一种垃圾填埋防渗系统、垃圾填埋结构及垃圾填埋方法

摘要

本发明公开了一种防渗系统及垃圾填埋结构，该种防渗系统，应用于垃圾填埋厂，包括：一防渗层，该防渗层为防水透气颗粒层；以及一液体、气体导流层，置于所述防渗层的上方。还包括一预排液过滤层，设置于该液体、气体导流层上方，并且该预排液过滤层为透水砖层。该垃圾填埋结构，包括：地下土壤层；上述的防渗系统，铺设于所述地下土壤层之上；垃圾层，位于所述防渗系统之上；以及地表土壤层，填埋于所述垃圾层上方。本发明采用防水透气砂作为防渗主要材料，具有防水透气功能，既解决垃圾产生有毒气体问题，又能起到防止渗滤液污染土壤和地下水的问题；并且，该防渗材料为柔性材料，在地层剪切力作用下不会产生裂痕，能有效保持防渗作用。

说明书

技术领域

本发明涉及垃圾填埋技术领域，尤其涉及一种用于垃圾填埋的防渗系统、垃圾填埋结构及垃圾填埋方法。

背景技术

随着城市化进程的迅速发展，伴随产生大量的垃圾废物。世界权威科学家们预测的未来危机中，垃圾问题赫然名列其中。大量的垃圾对生态的破环和环境的污染严重影响着人类的生活。对于垃圾的处理，目前包括中国在内的绝大多数国家垃圾处理的主要方式为卫生填埋，但大多数垃圾填埋场比较简陋，防渗系统性能不佳，没有专业的填埋气导系统，垃圾产生的渗滤液对土壤和水体造成了严重的污染，并且填埋气体的自由排放在给填埋场造成了安全隐患的同时，对大气臭氧层也造成损伤；部分复杂的填埋技术，成本较高，而且防渗技术弊端依然没有得到有效解决。

目前，防渗材料中一种是采用天然材料防渗衬层，如粘土防渗衬层，粘土与钠基膨润土混合防渗衬层和沥青混凝土防渗衬层等；另一种是采用人工合成材料防渗衬层，通常为氯乙烯系、橡胶系、乙烯系和土工合成粘土衬垫等。这些防渗材料耗用物矿稀有，防裂性差，抗压性不强，施工繁琐，失效后易形成二次污染。

现有防渗材料多采用高分子土工膜，例如，中国专利(公开号：CN201033869)提出了一种可应用于垃圾填埋厂的机织无纺复合土工膜，该土工膜至少有三层，上层为无纺织物，底层为机织物，中间层为塑料膜片。上层无纺织物，底层机织物与中间层塑料膜片之间通过聚合物挤压熔融、压接粘结复合而成。无纺织物为针刺或热粘高分子短纤维化学材料。机织物为化纤长丝机织物。塑料膜片为PVC、PE、HDPE、LDPE、EVA等膜片。该机织无纺复合土工膜虽然具有比重小、延伸性强、耐腐蚀、强力高、抗冻性能好的特点，但是，由于土工膜薄很容易被尖锐物刺穿；另外，掺有膨润土的复合土做的防渗材料，最大不足之处就是当地基受到剪切变形产生裂缝的时候，复合土同样产生裂缝，特别是当在边坡上使用的时候存在稳定性问题。

针对现有技术存在的问题，相关技术领域需要一种防渗效果好且不易破损防渗效果持久的垃圾填埋厂用防渗系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于垃圾填埋的防渗系统、垃圾填埋结构及垃圾填埋方法，以解决现有技术中防渗材料防渗效果不佳且不能持久防渗的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种防渗系统，应用于垃圾填埋厂，包括：一防渗层，该防渗层为防水透气颗粒层；以及一液体、气体导流层，置于所述防渗层上方。

较佳地，该防渗系统还包括一预排液过滤层，设置于该液体、气体导流层上方，并且该预排液过滤层为透水砖层。

较佳地，还包括：一粘结找平层，设置于所述液体、气体导流层与所述预排液过滤层之间；以及两土工布层，分别设置于所述粘结找平层与所述液体、气体导流层之间以及所述液体、气体导流层与所述防渗层之间。

