城市生活垃圾填埋密度及其随深度分布规律

1、第18卷第5期 2010年10月环境卫生工程Enviro姗ental Sanitation En舀neeringOctoher 2叭053城市生活垃圾填埋密度及其随深度分布规律朱水元1,刘 钊2,詹良通2(1.苏州市环境卫生管理处,江苏苏州215007;2.浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室,浙江杭州 310058摘要:介绍了生活垃圾填埋密度的测定方法,基于苏州七子山垃圾填埋场现场测试数据及国外相关数据,探讨 了垃圾填埋密度的主要影响因素,获得了该场垃圾填埋密度变化范围(510l 730k咖3及其随填埋深度增加而增大的 规律。推荐了适合于我国南方城市生活垃圾场工程的密度一深度分布曲线。关

2、键词:城市生活垃圾;填埋密度;组分;压实度;填埋深度中图分类号:rIIU993.3;X799.3文献标识码:A文章编号:10058206(2010J 050053一04L卸删De璐ny of M吼icipaI Domestic w猫te舢Id Its DistribIItion along Depthzhu shuiyu蛐1,“u zha02,zhan Lian殍on酽(1.Suzhou Envi啪mental Sanitation Administration Agency,Suzhou Jiangsu 215007;2.Key Laboratory 0f Soft Soils粕d Geoe

3、nvimnmental En舀neering,Ministry of Education,zhejiang Unive瑙ity,Hangzh叫 zhejiang 3l 0058Abstract: ne methods used formeasuringlan曲Udensity of domestic waste were int阳duced.0n the base of6eldmeasurement8at Qizishan Waste Landfill Site in Suzhou and previous data f而m other countries,llle main factors世

4、毛cting waste land矗U density were di8cussed.The field measuI-ements at the landfill site showed that the range of waste landfiU density f南m 510 to l 730kg,m3,and it exhibited aIl incre鹊ing trend埘th the landfill depth.Based on tIe discussioTl,a dens崎ve腊us landfiU deptlI cunre is recommended for projec

5、ts of municipal domestic waste landfjU sites in Southem Chin出l【ey words:municipal domestic w船te; land矗ll density;composition;degree of compaction; landnU depth垃圾密度是垃圾填埋场工程设计、运营等工 作所需的关键参数之一,填埋场堆体沉降与稳定 计算、库容预测、竖向扩建工程、衬垫系统、封 场覆盖系统、渗沥液和填埋气收集系统、渗沥液 回灌等设计都需要可靠的密度参数1】。由于垃圾 密度在其收集、填埋、降解与沉降的过程中不断 变化,应针对不同工作

6、阶段选取相应的密度值。 按照时间序列,可以将垃圾密度依次划分为堆积 密度、压实密度、沉降密度。堆积密度为垃圾 自然堆积状态的密度,压实密度为垃圾在填埋场 经机械压实后的密度,沉降密度为垃圾经过一段 时间的降解与沉降后所达到的密度值,又称填埋 密度。不同阶段工作应选取对应阶段的密度值, 比如垃圾填埋作业单元容积计算应选用压实密度(2|, 填埋场沉降及容量计算应选用填埋密度。在填埋 场土工设计计算中常用填埋密度。目前国内有关 堆积密度和压实密度的研究成果相对多一些,而 填埋密度的测试结果较少。由于垃圾组分差异、 填埋作业方式不同等原因,国外垃圾填埋密度的 数据不可直接引用。笔者结合苏州七子山填埋场

7、 的测试数据讨论了填埋密度的主要影响冈素,通 过与国外相关数据的对比与分析,推荐了我周南 方城市生活垃圾填埋密度随深度的分布曲线。收稿日期:2009一l J一23 1填埋密度的测定方法城市生活垃圾密度的测定方法主要包括现场 测试法和间接估算法。现场测试法包括试坑法和 钻孑L取样称重法。试坑法是指在选定区域挖掘出 一定量垃圾,然后用已知堆积密度的卵石或砾石 等颗粒均匀的材料填充,根据填充材料的体积和 挖出垃圾的质量计算出密度的方法。试坑法的优 点在于试坑尺寸大,所得结果较准确,缺点是挖 掘深度有限,无法获取深层垃圾的密度值。钻孔 取样称重法根据钻孔直径又可分为小钻孔法和大 钻孑L法。小钻孔法钻井

