流域水環境治理中垃圾填埋場封場工程設計

付 樂，胡志鵬

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司湖北分公司，湖北 武漢 430016）

隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高，水環境綜合整治越來越受到重視[1]。生活垃圾是影響流域水環境的重要因素之一，而衛生填埋是目前應用最廣泛的垃圾處理方式。封場是垃圾填埋至設計終場標高或填埋場停止使用后，進行堆體整形、不同功能材料覆蓋及生態恢復的過程，封場質量高低對填埋場能否保持良好封閉狀態至關重要。高質量封場有利于流域水環境整治，避免地下水、地表水污染，還可以減少臭氣污染、增加綠化面積，保護生態環境。

1 封場總體設計

1.1 工程規模

垃圾填埋場規模根據日平均填埋量分為4類，Ⅰ類，≥1 200 t/d；Ⅱ類，500~1 200 t/d；Ⅲ類，200~500 t/d；Ⅳ類，＜200 t/d，填埋場庫容應在10 a及以上。垃圾產生量可按0.8~1.2 kg/(人·d）計算，壓縮轉運設備內以及填埋過程中壓縮的垃圾密實度不小于0.6 t/m3。

根據填埋庫區面積，封場工程規模分為4類，Ⅰ類，≥20萬m2；Ⅱ類，10~20萬m2；Ⅲ類，5~10萬m2；Ⅳ類，＜5萬m2。

1.2 封場時間

垃圾填埋至堆體設計終場標高的區域，或停止使用而不再接收垃圾的區域，以及終止填埋后填埋場整場，需進行局部封場或整場封場。最終的封場工程宜在垃圾堆體快速沉降期過后實施，快速沉降包括主沉降和易腐有機成分快速降解造成的沉降，前者（主沉降）為壓載造成的垃圾壓縮沉降，一般為幾個月，后者一般為1~2 a。終場覆蓋工程宜在雨季到來之前完成施工，跨雨季施工需采取臨時覆蓋措施減少雨水向堆體滲透[2]。

1.3 填埋場現狀調查及監測

1.3.1 地下水環境

防止地下水污染是封場最重要的內容，封場前若缺乏地下水水質狀況資料，需進行檢測，如發現受到污染，可在封場工程中考慮治理措施。檢測取樣點宜設置在填埋場地下水流向的上下游及兩側，正規的衛生填埋場一般已設有監測井可直接利用，非正規填埋場需新建監測井。檢測一般在旱季進行，不少于3次，時間間隔10~15 d。檢測指標包括pH、溶解性總固體、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氯化物、揮發性酚類、汞、鉛、鎘、鐵、銅和糞大腸菌群等，并結合地下水質量標準分析地下水水質情況。

1.3.2 大氣環境

填埋場的大氣污染屬于無組織排放，污染物主要指標是硫化氫、氨等惡臭氣體。監測點應設置在垃圾堆體上、填埋場周圍環境敏感區域、堆體常年或夏季主導風向的下風向且距堆體邊界50～100 m處等區域。監測以總懸浮顆粒物（TSP）和臭氣濃度為重點，同時記錄風速、風向、氣壓、氣溫以及相對濕度等氣象條件。大氣監測分別在低氣壓和高氣壓兩種氣象條件下進行，并根據環境空氣質量標準對大氣環境質量進行分析。低氣壓時堆體內與大氣壓之間壓差較大，填埋氣體排放量較大，擴散速度較慢，污染程度也較大。

1.3.3 地表水環境

調查滲濾液處理設施排放口位置、排放水質等情況，對填埋場區域下游1 km范圍內的地表水水質進行調查性監測，監測項目包括pH、色度、溶解氧、COD、BOD5、TN、氨氮、TP和氯化物等，并結合地表水環境質量標準進行分析。

1.3.4 填埋氣體

甲烷氣體易燃易爆，爆炸濃度范圍為5%～15%，應監測堆體上及周邊構建筑物內的甲烷氣體濃度，檢查現有填埋氣體收集導排和處理系統的安全性，填埋區周邊50 m內有構建筑物時，在其與垃圾堆體之間設置氣體遷移監測井。