较佳地，所述防水透气颗粒层由防水透气颗粒铺设形成，所述防水透气颗粒包括骨料及包覆骨料的疏水性物质。

较佳地，所述骨料为石英砂、矿渣、陶粒或玻璃微珠中的一种或几种，其粒径为6-300目。

较佳地，所述疏水性物质为疏水性树脂膜，所述疏水性树脂膜为由疏水性环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂及硅树脂中的一种或多种形成的膜。

其中，所述疏水性物质包括聚四氟乙烯、植物油、硅铜、硅氧烷、烃以及共聚合聚偏氯乙烯中的任意一种或其组合。

其中，所述烃包括石蜡、煤油、柴油、原油、石油馏出物、溶剂油及脂族溶剂中的任意一种或其组合。

其中，所述疏水性物质为涂覆于所述骨料颗粒上，并且将所述疏水性物质涂覆于所述骨料颗粒上的方法为喷雾、浸渍或浸泡骨料颗粒于疏水性物质的液体溶液中以化学涂覆骨料颗粒；或者为应用疏水性物质的薄膜片材涂覆到骨料颗粒中；或者为熔融疏水性物质到骨料颗粒；或者为电镀、等离子喷涂、溅射、流化及粉末涂覆的方式将疏水性物质涂覆到骨料颗粒上。

较佳地，所述液体、气体导流层为砾石层，并且所述砾石层中布设有渗滤液导流管道及气体导送通道，所述渗滤液导流通道连接到污水处理装置，所述气体导送通道连接到沼气罐或气体回收利用装置。

较佳地，所述透水砖层由透水砖铺设形成，所述透水砖的砖体部分包含有骨料及粘结骨料的粘结剂，所述粘结剂中至少包含有亲水性粘结剂。

较佳地，所述亲水性树脂粘结剂为环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸树脂中的一种或几种；上述环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸树脂中的分子侧链含有亲水性的羧酸盐、磺酸盐、铵盐、羟基或主链含有非离子型亲水链段。

而且，为实现上述目的，本发明还提供一种垃圾填埋结构，包括：

地下土壤层；

上述的防渗系统，铺设于所述地下土壤层之上；

垃圾层，位于所述防渗系统之上；以及

地表土壤层，填埋于所述垃圾层上方。

而且，为实现上述目的，本发明提出一种垃圾填埋方法，包括以下步骤：

步骤1：于地下挖掘一用于填埋垃圾的垃圾填埋坑，露出地下土壤层；

步骤2：于地下土壤层上铺设上述的防渗系统；

步骤3：于该防渗系统上填埋待处理的垃圾；

步骤4：于垃圾表面填埋土壤以覆盖垃圾，形成地表土壤层。

本发明采用防水透气砂作为防渗主要材料，具有防水透气功能，既解决垃圾产生有毒气体问题，又能起到防止渗滤液污染土壤和地下水的问题；并且，该防渗材料为柔性材料，在地层剪切力作用下不会产生裂痕，能有效保持防渗作用；另外，液体、气体导流层中布设渗滤液导流管道，连接到污水处理装置，布设的垃圾气体导送通道将气体传送到填埋厂沼气罐或气体回收利用装置，这样能有效控制渗滤液和垃圾气体对环境和土壤的污染；并且，透水砖层和粘结找平层可对渗滤液起到一定的过滤净化的作用，可减少后继处理的难度和费用。

