填埋场土工膜衬垫防渗的安全性分析

1填埋场土工膜衬垫防渗的安全性分析袁永强1，胡虎1，王汉强1（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌300002）摘要：根据国内生活垃圾填埋场和危险废物安全填埋场的电学渗漏检测资料，并对比国外填埋场的渗漏检测资料，指出施工对填埋场土工膜造成的破损漏洞是不可避免的，应该采用渗漏检测技术探测填埋场防渗土工膜的破损孔洞，并对其进行修补，确保填埋场的最终防渗效果满足环保要求。关键词：填埋场；土工膜衬垫；渗漏检测；修补漏洞SafetyAnalysisinlandfillgeomembranceintegralityYuanYong-qiang1,HuHu1,WangHan-qiang1(ChinaNerinEngineeringCo.,Ltd,Nanchang,Jiangxi,China330002)Abstract：OnbaseofelectricalleakagedetectiondatainMSWlandfillanddomestichazardouswastelandfillwecomparedwithforeignleakagedetectiondata.Thenitisfoundthatgeomembrancebreakageunderconstructionisnotavoidable.Wemustsurveygeomenbranceleakagebyelectricalleakagedetectionmethod.Itisnecessarytopatchgeomembranceleakstokeepgeomembranceintegralty.Keywords：landfill,geomembranceliner,leakagedetetion,patchleaks1引言随着我国实力的增长、经济持续发展对环保要求的提高和人们环保意识的增强，加上《生活垃圾卫生填埋技术规范》（2004年版）将“水平防渗”规定为卫生填埋场唯一的防渗型式，因而，从相关的技术人员、业主到主管部门，逐渐都接受了将土工膜用于垃圾填埋场是必须的这一理念。由于国内填埋场应用土工膜防渗的时间不长，缺乏经验，也缺少检测手段，前些年设计者在回答HDPE膜用于填埋场防渗的安全性问题时，往往引用USEPA（美国联邦环保局）1991年的计算资料[1]：据实际资料统计，以防渗衬垫施工质量极好、好和差对应每英亩（4047m2）土工膜面积上的破孔数为1个（孔面积0.1cm2）、1个（孔面积1cm2）和30个（孔面积0.1cm2）来计算土工膜衬垫的渗漏率（单位：m3/（m2·d）），膜上水头以30cm计。这样算出来的渗漏量是不大的，被认为可满足环保要求。近些年来，国外发表了更多的填埋场渗漏检测资料；国内也进行了一些填埋场的渗漏检测，取得了一些反映国内实际的第一手资料。我们可以在这些资料的基础上，对我国填埋场土工膜防渗的安全性进行初步的分析。2国外垃圾填埋场渗漏检测资料填埋场传统的渗漏检测方法是采用监测井对漏至膜下渗沥液收集系统的渗水进行检测。作者简介：袁永强（1962－）男，江苏人，中国瑞林工程技术有限公司（原南昌有色冶金设计研究院）环境工程所副所长，高级工程师22.1破损孔洞产生的可能性早在1978年，USEPA就报道过所有的垃圾填埋场都会渗漏。1990年一项填埋场防渗衬垫层的检测表明，即使是在严格质量控制的工程中，HDPE土工膜的渗漏率也达到200l/（hm2·d）[2]，其相应的渗透系数为2.3×10－8cm/s。另外，前苏联的一些科研机构利用实测渗漏损失推求土工膜渗透系数的方法，推求出全苏联13条用土工膜防渗的大型渠道的渗透系数在2.3～6.1×10－6cm/s，远大于膜材的渗透系数[3]。上述两个实例说明，即使是严格控制施工质量或铺膜条件较好的情况，土工膜也存在或多或少的破损漏洞。