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垃圾填埋场生态覆盖系统研究
添加时间:2011-11-19  点击: 3016 次
为了探索生态覆盖系统的合理设计,利用非压实覆盖土层储蓄降水、依靠植物的蒸腾和土壤蒸发消耗土壤水从而控制渗沥污染,在武汉大学灌溉排水与水环境综合试验场开展了不同组合覆盖形式的渗沥控制试验,并对生态覆盖系统进行非饱和水运动数值模拟和水量平衡分析,结果表明,适合于生态覆盖的土壤类型为壤土和粘壤土,覆盖土层填筑密度宜在1.1~1.5g/cm3之间,武汉地区气候条件下的覆盖土层厚度应为120~140cm,合理的植被形式是深根型灌木和草的混合种植。

传统的垃圾填埋场覆盖系统依赖压实粘土或土工合成材料做成的屏障层。屏障型覆盖层有时被描述成“不透水”,然而实际上几乎所有屏障型覆盖层由于垃圾降解沉陷、水流和风力侵蚀、干湿循环、冻融循环、紫外线降解和动物穿透等因素导致渗漏。生态覆盖系统则无需水力屏障层,该系统利用非压实覆盖土层储蓄降水、依靠植物的蒸腾和土壤蒸发消耗土壤水,从而实现渗沥污染控制,比屏障型覆盖系统更为廉价、实用和易于建造、维护简单。
1屏障型覆盖系统的缺陷
垃圾填埋场覆盖系统是垃圾填埋场污染控制体系的主要组成部分,它应当具备以下功能:(1)减少降水入渗和降水入渗导致的地下水污染;(2)隔离垃圾填埋体,避免污染物向周围环境扩散;(3)防止风力和雨水侵蚀。我国《城市生活垃圾卫生填埋技术规范CJJ17-2001》规定垃圾填埋场的终场覆盖采用屏障型覆盖系统,即采用压实粘土或土工合成材料做成防渗屏障。但是,垃圾降解和重力固结产生不均匀沉陷,降雨径流侵蚀,干湿循环,冻融循环,紫外线降解、穴居动物和植物根系穿透等因素都可能导致屏障型覆盖的破坏和功能失效。我国现有垃圾填埋场绝大多数为简易垃圾填埋场,垃圾填埋时没有进行分层压实,沉陷和不均匀沉陷问题更加突出,而且简易垃圾填埋场选址时往往缺乏对地质条件的勘查、垃圾填埋库底部和侧壁没有设置防渗衬里,在这种情况下,屏障型覆盖不仅不能防止降水渗入垃圾填埋库,反而妨碍填埋库中的水分蒸发耗散,因此我国的垃圾填埋场普遍存在渗沥污染。
2腾发覆盖系统的渗沥控制原理和特点
最初人们在垃圾填埋场封场时采用植被主要是为了防止雨水冲蚀覆盖层土壤和改善环境,Nyhan等[1]研究覆盖层植草条件下填埋场水量平衡,发现草皮蒸腾耗水强度远大于裸土蒸发强度。Hauser等[2-3]、Warren等[4]、Koerner等[5]先后加入这项研究,探讨了影响植物蒸腾因素和意义,Hauser[6]把这种依靠植物和覆盖层土壤的腾发作用来控制渗沥的垃圾填埋场覆盖称为腾发覆盖(Evapotranspirative Landfill Cover)。

2.1全新的渗沥控制理念
腾发覆盖没有屏障层,它利用两个自然过程控制降水渗入垃圾填埋体:(1)覆盖层土壤作为动态水库储蓄降水;(2)土壤储水库被植物蒸腾和土壤蒸发所抽空。
2.2结构简短费用低廉
腾发覆盖仅由植物、储水土层及其垫层组成,土层结构十分简单,因此节省工程费用。美国空军环境保良中心(AFCEE)统计出8座垃圾填埋场采用粘土屏障覆盖和土工膜屏障覆盖的单位造价为31.9~57.1美元/m2。AFCEE对F.E. Warren空军基地的6号垃圾填埋场拟采用3种对比覆盖方案进行投资估算,采用腾发覆盖可比屏障型覆盖大约节省20~25美元/m2。
2.3生态覆盖系统具有防止覆盖土层侵蚀破坏
植被可以截留降雨、减弱溅蚀。植物根系可以固结、凝聚土壤,增强土壤的抗冲蚀能力。
2.4特别适用于简易垃圾填埋场的整治
简易垃圾填埋场中的屏障型覆盖特别容易发生沉陷破坏,翻修或增设屏障层均涉及大量的土方工程。如果采用腾发覆盖进行简易垃圾填埋场的整治则省事得多,只需对原有的覆盖土层稍加改造并种上合适的植物,就能以低廉的费用达到渗沥控制目的。
3生态覆盖系统试验研究
为了探索适合我国国情的生态覆盖技术,武汉大学在国家自然科学基金的资助下,从2006年开始开展垃圾填埋生态覆盖技术的试验研究、数值模拟研究和方案优化[11-13]。
3.1试验方案
试验在武汉大学灌溉排水与水环境综合实验场进行,在6个混凝土测试坑内分别布置了6种不同覆盖层结构的试验处理,依次为:(1)60cm厚裸土覆盖层;(2)60cm厚土层+杂草+小灌木;(3)40cm厚土层+藤蔓植物+小灌木;(4)60cm厚土层+藤蔓植物;(5)60cm厚土层+杂草+灌木;(6)60cm厚土层+杂草+灌木+保水剂。每个试验处理测试坑的面积为1.3m×3.6m,深度为1.3m,垃圾层厚度均为60cm,覆盖土层均为壤土。

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