垃圾填埋场渗漏修复中柔性垂直防渗、帷幕灌浆的应用研究

孙 蕾

（中铁十一局集团第五工程有限公司，重庆 400037）

水环境污染是我国目前面临的主要环境问题之一，地下水污染防治是水环境治理的重中之重。2019年5月，生态环境部、住房和城乡建设部等五个部门联合印发了《地下水污染防治实施方案》，将地下水污染防治目标责任落实情况正式纳入中央生态环境保护督察范畴，督察组对多地承担地下水污染防治职责的部门进行督察，并推进完成地下水污染防治任务。截至2020年底，京、津、冀、粤、渝等多地已经公布了一批严重影响公众健康且环境污染风险较大的地下水污染场地清单，并开展了部分修复试点。本文以柔性垂直防渗和帷幕灌浆技术在重庆市酉阳县生活垃圾填埋场渗沥液渗漏修复处理中的工程应用为例，对我国城镇垃圾填埋场渗漏修复处理进行分析总结。

1 国内垃圾填埋场渗沥液渗漏及修复现状

我国固体废物填埋场防渗层破损普遍，导致渗沥液污染严重。现场调查结果显示，大多数填埋场的渗滤液的推算值远小于实际排放量，且由于填埋场导排系统效率降低或彻底失效，导致填埋场内积水严重。渗沥液的水力压头远超过推算值，进一步破坏了填埋场导排系统，国内垃圾填埋场的渗沥液渗漏已成为地下水污染的重要源头之一。

渗沥液中富含的高浓度有机污染物进入地下水体后，具有发现困难、污染效应滞后、污染修复困难等污染特征。经过粗略估算，修复目前已建填埋场造成的地下水污染，费用高达1 000亿元。

根据现场检测和试点调研，造成填埋场渗沥液防渗层破损的关键是土工膜的破损。主要原因包括：（1）施工问题；（2）工艺问题；（3）监管与验收；（4）建设与施工市场不规范等。目前，国内填埋场渗沥液渗漏修复工作较为滞后，随着环保督察的力度不断加大，部分填埋场陆续开展了渗沥液渗漏修复工作。福建、湖北、新疆等省、自治区存在渗漏的部分填埋场已经实施了修复，保证填埋场所在区域的地下水不被污染。

2 垂直防渗技术概述

垂直防渗系统是根据污染场地的工程、水文地质特征，利用场地基础下方存在的独立水文地质单元、不透水或弱透水层等，在其一边或周围设置垂直的防渗工程，将污染物封闭于污染场地中进行有控制导出，防止污染物向周围渗透污染地下水，同时也能够阻止周围地下水流入污染场地。

垂直防渗技术最早在土工建筑项目中用于防止地下水渗流进入挖掘的沟壑，同时起到沟渠固壁作用。随着技术的不断发展和应用范围的拓宽，逐渐应用于地下水环境污染的控制工程中。在化工厂、油库和垃圾填埋场等地区，垂直防渗技术被广泛应用于阻止场区已被污染的水体通过地下渗流污染周边环境。

垂直防渗技术可分为刚性垂直防渗技术、塑性垂直防渗技术、柔性垂直防渗技术。

2.1 刚性垂直防渗技术

刚性垂直防渗是最传统的垂直防渗技术，其最初应用于水利行业，后来应用于基坑、地铁等行业的防渗，主要有槽（孔）式混凝土防渗墙、帷幕灌浆防渗墙、高压旋喷桩防渗墙、深层搅拌桩防渗墙等，其中灌浆帷幕法适用地层较广、施工方便，目前国内灌浆帷幕深度已达150 m，是当前主要的防渗帷幕施工方法。

2.2 塑性垂直防渗技术

塑性垂直防渗墙常用的材料有黏土、膨润土、混粉煤灰、水泥等。多种材料的组合应用是塑性垂直防渗技术的特点之一，主要组合主要为黏土-膨润土、水泥-膨润土、黏土-水泥-膨润土等。

不同材料组合的防渗系统的相对渗透系数存在较大差别，例如水泥-膨润土、黏土-水泥-膨润土的相对渗透系数范围为10-6～10-5cm/s，黏土-膨润土的相对渗透系数能够满足≤1.0×10-7m/s，可以根据污染场地的污染物性质和腐蚀性选择不同的材质塑型垂直防渗墙。

2.3 柔性垂直防渗技术

HDPE（高密度聚乙烯）膜的研发应用催生了柔性垂直防渗技术，即在防渗系统的相对不透水层中将HDPE膜垂向插入，并深入弱透水层以下1.0 m以上，在其底部灌充3 m高性能密封材料，同时土工膜侧面配有独特的链接锁扣，内部插入止水条，共同构成垂直防渗屏障系统，将污染物控制在限制范围内。

