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辽宁地区中小城镇垃圾卫生填埋场的几个问题分析
生活垃圾卫生填埋处理是我国现阶段垃圾处理的主要方式。近五年来,辽宁省中小城镇生活垃圾无害化处理有了长足进步,大部分城市和县城都建设和正在建设生活垃圾卫生填埋场,多年来由于资金投入严重不足造成的环卫设施落后,垃圾任意排放,污染环境的状况有了根本改变。据统计辽宁省45个县级市及县城中已建成生活垃圾卫生填埋场的有19座,正在建设的有16座。这些垃圾卫生填埋场处理规模较小,约100~400吨/日。由于中小城镇经济欠发达、资金不足,加上设计、施工、管理等水平相对发达城市和大城市有一定差距,垃圾卫生填埋场的建设水平受到影响。笔者参与了多座辽宁省中小城镇垃圾卫生填埋场工程的设计及评审,现将这些填埋场建设中有关设计、施工、管理的经验进行总结,以对规范中小城镇生活垃圾卫生填埋场的建设有所借鉴。
1 选址
填埋场址大多处于农村地区或城乡结合部,场址选择首先要满足《生活垃圾卫生填埋技术规范》(CJJ17-2004)、《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-2008)及《城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准》等强制性条文及相关要求。《生活垃圾卫生填埋技术规范》(CJJ17-2004)确定了500米的卫生防护距离。随着污染防治技术、设备的进步和环保产业的发展壮大,很多污染问题已经能够迎刃而解,不再单纯依赖卫生防护距离。因此,2008年发布的《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)取消了卫生防护距离的直接具体规定,要求根据环评计算并经环保部门批准即可。本着“标准从新”原则,生活垃圾填埋场卫生防护距离设定应当按照《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)的规定执行,即根据项目环境影响评价进行计算,报经有审批权的环保部门批准即可。从实践看,2008年11月河北省枣强县生活垃圾处理工程环境影响报告书,2008年10月福建省连城县生垃圾无害化处理场环境影响报告书,经计算均确定300米的卫生防护距离,这些项目正确执行了标准关于卫生防护距离的规定[1]。尽管上述国家规范和标准对垃圾场选址做出了相关规定,但是项目实际操作中垃圾卫生填埋场的选址越来越困难,甚至成为垃圾处理项目成败的关键。选址难主要有以下原因:
①辽宁省北部为山地丘陵,南部为辽河平原,对于位于丘陵地带的县城,垃圾卫生填埋场往往选在县城周边山谷,而在运距合理的范围内,这些山谷附近基本都有一些村落。垃圾卫生填埋场的建设往往受到附近居民的强烈反对。而在消除对村民影响的措施或补偿方面,政府与村民往往难以达成一致,公众是否支持越来越成为制约垃圾卫生填埋场选址的首要因素。
②另外重要的因素是用地种类及征地费用问题,对于平原型填埋场可能用到基本农田,在目前国家土地政策面上难以通过。山谷型填埋场多为林地、果树或边坡地,大多承包给个人,所以也面临与村民的征地补偿问题。一是补偿费用难以达成一致,二是征地费用需要地方财政解决,由于经济落后等原因对于地方财政是不小的负担。
③关于环境及水文地质条件方面,山谷型填埋场主要问题是有些场地地形复
杂、地势陡峭、垃圾运输成本较高,多数场地地层岩性中土层较薄,有的基岩裸
