第!"卷#第$$期%&$’年$$月环#境#工#程()*+,-)./)012()3+)//,+)34-25!"#6-5$$6-*5#%&$’填埋场防渗处理及渗漏检测方法研究进展!杨#坪$!%#姜#涛%#李志成%#杨#坤%#章斯豪%!$7同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室"上海%&&&?%#%7同济大学土木工程学院地下建筑与工程系"上海%&&&?%$摘要!介绍了国内外垃圾填埋场防渗结构与相关规范"归纳总结了国内外填埋场防渗结构研究现状"以及F<O (土工膜#G9A 土工聚合黏土衬垫的改性研究成果"并分析了渗漏检测方法的技术原理及特点"讨论了国内外研究重点及成果"指出了填埋场防渗结构和渗漏检测方法目前存在的问题以及未来重点研究方向!认为阻止纳米材料渗漏#提高渗漏检测方法准确性和修复措施可操作性是未来的研究工作重点!关键词!防渗结构$防渗材料$渗漏检测<;B %$&7$!%&":C 5DC 3E 5%&$’$$&%’-!.!’-#&,-%+-!..%*4!$&%(.%"/’*(")//.!!,’+!(!$!#$)%*’*(.!!,’+!#%*$-%/J N 6GO +)3$"%"f B N 6GL 1-%"A B Q D+I E D/)3%"J N 6Gh H)%"Q F N 6GR+I D1-%!$7h /P <21[-,10-,P -S G /-0/E D)+E 121)U K )U/,3,-H)U ()3+)//,+)3-S c +)+W 0,P -S (UHE 10+-)"L -)3C +K )+*/,W +0P "RD1)3D1+%&&&?%"9D+)1#%7</X1,0./)0-S G /-0/E D)+E 12()3+)//,+)3"9-22/3/-S 9+*+2()3+)//,+)3"L -)3C +K )+*/,W +0P "RD1)3D1+%&&&?%"9D+)+1$’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国家自然科学基金!8$>’%%’8$&收稿日期%%&$>‘$$‘$>DE 引言随着我国工业化和城市化进程的加快"城市垃圾问题正变得日益严重&在可以预见的将来"垃圾问题将成为城市发展的巨大阻碍&垃圾的主流处理处置方式主要有填埋’堆肥’焚烧等"目前填埋处理是我国生活垃圾的主要处理手段"当前填埋占我国生活垃圾处理总量的@&=以上($)&垃圾渗滤液成分复杂"污染物含量极高’含有较多有毒物质"对地下环境和生物具有极大危害(%)"因此填埋场的防渗处理显得尤为重要&近几年来"一大批新建填埋场投入运行"根据-中国城乡建设统计年鉴.的统计数据(!)"截至%&$!年底"国内已有卫生填埋场’简易填埋场和以填埋为主的综合处理场共计$"8?座"其中近"&=集中在%&&>*%&$8年投入运行&这些填埋场产生的渗滤液一旦发生渗漏"会严重危害所在地区水质条件和生活环境"如果处理不当"会造成地下水资源污染等严重事件(%)&因此填埋场防渗结构的渗漏检测方法研究具有很强的现实意义&笔者总结了国内外填埋场防渗技术以及渗漏检测方法的研究进展"并对未来发展方向进行了展望&FE 国内外防渗结构现状国外的防渗研究起步较早"美国环保署于$??$年就颁布了-城市固体废物填埋场标准.!c H)+E +X12R-2+U T1W 0/A 1)US +229,+0/,+1$"规定填埋场须采用复合衬层系统和一个渗滤液收集系统组成的防渗系统"且黏土衬层的厚度,&7>."渗透系数5l $o $&‘’E .:W (8)&德环#境#工#程第!"卷国的-城市固体废弃物技术条例.将填埋场分为两级!(级和!级$"其中!级填埋场为生活垃圾填埋场"防渗标准规定黏土防渗层厚度,&7’".!