8、直径一般在20cm以内, 可以通过取样称重测得不同深度的密度值,小钻 孑L法测试深度比较大,但其结果的代表性可能会 受试样尺寸的影响。大尺寸钻孔法钻井直径较大 (一般在40cm以上,取出试样体量较大,代表 性较好,是一种比较可靠的测试方法,其缺点是 测试工作量较大,费用较高。在实践中,可以结 合填埋场导气竖井的打设工作进行填埋垃圾的取 样和密度测试。间接估算法,是根据填埋作业记 录得到某一时段内填埋垃圾的质量、填埋区域面 积及填埋厚度来估算密度的方法。该方法简便易 行,但因垃圾沉降引起填埋高度变化等方面的影 响,所得结果准确度较低。因此,在上述的各种 密度测试方法中,大直径钻孑L取样测试法所得

9、结 果最为可靠,小直径钻孑L测试结果须经大直径54 环境卫生T獠 第18卷钻孔法检骏。2填埋密度的主要影晌因素影响垃圾填埋密度的主要因素包括垃圾组分、 填埋作业时的压实度、分层覆土情况、填埋深度 与年限,以及含水窭等,其中垃圾组分、涯实与 覆土情况和瀵埋深度对密度的影响最秀鼹著,下 面做重点探讨。2.1垃圾缄分根据鲻内外常用的分类方法,可以将城市生活 垃圾划分力3类口Jl:羼余垃圾、渣±类、凌最类 (塑料、织物、纸类、玻璃、金属等。表l ft,显 示了我国苏州与美国城市生活垃圾组分及随时间 变化。与美国相比,苏州城市生活垃圾中厨余垃 圾、渣±含量鹤显高,分别达43%57%弱

10、18%一 52%,而废品类(塑料、织物、纸类、玻璃、金属 等含量较低,为3.0%一28.2%,显著低于美国 的72.1%73.粥,。在19902005年,苏州城市 生活垃圾申渣±含量逐年嘎湿减少,废黼类垃圾 等含量逐年增船,而美圜垃圾组分含量随时闻变 化不大。栽1中美城市生满垃圾组分对比 %孛嚣(苏胡 199757。e 26,013。O20(1550.O lS。O 2S.212箜 !:! !:! !:! 垃圾缝分对填埋密度影响很显著,垃圾中比 例较大的组分(如渣±、玻璃、金属等含量越 高,则密度越大;而其中厨余、塑料、纤维、草 木等比例较小的组分含量越高,则密度越小。 表2

11、【s 3烂示了组分对密度的影响,表中测试 结果是麸苏州七子豳填埋场不同时期壤毽舱浅层 垃圾取样测试得到的。可见,除zK3外,随厨 余、塑料等比例较小组分的含量升高,垃圾填埋 密度呈降低趋势,并随渣土等比例较大缀分的含 量野高藤增穴,密度最大德与最小值楣差2倍。 袋2苏州七子山填蠛场浅层垃圾缉分2.2压实及覆土情况压实及覆土是填埋作她的一道重要工序,经过餍实,垃圾密度庆堆积密度增大到压实密度。 因填埋压实过程中所采用的压实机械功率、分层 厚度、碾压遍数、覆土类别及厚度等的不同,压 实程度也不尽相同。按照压实度的高低,可分为 轻度骶实、孛度压实、高度压实3类。表31咧出 了醺外不同压实度及覆土厚度

12、的垃圾填堙密度测 试结果。衰3填埋愿实情况对垃圾压实密腱的影响数据米源 婶圾姓珲情况 密度,(k;,m9髯AvFAfl链3 公j车翌誓垃毂不坊碎轻度豫实 320中度压实 640高度压实 960切碎 880 hd￥a&秘a矗9稻蟪较簿攫:努瑟覆:浮囊隽2:le:9筠一l 3黪 E赫ct辩协会f1939j 愆圾犁崖:分瑶裢±厚挺为6:l 730由表3可见,膳实及覆土情况对压实密度的 影响鼹著。压实密度随着填埋垃圾的压实度提高 两攫著增大,轻度藤实垃圾的密度320km3,蕊 高度蕊实垃圾的密度达9km3。覆±酶厚度越 大,压实密度也越大。我国许多填埋场填埋压实作业做得不到

13、位, 存在分层压实厚度较大、碾压遍数不足等问题, 以致使我霹填理场浚层垃圾鹩密发澎较小。2.3填埋深度填埋深度对垃圾密度的影响,与填埋垃圾的 上覆应力及降解程度有关。垃圾埋深越大,所承 受的上覆土压力越犬,压缩程度越离,孔隙鲍越 小。填理龄期越长,有机质降解程度越高,组分 中比例较小的有机质含量越低。因此,垃圾密度 呈现随埋深增大而增大的趋势。为了获褥我国垃圾填埋密度随深度变化规律, 笔者于26_t8年在苏州七子潮填堙场开震了 2次钻孔取样测试。2006年采用直径约100mm 钻孔取样,共打设了5个钻孑L,钻孔深度最大达 36m,取样间距l。2m。试样高度200mm,取样 时渗沥渡水位理深5。