露,对于土方工程及防渗层的铺设有一定难度,但山谷型填埋场对地下水的影响相对较小。对于沿海平原型填埋场,最大的问题是地基承载力较差,地下水位高,垃圾卫生填埋场对地下水污染风险较大,垃圾卫生填埋场的适用性需要谨慎评估。
基于以上公众、环境、土地等因素,垃圾卫生填埋场的选址成为一项复杂的工作,而对于中小城镇,在垃圾卫生填埋场项目可研的选址阶段,可以说是比较草率的。往往是相关部门(如城建局或环卫处)备选几个场址,由主管领导拍板。在选址过程中并未对每个备选场址做详细调查,诸如周围居民情况,公众是否支持,用地性质及征地费用,水文地质条件等。一方面是由于地方政府领导对于垃圾卫生填埋场选址了解少或者不够重视,另外为了赶项目,争取资金,对可研阶段工作投入少,项目的环评工作也往往滞后于可研。由于基础资料的缺乏,设计人员在填埋场选址过程中所起的作用被弱化,常常受到建设单位的制约。由于选址阶段的草率,中小城镇垃圾卫生填埋场项目在后期实施中,因征地和公众反对而被迫更换场址的事例屡有发生。重新选址不仅影响了项目的实施进度,对本来就紧张的地方财政,也造成不必要的浪费。
为避免垃圾卫生填埋场建设过程中重复选址等现象,就应该在项目的可研编制过程中,加大选址过程的投入。这方面即使国内大城市与国外发达国家相比也有较大差距,如国外某一垃圾卫生填埋场建设只用了一年时间,但选址却用了八年时间。对于中国城市、特别是中小城镇,首先应提高政府领导对选址工作的重视,肯投入、肯花钱。在进行选址的过程中,项目的环评必须同时进行,应加大环评工作的独立性和约束力,改变目前县级垃圾卫生填埋场项目环评报告由当地环保部门审批的做法,改由市级环保部门审批。只有在可研和环评阶段紧密结合农村社会经济状况、农业生态环境特征及农民的风俗习惯和文化背景,以人为本,真正解决好公众参与、用地补偿等问题,尊重群众环境权益以获得群众认可和支持,才能保证垃圾卫生填埋场的建设顺利进行。
2 填埋场设计
2.1 防渗设计
辽宁省中小城镇垃圾卫生填埋场包括山谷型和平原型两种,其中以山谷型居多。无论是山谷型和平原型填埋场,目前防渗设计通常采用以HDPE膜为主要人工防渗材料的水平防渗方式,这种防渗措施从理论上和实践中都证明是行之有效的。虽然防渗层的具体结构形式在规范中规定的比较详细,但在具体设计中,有些设计单位忽略了不同场址地形地貌、工程地质条件的不同,简单地套用单一模式,使有些防渗设计脱离实际,或者不够安全,或者造成浪费。防渗设计在遵循规范的同时,必须结合实际,切实可行。辽宁东南部低山丘陵地带,一般第四系覆盖层较厚,以粘土和粉质粘土为主,虽然自然土层无法满足天然防渗的要求,但作为HDPE保护层一般可以满足,所以可以采用1.5 mm或2.0mm的HDPE膜作为人工防渗层,以天然土层作为保护层。而北部和西部山区,第四覆盖层一般较薄,以碎石土为主,山坡上局部基岩裸露,直接铺设HDPE 膜容易遭到破坏。由于粘土缺乏,且边坡
较陡,采用粘土垫层也不太合适,通常设计中考虑以GCL代替粘土垫层,作为HDPE膜的保护层。对于沿海平原型填埋场,填埋场对地下水的污染风险更大,防渗的可靠性更加重要。而由于经济条件的制约,目前辽宁地区已经建成的几座位于地下水位较高地区的垃圾卫生填埋场,并未采用双层人工防渗衬层。对于这种情况,设计采用2.0mm的HDPE膜,膜下铺设GCL,以增加防渗的可靠性。