至少!层$"渗透系数5-$o$&‘@E.:W(")&欧盟于$???年通过-垃圾填埋指令."将填埋场分为!类%危险废物填埋场’生活垃圾填埋场和惰性废物填埋场&对生活垃圾填埋场防渗结构"规定地质屏障厚度,$."渗透系数-$o$&‘’E.:W(>)&从%&世纪?&年代起"我国第一批垃圾填埋场开始建设"由于施工技术’经济条件等限制"这些填埋场多数未采取水平防渗措施"只在渗滤液调蓄池下游采取垂直防渗帷幕"同时"填埋场底部通常没有渗滤液导排系统"导致填埋体内渗滤液水位过高(’)&目前"我国生活垃圾填埋场大部分已设计以水平防渗和导排为主要目的的水平防渗系统(@)&在9f f$$!*%&&’-生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范.中列举了如图$所示的"种防渗结构的结构组成&图$#填埋场"种防渗结构的示意组成M+35$#R0,HE0H,/-S"0P X/W-S+.X/,*+-HW W0,HE0H,/W+)21)US+22W+0/HE防渗技术及材料根据填埋场防渗设施铺设方向"防渗系统分为垂直防渗和水平防渗&垂直防渗多用于解决早年简易填埋场的封场工程或参照现代卫生填埋场标准建设的扩建工程的渗滤液渗漏问题&根据9f f$’>*%&$%-生活垃圾卫生填埋场岩土工程技术规范."垂直防渗帷幕的最小厚度宜为&7>."且最大不宜超过$7".&目前"应用于我国填埋场垂直防渗的常见型式有高压喷射注浆’水泥土搅拌桩’塑性混凝土连续墙!垂直开槽置换法$’灌浆法垂直防渗帷幕以及垂直开槽埋设F<O(膜等(?)&国外大部分填埋场采用垂直隔离墙进行垂直防渗"隔离墙可用土‘膨润土’水泥‘膨润土和预制混凝土等材料制成&生物增强隔离墙’粉煤灰掺合料隔离墙以及铝盐污泥隔离墙等技术目前还在研究中($&I$$)&德国等欧洲国家通常用水泥‘膨润土作材料"美国通常用土‘膨润土作材料"日本则常用深层搅拌技术($%)&加入炉灰或粉煤灰等掺和物"这些隔离墙的渗透系数通常小于$&‘’E.:W"并具有足够的强度和耐久性&填埋场底部常用的水平防渗材料有低渗透性的天然黏土层’压实黏土’土工膜和土工聚合黏土衬垫!G9A$"防渗层通常是防渗材料的组合结构&目前已应用的聚合物防渗土工膜有多种"主要包括高密度聚&!$第$$期杨#坪"等%填埋场防渗处理及渗漏检测方法研究进展乙烯!F<O($’聚氯乙烯!O49$’氯化聚乙烯!9O($’异丁橡胶!(<O c$’氯碘化聚乙烯!9RO($’乙丙橡胶!(O<c$’氯丁橡胶!9<Y$等&由于F<O(防渗膜有抗拉性好’抗腐蚀性强’使用寿命长等优良的物理化学性能"成为目前国内外普遍使用的填埋场防渗材料($!)&但F<O(膜存在着受紫外线照射易老化’防穿刺性差等缺点"对它的改性研究也是目前的热点& L f;6G等($8)将纳米蒙脱土加入到F<O(中"研究发现纳米蒙脱土对F<O(具有增强增韧的作用#f K6等($")通过熔融混合方式将纳米e6分散在F<O(中"制备出具有良好导热性能的纳米复合材料#曾宪通($>)等采用聚烯烃弹性体!O;($和重质碳酸钙对F<O(薄膜进行改性"使得改性F<O(膜的单位落镖冲击强度比纯F<O(提高?"7>="且拉伸强度不降低&G9A作为F<O(膜的辅助防渗层"相对于压实黏土等其他防渗材料"具有施工方便’防渗性能优越’增加库容等优势"可以弥补因F<O(膜防渗缺陷引起的渗漏问题"同时对地下水位较高地区"可极大地降低地下水潜在污染的风险($’)&但是渗滤液中的阳离子与G9A发生离子交换可能会导致G9A防渗能力失效"A/+W D/,($@)研究了G9A在"种不同的渗滤液下的膨胀变形量"离子交换使其产生不同的膨胀变形量"也因此影响了其防渗能力&同时"作为G9A主要成分的膨润土"大多品位不佳"吸附能力弱"国内外众多学者对其进行了改性研究&常用的膨润土改性方法有煅烧改性’钠化改性’酸改性’无机阳离子柱化’有机插层等&膨润土经过改性后"吸附特性及吸附能力都有不同程度的变化($?)