劉羅基，段隆臣，張濤

（中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）工程學(xué)院，湖北 武漢 430074）

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市生活垃圾數(shù)量不斷增加，對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)造成了巨大壓力。目前世界各國處理城市垃圾的主要方法是垃圾填埋，而保證垃圾填埋場平穩(wěn)運(yùn)行的最關(guān)鍵系統(tǒng)是襯墊系統(tǒng)。傳統(tǒng)垃圾填埋場大多采取垂直防滲系統(tǒng)，進(jìn)而在內(nèi)部設(shè)置襯墊工程，為堆體提供防滲透屏障。但是由于垃圾的高壓縮性與不均勻性，襯墊材料之間具備較強(qiáng)硬度，所以對襯墊工程性質(zhì)及其環(huán)境影響分析就成為首要問題。

2 垃圾填埋場襯墊工程及其結(jié)構(gòu)形式

垃圾填埋場所產(chǎn)生的污染物主要由填埋廢氣與垃圾滲漏液滲漏所造成，進(jìn)而垃圾填埋場在設(shè)計(jì)過程中關(guān)鍵內(nèi)容為防止?jié)B濾液與固體有害物質(zhì)對環(huán)境所造成的影響。一個現(xiàn)代化垃圾填埋場由五部分構(gòu)成，分別為襯墊工程、處理工程、氣體收集治理工程與滲濾液收集系統(tǒng)。襯墊工程是垃圾填埋場關(guān)鍵部分，其由兩部分構(gòu)成，分別為垃圾填埋場底部與側(cè)部，都需要設(shè)置防滲襯墊，其主要作用為規(guī)避垃圾滲濾液對地下水與周圍土壤所造成的污染，防止地下水由于污染對周圍地區(qū)造成橫向遷移。所以，垃圾填埋場襯墊工程設(shè)計(jì)是否合理，是否具備較高施工質(zhì)量，對垃圾填埋場能否穩(wěn)定運(yùn)行具備關(guān)鍵作用。

按照我國《生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范》內(nèi)規(guī)定，所有垃圾填埋場都必須開展防滲處理，規(guī)避垃圾填埋對地表水與地下水所造成的影響。當(dāng)前，我國垃圾填埋場襯墊工程主要分為兩種類型，分別為垂直防滲帷幕系統(tǒng)與水平防滲系統(tǒng)，其中垂直防滲帷幕系統(tǒng)主要借助垂直帷幕注漿途徑實(shí)現(xiàn)垃圾滲濾液滲透，有效減小過水?dāng)嗝鎺r層滲透系數(shù)，其主要在山谷型垃圾填埋場內(nèi)應(yīng)用；水平防滲系統(tǒng)為我國近幾年新建垃圾填埋場所應(yīng)用的形式。

垃圾填埋場襯墊工程結(jié)構(gòu)型式分為以下幾種，分別為復(fù)合襯墊工程、天然壓實(shí)粘土襯墊工程、土工膜單層防滲結(jié)構(gòu)襯墊功能。出于各種原因，西方發(fā)達(dá)國家都采取雙層襯墊功能，我國當(dāng)前尚未對中間襯墊工程結(jié)構(gòu)形式作出詳細(xì)規(guī)定。和常規(guī)垃圾填埋場底部襯墊工程相比較，雙層襯墊功能主要采取加筋措施，確保垃圾填埋場整體性能。

3 垃圾填埋場防滲襯墊研究進(jìn)展

3.1 傳統(tǒng)防滲襯墊研究

3.1.1 傳統(tǒng)壓實(shí)黏土襯墊

在傳統(tǒng)垃圾填埋場填埋垃圾內(nèi)，滲濾液會對土壤、地表水等人類生存環(huán)境造成顯著影響。傳統(tǒng)壓實(shí)黏土在實(shí)際填埋過程內(nèi)雖然可以規(guī)避水溶液低張力運(yùn)動，但是卻非常容易出現(xiàn)有機(jī)污染物，讓黏土防滲層出現(xiàn)收縮性裂縫，進(jìn)而造成襯墊工程喪失阻隔性能。