1.3.5 垃圾填埋區域

調查填埋庫區底部防滲層、滲濾液導排系統、垃圾堆體外形、堆體內水位、填埋氣體導排系統、堆體穩定性狀況、已填埋垃圾總量和垃圾類別等情況，并對垃圾堆體穩定性、存在的問題及隱患點位置等進行分析。為防止地下水污染擴散和氣體遷移，在實施垂直防滲工程時，需對地質和地下水文情況進行勘察，合理確定垂直防滲墻位置。

1.4 封場工程內容

最終封場工程內容主要包括：

（1）垃圾堆體整形、覆蓋工程、綠化工程。

（2）環境與安全監測、封場后維護與場地再利用等。

（3）原系統不完善時，應建設填埋氣體收集處理工程、滲濾液導排處理工程、防洪及雨水導排工程等。

（4）地下水污染時，應包含地下水污染控制工程。封場應優先利用原有設施或對其進行改造，局部封場工程應考慮以后與整場封場工程的銜接。

封場是以環境治理、安全治理為目的，工程量大小與垃圾堆體面積、垃圾深度、填埋總量、堆體規范程度、環境影響狀況以及有無安全隱患等有關，需綜合考慮各方面因素，根據經濟實力，選擇技術經濟合理的工程方案。

2 常規封場工程設計

常規封場工程內容包括垃圾堆體整形、覆蓋工程、綠化工程等[3]。

2.1 垃圾堆體整形

垃圾堆體整形方案根據現狀堆體形狀、堆體穩定性和土地再利用要求等因素確定，根據當地降雨強度、邊坡長度等確定邊坡臺階及排水設施設置方案。

垃圾堆體受沉降、水位升高等因素影響，易產生不穩定因素，需對堆體進行穩定性分析后確定邊坡加固和防護措施，常用的邊坡加固措施有種植護坡草、三維網加植草、混凝土骨架護坡、混凝土噴漿護坡、漿砌塊石護坡和擋土墻等。在堆體頂部、邊坡、臺階上設置排水溝，避免表面徑流的沖刷。

堆體整形在滿足邊坡坡度要求的條件下，使總挖方和填方量最小，且基本平衡。盡量減少開挖垃圾量，減少大面積裸露垃圾引起的臭氣污染。

修整后的堆體邊坡坡度不大于1∶3，兩臺階之間的高差宜為5～10 m，平臺寬度不小于3 m。堆體頂部坡度5%～10%，由于我國生活垃圾中易腐有機物較多，降解后造成沉降，頂部留有足夠的坡度，可防止沉降形成倒坡，或堆體上產生積水的凹坑。

為防止封場后垃圾產生大面積或不均勻沉降，建議封場前先進行現場布孔，探視不同區域的垃圾密實程度。本填埋場整形方案，在保證堆體穩定、施工便利、便于堆體排水溝設置等因素的前提下，明確填埋垃圾的邊界，清除表面大塊建筑垃圾，以便封場覆蓋、環場道路和雨水邊溝等設施的設置。

根據規范要求和場區現狀地形，由于垃圾堆體局部坡度過大，故設置5%的終場排水坡度，修整后堆體坡腳標高126 m，坡頂標高為173 m。此外，由于終場覆蓋HDPE防滲膜鋪設的需要，在垃圾堆體側坡底部設置錨固平臺，錨固平臺同排水邊溝一起合建。同時，在堆體的整形過程中采用低滲透性的覆蓋材料對垃圾暴露面進行覆蓋，避免雨水進入垃圾堆體及臭氣擴散。

2.2 覆蓋工程

填埋場的終場覆蓋是填埋場土地利用的物質基礎和先決條件，是隔絕固體廢物與周圍環境的最后屏障，可最大限度地減少淋溶水的產生和減小生活垃圾對環境的影響。填埋場封場時應考慮到地表水徑流、排水、防滲、淋溶水收集處理系統的設施完好和有效運行，以保持填埋場的穩定性。

根據GB 51220—2017《生活垃圾衛生填埋場封場技術規范》的要求，填埋場封場必須建立完整的封場覆蓋系統，其結構主要包括排氣層、防滲層、排水層和植被層。

垃圾堆體覆蓋工程從下往上應包括排氣層、防滲層、排水層和綠化土層。

2.2.1 排氣層

排氣可采用連續排氣層或排氣盲溝的形式，連續排氣層導排效果較好，但工程量大，在覆蓋土層上施工需將土層全部翻開。未用土覆蓋的垃圾堆體宜選擇連續排氣層，全場已覆蓋圖層時可選擇排氣盲溝，排氣層和排氣盲溝應與垂直導氣井連接。