&杨秀红等人(%&)研究了钠化改性膨润土对9U%g的吸附效果"发现钠化改性膨润土对9U%g的饱合吸附量为@78".3:3"是土壤的%7’&倍#王代芝等人(%$)采用盐酸改性后的钠基膨润土处理含镉废水"发现经%&=盐酸改性后的膨润土对镉离子具有较强的吸附作用#e/)0-H1.+(%%)用@‘羟基喹啉柠檬酸盐对膨润土进行改性"改性后膨润土的重金属去除能力比钠基膨润土高出$倍&IE渗漏检测方法防渗系统工程就是在填埋场底部和四周构筑渗滤液防渗屏障&其中"土工膜的施工质量关系到整个防渗工程的成败&一旦土工膜出现缺陷"渗滤液发生渗漏造成地下水污染"后果将非常严重&在土工膜铺设施工过程中对渗漏点的检测方法有气压法’真空法’电火花测试法’裸膜电学检测法和偶极子检测法"各方法的优缺点如表$所示&在垃圾填埋场运营过程中渗漏检测技术主要有监测井法’水枪技术’双电极法’示踪剂法’扩散管法’电容传感器法’电化学感应电缆法及电极格栅法"各方法的优缺点如表%所示&表FE防渗膜铺装前后渗漏检测方法的优缺点对比$<8M?FE’C S<P:<R?9<P CC N9<C S<P:<R?9BQ:T?M?<\<R? C?:?=:N BP[?:T BC98?Q B;?<P C<Q:?;:T?<P:N9??U<R?Q N M[U<SN P R 方法模式是否破坏膜精确度效率自动化程度气压法传统否中等低低真空法传统否中等低低电火花测试传统否中等低低裸膜电学检测电学否高高高偶极子电学否高高高表HE填埋场运营过程中防渗检测方法的优缺点对比$<8M?HE’C S<P:<R?9<P CC N9<C S<P:<R?9BQ9??U<R?C?:?=:N BP[?:T BC9N P:T?U;B=?99BQ M<P C Q N M M BU?;<:N BP方法任何时候都可以安装确定渗漏位置确定漏洞大小能否广泛应用能否重复使用自动化程度监测井法o不能不能能能没有双电极法8不能不能不能能没有示踪剂法8不能不能能能没有扩散管法o能能不能能有电容传感法o能不能能不能没有电化学感应电缆法o部分不能能部分有电极格栅法o能能能能有##由表$’表%可以看出%电法类检测方法有着操作简单’方便快捷’成本低廉’自动化程度高’无损检测且没有二次污染等特点"因此受到了世界各国的广泛重视"国内外的研究人员对电法渗漏检测进行了深入研究&$?@>年"RDH20V(%!)提出电极‘偶极子法"利用在防渗膜两侧布置的电极供电建立电场"移动两个检测电极"通过测得电位值的最高点处来确定漏洞位置&$?@@年"O1,,1(%8)针对膜上检测法"建立了填埋场等效模型&$??8年"T1+0(%")建立了一个简单的模型"将缺陷处电流等效为一个点电流源&$???年" <1,+2/^等(%>)通过模拟O1,,1模型和实验验证"指出当膜上放电电极离缺陷或裂隙较远时"其附近的电势分布和点电流源电势分布相同&%&&!年"c P-H)3等(%’I%@)发明了电传感器栅格检测装置"将格栅状的导线平行铺设在防渗膜下部"利用垂直连接在导线交叉点上的电传感器来检测交叉点处的电导率"通过发生渗漏后电导率的差异来判定是否有渗漏点存在& %&&"年"能昌信(%?)分析了填埋场的电学特性"建立了一个高压直流电法的等效物理模型&随后"赵晓慈$!$环#境#工#程第!"卷等(!&)基于危险废物填埋场的双衬层特性"建立了危险废物填埋场渗漏检测的有限元模型和层状介质模型&此外"一些国外生产厂家开发了特殊的土工膜材料以便于检测渗漏&如日本太阳工业株式会社在F<O(膜正’反两面镀了$层导电层"在进行渗漏检测时"使导电层间的电压达到$!a!"