柔性垂直防渗技术在澳洲布里斯班、美国宾夕法尼亚州的污染场地修复中具有较成功的应用案例。在我国，柔性垂直防渗墙技术也已经成功在新疆大浦沟垃圾填埋场渗沥液污染治理项目、江苏靖江危废治理项目、安徽淮南世行贷款垃圾填埋场封场等项目中进行应用。

柔性垂直防渗技术被认为是目前最安全有效的地下污染源阻隔技术。虽然柔性垂直防渗技术是在传统的垂直阻隔技术理念基础上发展形成，但因为HDPE土工膜具有优异的防渗性能（K≤1.0×10-12cm/s）、抗化学腐蚀性能和使用寿命长（≥100年），且能够与传统矿物防渗材料的高吸附性能和自愈合性能结合，可以形成一种更牢固的垂直屏障，有效等封堵地下污染源。

3 工程应用案例

酉阳土家族苗族自治县位于渝鄂湘黔四省市结合部，面积5 173 km2，是重庆市辖区面积最大的区县，发展空间广阔。酉阳生活垃圾填埋场的设计规模为120 m3/d，库容为107.10 万m3，于2009年9月开始试运行，2011年1月通过环保验收，目前已填库容约为60 万m3，设计服务年限15年。

根据对酉阳生活垃圾填埋场勘察钻孔、南侧石板溪、石板溪上游的地下水及地表水取样分析，并结合前期重庆市市政环卫监测中心的水样检测成果，对本场地渗沥液渗漏问题进行分析。可以推断酉阳县生活垃圾处理场于2016年产生防渗膜破裂，导致垃圾渗沥液穿过防渗膜进入岩土层中，渗沥液沿着土体孔隙、基岩裂隙向地势较低处运移，污染填埋场前部的地下水及地表水。

酉阳县生活垃圾填埋场下游有一条河流，污染后的地下水直接排入河流中，严重影响河流水质，并对下游水环境质量造成破坏。因此，针对渗沥液渗漏问题，本项目的实施将改善区域内水系水环境质量。

3.1 修复方案确定

灌浆帷幕法适用地层较广、施工方便，但防渗性能较差，难以满足污染物防治对防渗体渗透系数的要求。柔性垂直防渗技术具备卓越的防渗性能，对污染源的渗漏形成一种垂直屏障，对地下污染源实现有效封堵，且柔性垂直防渗技术可以与其他阻隔技术配合使用，以达到更好的阻隔效果。

根据酉阳生活垃圾填埋场的实际情况、直防渗技术特及成本核算，本次修复采用柔性垂直防渗（HDPE土工膜）和刚性垂直防渗（帷幕灌浆）相结合的治理方案。本方案在填埋库区上游（东、西侧）设置刚性垂直防渗（帷幕灌浆），然后在调节池后设置柔性垂直防渗（HDPE膜）系统。将渗沥液及地下水拦截于调节池后，对这部分水量全部进行汇聚、收集并排入渗沥液处理设施，处理达标后进行排放。该方案能最大限度保证垂直防渗的处理效果，渗沥液及地下水导排设施的布置及施工也较为方便，占地面积较小，能达到防止污染的工程目的。

3.2 修复原理

垂直防渗屏障系统设置于垃圾填埋场四周或一侧，结合填埋场下方的不透水层或弱透水层，形成一个相对独立封闭的系统，将垃圾填埋场产生的渗沥液封闭于填埋场中。

根据地勘资料，场区处于独立的水文地质单元，可采取垂直防渗屏障系统。利用防渗屏障主材料和密封材枓构建污染隔离屏障，将污染物控制在一定空间范围内，防止其进一步扩散。

考虑污染物、地下水迁移特征，垂直防渗屏障需进入地下不透水层或弱透水层。为防止染物进一步扩散，根据《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）的要求，不透水层或弱透水层的渗透系数K应小于1.0×10-7cm/s。

4 结语

垃圾填埋场渗漏修复是重要的环境保护措施，在工艺处理过程中，应避免不再造成二次污染，保护生态环境，以确保当地水体不受污染，改善生态环境。柔性垂直防渗系统作为一种新型高效垂直防渗屏障系统，能够将老垃圾填埋场已经或可能产生的污染物控制在屏障范围内，实现污染源的隔离与控制，以达到生态环境修复的目的。采用柔性垂直防渗和帷幕灌浆相结合的治理方案对填埋库区干扰较小，施工期间填埋场可继续运营；防渗性能、耐化学性能较好，能长期达到防渗效果；能够控制渗沥液渗漏扩散，保证下游溪流不受到渗沥液污染；适合山地环境的施工操作。通过对垃圾填埋场渗漏修复使用垂直防渗技术的数值模型、实验室试验、现场应用、跟踪监测全过程的分析，能够形成较成熟的防渗技术应用体系，同时也可以将该技术推广到污染土壤、污染工业场地及其他污染场地的地下水修复工程。