飛灰填埋場防滲技術(shù)研究

摘要：隨著城市垃圾焚燒量的增加，飛灰的安全處置已成為亟待解決的環(huán)境問題?；诖耍治鲲w灰填埋場的滲漏機(jī)理，分別探討了土工布鋪設(shè)、黏土層壓實(shí)以及高密度聚乙烯膜（High Density Polyethylene impermeable membrane，HDPE）鋪設(shè)等飛灰填埋場防滲施工技術(shù)，并結(jié)合具體案例分析了飛灰填埋場防滲技術(shù)的具體應(yīng)用。研究表明，采用合理的防滲技術(shù)不僅能夠確保飛灰填埋場的環(huán)境安全，還可以為飛灰的資源化利用提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：飛灰；填埋場；防滲技術(shù)

中圖分類號：X701 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）12-00-0314

Research on Seepage Prevention Technology of Fly Ash Landfill

LU Shuyong

（Liuzhou Water Supply Co.， Ltd.， Liuzhou 545000， China）

Abstract： With the increase of urban waste incineration volume， the safe disposal of fly ash has become an urgent environmental problem to be solved. Based on this， the leakage mechanism of fly ash landfill is discussed. On this basis， the seepage prevention technology of fly ash landfill such as geotextile laying， clay layer compaction and High Density Polyethylene impermeable membrane （HDPE） membrane laying are discussed respectively， and the specific application of seepage prevention technology of fly ash landfill is analyzed combined with specific cases. The research shows that the reasonable seepage prevention technology can not only ensure the environmental safety of the fly ash landfill， but also provide technical support for the resource utilization of the fly ash

Keywords： fly ash; landfill site; seepage prevention technology

隨著城市化進(jìn)程的加快，飛灰作為焚燒城市生活垃圾的副產(chǎn)品，其產(chǎn)生量逐年增加。如何處理飛灰成為亟待解決的環(huán)境問題。飛灰中含有重金屬及其他有害物質(zhì)，若處理不當(dāng)，可能對土壤和水體造成嚴(yán)重污染，威脅生態(tài)環(huán)境和人類健康。因此，建設(shè)飛灰填埋場并采用有效的防滲技術(shù)，對于防止污染物滲漏至地下水和周邊環(huán)境至關(guān)重要。

1 飛灰填埋場的滲漏途徑

飛灰填埋場的滲漏途徑主要包括水分滲透、氣體擴(kuò)散及固體顆粒遷移。水分滲透是指雨水或地下水通過填埋體的空隙進(jìn)入填埋場，進(jìn)而與飛灰產(chǎn)生相互作用，形成污染液體，可能導(dǎo)致有害物質(zhì)釋放。氣體擴(kuò)散則是指在填埋場內(nèi)，氣體成分通過填埋體的孔隙向外擴(kuò)散，尤其在高溫或濕度變化條件下，飛灰內(nèi)部的氣體壓力可能增大，導(dǎo)致氣體通過孔隙逸出，帶走一些揮發(fā)性污染物，形成潛在的環(huán)境風(fēng)險[1]。固體顆粒遷移同樣是滲漏的一個重要方面，飛灰的顆粒尺寸和結(jié)構(gòu)特性決定了其在填埋場內(nèi)的穩(wěn)定性[2]。

2 飛灰填埋場防滲施工技術(shù)

2.1 土工布鋪設(shè)

土工布主要用于增強(qiáng)填埋場的防滲性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，其具有良好的透水性和抗拉強(qiáng)度。通常采用聚酯或聚丙烯材料，寬度一般為4～6 m，厚度為0.5～1.0 mm。鋪設(shè)過程中，需要將土工布平整鋪開，避免出現(xiàn)褶皺和氣泡，確保其與底層材料緊密結(jié)合。鋪設(shè)的土工布抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于15 kN/m，確保后續(xù)施工時不會因外力而破損。在實(shí)際施工中，土工布的接縫處理至關(guān)重要，接縫寬度通常要求在15～20 cm，采用熱熔焊接或機(jī)械縫合的方式，焊接強(qiáng)度需達(dá)到母材強(qiáng)度的90%以上，以防止?jié)B透水通過接縫漏出。為進(jìn)一步提高防滲效果，鋪設(shè)完成后進(jìn)行滲透性測試，確保土工布的滲透系數(shù)不超過10-9 cm/s[3]。

2.2 黏土層壓實(shí)

黏土層的壓實(shí)過程通常分為多個步驟，包括材料選擇、分層鋪設(shè)與壓實(shí)。選用的黏土應(yīng)具備較高的塑性和低滲透性，適宜的含水率一般在12%～18%，可確保良好的壓實(shí)效果。每層黏土的厚度應(yīng)控制在20～30 cm，避免過厚導(dǎo)致壓實(shí)不均。壓實(shí)過程需使用振動壓路機(jī)或平板夯實(shí)機(jī)，目標(biāo)是干密度不低于