^4"当用特制的铜质电刷在铺设好的F<O(膜上来回扫动时"缺陷处由于没有土工膜电阻"空气会在高电压下产生放电现象"便于被及时发现(!$)&JE总结与展望本文从填埋场防渗结构’防渗材料和渗漏检测技术三方面对国内外研究现状进行了总结&在防渗结构方面"目前已形成以水平防渗和导排体系为主"垂直防渗为辅的局面#在防渗材料方面"F<O(土工膜和G9A黏土衬垫已被广泛应用"对它们进行改性"以增强其强度’抗老化性能’抗穿刺性能和吸附性等是研究热点#在渗漏检测方法方面"电法检测已成为填埋场施工和运营期间进行渗漏检测的主流方法"但其可靠性和准确度还有待提高&随着社会发展"对填埋场的防渗要求会更高"防渗材料和渗漏检测方法还需进一步研究"在以下几个方面值得重视%$$随着纳米材料的广泛应用"渗滤液中纳米级的颗粒也在不断增多"现有防渗措施能否阻止纳米颗粒的渗透有待研究#%$在防渗材料的改性研究中"一种性能的提高往往意味着另一种性能的下降"例如F<O(膜的韧性增强往往导致刚性降低"如何改性使材料的多种性能同步改善还有待探索#!$现有渗漏检测方法无法即时对渗滤液污染进行动态反映"使得渗漏点的找寻和污染监控比较困难&参考文献($)#蔡博峰"刘建国"曾宪委5等5基于排放源的中国城市垃圾填埋场甲烷排放研究(f)5气候变化研究进展"%&$!"?!>$%8&>I8$!7 (%)#姜丹5国内外垃圾渗滤液研究现状及未来展望(f)5辽宁化工"%&$>!’$%@>"I@>@7(!)#中华人民共和国住房和城乡建设部5中国城乡建设统计年鉴%&$8(c)5北京%中国统计出版社"%&$"7(8)#K R(O N"8&9M Y%"@c H)+E+X12R-2+U T1W0/A1)US+229,+0/,+1(R)5$??$7(")#李锐5联邦德国生活垃圾填埋场与生物垃圾堆肥技术标准综述(f)5国外环境科学技术"$??’"@’!%$%$I"7(>)#9-H)E+2<+,/E0+*/"$???!$(9-S%>N X,+2$???-)0D/21)US+22-S Z1W0/(G)5$???7(’)#张文杰"陈云敏"詹良通5垃圾填埋场内的渗流和稳定分析(9)(第二届全国岩土与工程学术大会5武汉%中国科学院武汉岩土力学研究所"%&&>%@@$I@@?7(@)#王楚玉"吴晓烽"黄敏5卫生填埋场水平防渗系统各结构单元设计深度探讨(f)5环境与发展"%&$!!$%$%8$I8!7(?)#叶盛华"但汉波"陶如钧"等5垂直防渗在现代卫生填埋场中的应用(f)5环境工程"%&$!"!$!增刊$$%"$&I"$%7($&)#e12^1P1c5(*12H10+-)-S0D/HW/-S12H.W2HU3/1WDP U,1H2+E [1,,+/,21P/,1)U U1+2P E-*/,.10/,+12+)21)US+22W%NS+)+0//2/./)01)12P W+W W0HUP(f)5</W12+)10+-)r T10/,L,/10./)0"%&$"""’!>$%$I$!7($$)#F/00+1,10E D+f ON"N E D1,+G"f-W D+Y9"/0125M/1W+[+2+0P-S HW+)3 S2P1W D1U.+\0H,/W+)21)US+22[-00-.2+)/,W-,*/,0+E12[1,,+/,W10E-)01.+)10/U W+0/W(f)5f-H,)12-S()*+,-)./)012RE+/)E/r F/120DO1,0N"%&&?"N!8!$&$%$@?’I$?$’7($%)#黄晓夏"李玉云"王中伟5垃圾填埋场的结构设计及渗漏分析(f)5环境卫生工程"%&&?"$’!"$%$!I$>7($!)#刘东伟5垃圾填埋场施工和填埋过程中防止水平渗漏的对策(f)5中国市政工程"%&$"!!$%!