附图说明

图1为本申请防渗系统的一较佳实施例示意图；

图2为本申请防渗系统的另一较佳实施例示意图；

图3为本申请防渗系统的又一较佳实施例示意图；

图4为本申请垃圾填埋结构的较佳实施例示意图；

图5为本发明垃圾填埋方法的步骤图。

其中，附图标记：

1、垃圾层            2、预排液过滤层

3、粘结找平层        4、土工布层

5、液体、气体导流层  6、防渗层

7、地下土壤层        7’、地表土壤层

8、液体导流通道      9、气体导送通道

10、防渗系统

具体实施方式

本发明提出一种防渗材料——防水透气颗粒，并根据其特性与透水砖等结合形成了垃圾填埋厂的防渗系统。

以下结合附图对本发明的垃圾填埋防渗系统、垃圾填埋结构及垃圾填埋方法进行说明。

图1为本申请防渗系统的一较佳实施例示意图，如图1所示，该防渗系统，应用于垃圾填埋厂中，包括：一防渗层6，该防渗层6为防水透气颗粒层，以及一液体、气体导流层5，置于所述防渗层6上方。

图2为本申请防渗系统的另一较佳实施例示意图，如图2所示，与图1所示实施例不同的是：该防渗系统还包括一预排液过滤层2，设置于该液体、气体导流层5上方，并且该预排液过滤层2为透水砖层。

图3为本申请防渗系统的再一较佳实施例示意图，如图3所示，与图2所示实施例不同的是：该防渗系统还包括一粘结找平层3以及两土工布层4，4’，所述粘结找平层3设置于所述液体、气体导流层5与所述预排液过滤层2之间，所述两土工布层4，4’分别设置于所述粘结找平层3与所述液体、气体导流层5之间以及所述液体、气体导流层5与所述防渗层6之间。

其中，上述各较佳实施例中，所述防水透气颗粒层由防水透气颗粒铺设形成，所述防水透气颗粒包括骨料及包覆骨料的疏水性物质，所述骨料较佳为石英砂、矿渣、陶粒或玻璃微珠中的一种或几种，其粒径较佳为6-300目，所述疏水性物质的质量占骨料质量的1-8％。其中，于本发明中优选石英砂颗粒。

并且，较佳地，所述疏水性物质为疏水性树脂膜，所述疏水性树脂膜为由疏水性环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂及硅树脂中的一种或多种形成的膜。所述疏水性环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂、脂环族类环氧树脂、聚硫橡胶改性环氧树脂、聚酰胺树脂改性环氧树脂、聚乙烯醇叔丁醛改性环氧树脂、丁腈橡胶改性环氧树脂、酚醛树脂改性环氧树脂、聚酯树脂改性环氧树脂、尿醛三聚氰胺树脂改性环氧树脂、糠醛树脂改性环氧树脂、乙烯树脂改性环氧树脂、异氰酸酯改性环氧树脂或硅树脂改性环氧树脂中的一种或多种；所述疏水性酚醛树脂为二甲苯改性酚醛树脂、环氧树脂改性酚醛树脂或有机硅改性酚醛树脂中的一种或多种。

并且，如以上所述的疏水性树脂可以通过如下的方法改性而获得，具体改性方法为：

将环氧树脂，如邻苯二甲酸酐或马来酸酐，与油溶性的单体共聚，所述油溶性的单体为：丙烯酸烷基酯，甲基丙烯酸烷基酯，乙基丙烯酸、醋酸乙烯酯、乙酸烯丙酯、乙烯基磺酸钠、甲基乙烯基醚、甲基烯丙基醚、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸二甲氨基丙酯、丙烯酸二乙氨基丙酯、丙烯酸二甲氨基丁酯、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯中的任一种。

或者，也可以将环氧树脂接枝改性，形成接枝聚合物；将环氧树脂的亲水性基团，如羟基，与疏水的功能单体发生反应，将其接起来；疏水性的功能单体为：苯甲醛，烷基苯甲醛(一大类)，利用羟基与醛基的反应。

或者，也可以将环氧树脂进行取代反应，在光照的催化反应下，用氯气参与取代反应，将卤素接到环氧树脂上面，以改善疏水性能。

另外，所述疏水性树脂膜中可以含有固化剂，并且，对于不同的树脂加入不同的固化剂，其中，固化剂的选择具体如下：

对于缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂、脂环族类环氧树脂、聚硫橡胶改性环氧树脂、聚酰胺树脂改性环氧树脂、聚乙烯醇叔丁醛改性环氧树脂、丁腈橡胶改性环氧树脂、酚醛树脂改性环氧树脂、聚酯树脂改性环氧树脂、尿醛三聚氰胺树脂改性环氧树脂、糠醛树脂改性环氧树脂、乙烯树脂改性环氧树脂、异氰酸酯改性环氧树脂或硅树脂改性环氧树脂，较佳的固化剂为脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、叔胺中的任一种或几种；