黏土防滲襯墊破壞主要原因：襯墊工程在建造時，垃圾填埋場土工膜容易刺破，造成黏土成分和滲濾液之間出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而增加滲透系數(shù)；所以，傳統(tǒng)黏土防滲襯墊工程的創(chuàng)新也成為我國研究人員主要研究方向。

3.1.2 復(fù)合襯墊系統(tǒng)

復(fù)合襯墊為兩種防滲材料構(gòu)成，其主要分為單層復(fù)合與雙層復(fù)合兩種襯墊防滲結(jié)構(gòu)。由國外垃圾填埋場大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，垃圾填埋場在前期建設(shè)一直到填埋完畢所出現(xiàn)的生物化學(xué)反應(yīng)都應(yīng)該十分穩(wěn)定，甚至能夠儲存上百年時間。原有“兩布一膜”防滲系統(tǒng)在我國普遍應(yīng)用，但是因?yàn)槠渥陨砭哂幸欢ㄈ毕?，防滲標(biāo)準(zhǔn)過低，逐漸被市場所淘汰。復(fù)合襯墊工程由于綜合了水力、物理特點(diǎn)不同的防滲材料優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而具備良好防滲效果。而因?yàn)椴煌牧狭W(xué)特性存在差別，同時襯墊工程各材料之間抗剪強(qiáng)度較低，進(jìn)而對防滲效果造成影響。

3.2 填埋場防滲襯墊系統(tǒng)水力特性研究進(jìn)展

為了能夠?qū)ふ页龇侠盥駡龇罎B襯墊要求，并且具備較高經(jīng)濟(jì)特性，國內(nèi)外研究人員做出了大量分析研究，主要針對的是防滲襯墊滲透性與防滲層對污染物的有效攔截。所以也就出現(xiàn)兩種思路：第一，借助有關(guān)規(guī)范規(guī)定，在黏土內(nèi)添加添加劑構(gòu)成全新防滲材料，也被稱之為改良型材料；第二，選擇可替代防滲材料替代黏土，也被稱之為替代材料。

3.2.1 國外研究進(jìn)展

P R Jaffe與J A Smith借助膨潤土對防滲材料改良做出試驗(yàn)以后發(fā)現(xiàn)，膨潤土改良型材料滲透系數(shù)為1×10-8cm/s；Bell所帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)借助石灰改良黏土性質(zhì)，石灰摻量不斷增加時，防滲土體防滲性能也顯著提升；L S Kaita研發(fā)出新型CRC黏土，借助試驗(yàn)表示該黏土可以有效降低污染物對襯墊工程防滲破壞；P J Fox在對GCL與均勻粗礫GCL對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，集中荷載在不斷增加時，GCL性能能夠得到有效改善，同時集中載荷快速加載情況下，GCL覆蓋一層土工布以后，可以有效規(guī)避膨潤土遷移。

3.2.1 國內(nèi)研究進(jìn)展

劉長禮將沙土與膨潤土相互混合，借助復(fù)合土材料試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，復(fù)合土滲透系數(shù)超過1×10-9cm/s；史晶華將膨潤土與石灰相互混合以后，試驗(yàn)結(jié)果顯示，復(fù)合土控制阻隔80%污染物質(zhì)；陳彥君借助有機(jī)改良膨潤土，發(fā)現(xiàn)了垃圾填埋場反應(yīng)層；何俊寶將天然黏土與粉煤灰相互混合，試驗(yàn)研究顯示，粉煤灰占比為25%情況下，復(fù)合土滲透系數(shù)為1×10-7cm/s。

4 垃圾填埋場襯墊與污染物的相互作用

垃圾填埋場襯墊工程阻隔效果無法保證，就會造成滲濾液擴(kuò)散與滲漏，對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重影響。在繁瑣的地下環(huán)境，垃圾填埋場襯墊工程滲濾液攜帶大量污染物，填埋場防污屏障就非常容易擊穿，特別在襯墊工程薄弱環(huán)節(jié)上，形成優(yōu)勢流，同時向地下環(huán)境擴(kuò)散，導(dǎo)致地下環(huán)境造成污染。

