老旧填埋场生态修复方案初探
目前，我国老旧填埋场和非正规填埋场的处理量每年约3500万吨，其中存量垃圾达到80亿吨，占用土地达到5.5亿平方米。根据“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划数据，“十三五”期间，生活垃圾无害化处理设施建设总投资约2518.4亿元，其中用于存量垃圾投资为241.4亿元，计划实施存量垃圾治理项目803个。
根据2017年住建部非正规垃圾堆放点排查整治信息系统数据，全国非正规堆放点达27276个，数量非常巨大，如果按三分之一的堆放点需要治理、平均每个堆放点的治理费用3000万元进行估算，仅非正规填埋场治理的投资规模至少可达3000亿元。
目前存在的问题
我国老旧生活垃圾填埋场大多矗立在各类城市的城郊，建设于上世纪末或本世纪初，由于受当时知识水平、技术条件、建设水准、规范要求、思想认识以及资金投入等因素的限制，垃圾填埋场普遍存在着以下问题：1、未做底部防渗处理或防渗处理效果较差，导致大部分的填埋场重金属或其他有毒有害物质污染地下水；2、在工程建设或管理上未做雨污分流措施或分流不彻底，产生大量渗滤液，造成污水无法及时处理，污水调蓄池存在池水满溢的风险；3、垃圾填埋行为不规范，堆体形状较为随意，往往没有考虑到堆体的稳定性，存在滑坡、溃坝的事故隐患；4、沼气收集系统没有或不能发挥实际作用，导致自燃、爆炸等的事故时有发生；5、堆体内水位较高，使垃圾之间的摩擦力降低，对堆体的稳定性造成影响；6、浓缩后的渗滤液或未处理的渗滤液进行回灌，又加重垃圾堆体塌方等的事故隐患。以上种种问题，既有前期环评、可研、设计等的原因（其中不少生活垃圾填埋场可能根本未经历环评、可研、设计阶段），更多的是后期运营、管理上的原因，目前多数运营单位（或人员）环保意识淡薄，只是把垃圾填埋场简单的当作倾倒场或堆放场，对事故责任、环境污染、填埋库容、建设资金等根本就不关心。
随着当前习总书记“绿水青山就是金山银山”理论的深入人心，各地对现有老旧生活垃圾填埋场的生态整治，以及对现有垃圾填埋场环境面貌改造提升方案也逐步提上各地议事日程，从各地实践的总体来说，大致可分为两类：一类是已到设计使用年限，且填埋量基本达到设计容量的，对于这类填埋场主要采用生态修复的手段，防止它们继续对环境造成污染，整治后作为自然景观或公共绿地；另一类是填埋量远未达到设计要求，或当地因各种原因，对垃圾填埋仍有处理需求，但一时不能找到合适地方的，可以通过工程手段，改造、挖潜增加填埋库容，继续为地方垃圾处理工作做出贡献。上述整治改造提升工程很大程度上需要由专业运营或建设单位参与，近几年我们也有幸参与多座垃圾填埋场的环境整治工作，本文仅就老旧填埋场的生态修复改造问题，作者结合自己的现场实践，并就考虑后提出一些看法请大家指正：
一、垃圾填埋场的生态改造，首先需要进行系统的顶层设计，也就是要根据规划和需求，来因地制宜的研究、确定老旧垃圾填埋场治理后的基本用途。可能的用途方式主要包括以下几种形式：一是场地污染控制，二是库区扩容改造，三是封场生态整治，四是循环园区建设，五是场地综合利用。只有明确了今后期的用途，才能在后期的设计和施工中
二、老旧垃圾填埋场绝大部分的底部防渗都存在防渗层破损的问题，从而导致渗滤液泄漏，造成地下水局部污染，而且很多甚至未采取任何底部防渗措施，所以生态修复时必须对地下水进行防渗阻隔处理。防渗阻隔有水平防渗和垂直防渗两种，而老、旧垃圾填埋场因场地面积及已造成污染的原因，适合采用垂直防渗的措施。目前常用垂直防渗阻隔处理的技术主要有：