近十多年以来，随着新检测技术－电学渗漏检测方法的应用，不仅可检测渗漏与否，还可以测定漏洞的位置，进而确定孔洞的尺寸，因而有了很多有价值的检测成果。2.2孔洞率据美国土木工程学会论文报道，曾对总面积20万m2的28处衬砌用土工膜进行检查，发现平均每1万m2中有26个漏洞（相当于10.5孔/4047m2），其中15%是自身的孔洞，69％出现在焊缝处[3]。另据报道，意大利的25个填埋场平均每平方公里有1532个漏洞；美国每平方公里的防渗层有2251个漏洞；加拿大和法国的11个单层土工膜衬垫的填埋场中每平方公里有203个漏洞[4]。换算成每英亩的漏洞数则相应为意大利6.2孔/4047m2,美国9.1孔/4047m2,加拿大和法国0.82孔/4047m2。Forget等（2005年）在《土工膜电学渗漏监测十年总结》一文中，统计了89项工程，总面积265.2万m2的不同类型不同厚度的土工膜电学渗漏监测资料，总结出HDPE土工膜破损孔洞率如表1所示[8]。表1HDPE土工膜破损孔洞率裸露的HDPE膜（水枪法电学测渗）膜上有覆盖的HDPE（双电极法电学测渗）膜厚（mm）有CQA无CQA有CQA及电学测渗无CQA及无电学测渗每公顷面积上的破损孔洞数（括号内为膜的面积）2.03.2（362460m2）－0.2（170190m2）15.6（50600m2）1.55.1（66880m2）－－24.7（10500m2）1.020.5（17070m2）31.5（313770m2）－－2.3孔洞的尺寸和类型关于破损孔洞的尺寸，Nosko等（2000年）作了统计，如表2所示。表2破损孔洞尺寸和类型孔洞大小石块造成的重型设备造成的焊缝问题切割造成的铺膜者直接造成的总孔数3（cm2）孔数%孔数%孔数%孔数%孔数%＜0.533211.1－－11543.458.5－－4520.5~2.0172057.6416.310539.6366119584.420972.0~1084328.211717.93011.31830.53615.61044＞10903.049675.8155.7－－－－601孔数小计2895654265592314194比例71.17%15.59%6.32%1.41%5.51%100%2.4造成孔洞的原因Nosko等（1996年）对探测数据进行分析发现，土工膜在没上覆盖层铺设施工阶段破坏原因如下：①68％的损坏是由于排水层中使用了尖锐或较大的石子，或铺设排水碎石层之前未使用或未按规定使用膜上土工布保护层；②16％的损坏是由用于铺设膜上覆盖层的重型设备造成的，损坏位置通常出现在土工膜热膨胀以及膜上覆盖层摊铺不当造成的皱纹/波浪形位置；③16％的损坏是由施工过程中控制土工膜上覆盖层的厚度和坡度的木桩造成的[5]。Nosko等总结了全球11个国家300多个填埋场超过300万m2土工膜防渗面积的电学渗漏位置探测结果，归纳了土工膜损坏的类型及比例，如表3所示[5，6]。表3防渗土工膜各阶段施工破损比例（％）土工膜安装施工阶段土工膜覆盖层铺设施工阶段后期运营阶段土工膜焊接测试247321Robert等（2001年）据探测资料总结了填埋场不同位置土工膜产生破损的原因和比例，如表4所示[7]。表4各种位置产生破损的原因和比例位置比例/%破损原因比例/%场底78石子重型机械8113角落、边缘9石子重型机械焊接591918排水管下4石子焊接重型机械工人切割3027141514管穿透2焊接工人切割91814道路、贮存结构等7重型机械石子工人焊接432119172.5综合分析从以上列举的国外（主要是欧美）填埋场电学渗漏检测资料可得出以下几点结论：1）所有填埋场都会渗漏；2）造成土工膜孔洞的原因，早期主要是焊缝问题（69%），近期主要是石子造成（71.17%）；3）孔洞位置大部分在场底区（78%）；4）绝大部分（高达97%）孔洞是在施工过程中造成的，施工阶段土工膜破损则主要发生在铺设土工膜上碎石导流层时（73%）；5）孔洞大小主要在20mm一下（大于85.7%）；6）平均孔洞率（孔数/公顷或孔数/英亩）与USEPA采用的数字相差不大，但孔洞的尺寸要比USEPA采用的尺寸大，因此按USEPA资料计算的填埋场渗漏量偏小。