垃圾填埋场的结构设计及渗漏分析

2.1.5防渗衬垫上的保护层
在铺设期间和投入使用后，土工膜防渗衬垫常会受到各种机械的冲击、碾压、太阳辐射、垃圾堆载增加、渗沥液影响、硬物顶刺等外界干扰和破坏。因此，要对土工膜实施有效的保护，以保证防渗衬垫的使用功能和耐久性要求。美国国家环保局只是按排水要求规定了土工膜上铺设的排水层应保证底部衬垫上的渗沥液水头不超过0.3m。有些州还有附加规定，要求排水材料的渗透系数≥10-3cm/s，最小厚度为0.3m。
2.2最终覆盖(封顶)系统
填埋场封顶的目的是为了对填埋场进行封闭，减少地表径流和地面降水渗进填埋场，以使场内可能产生渗漏污染的渗沥液减至最少。同时，封顶系统还应考虑设置集气层以收集和排出垃圾分解产生的废气。设计时要考虑的因素包括覆盖的位置，使用土工合成材料以改善覆盖系统性能的有效程度，稳定边坡的限制高度以及填埋场封闭后管理期间该地面如何使用等。
复合封顶系统已广泛用于国外城市固体废物填埋场，从下到上由下列部分组成：气体排放层、低透水性压实土层、排水及保护层、表面覆盖层。封顶表面的坡度应大于4%，小于25%，设计时，还要考虑填埋场的沉降对顶部防渗层的不良影响和动物挖掘造成的破坏。
2.3渗沥液收集与排放系统
设计渗沥液收集和排放系统的目的是为了收集填埋场内产生的渗沥液，通过污水管或调蓄池输送至污水处理站进行处理。为了尽量减少对地下水的污染，该系统应保证使复合衬垫以上渗沥液的累积不超过30cm。渗沥液收集系统由排水层、集水槽、多孔集水管、集水坑、提升管、潜水泵和调蓄池等组成。所有这些组成部分都要按填埋场运行初期较大的渗沥液产生量设计，并保证该系统长期流通能力不发生障碍。
2.4填埋气体的收集与处理系统
收集填埋气的系统有2种类型，即被动收集系统和主动收集系统。
被动气体收集系统是让气体自行排出而不使用机械手段。如果地下水位较浅，沟槽可以挖至地下水位深度，然后回填透水的石渣或埋设多孔管作为被动系统的隔墙，根据周围土的种类，在沟槽外侧设置实体的透水性很小的隔墙，以增进沟槽内被动排气量。如果地下水位较深，作为一个补救办法也可用泥浆墙阻止气体流动。
主动气体收集系统是利用动力形成真空或产生负压，强迫气体从填埋场中排出。绝大多数主动气体收集系统均利用负压形成真空，使填埋气通过抽气井、排气槽或排气层排出。主动气体收集系统构造的主要部分有抽气井、集气管、冷凝水脱离和水泵站、真空源、气体处理站回收或焚烧以及监测设备等。
3渗沥液的渗漏分析
在填埋场设计时，需要根据防渗层的初步设计方案，分析渗沥液通过防渗衬垫的渗漏情况，以此修正设计，并对防渗层的施工提出建议。
3.1压实黏土的渗漏分析
通过压实黏土衬垫的渗漏量可用达西定律计算：

式中：Q为透过黏土层的渗漏量，cm3/s；ki为压实黏土的渗透系数，cm/s；i为水力梯度；A为渗流通过的截面积，cm2。
如果土是饱和的，且土中无吸力，则水力梯度为：i=(h+D)/D。
式中：h为衬垫上渗沥液的水头；D为黏土衬垫的厚度。
渗沥液通过压实黏土层时，其中污染物质与黏土颗粒发生吸附、离子交换和转换等物理、化学及生物作用，污染物质沿黏土层深度方向呈现衰减分布，渗漏液体中污染物的含量降低。压实黏土层对渗沥液有一定的净化功能。因此，在分析渗沥液通过压实黏土层的渗漏污染时应考虑这种分子扩散过程的有利影响[6-7]。
黏土层对污染物的滞留和转换作用是有限度的[8]，当土层中滞留的污染物浓度达到饱和时，将会丧失净化功能。因此填埋场防渗系统中常将压实黏土与土工膜等其他土工材料进行组合，形成复合防渗衬垫，以提高对污染物渗漏的控制效果。
3.2土工膜衬垫的渗漏分析
土工膜是一种人工合成的聚合物材料，完整的土工膜基本上是不透水的。但是，水和污染物分子可以通过扩散穿透土工膜向下部土层和含水层迁移。通常，垃圾渗沥液通过土工膜衬垫的渗漏有2种形式：通过土工膜的扩散和通过土工膜缺陷的渗漏。
扩散是渗透物分子与土工膜聚合物链之间相互作用、结构重新调整的结果。在扩散发生前后，渗透物分子与部分聚合物分子链的体积共享，在扩散过程中部分分子之间的范德华力或其他相互作用力将遭到破坏，因此扩散取决于可获得的能量和渗透物分子与聚合物链之间的相对运动。EloyCiomi等[9]的试验研究得出，水通过土工膜的运动规律不符合达西定律，土工膜上的水头高度对水通过土工膜的流量几乎没有影响，水流量可以忽略不计。因此，扩散是水通过土工膜的主要运动形式。然而，由于水通过土工膜的扩散系数极低，填埋场防渗衬垫上渗沥液浓度梯度通常较小，因此，对于大多实际工程而言，水通过完整土工膜衬垫的渗透量为零。目前，关于污染物的扩散[10]，选用时要注意污染物的扩散性与特定的污染物浓度和温度相关，而且与污染物的化学成分、聚合物的结晶性质以及添加剂等有关，数据只能作为设计的参考，具体的填埋场设计应根据选择的土工膜衬垫和渗沥液的实际情况进行模拟试验研究。