①灌浆帷幕垂直防渗：即利用射流作用切割掺搅地层，改变原地层的结构和组成，同时灌入水泥浆或混合浆形成凝结体，借以达到加固地基和防渗的目的。其渗透系数为 K=1×10 -6 ~1×10 -7 cm/s，基本符合垃圾填埋场的需要。
②深层搅拌法垂直防渗：它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液或粉体强制搅拌），利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理、化学反应，使软土硬结成具有整体性、稳定性和一定强度的优质的防渗地基。其渗透系数为 K=1×10 -6 cm/s。
③工程开挖或造槽法防渗墙：工程开挖方法施工的防渗墙是通过土方工程将土层挖出，然后在挖好的沟槽中建立防渗墙。
造槽法：造槽法建造地下防渗墙方法较多，国内外常用的有：冲击钻机造槽、抓斗挖槽、轮铣造槽、回转式造槽、射水法造槽、锯槽法造槽、多头钻式造槽、斗式造槽等。这些方法适用于不同的工程地质条件，建造地下防渗墙的施工方法及材料种类繁多。其渗透系数为 K=1×10 -5 ~1×10 -6 cm/s，
④GCL土垫塑性混凝土防渗墙：这是在工程开挖法防渗墙的基础上，再垂直铺设一层彭润土防渗层GCL布，又在混凝土防渗墙施工中添加彭润土等，以提高其防渗效果。其渗透系数为 K=1×10 -6 ~1×10 -7 cm/s。
⑤垂直塑料薄膜防渗墙：利用装备水力冲割和刀具破碎土体的专用机械，在坝基、坝体中顺坝轴线方向形成一条连续的宽 30~80 mm 厚的槽孔并铺设塑膜形成防渗体系，渗透系数为 K=1×10 -11 ~1×10 -15 cm/s，阻止坝基、坝体的渗流以确保渗透稳定。最后回填松散干净的粉质壤土而完成作业，以满足渗透稳定、防止土壤盐碱化为基准，可设计成悬挂式和封闭式两种防渗体系。
具体采用何种防渗措施，可根据垃圾堆体周边不透水层深度、不透水层上部各地质构造层特征、垃圾堆体周边地面设施情况以及地下水污染程度、当地对地下水的水质要求等因素，并经经济性比较后确定技术手段。如某些技术措施防渗系数不能达到要求，可通过加厚防渗层厚度、添加防渗材料（水泥、膨润土等）等方法来改善。
三、垃圾填埋场堆体的稳定性差，是常见的老、旧垃圾填埋场另一个大问题，造成此类问题有以下几种情况：一是垃圾日常填埋作业时未能压实，因此堆体松垮或存在空洞；二是垃圾堆高时不注意边坡防护，或因填埋处理量过大，库容无法满足时，一味堆高导致坡度过大。其解决办法可采取工程技术措施，主要有以下几点：一是工程开工进场后，首先使用重型机械（如垃圾压实机、大型挖掘机、重型推土机等）在堆体上反复碾压，尽可能将松垮的堆体压实，减少空洞。压实密度要确保大于0.8t/m3；二是堆体整形时必须控制好边坡比，控制在小于或等于1：3，同时严禁垃圾堆高时不注意边坡防护；三是同时保证每五到六米做一个检修维护平台；四是每一平台及堆体顶部在整形完成时均应掺土压实，从而确保后面防渗及绿化层上去后不会出现坍塌和滑坡。堆体整形时，多余的垃圾方量应当外运处理，如果实在无法找到消纳场所，可抬高垃圾防护坝的高度，将多余的垃圾方量在坡脚反堆，以保证安全的边坡比。
