，但其滲漏污染危害巨大，不僅使土壤鹽堿化、毒化，也會污染地下水，最終進入人類的食物鏈。可靠安全的防滲工程是杜絕填埋場重復污染的有效屏障。

危險廢物填埋場的防滲系統通常由基礎層、四壁防滲襯層、表面密封系統以及垂直防滲系統組成[5]。垂直防滲是指在滲濾液滲漏路徑上進行垂直帷幕灌漿，以減少滲漏量，達到防滲的目的。垂直防滲系統在危險廢物填埋場應用具有低成本、投資少及易修復等特點，相對于基礎層、四壁防滲襯層、表面密封系統而言具有明顯優勢[6]。

2 垂直防滲研究現狀

地下連續墻是最常用的垂直防滲帷幕形式，該方法也在世界各地的各種工行才能獲得廣泛應用。我國于1958年引進防滲墻，目前已廣泛應用于各類工程中，地下連續墻技術已成為我國基礎工程技術的重要方面之一。近年來垂直防滲墻越來越多的應用于防污控制工程，如污水防污控制工程、填埋場的垂直防滲工程等。另外在石油類污染物防治方面，如地下水DNAPLs防治工程等，垂直防滲墻也獲得較好的應用。天然粘土等天然礦物材料以其良好的防滲性能，被廣泛用作填埋場的防滲襯墊材料，但是由于天然粘土對污染物的衰減能力較差，通常將其改性之后提高其抗滲阻滯能力和吸附能力[7](表1)。

表1 垂直防滲墻類型及優缺點

3 垂直防滲設計思路

垂直防滲帷幕廣泛應用于污染防治工程中，但對于垂直防滲帷幕的設計理念存在不同的看法。Spooneretal[9]提出可采用垂直防滲帷幕最大滲透系數進行污染控制類垂直防滲帷幕設計，該設計思路主要認為對流為污染物運移過程中最重要的影響因素基礎上產生的。Shackelfordetal[10]及Roweetal[11]的研究表明：在進行較低滲透系數的垂直防滲帷幕設計時，應考慮對流和分子擴散的影響以及二者之間的相互作用。Devlin和Parker[12]建議當污染物垂直防滲帷幕外的泄露量趨于最小時的滲透系數為最適滲透系數，該建議是基于污染物在垂直防滲帷幕的穩態運移下垂直防滲帷幕被污染物擊穿的標準。Christopeher J.Netal[8]提出在進行具體的垂直防滲帷幕的類型、厚度及深度等設計計算時，應根據現場實際選擇污染物運移模型，該模型的選擇將影響類型、厚度以及監測方案的確定。

3.1 垂直防滲帷幕的性能分析

影響垂直防滲帷幕性能的因素主要有以下幾個方面：垂直防滲帷幕滲透系數、土層滲透系數、上下游水頭差、厚度、地質條件等。

研究表明：在滲流的主導作用下，地表處的防滲墻更容易被污染物擊穿；上下游水頭差、防滲帷幕滲透系數、厚度對防滲帷幕性能有顯著影響。防滲帷幕的擊穿時間與滲透系數和水頭差呈負相關，與厚度呈正相關。在實際工程設計中，控制防滲帷幕滲透系數不大于1.0×10-7cm/s的基礎上，嚴格控制滲瀝液水位。在設計中對于嵌入式防滲帷幕在需要滿足滲流控制要求或安全水力梯度設計標準基礎上，應同時考慮分子擴散作用，并且應加強帷幕頂部厚度或防污性能。

3.2 垂直防滲帷幕厚度設計方法

目前國內對于防滲帷幕的設計主要借鑒水利工程中的設計和計算方法，在考慮安全系數及時間效應的基礎上，采用水力梯度為設計和控制標準。

該種設計方法主要以滲流作為污染物運移的唯一主要因素為前提，但是忽略了分子擴散作用，只以水利坡降為控制標準的設計方法可能致使設計結果存在不安全性。

本文基于在垂直防滲帷幕內擴散作用對于污染物運移有較大的影響，在考慮分子擴散作用、吸附阻滯作用的情況下計算土-膨潤土墻的垂直防滲帷幕厚度。

4 某濱海地區危險廢物填埋場應用實例

4.1 工程概況

本工程場址屬于濱海相沉積地貌。本工程場地淺部淤泥土層深厚，須增加垂直防滲工程措施，提高地下污染防控水平。本工程原場地有深厚軟土層(即③層淤泥層)，平均埋深1.15～18.13 m，平均厚度16.57 m。

4.2 工程地質及水文條件

4.2.1 工程地質

工作區屬于濱海相沉積地貌，地勢較平坦，地面相對高程約為2.71～3.40 m，地表相對高差0.69 m。

4.2.2 水文條件

(1)地下水的類型。場區本次勘察深度范圍內地下水主要類型為潛水和承壓水，潛水主要賦存于上部黏土、淤泥中，標高一般在1.20 m 左右。承壓水主要賦存于細砂中。

(2)地下水的補給與排泄。潛水的主要補給源為降雨及地表水下滲為主，主要通過蒸發作用及側向徑流排泄，承壓水主要以側向補給和徑流為主，下水水位隨季節變化，年變化幅度為1.5 m。

4.3 垂直防滲設計

本工程垂直防滲墻選擇土-膨潤土墻。墻體設計厚度L計算公式[14]如下：

(1)

安全系數Fr取值1.5，垂直防滲墻滲透系數k取1×10-9m/s，污染防控時間T為50年，上下游水頭差H為0.6 m；本工程所涉及的危險廢物來源及種類復雜，計算的阻滯因子R取8；污染物擴散系數Dh取3×10-10m2/s。

則垂直防滲墻厚度L計算值為0.88 m，因《生活垃圾衛生填埋場巖土工程技術規范》要求垂直防滲帷幕宜嵌入滲透系數不大于1×10-7cm/s的隔水層中，嵌入深度不宜小于1 m，故本項目垂直防滲墻厚度L取值為1 m。

4.4 工程實施效果

工程施工前選擇適當區域進行垂直防滲墻試驗段，通過現場檢驗，土-膨潤土防滲帷幕滲透系數小于1.0×10-7cm/s，符合設計要求；垂直防滲工程施工過程中，委托專業機構對拌合好的垂直防滲墻回填進行取樣，并采用柔性壁滲透儀進行室內滲透系數測試，測試結果表明滲透系數小于5.0×10-7cm/s，滿足工程設計要求。

5 結論

(1)需要根據各個危險廢物填埋場現場實際情況選擇垂直防滲帷幕類型，以達到防滲效果及經濟效益最大化。

(2)垂直防滲帷幕厚度設計過程中，需要在滲透系數的基礎上，分析分子擴散及吸附阻滯作用對垂直防滲帷幕防滲效果的影響。