排氣層可采用碎石等顆粒材料或導氣性較好的土工網狀材料，堆體邊坡碎石不易鋪設，宜采用土工網狀材料。碎石應耐酸性氣體腐蝕，粒徑20～40 mm，堆體頂部鋪設厚度不小于300 mm；碎石上方鋪設不小于300 g/m2的土工濾網；碎石與垃圾之間鋪設一層孔徑小于碎石最小粒徑、規格為200 g/m2的土工濾網。采用碎石排氣盲溝時，斷面不小于500×500 mm，采用200 g/m2土工濾網包裹。采用土工網狀材料時，厚度不小于5 mm，上下鋪設土工濾網，防止顆粒物進入排氣層。

填埋氣體回收利用的封場工程中，排氣盲溝內設置與垂直集氣井相連接的水平集氣花管，宜采用HDPE管材，管徑不小于50 mm，開孔率1%～2%。

2.2.2 防滲層

防滲層可選用土工膜、膨潤土墊（GCL）等人工防滲材料或天然黏土。

土工膜作為主防滲層，應有良好的抗拉強度、抗不均勻沉降能力和抗老化性能，滲透系數應小于1×10-12cm/s，使用壽命應大于30 a，可選用HDPE或LLDPE材料，厚度1～1.5 mm。土工膜與場底防滲層進行有效焊接或搭接，邊坡采用雙糙面土工膜，并在邊坡平臺設土工膜錨固溝。土工膜上下部應設置保護層，選用壓實黏土保護層時，厚度不小于300 mm，壓實度不小于85%，滲透系數不大于1×10-5cm/s；選用復合土工排水網時，厚度不小于5 mm，網孔應小于上部排水層碎石的最小粒徑。

天然粘土作為主防滲層時，黏土層表面應平整、光滑，厚度不小于300 mm，應分層壓實，頂部壓實度不小于90%，邊坡不小于85%，滲透系數小于1×10-7cm/s。

2.2.3 排水層

排水層滲透系數應大于1×10-3m/s，可選用碎石或復合土工排水網，堆體頂部宜選用碎石排水層、邊坡宜選用復合土工排水網作排水層。

碎石排水層厚度不小于300 mm，粒徑20～40 mm，上部鋪設200 g/m2土工濾網。復合土工排水網厚度不小于5 mm，搭接重疊寬度不小于300 mm，并采用塑料繩拴接，間距不大于500 mm，防止排水網與防滲層之間產生滑移變形。排水層與堆體表面排水溝相接處設置穿過溝壁的排水短管提高排水效率，沿排水溝縱向間距不大于2 m，避免排水層中積水過多導致滑坡。

2.2.4 綠化土層

綠化是封場的重要組成部分，既可以美化環境，又可以防止水土流失。綠化土層厚度不小于500 mm，其中營養土厚度不小于150 mm，分層壓實，壓實度不小于80%，壓實度過大不利于植物生長，過小易沉降和土層不穩。坡度大于1∶3的邊坡采用三維網、鋪砌植草磚等表面固土措施。

根據種植的植物特性確定綠化土層表面施肥和翻耕施工方法，草坪和花卉種植地翻耕深度一般在200 mm左右，灌木和喬木種植地一般適合局部翻耕施肥。通常就近取土作為營養土層，按比例添加有機肥、塘泥等混合而成，所選植物有特殊要求時可根據需要配置。

城鎮污水廠污泥用作填埋場覆蓋土添加料時，要求含水率＜45%；污泥與垃圾混合填埋時，要求含水率＜60%，混合比例≤8%。

2.3 綠化工程

根據當地氣候、經濟狀況和場地用途的情況，在堆體上選擇護坡、防沖刷能力強的淺根植物，及時綠化，盡量提高綠化率，達到美化環境、減少水土流失與保持堆體穩定的目的。由于封場后堆體表面、角落仍可能有填埋氣體、滲濾液溢出、土層溫度高等情況，可選擇適應這些條件的蘇鐵、黃金榕和黃金葉等植物，邊坡選銀合歡、豬尿豆、爬山虎和薜荔等淺根、防沖刷植物。若需種植花灌木，可選擇勒杜鵑、毛杜鵑、決明和大紅花等花期長、生長健壯、繁茂、便于維護管理的植物。若種植綠籬植物和觀葉灌木，可選擇五色梅、福建茶和紅繼木等萌芽力強、枝葉繁茂、耐修剪的植物。若種植地被植物，可選擇大葉油草、馬櫻丹等生長強勢、覆蓋率高、病蟲害少、綠色期長及耐修剪的種類。