四、垃圾堆体内部的沼气处理是填埋场改造的另一个重要内容，为避免沼气聚集引发的自燃、爆炸，因此采用合理、有效的沼气导排方式，是填埋场生态修复必不可少的措施。进行沼气导排的主要方式，一是在堆体内设置导气石笼和导排盲沟，工程施工时如确定使用原有的导气井，应首先确认该井的排气通畅，同时相邻的两个导气井之间应设置盲管进行连接。新建的导气井尽可能采用机钻的方式进行，实在因场地、道路等原因，大型钻机无法进场而采用大开挖形式进行时，应注意加强沼气、内部坍塌等问题的安全措施及安全预案，此外还应考虑开挖后恶臭气体对周边环境的影响。无论是原有的或新建的导气石笼都需采取钢筋笼加碎石的形式进行防护，盲管沟也应内衬碎石加以保护。导气石笼的碎石等级可考虑为50毫米，而盲沟保护的碎石则以15-30毫米为宜。所有碎石均采用不良级配碎石（下同）。二是在堆体上部掺土压实后，应采用碎石层或防水网格作为导气层，如部分地区碎石来源困难，不能全面积铺设碎石层时，可考虑使用双层防水网格作为导气层，也可将碎石按网状形式铺设，以减少碎石用量。碎石层一般在30-50厘米，不应小于30厘米，等级则以30-50毫米为佳。收集后的沼气一般采用燃烧的方式进行处理，如果沼气量叫少，也可采用两级洗涤处理。
五、垃圾堆体内普遍的高水位，使污水导排也成为较为头痛的一个问题，国内南方地区普遍多雨，而大部分填埋场缺少雨污分流措施，造成污水产生量过大，偏偏这些老旧垃圾填埋场又都存在渗滤液处理量设计偏小的缺陷，所以运营时往往无法将产生的渗滤液排出，再加上回灌的浓废水，造成堆体内水位长时间保持在高位，这对堆体的稳定造成极大的安全隐患。因此，在生态修复过程中，应通过敷设渗滤液导排盲管以及压实等方式、方法，将堆体内的污水引导出来，将堆体的日常水位保持在相对低位（堆体内适量的水位有助垃圾的腐熟、分解），从而保证堆体的安全稳定。垃圾堆体内部的渗滤液导排盲管可考虑与沼气导排盲管共用同一组管道，此时管道采用高密度聚乙烯实壁管，上半部开孔为花管状，外衬20-40毫米的碎石作为保护。盲管沟尺寸一般为80X80厘米，实壁管则以250或300口径较为适合。
六、垃圾堆体上部的防渗覆盖层主要由土工膜、土工布、防水格栅等组成，因相关介绍已经较为详细，本文就不展开细述。但填埋场生态修复的雨污分流除了防渗覆盖外，还应注意雨水的导排，除了填埋场周边设置的截洪沟外，堆体顶部、各检修平台及上下相邻平台间均应设置导排沟方便将雨水迅速排出。
本文认为，老旧填埋场的最大隐患在于地下水的防渗，因为防渗出现问题，一是涉及的污染面广、影响较大，二是问题点难找到、且修复的难度也很大；同时沼气收集处置，臭气防治和沼气爆炸隐患等问题是填埋场生态修复的重中之重。
工程实际案例
笔者曾亲身经历某老垃圾填埋场的生态修复工程，该项目建于九十年代末期，占地五十余亩，属于山谷型填埋场，修复前共填埋各类垃圾约55万立方米。该项目在建设时未考虑库底防渗，因此在水质检测中发现地下水已被污染，我司项目接手后，首先根据区域规划，确定整治改造目的：场地污染控制，生态恢复。为此，我们首先对其填埋场地下水文地质情况进行详细勘查，并对当时填埋作业情况进行深入调查研究，确定了采用灌浆帷幕垂直防渗技术的措施，原计划绕场地一周，后发现因该地块不透水层位于地下16米处，施工费用远超预算，后经论证，帷幕灌浆改为地下水上水位处，绕场地约1/4圈，该工程结束后半年，地下水检测指标明显好转，从而证明优化后的垂直防渗措施效果依旧明显。该项目垃圾堆体高度约23米，我们设置为四个平台，平台间间隔约5米，并在每个平台上及上、下两个平台间设置导洪沟，对雨水进行导排。堆体整形时共挖掘垃圾方量约6万余方，使整个堆体按照3：1的坡比进行修整。原填埋场运行时零星设置了8个沼气井，我方修复时重新规划为18个沼气井，并在各沼气井之间敷设盲沟，采用ф180的HDPE管材，外周边衬50的级配碎石。所有沼气井在堆体内管道以钢筋石笼加碎石进行保护，出顶部防渗层后统一链接，以引风机加火炬进行燃烧处理。顶部防渗层完成后上铺85厘米的杂土和营养土，绿化采用草皮加灌木形式。渗滤液按照100吨的规模，采取预处理加两级反渗透膜的工艺，项目完工至今已有年余，堆体整体形态保持良好，渗滤液处理也一直稳定，项目结果得到业主的一致好评。