1.6 g/cm3，滲透系數(shù)小于10-9 cm/s。通過動態(tài)測試，壓實(shí)后的黏土層需在抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度上達(dá)到設(shè)計要求，抗剪強(qiáng)度應(yīng)大于30 kPa，以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。施工完成后，定期進(jìn)行密實(shí)度檢測，采用核密度儀等設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場測試，確保各層壓實(shí)效果達(dá)到預(yù)期[4]。

2.3 HDPE鋪設(shè)

高密度聚乙烯膜（High Density Polyethylene imper-meable membrane，HDPE）的厚度通常為1～2 mm，具備良好的抗?jié)B透性和耐化學(xué)腐蝕性，其滲透系數(shù)可低至10-12 cm/s，適用于高標(biāo)準(zhǔn)的防滲。鋪設(shè)前，應(yīng)清理底層，確保無尖銳物體、雜物或碎石，以避免損壞膜材。HDPE膜的鋪設(shè)采用平鋪法，鋪設(shè)時膜的重疊部分需達(dá)到15～30 cm，重疊處應(yīng)進(jìn)行焊接處理。焊接方式一般采用熱熔焊接，焊接強(qiáng)度需達(dá)到母材強(qiáng)度的90%以上，確保接縫的密封性能。施工過程中，環(huán)境溫度和風(fēng)速需保持在合理范圍內(nèi)，以避免焊接時熱量散失影響效果。鋪設(shè)完成后，需進(jìn)行完整性檢測，包括視覺檢查和氣密性測試，確認(rèn)膜的鋪設(shè)無漏點(diǎn)。測試膜的抗拉強(qiáng)度，需達(dá)到20 MPa以上，確保其在填埋場運(yùn)營中的承載能力。

2.4 土工膜焊接

在飛灰填埋場防滲施工中，土工膜的焊接質(zhì)量直接影響系統(tǒng)的防滲效果，常用的焊接方式為雙軌熱熔焊接機(jī)焊接。對于熱熔焊接難以達(dá)到的區(qū)域，需采用擠壓焊接。雙軌焊接機(jī)的操作主要涉及加熱調(diào)節(jié)、恒溫控制、搭接檢查及焊接啟動。設(shè)備配備自動推進(jìn)裝置，能夠?qū)崟r反饋電子控制裝置的溫度。

3 飛灰填埋場防滲技術(shù)的應(yīng)用案例

某飛灰填埋場項目選址位于距離居民區(qū)和水源地500 m以外的地區(qū)，符合相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。黏土層具有良好的自然防滲能力，滲透系數(shù)為10-8 cm/s，適合與其他防滲材料結(jié)合使用。項目規(guī)劃中，填埋場總面積為8.2 hm2，設(shè)計最大填埋深度為50 m，年填埋量預(yù)計達(dá)到5萬t。

3.1 防滲技術(shù)實(shí)施過程

3.1.1 材料選擇與測試

在飛灰填埋場的防滲技術(shù)實(shí)施過程中，材料的選擇與測試是核心環(huán)節(jié)。該項目選擇的主要材料包括高性能改性聚合物、防滲膜及黏土，經(jīng)過嚴(yán)格的試驗(yàn)測試與評估。高性能改性聚合物具有良好的抗拉強(qiáng)度，測試結(jié)果顯示其抗拉強(qiáng)度達(dá)到18 MPa，延伸率為250%，在各種氣候條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的耐久性。防滲膜選用聚乙烯膜，厚度為1.5 mm，滲透系數(shù)為10-12 cm/s，能夠有效阻止液體滲漏。經(jīng)過多輪的耐紫外線與耐化學(xué)腐蝕測試，膜的使用壽命超過20年，符合項目長期使用的需求。采用的黏土具有較高的塑性指數(shù)，干密度為1.65 g/cm3，滲透系數(shù)低于10-9 cm/s，適合構(gòu)建防滲層。為確保材料的性能，項目組還測試物理化學(xué)性質(zhì)，包括土壤的粒徑分布、含水率和孔隙率等參數(shù)。黏土的顆粒直徑主要集中在0.002～0.075 mm，具備良好的防滲能力。所有選用材料的質(zhì)量在施工前均經(jīng)過第三方機(jī)構(gòu)的檢測，確保符合國家標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)規(guī)范。在防滲層的施工過程中，黏土與改性聚合物的配比經(jīng)過多次試驗(yàn)優(yōu)化，以達(dá)到最佳的防滲效果。