防渗层合理的锚固和安装对防渗层的安全和使用寿命有直接影响,特别是对于山谷型填埋场,地势高差大,边坡陡峭。在辽宁中小城镇山谷型垃圾卫生填埋场中,这种情况是比较普遍的,边坡坡度一般1:3~1:1,有的甚至更陡。这种情况防渗层的稳定首先决定于库区边坡的稳定。增加边坡稳定的方法可以通过填方减缓边坡的坡度,但这种方式不仅增加土方工程,也减少库容,所以实际设计中,在对自然边坡进行稳定性计算满足要求的前提下,基本利用现状边坡。对于不够稳定的边坡进行适当处理,如将滑面较陡处的滑动体挖除,增加支护;对于岩石裸露、易崩塌的边坡采用锚杆加固,喷浆找平等方法。
HDPE膜的抗变形能力很强,拉伸试验表明,HDPE膜的屈服伸长率为16%,断裂伸长率为700%,因此控制防渗膜安全的是应力,而非变形。影响防渗膜应力水平的因素主要有边坡的土工特性,防渗膜自身特性、荷载及边坡坡形等,在边坡及垃圾填埋高度确定的情况下,一般通过控制坡长来增加防渗膜的稳定,边坡陡则坡长短,边坡缓则坡长长。防渗膜的锚固一般采用矩形锚固沟,锚固沟回填材料可用粘土或混凝土。对于坡度太陡的边坡锚固沟施工较困难,可对边坡适当处理,采用锚固钉的方式。签于库区防渗的重要性,填埋场关键设备材料(压实机、HDPE防渗膜等)在经济允许的前提下优先选用进口设备[2],其余设备采用国产优质产品。
2.2 地下水导排
规范规定填埋场地下水最高水位应保持在防渗层下1米,在不能满足的情况下应设置地下水导排系统。如果地下水导排不畅,且地下水位较高时,容易因为浮力使防渗层遭到破坏。在山谷型填埋场中设计地下水导排系统时应切合实际,不能盲目照搬,因为山谷型场地的地下水主要是由降水形成的表层潜水和少量岩石裂隙水,一般只在山谷下游沟口附近可见稳定的水位,受降雨补给,一般水量较小,所以对于山谷型填埋场一般来说地下水的影响并不是很大。在辽宁西部已建县城垃圾卫生填埋场中,有的设计了地下水导排系统但却收集不到地下水,造成投资上的浪费。笔者认为对于山谷型填埋场,应以水文地质勘查报告为依据,简化地下水导排系统,一般在垃圾坝前一定区域铺设的地下水导排系统就可满足要求。
对于山谷型填埋场另一种情况应得到重视,就是山谷中存在泉眼,或者库区边界以外雨水汇水面积较大,当发生暴雨时,雨水下渗不能及时排走,造成边坡防渗层鼓起而破坏,这种情况在辽宁东南部已建的山谷型垃圾卫生填埋场中出现过。这种场址在边坡防渗层下铺设导水系统是很必要的。
对于平原型垃圾卫生填埋场解决好地下水问题尤为重要。辽宁沿海城镇地质条件以粉砂、粉土为主,地下水丰富、水位高,地基承载力低,建设垃圾卫生填埋场并不理想。但由于焚烧和堆肥存在更大困难,目前也只能选择建设垃圾卫生填埋场。平原型填埋场通常下挖一定深度,以保证所需库容,但下挖无疑会增加地下水导排的费用和施工难度。为避免导排地下水,可以采用平地起堆的方式,但会增加填埋场的占地,所以在设计地下水位较高的平原型填埋场时,应综合考虑各种因素。首先应保证地基承载力满足要求,同时减少地下水导排的难度和费用。有时采用下挖和沿库区围堤相结合的方法,在库容、地基承载力和地下水导排等因素中找到平衡。平原型垃圾卫生填埋场地下水导排系统必须设计可靠,才能保证运行期间防渗层的安全,避免因地下水导排不畅而使防渗层浮起。
2.3 渗滤液导排
渗滤液导排系统的目的是将填埋区产生的渗滤液收集到处理构筑物,保证填埋场的正常安全运行。渗滤液导排系统铺设在防渗层上面,随着填埋场的运行,导排系统上面的垃圾越来越高,荷载越来越大,荷载分布不均,可能使渗滤液受管道产生变形或破坏。另外长期运行会产生一些沉积物,可能造成系统堵塞。所以渗滤液收集系统虽然看似简单,但对填埋场的长期安全运行至关重要。从辽宁省已建的山谷型垃圾卫生填埋场看,渗滤液收集系统能够正常运行不超过10年,渗滤液穿坝管道堵塞的情况较普遍,致使垃圾渗滤液不能及时排走,淤积在坝前,甚至漫过坝体造