根据2017年住建部非正规垃圾堆放点排查整治信息系统数据，全国非正规堆放点达27276个，数量非常巨大，如果按三分之一的堆放点需要治理、平均每个堆放点的治理费用3000万元进行估算，仅非正规填埋场治理的投资规模至少可达3000亿元。
目前存在的问题
我国老旧生活垃圾填埋场大多矗立在各类城市的城郊，建设于上世纪末或本世纪初，由于受当时知识水平、技术条件、建设水准、规范要求、思想认识以及资金投入等因素的限制，垃圾填埋场普遍存在着以下问题：1、未做底部防渗处理或防渗处理效果较差，导致大部分的填埋场重金属或其他有毒有害物质污染地下水；2、在工程建设或管理上未做雨污分流措施或分流不彻底，产生大量渗滤液，造成污水无法及时处理，污水调蓄池存在池水满溢的风险；3、垃圾填埋行为不规范，堆体形状较为随意，往往没有考虑到堆体的稳定性，存在滑坡、溃坝的事故隐患；4、沼气收集系统没有或不能发挥实际作用，导致自燃、爆炸等的事故时有发生；5、堆体内水位较高，使垃圾之间的摩擦力降低，对堆体的稳定性造成影响；6、浓缩后的渗滤液或未处理的渗滤液进行回灌，又加重垃圾堆体塌方等的事故隐患。以上种种问题，既有前期环评、可研、设计等的原因（其中不少生活垃圾填埋场可能根本未经历环评、可研、设计阶段），更多的是后期运营、管理上的原因，目前多数运营单位（或人员）环保意识淡薄，只是把垃圾填埋场简单的当作倾倒场或堆放场，对事故责任、环境污染、填埋库容、建设资金等根本就不关心。
随着当前习总书记“绿水青山就是金山银山”理论的深入人心，各地对现有老旧生活垃圾填埋场的生态整治，以及对现有垃圾填埋场环境面貌改造提升方案也逐步提上各地议事日程，从各地实践的总体来说，大致可分为两类：一类是已到设计使用年限，且填埋量基本达到设计容量的，对于这类填埋场主要采用生态修复的手段，防止它们继续对环境造成污染，整治后作为自然景观或公共绿地；另一类是填埋量远未达到设计要求，或当地因各种原因，对垃圾填埋仍有处理需求，但一时不能找到合适地方的，可以通过工程手段，改造、挖潜增加填埋库容，继续为地方垃圾处理工作做出贡献。上述整治改造提升工程很大程度上需要由专业运营或建设单位参与，近几年我们也有幸参与多座垃圾填埋场的环境整治工作，本文仅就老旧填埋场的生态修复改造问题，作者结合自己的现场实践，并就考虑后提出一些看法请大家指正：
一、垃圾填埋场的生态改造，首先需要进行系统的顶层设计，也就是要根据规划和需求，来因地制宜的研究、确定老旧垃圾填埋场治理后的基本用途。可能的用途方式主要包括以下几种形式：一是场地污染控制，二是库区扩容改造，三是封场生态整治，四是循环园区建设，五是场地综合利用。只有明确了今后期的用途，才能在后期的设计和施工中
二、老旧垃圾填埋场绝大部分的底部防渗都存在防渗层破损的问题，从而导致渗滤液泄漏，造成地下水局部污染，而且很多甚至未采取任何底部防渗措施，所以生态修复时必须对地下水进行防渗阻隔处理。防渗阻隔有水平防渗和垂直防渗两种，而老、旧垃圾填埋场因场地面积及已造成污染的原因，适合采用垂直防渗的措施。目前常用垂直防渗阻隔处理的技术主要有：
①灌浆帷幕垂直防渗：即利用射流作用切割掺搅地层，改变原地层的结构和组成，同时灌入水泥浆或混合浆形成凝结体，借以达到加固地基和防渗的目的。其渗透系数为 K=1×10 -6 ~1×10 -7 cm/s，基本符合垃圾填埋场的需要。