試驗結果采用“平均數±標準誤”表示，用SPSS 17.0軟件進行數據分析，各指標差異顯著性分析用One-way ANOVA進行分析，用LSD法進行多重比較。

隨著封場后堆體逐漸穩定，土地利用方案可以改變，綠化模式也隨之改變。開始幾年堆體尚未穩定，綠化主要目的是減少沖刷和改善外觀，后期可考慮用作苗圃或適當公共化，如開放式公園等。

發現植物局部死亡現象，及時檢查是否與填埋氣體泄露、滲濾液排放等因素有關，若是這些原因，應開挖該處，修復防滲膜，或修復填埋氣體、滲濾液收集設施。封場綠地灌溉系統水源優先選用場內中水或附近地表水，缺水地區采用節水型灌溉方式。

3 原填埋場設施修復

3.1 底部防滲系統修復及地下水污染控制

當底部防滲系統不完善，出現破損等情況，地下水受到污染時，應采取地下水污染控制措施。通過現狀調查，確定地下水污染的原因、程度，有針對性地采取一種或多種控制措施：（1）在堆體周邊設置垂直防滲墻；（2）在地下水流向上游設置垂直防滲墻；（3）在地下水流向的下游設置垂直防滲墻，并進行地下水抽排；（4）場底防滲層修復，垃圾較淺時可開挖，較深時可考慮鉆孔注入補漏劑；（5）堆體內滲濾液抽排；（6）地下水收集處理。

3.2 填埋氣體收集處理系統

填埋氣體收集系統缺乏或破損時，封場時應增設或修復，可根據垃圾堆體實際情況選擇垂直導排井、水平導排盲溝或井溝結合的方式。填埋氣體中含有一半左右的甲烷，既是資源又是溫室氣體，應優先考慮利用，利用方案確定前進行抽氣試驗，預測氣體產生量；小型垃圾填埋場氣體產量小，利用不經濟，可抽出后經火炬燃燒后排放。

根據封場后填埋氣體產生速率逐漸降低的規律，適時調整氣體導排設施的導排量和抽氣設備的抽氣量。存在填埋氣體地下遷移現象時，應采取防止氣體遷移至場外的措施，垃圾較淺時可設置截流盲溝；較深時可設置防滲墻。

當設計填埋庫容≥2.5×106t，填埋厚度≥20 m時，應考慮填埋氣體利用。

3.3 滲濾液導排處理系統

滲濾液導排處理系統缺乏或破損時，封場時應增設或修復。堆體上滲濾液抽排井與填埋氣體收集井結構形式相同，兩者可共用，不適合共用時可單獨設置；堆體邊坡出現滲濾液滲出現象時，應在滲出位置設導排盲溝。填埋庫區庫底滲瀝液導排系統縱向坡度不宜小于2%。

單獨設置的垂直導排井直徑不小于800 mm，井內回填碎石，中心設HDPE集水管，直徑不小于200 mm，開孔率2%；新增的垂直導排井距場底距離應保證場底防滲層安全，并滿足控制水位低于堆體警戒水位要求，可根據堆體穩定性要求確定警戒水位，進而確定導排井深度；滲濾液抽出后，空氣易從井口灌入與井內填埋氣體混合形成爆炸性氣體，抽水采用壓縮空氣泵、帶防爆電機的潛水泵等具有防爆性能設備。

3.4 防洪及地表徑流導排系統

防洪標準應按不小于50年一遇洪水水位設計，按100年一遇洪水水位校核。防洪設施不能滿足要求時應進行改造、修繕，填埋區周邊存在滑坡風險的區域應實施護坡工程。堆體頂面、邊坡及平臺應設置表面排水溝，排水溝采用防不均勻沉降的結構或選擇抗不均勻沉降的材料，防止沉降形成倒坡，防止表面徑流對覆蓋土的沖刷，降水量較大的區域考慮排水和護坡結合的方案，可采用較密的網格狀排水溝。