对于二甲苯改性酚醛树脂、环氧树脂改性酚醛树脂或有机硅改性酚醛树脂，较佳的固化剂为六次甲基四胺；

对于有机硅树脂而言，较佳的固化剂为二丁基二月桂酸锡或N，N，N’，N’一四甲基胍盐中的任一种或几种；

对于疏水性聚氨酯树脂，其固化剂为TDI和TMP的加成物，TDI和含羟基组份的预聚物及单组份潮气固化剂、TDI的三聚体。

并且，本发明所述的疏水性物质还可以为聚四氟乙烯、植物油、硅铜、硅氧烷、烃以及共聚合聚偏氯乙烯中的任意一种或其组合。较佳地，所述烃包括石蜡、煤油、柴油、原油、石油馏出物、溶剂油及脂族溶剂中的任意一种或其组合。

其中，所述疏水性物质为涂覆于所述骨料颗粒上，并且将所述疏水性物质涂覆于所述骨料颗粒上的方法为喷雾、浸渍或浸泡骨料颗粒于疏水性物质的液体溶液中以化学涂覆骨料颗粒；或者为应用疏水性物质的薄膜片材涂覆到骨料颗粒中；或者为将加热的骨料颗粒放置于疏水性物质中，熔融疏水性物质到骨料颗粒；或者为电镀、等离子喷涂、溅射、流化及粉末涂覆的方式将疏水性物质涂覆到骨料颗粒上。

另外，需要说明的是：本发明中所使用的防水透气颗粒的组成及性能等各方面说明在本申请人的中国专利(申请号：200910203463.7)中作为疏水颗粒作了更详细的说明，该专利一并作为本发明所公开的技术内容，此处不再重复。

本发明的防渗系统采用上述防水透气颗粒作为防渗层的材料，该材料防渗效果好，且为流态材料，可塑性强，施工方便，不会因地质变化或冷冻影响而破坏，并且，该防渗材料为柔性材料，在地层剪切力作用下不会产生裂痕，能有效保持防渗作用。另外，其防渗的同时透气性好，可有效防止大气污染。

并且，所述透水砖层2由透水砖铺设形成，所述透水砖的砖体部分包含有骨料及粘结骨料的粘结剂，所述粘结剂中至少包含有亲水性粘结剂。较佳地，所述亲水性树脂粘结剂为环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸树脂中的一种或几种；上述环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸树脂中的分子侧链含有亲水性的羧酸盐、磺酸盐、铵盐、羟基或主链含有非离子型亲水链段。并且所述骨料也可以为石英砂、矿渣、陶粒或玻璃微珠中的一种或几种，其中，优选为石英砂骨料，当垃圾填埋时，接触到砂基透水砖的垃圾渗滤液能够及时下渗进入液体、气体导流层中的液体导流通道，并通过液体导流通道排放到污水处理装置进行处理。并且，利用此砂基透水砖铺设预排液过滤层可使垃圾中的液体得到初步过滤，使其顺利下渗，减少了后继污水处理的难度。另外，由于透水砖强度很高，在垃圾处理的过程中可利用挤压设备直接在预排液过滤层上直接挤压。

其中，所述液体、气体导流层5为砾石层，并且所述砾石层中布设有渗滤液导流管道8及气体导送通道9，所述渗滤液导流通道8连接到污水处理装置，可使经过预排液过滤层2渗入的垃圾渗滤液得以顺利的排放并进行相应处理。所述气体导送通道9连接到沼气罐或气体回收利用装置，使得垃圾中排放的气体可以得到处理并回收利用。