②深层搅拌法垂直防渗：它是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂（浆液或粉体强制搅拌），利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理、化学反应，使软土硬结成具有整体性、稳定性和一定强度的优质的防渗地基。其渗透系数为 K=1×10 -6 cm/s。
③工程开挖或造槽法防渗墙：工程开挖方法施工的防渗墙是通过土方工程将土层挖出，然后在挖好的沟槽中建立防渗墙。
造槽法：造槽法建造地下防渗墙方法较多，国内外常用的有：冲击钻机造槽、抓斗挖槽、轮铣造槽、回转式造槽、射水法造槽、锯槽法造槽、多头钻式造槽、斗式造槽等。这些方法适用于不同的工程地质条件，建造地下防渗墙的施工方法及材料种类繁多。其渗透系数为 K=1×10 -5 ~1×10 -6 cm/s，
④GCL土垫塑性混凝土防渗墙：这是在工程开挖法防渗墙的基础上，再垂直铺设一层彭润土防渗层GCL布，又在混凝土防渗墙施工中添加彭润土等，以提高其防渗效果。其渗透系数为 K=1×10 -6 ~1×10 -7 cm/s。
⑤垂直塑料薄膜防渗墙：利用装备水力冲割和刀具破碎土体的专用机械，在坝基、坝体中顺坝轴线方向形成一条连续的宽 30~80 mm 厚的槽孔并铺设塑膜形成防渗体系，渗透系数为 K=1×10 -11 ~1×10 -15 cm/s，阻止坝基、坝体的渗流以确保渗透稳定。最后回填松散干净的粉质壤土而完成作业，以满足渗透稳定、防止土壤盐碱化为基准，可设计成悬挂式和封闭式两种防渗体系。
具体采用何种防渗措施，可根据垃圾堆体周边不透水层深度、不透水层上部各地质构造层特征、垃圾堆体周边地面设施情况以及地下水污染程度、当地对地下水的水质要求等因素，并经经济性比较后确定技术手段。如某些技术措施防渗系数不能达到要求，可通过加厚防渗层厚度、添加防渗材料（水泥、膨润土等）等方法来改善。
三、垃圾填埋场堆体的稳定性差，是常见的老、旧垃圾填埋场另一个大问题，造成此类问题有以下几种情况：一是垃圾日常填埋作业时未能压实，因此堆体松垮或存在空洞；二是垃圾堆高时不注意边坡防护，或因填埋处理量过大，库容无法满足时，一味堆高导致坡度过大。其解决办法可采取工程技术措施，主要有以下几点：一是工程开工进场后，首先使用重型机械（如垃圾压实机、大型挖掘机、重型推土机等）在堆体上反复碾压，尽可能将松垮的堆体压实，减少空洞。压实密度要确保大于0.8t/m3；二是堆体整形时必须控制好边坡比，控制在小于或等于1：3，同时严禁垃圾堆高时不注意边坡防护；三是同时保证每五到六米做一个检修维护平台；四是每一平台及堆体顶部在整形完成时均应掺土压实，从而确保后面防渗及绿化层上去后不会出现坍塌和滑坡。堆体整形时，多余的垃圾方量应当外运处理，如果实在无法找到消纳场所，可抬高垃圾防护坝的高度，将多余的垃圾方量在坡脚反堆，以保证安全的边坡比。
四、垃圾堆体内部的沼气处理是填埋场改造的另一个重要内容，为避免沼气聚集引发的自燃、爆炸，因此采用合理、有效的沼气导排方式，是填埋场生态修复必不可少的措施。进行沼气导排的主要方式，一是在堆体内设置导气石笼和导排盲沟，工程施工时如确定使用原有的导气井，应首先确认该井的排气通畅，同时相邻的两个导气井之间应设置盲管进行连接。新建的导气井尽可能采用机钻的方式进行，实在因场地、道路等原因，大型钻机无法进场而采用大开挖形式进行时，应注意加强沼气、内部坍塌等问题的安全措施及安全预案，此外还应考虑开挖后恶臭气体对周边环境的影响。无论是原有的或新建的导气石笼都需采取钢筋笼加碎石的形式进行防护，盲管沟也应内衬碎石加以保护。