3.5 垃圾壩

根據壩體材料不同，壩型可分為（黏）土壩、碾壓式土石壩、漿砌石壩及混凝土壩4類。采用一種筑壩材料的應為均質壩，采用2種及以上筑壩材料的應為非均質壩。根據壩體高度不同，壩高可分為低壩（＜5 m）、中壩（5～15 m）及高壩（＞15 m）。

4 監測及維護

4.1 監測

封場運行監測設施包括地下水、地表水、污水排放、填埋氣體集中排放和場區及場界大氣等，缺乏或破損時應補建或改造。堆體附近有填埋氣體遷移風險的構建筑物室內，設置甲烷監測報警設施，報警濃度設定為1.25%，即爆炸下限5%的25%；填埋氣體抽氣設備進氣管上設甲烷和氧濃度監測設施，設氧含量報警設備。堆體頂部和邊坡平臺上設置沉降監測點，設置固定的標記物。

封場后地下水、地表水、場區大氣監測頻次不小于每季度1次，水質指標主要為CDD、氨氮等，大氣指標主要是CH4、H2S、NH3等；填埋氣體甲烷濃度、滲濾液水位為每月1～2次；封場后3 a內，堆體沉降每月監測1次，3 a后，每半年監測1次，直至堆體穩定。

4.2 封場工程施工

封場工程施工應根據填埋場特點，制訂環境保護、水土保持和安全措施。填埋氣體排放口附近施工時，排放口臨時封閉或臨時引至操作人員10 m以外的位置；挖填土方時采取降塵、局部通風和衛生防疫等措施；現場配備消防器材；制定突發事件應急預案。

堆體上進行填埋氣體導排井和導排盲溝施工時，采取防止氣體爆炸的措施，鉆井施工時一般采用低速鉆井法，避免快速鉆井產生撞擊火花；管樁法施工時，將管樁下部堵死；導排盲溝開挖施工時，輕挖、淺挖，避免猛挖、深挖，必要時采用風機對開挖點吹掃。

堆體整形機械開挖時，分層淺挖，避免快速深挖；人工開挖時，佩戴防毒面具，溝深不超過挖溝人的身高；挖出的垃圾及時回填，分層壓實，壓實密度不小于0.8 t/m3；整形施工過程中，采用低滲透性材料臨時覆蓋；堆體出現裂縫、溝坎和空洞等需充填密實。

4.3 封場后維護

封場后維護內容包括排氣系統、排水系統、堆體變形、監測系統和防護距離控制等。

每年雨季到來前，檢查場內排水溝、截洪溝、沉砂池等；每半年檢查一次環境和安全監測設施；應不均勻沉降導致堆體出現裂縫、凹洞等情況時，及時填補修復。

未達穩定的垃圾填埋區，若用于永久性建筑物的建設，應挖除所填垃圾，并對場底及周邊土壤進行檢測。填埋場封場后可用作公共綠地或公園。封場運行期間全場嚴禁煙火，并對填埋氣體和滲濾液收集處理設施采取安全保護措施。

填埋庫區及滲濾液處理區邊界距離居住區或人畜供水點衛生防護距離不小于500 m；距河流和湖泊不小于50 m；距民用機場不小于3 km。

填埋庫區周圍宜設安全防護設施及不少于8 m寬度的防火隔離帶，填埋作業區宜設防飛散設施。

5 工程投資

生活垃圾填埋場建設投資可按照15～30元/m3庫容計算（參見建標124—2009），含滲濾液收集處理系統，建設周期約12～24個月。

封場覆蓋系統可按照70～160元/m2庫區面積計算（參見建標140—2010），填埋場周邊環境調查所需費用需納入工程前期費中，建設周期約4～8個月。

6 結束語

水環境綜合治理需對流域內的污水、垃圾等進行系統處理，生活垃圾規范填埋和高質量封場可以有效防止滲濾液、地表徑流等對水環境的污染。填埋場封場通過堆體整形、覆蓋和綠化等措施，將垃圾與環境隔離，實現雨污分流，減少滲濾液處理量、防止地下水和地表水污染、減少填埋氣體無組織排放，增加綠化面積，營造良好的生態環境。