4.1 垃圾填埋場襯墊土壤材料吸附特性研究

天然黏土是我國襯墊系統(tǒng)目前使用的主要材料，有如下兩方面的作用：第一是阻止污染物的滲漏；第二是對有害物質(zhì)的吸附作用。陳云敏等根據(jù)水和離子在電場、滲流場和濃度場作用下的遷移原理研制了室內(nèi)動電模擬試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)，并詳細(xì)闡述了襯墊層黏土對金屬離子與有機(jī)物的吸附研究現(xiàn)狀，對污染后黏土土工性質(zhì)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了全面的概述，分析了在污染物與黏土相互作用機(jī)理研究中取得的成果與存在的不足，對今后要開展的研究工作以及研究方案提出了建議。

垃圾填埋場襯墊系統(tǒng)并不能完全有效阻止污染物的擴(kuò)散，一些學(xué)者提出解決這一缺陷的有效手段是提高襯墊土壤材料的吸附能力。有機(jī)膨潤土、活性炭和頁巖等具有強(qiáng)吸附能力的物質(zhì)已經(jīng)被采用，這些物質(zhì)的吸附能力比黏土要大4～5個數(shù)量級。襯墊系統(tǒng)采用此種方法改良以后，不僅有效抑制了污染物的遷移，還不需要增加襯墊層的厚度，大大節(jié)約了建造成本。

4.2 垃圾填埋場污染物在復(fù)合襯墊中的運(yùn)移方式研究

當(dāng)前，垃圾填埋場主要應(yīng)用復(fù)合型襯墊工程，防滲系統(tǒng)主要由土工復(fù)合膨潤土墊、土工膜與壓實(shí)粘土層等材料構(gòu)成。由于施工等原因的影響,復(fù)合襯墊中的土工膜上總是存在缺陷。因此,很多學(xué)者對復(fù)合襯墊缺陷處的滲濾液和污染物運(yùn)移進(jìn)行了研究。

這些污染物按其成分可以分為兩類:有機(jī)污染物和無機(jī)污染物。研究表明，有機(jī)污染物雖然濃度較低,但是危害性較大。而且在復(fù)合襯墊中污染物的運(yùn)移方式中無機(jī)污染物和有機(jī)污染物是不同的。研究表明:GCL(人工合成材料粘土襯墊)復(fù)合襯墊以有機(jī)污染物在完好復(fù)合襯墊中的擴(kuò)散為主,可以忽略缺陷處污染物的運(yùn)移;而CCL(壓實(shí)黏土襯墊)復(fù)合襯墊中兩種運(yùn)移方式所做的貢獻(xiàn)在同一數(shù)量級,需要考慮兩種方式的共同作用。在GCL復(fù)合襯墊下鋪設(shè)粘土層能有效改善GCL復(fù)合襯墊對有機(jī)污染物的阻止效果。

5 結(jié)語

本文通過對目前國內(nèi)外文獻(xiàn)中關(guān)于垃圾填埋技術(shù)的報(bào)道，對襯墊系統(tǒng)的工程性質(zhì)及其造成的環(huán)境影響進(jìn)行整理和總結(jié)。對垃圾填埋場襯墊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)具有一定的借鑒意義。初步結(jié)論與建議如下：

①本文論述了垃圾填埋場襯墊工程及其結(jié)構(gòu)形式，分析了垃圾填埋場工作時襯墊工程的重要性，提出了水平防滲系統(tǒng)的建設(shè)在我國的必要性。

②基于防滲層的研究，國內(nèi)外的大量研究主要集中在改性材料，尤其是黏土的改性，但是對于替代材料的研究較少。此外，我國幅員遼闊，地質(zhì)條件多樣，所以應(yīng)該根據(jù)各地的實(shí)際情況，盡可能使用當(dāng)?shù)氐姆罎B材料，不僅可以降低施工成本，而且還可以互相提供借鑒。

③本文論述了垃圾填埋場中襯墊層黏土對金屬離子與有機(jī)物的吸附研究現(xiàn)狀，分析了在污染物與粘土相互作用機(jī)理研究中取得的成果與存在的不足，對今后要開展的研究工作以及研究方案提出了建議。

④本文對有機(jī)污染物在復(fù)合襯墊中的兩種運(yùn)移方式進(jìn)行了討論,其影響因素是不同的。兩種方式下污染物的運(yùn)移應(yīng)從污染物累積量比較。