导气石笼的碎石等级可考虑为50毫米，而盲沟保护的碎石则以15-30毫米为宜。所有碎石均采用不良级配碎石（下同）。二是在堆体上部掺土压实后，应采用碎石层或防水网格作为导气层，如部分地区碎石来源困难，不能全面积铺设碎石层时，可考虑使用双层防水网格作为导气层，也可将碎石按网状形式铺设，以减少碎石用量。碎石层一般在30-50厘米，不应小于30厘米，等级则以30-50毫米为佳。收集后的沼气一般采用燃烧的方式进行处理，如果沼气量叫少，也可采用两级洗涤处理。
五、垃圾堆体内普遍的高水位，使污水导排也成为较为头痛的一个问题，国内南方地区普遍多雨，而大部分填埋场缺少雨污分流措施，造成污水产生量过大，偏偏这些老旧垃圾填埋场又都存在渗滤液处理量设计偏小的缺陷，所以运营时往往无法将产生的渗滤液排出，再加上回灌的浓废水，造成堆体内水位长时间保持在高位，这对堆体的稳定造成极大的安全隐患。因此，在生态修复过程中，应通过敷设渗滤液导排盲管以及压实等方式、方法，将堆体内的污水引导出来，将堆体的日常水位保持在相对低位（堆体内适量的水位有助垃圾的腐熟、分解），从而保证堆体的安全稳定。垃圾堆体内部的渗滤液导排盲管可考虑与沼气导排盲管共用同一组管道，此时管道采用高密度聚乙烯实壁管，上半部开孔为花管状，外衬20-40毫米的碎石作为保护。盲管沟尺寸一般为80X80厘米，实壁管则以250或300口径较为适合。
六、垃圾堆体上部的防渗覆盖层主要由土工膜、土工布、防水格栅等组成，因相关介绍已经较为详细，本文就不展开细述。但填埋场生态修复的雨污分流除了防渗覆盖外，还应注意雨水的导排，除了填埋场周边设置的截洪沟外，堆体顶部、各检修平台及上下相邻平台间均应设置导排沟方便将雨水迅速排出。
本文认为，老旧填埋场的最大隐患在于地下水的防渗，因为防渗出现问题，一是涉及的污染面广、影响较大，二是问题点难找到、且修复的难度也很大；同时沼气收集处置，臭气防治和沼气爆炸隐患等问题是填埋场生态修复的重中之重。
工程实际案例
笔者曾亲身经历某老垃圾填埋场的生态修复工程，该项目建于九十年代末期，占地五十余亩，属于山谷型填埋场，修复前共填埋各类垃圾约55万立方米。该项目在建设时未考虑库底防渗，因此在水质检测中发现地下水已被污染，我司项目接手后，首先根据区域规划，确定整治改造目的：场地污染控制，生态恢复。为此，我们首先对其填埋场地下水文地质情况进行详细勘查，并对当时填埋作业情况进行深入调查研究，确定了采用灌浆帷幕垂直防渗技术的措施，原计划绕场地一周，后发现因该地块不透水层位于地下16米处，施工费用远超预算，后经论证，帷幕灌浆改为地下水上水位处，绕场地约1/4圈，该工程结束后半年，地下水检测指标明显好转，从而证明优化后的垂直防渗措施效果依旧明显。该项目垃圾堆体高度约23米，我们设置为四个平台，平台间间隔约5米，并在每个平台上及上、下两个平台间设置导洪沟，对雨水进行导排。堆体整形时共挖掘垃圾方量约6万余方，使整个堆体按照3：1的坡比进行修整。原填埋场运行时零星设置了8个沼气井，我方修复时重新规划为18个沼气井，并在各沼气井之间敷设盲沟，采用ф180的HDPE管材，外周边衬50的级配碎石。所有沼气井在堆体内管道以钢筋石笼加碎石进行保护，出顶部防渗层后统一链接，以引风机加火炬进行燃烧处理。顶部防渗层完成后上铺85厘米的杂土和营养土，绿化采用草皮加灌木形式。渗滤液按照100吨的规模，采取预处理加两级反渗透膜的工艺，项目完工至今已有年余，堆体整体形态保持良好，渗滤液处理也一直稳定，项目结果得到业主的一致好评。
上一条：垃圾渗滤液废水处理设计要点