并且，由上述砾石层和各种气、液管线及土工布层形成支撑防护系统，起到保护防渗层和重要管线的作用。

另外，本发明还提出了使用上述防渗系统的垃圾填埋结构，其是在垃圾填埋之前，在地下设置本发明的防渗系统，并将垃圾投置于该防渗系统上，然后，在垃圾上铺设土壤，使得垃圾埋于地下。图4为本申请垃圾填埋结构的较佳实施例示意图，如图4所示，该垃圾填埋结构包括：地下土壤层7、防渗系统10、垃圾层1以及地表土壤层7’，其中，该防渗系统10铺设于所述地下土壤层7之上；所示垃圾层1投置于所述防渗系统10之上；所述地表土壤层7’填埋于所述垃圾层1上方。

其中，上述实施例中的防渗系统10采用的为上述图3所示实施例的防渗系统，当然，该垃圾填埋结构不受此限制，其还可以采用图1或图2所示的防渗系统，或相关简单变形的防渗系统，都可以实现本发明的目的。

图5为本发明垃圾填埋方法的步骤图，如图5所示，本发明的垃圾填埋方法包括以下步骤：

步骤1：于地下挖掘一用于填埋垃圾的垃圾填埋坑，露出地下土壤层；

步骤2：于地下土壤层上铺设上述的防渗系统；

步骤3：于该防渗系统上填埋待处理的垃圾；

步骤4：于垃圾表面填埋土壤以覆盖垃圾，形成地表土壤层。

其中，步骤2中于地下土壤层上铺设防渗系统的步骤为铺设上述防渗系统的不同的结构层，如采用图1的防渗系统时，首先于地下土壤层上铺设防水透气砂层，然后，在防水透气砂层上铺设液体、气体导流层。若采用图2所示的防渗系统，则要还在液体气体导流层上铺设透水砖层。当采用图3所示的防渗系统时，还需要铺设一粘结找平层3以及两土工布层4，4’，其中，将所述粘结找平层3铺设于所述液体、气体导流层5与所述透水砖层之间，将所述两土工布层4，4’分别铺设于所述粘结找平层3与所述液体、气体导流层5之间以及所述液体、气体导流层5与所述防水透气砂层之间。

本发明的效果：

1)防水透气砂作为防渗主要材料，具有防水透气功能，对水渗透率低甚至不渗透，既解决垃圾防捂产生有毒气体问题，又能起到防止渗滤液污染土壤和地下水的问题；并且，该防渗材料为柔性材料，在地层剪切力作用下不会产生裂痕，能有效保持防渗作用；另外，防水透气砂还具有耐酸耐碱的特性，使用寿命长，可根据防渗层厚度来灵活调整使用年限；而且，防水透气砂为节能环保材料，可进行回收利用，规避了常规防渗材料的缺点；另外，利用沙漠中的风积沙来解决垃圾填埋防渗问题，实现了风积沙化害为利，变废为宝。

2)液体、气体导流层由砾石层铺设而成，砾石层中布设渗滤液导流管道，连接到污水处理装置；布设的垃圾气体导送通道将气体传送到填埋厂沼气罐或气体回收利用装置，这样能有效控制渗滤液和垃圾气体对环境和土壤的污染。

3)透水砖层和粘结找平层可对渗滤液起到一定的过滤净化的作用，可减少后继处理的难度和费用。

4)系统兼有防渗和透气功能，防渗层抗压性强，砂体强度高；系统能够实现有效防止填埋场地层土壤污染，防地下水污染，防大气污染；并且，普通防渗层铺装时需刷涂胶合物质，进行清洗、焊接等复杂操作，而本系统施工简单，操作方便，施工安全性高，产品性价比高。

5)垃圾会改变土壤的性质。通常填埋垃圾，都要把垃圾埋在至少3米的土壤深处，所以基本上，填埋垃圾的土壤是无法种植的。通常要一片填埋过垃圾的土壤恢复到可以种植，通常需要5年左右的时间，所以垃圾对土壤的损害是非常大的。但本发明用防水透气砂在垃圾表层做好防护层，上层完全可以进行土壤种植。

6)对城市环境保护、美化城市形象，减少城市垃圾污染、改善人们的生活环境具有一定的推动意义。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。