3国内填埋场电学渗漏检测资料电学渗漏位置探测法是国外目前常采用的方法，有的国家还有相应的技术标准[9]。前些年，中国环境科学研究院、中国矿业大学等也开展了电学渗漏检测原理和应用的研究。从2006年开始，上海朗得环境科技有限公司利用从国外引进的电学测漏技术，对国内三个生活垃圾填埋场进行了渗漏探测[10]，取得了我国第一批反映国内垃圾填埋场实际情况的宝贵资料。中国环境科学研究院对国内某危险废物安全填埋场也用电学法进行了土工膜完整性检测。3.1重庆市某生活垃圾填埋场重庆市某生活垃圾填埋场2005年建成并投入运行。2006年4月，在接收了1000t垃圾后，发现地下水收集井有渗沥液污染现象，怀疑是防渗土工膜破损造成的。2006年6月，上海朗得环境科技有限公司对库区场底进行渗漏位置探测，结果见表5。表5重庆市某生活垃圾填埋场破损孔洞统计孔洞尺寸/mm孔洞数量/个比例/%＜101517.910~2033.520~5078.350~1001011.9100~2001517.9200~5001315.5＞5002125.0合计84从表5可以看出，破损孔洞主要为100mm以上的大型孔洞，焊接缺陷造成的破损所占的比例很小。2006年8月，该填埋场经过渗漏探测并完成修补后运行至今，在地下水收集井中5没有发现异常现象，基本上消除了破损孔洞的渗漏隐患。3.2河北省某生活垃圾填埋场河北省某生活垃圾填埋场库区于2006年10月建成，在填埋场进垃圾前，业主委托上海朗得环境科技有限公司进行渗漏探测，结果见表6。表6河北省某生活垃圾填埋场破损孔洞统计孔洞尺寸/mm孔洞数量/个比例/%＜10315.810~20631.620~50315.850~10000100~200631.6200~50000＞50015.2合计19该填埋场破损相对较少，主要是机械破损孔洞，焊接缺陷只有2处。3.3江苏省某垃圾填埋场江苏省某垃圾填埋场一共有3个填埋单元，2006年10月，第1单元填了部分垃圾，在开始填第2单元时，发现地下水有污染。2006年12月，上海朗得环境科技有限公司对该场的第2和第3单元进行渗漏探测，发现破损孔洞33个，最大1个孔洞尺寸达到2m×3m，统计结果见表7。表7江苏省某垃圾填埋场破损孔洞统计孔洞尺寸/mm孔洞数量/个比例/%＜1026.010~20515.220~501133.350~10039.1100~20039.1200~500515.2＞500412.1合计33此填埋场的大型破损孔洞比较多，多数为机械破损。虽然该填埋场采用了双层粘土加土工膜防渗，由于地下水位较高以及破损孔洞较大，依然产生较大的渗漏量。经过探测和修补后运营至今，没有发现地下水有变化，基本消除了渗漏隐患。3.4国内某危险废物安全填埋场[4]中国环境科学研究院用电学法对国内某危险废物安全填埋场的主防渗HDPE膜进行了完整性检测。检测的范围是填埋区的场底，近似长方形、东西总长度81m、南北约13m，总面6积1040m2。检测结果如表8所示。检测过程中除了检出渗漏孔洞外，还发现一些尖形突起，是安全隐患，也列入表8中。表8主防渗层HDPE膜完整性检测结果漏洞描述特征漏洞描述特征焊缝1挤压焊，2m洞4条形缝焊缝2挤压焊，0.5m洞5深划痕焊缝3丁字焊洞6深划痕焊缝4挤压焊，1m洞7多划痕焊缝5挤压焊，1m洞8多划痕焊缝6挤压焊，2m洞9深划痕焊缝7挤压焊，2m尖形突起1石头洞1条形缝尖形突起2石头洞2圆孔尖形突起3石头洞3条形缝尖形突起4石头3.5国内填埋场渗漏检测资料综合与分析3.5.1三个生活垃圾填埋场破损孔洞综合统计将上述三个生活垃圾填埋场渗漏检测结果汇总，得出表9。表9三个填埋场孔洞尺寸比例孔洞尺寸/mm孔洞数量/个比例/%＜102014.710~201410.320~502115.450~100139.6100~2002417.7200~5001813.2＞5002619.1