@I8&7($8)#L C-)3R9"e1-R O5M,1E0H,/0-H3D)/W W-S D+3D U/)W+0P X-2P/0DP2/)/: R(e RI3I c N:.-)0.-,+22-)+0/)1)-E-.X-W+0/W(f)59-.X-W+0/WRE+/)E/1)U L/E D)-2-3P"%&&’">’!%$%!$8I!%!7($")#f H)3fT"h+.fT"K D.J Y"/0125O,/X1,10+-)W1)U0D/,.12 X,-X/,0+/W-S.+E,-I1)U)1)-e6U+W X/,W/U F<O(E-.X-W+0/W(f)5L D/,.-E D+.+E1N E01"%&$&"8??!$:%$%@I$87($>)#曾宪通"左建东5F<O(:O;(:919;!三元体系薄膜研究(f)5塑料工业"%&&’"!"!’$%$>I$@7($’)#王勇5G9A防渗性能及其在填埋场中的应用(f)5环境工程"%&&?"%’!>$%?@I$&$7($@)#A/+W D/,Of5F P U,10+-)1)U W D/1,W0,/)30D[/D1*+-,-S3/-W P)0D/0+E E21P2+)/,W(<)5O D+21U/2XD+1%<,/\/2K)+*/,W+0P"$??%7($?)#G HX01R R"e D1001E D1,P P1h G5Y/.-*12-S9U!B B$S,-.1]H/-HW W-2H0+-)[P^1-2+)+0/".-)0.-,+22-)+0/1)U0D/+,X-2P!-\-V+,E-)+IH.$1)U0/0,1[H0P21..-)+H.U/,+*10+*/W(f)5f-H,)12-S F1V1,UI-HW c10/,+12W"%&&>"$%@!%:!$%%8’I%"’7(%&)#杨秀红"胡振琪"高爱林"等5粘土矿物对重金属镉的吸附研究(f)5金属矿山"%&&8!>$%"!I""7(%$)#王代芝"黄育刚5酸改性膨润土处理含镉!!$废水(f)5无机盐工业"%&&""!’!%$%!@I8$7(%%)#e/)0-H1.+N";H12+c R591U.+H.,/.-*12S,-.1]H/-HW W-2H0+-)W [PDP U,-\P I@]H+)-2/+)/+)0/,E1210/U[/)0-)+0/(f)5f-H,)12-S9-22-+U1)U B)0/,S1E/RE+/)E/"%&&>"%?!!%$%%’&7(%!)#N,+W0-U/.-H(5L D-.1W I e/00W N5<9,/W+W0+*+0P1)U+)UHE/U X-21,+W10+-)+)*/W0+310+-)W101Z1W0/U+W X-W12W+0/1)U+0W/)*+,-)./)0W(f)5f-H,)12-S N XX2+/U G/-XDP W+E W"%&&&"88!%$%%’"I!&%5(%8)#O1,,1f;5(2/E0,+12,/W X-)W/-S12/1^+)13/-./.[,1)/2+)/,(f)5 G/-XDP W+E W"$?@@!"!$%$88"I$8"%7(%")#T1+0f Y5R+.X2/.-U/2S-,E H,,/)02/1^13/+)+)W H210+)32+)/,(f)5 B(((L,1)W1E0+-)W-)G/-W E+/)E/1)U Y/.-0/R/)W+)3"$??8"!%!%$%8’%I8’87(%>)#<1,+2/^G L"A1+)/<A5O/,S-,.1)E/I e1W/U W X/E+S+E10+-)-S /2/E0,+E122/1^2-E10+-)W H,*/P W S-,3/-./.[,1)/2+)/,W(9)(G/-W P)0D/0+E W9??E-)S/,/)E/O,-E//U+)3W%e-W0-)%c1W W1E DHW/00W"$???%">?I"’!7"下转第FJH页#%!$。