3.1.2 施工工藝與質(zhì)量控制

施工前，項目團(tuán)隊制定詳細(xì)的施工方案，包括材料的運(yùn)輸、儲存及現(xiàn)場施工步驟。施工過程中，采用分層壓實(shí)技術(shù)鋪設(shè)黏土防滲層，每層厚度控制在30 cm，壓實(shí)后的干密度需大于1.6 g/cm3，滲透系數(shù)應(yīng)低于10-9 cm/s。施工前，進(jìn)行現(xiàn)場檢測，確保黏土的水分含量維持在適宜范圍內(nèi)，以避免因含水率過高導(dǎo)致壓實(shí)效果不佳。改性聚合物采用熱熔焊接工藝。測試結(jié)果顯示，接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到20 MPa，遠(yuǎn)超設(shè)計要求，能夠確保防滲膜的整體性能。膜的鋪設(shè)采用雙層重疊技術(shù)，重疊寬度不小于15 cm，以增強(qiáng)接縫處的防滲效果。在施工質(zhì)量控制方面，設(shè)立多道檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，包括現(xiàn)場監(jiān)督、材料抽檢和工藝驗(yàn)證。每個施工階段完成后，都會進(jìn)行一次全面的質(zhì)量檢查，包括防滲層的厚度、密實(shí)度及滲透性，確保符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。項目還建立完善的記錄體系，詳細(xì)記錄施工過程，便于后續(xù)的質(zhì)量追溯與分析。

3.2 效果評估

3.2.1 防滲效果的監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析

通過建立完善的監(jiān)測機(jī)制，對防滲性能進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析，以驗(yàn)證設(shè)計效果和材料性能。定期測量地下水水質(zhì)、滲透水位及防滲層的滲透性，防滲效果監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1所示。監(jiān)測點(diǎn)A的主要重金屬為Pb，含量為0.010 mg/L；監(jiān)測點(diǎn)B的主要重金屬為Cd，含量為0.005 mg/L；監(jiān)測點(diǎn)C的主要重金屬為Hg，含量為0.002 mg/L；監(jiān)測點(diǎn)D的主要重金屬為Cr，含量為0.030 mg/L。

從表1可以看出，防滲層的滲透系數(shù)維持在1.0×10-12～1.2×10-12 cm/s，顯示出良好的防滲性能，遠(yuǎn)低于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，表明防滲層的施工質(zhì)量達(dá)到預(yù)期效果，能夠有效阻止飛灰滲漏。地下水水位的測量結(jié)果顯示，監(jiān)測點(diǎn)的水位變化在合理范圍內(nèi)，未出現(xiàn)明顯的水位升高，表明防滲層有效抑制了液體滲透。水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果顯示，水體的pH值保持在7.1～7.3，屬于中性環(huán)境，符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。重金屬含量方面，各監(jiān)測點(diǎn)的重金屬含量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)，Pb、Cd、Hg和Cr的含量分別為0.010、0.005、0.002、0.030 mg/L，均在安全范圍內(nèi)，顯示出良好的水質(zhì)。

3.2.2 環(huán)境影響改善情況

為了評估環(huán)境影響的改善情況，通過一系列監(jiān)測指標(biāo)反映填埋場的實(shí)際環(huán)境效益。監(jiān)測的主要項目包括土壤重金屬含量、地下水質(zhì)量以及周邊生態(tài)系統(tǒng)的變化，監(jiān)測結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，填埋場周邊的土壤重金屬含量在實(shí)施防滲技術(shù)后明顯降低，Pb、Cd和Hg的含量分別由15.00、0.10、0.05 mg/kg降至12.00、0.05、0.03 mg/kg，顯示出防滲措施有效減少了重金屬的遷移。同時，地下水重金屬含量也有一定的改善，Pb、Cd和Hg的含量分別降低至0.008、0.003、0.001 mg/L，均遠(yuǎn)低于國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境監(jiān)測中的植被覆蓋率由實(shí)施前的85%提高到88%，顯示出生態(tài)恢復(fù)的良好趨勢。生物多樣性指數(shù)從2.5上升至2.8，反映出生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況得到改善，生物種群的多樣性增加，表明周邊環(huán)境質(zhì)量的改善促進(jìn)生態(tài)平衡。綜上所述，防滲技術(shù)的實(shí)施不僅有效降低飛灰填埋場對環(huán)境的負(fù)面影響，還促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)與提升，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

飛灰填埋場的防滲技術(shù)研究為安全、可持續(xù)的飛灰處理提供了科學(xué)依據(jù)，有助于推動環(huán)保技術(shù)的發(fā)展。在未來的研究中，應(yīng)進(jìn)一步探討新型材料的長期性能與適應(yīng)性，以實(shí)現(xiàn)更高效的防滲方案，為飛灰的安全處置和資源化利用奠定基礎(chǔ)。

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作者簡介：陸書勇（1985—），男，壯族，廣西來賓人，工程師。研究方向：市政供水管道安裝及維修。