14、9m。27年结合太壹径 (8mm竖井的施工,每隔5m钻取l m厚度 垃圾层,对取得的扰动样称量可计算得该深度垃 圾层密度,共打设了3个大直径钻孔,钻孑L深度 达筠撒,取样时渗灏滚水位埋深8。ll m。上述2次取群测试结果如图l所示。2次测 试(分别采用大、小2种直径钻孑L数据点分布 范围及随深度变化规律基本一致,表明100mm 直径钻孔取样测试方法获得的数据具有代表性,第5期 朱水元,等城市生活垃圾填埋密度及其随深度分布规律 55可在工程实践中应用。测试数据表明:该填埋场垃圾填埋密度介于510,1730kg/m3,随着填埋深度增加而增大。在10m深度以内,填埋密度随深度而增加速率很显著,在深部

15、密度随深度增加速率较小。基于所有数据点,利用最小二乘法可获得代表该填埋场的密度一深度胁线,如图13中虚线所示。娄20剿 加密度,(k咖,O 500l 000I 5002000图l苏州七子山填埋场垃圾密度随埋深的变化为了比较与分析,图2总结了欧美围家多个填 埋场垃圾密度随埋深变化的现场测试结果【2.纠2|, 图2还显示了zekkos等根据美国测试数据推荐的 3条反映不同压实度情况下垃圾密度随深度分布 曲线。可见,欧美国家垃圾填埋密度范围与我国 的基本一致(5101730km3,重度压实垃圾 的密度显著高于轻度压实的密度,对于轻度压实 的垃圾,其填埋密度随深度增长比高度压实的更 明显,特别在10m

16、深度以内。图3显示了苏州七子山填埋密度一深度曲线 与zekkos推荐的3条典型曲线的对比。可见,根 据苏州七子山填埋场测试数据获得的密度一深度曲 线完全落在zekkos推荐的轻度和高度压实垃圾密 度一深度曲线之间,并与中度压实垃圾密度一深度 曲线相交。在浅部,七子山填埋场垃圾密度靠近 美国轻度压实垃圾的密度曲线,说明了该填埋场 垃圾填埋压实度比较低,但是由于我国垃圾中渣 土含量较高,以致浅层垃圾的密度高于美国轻度 压实垃圾。对于深层垃圾,由于我国早年垃圾组 分中渣土等比例较大组分含量较高(见表1。其 密度高于美国中度压实垃圾,并接近于美国重度 压实垃圾。上述比较与分析表明:苏州七子山填 埋场垃

17、圾密度测试数据及获得密度一深度曲线是合 理的,可用于该填埋场的土工计算与设计。考虑1020隧30割加5060密度,(k加固O 500l 000l 500图2国外垃圾密度随埋深的变化到苏州七子山填埋场的垃圾组分及填埋作业方法在 我国南方城市垃圾填埋场具有代表性和普遍性】, 因此建议该密度一深度曲线也可应用于我国南方其 它城市生活垃圾填埋场工程初步设计和分析。lO20皇避30野405060密度,(k咖30500l 000l 5002000Il甍蔓fll徽堑曲线曲战图3苏州七子山填埋场垃圾密度一深度曲线与国外推荐曲线对比 3结论与建议垃圾填埋密度是填埋场下程设计、运营管理 等工作的关键参数之一。根据

18、苏州七子山填埋钻 孔取样测试数据获得了该场垃圾填埋密度变化范 围(5101730k咖3及其随深度分布规律,推荐 了适合于我国南方城市生活垃圾的密度一深度分布 曲线。通过与国外推荐的密度一深度曲线对比发 现:该填埋场10m深度以内的垃圾填埋密度随埋 深增加而显著增大,变化规律类似于美国轻度压 实垃圾,但由于渣土含量较高,密度值高于美国 轻度压实的垃圾;在10m深度以下,填埋密度随 深度增加趋势变缓,逐渐趋近美国高度压实垃圾 的密度曲线。大、小2种直径钻孔取样测试数据 搿一 L &.舻擞辫【 墨 一 靓 觚 躲 斛 麒 被 帔 黻56 环境卫生T程 第18卷比较表明100mm直径钻孔取样测

19、试方法可获得 有代表性的数据。本文推荐的垃圾填埋密度一深度 曲线可用于我国南方城市生活垃圾填埋场工程设 计和分析。考虑到城市生活垃圾的非均质性和时 空变异性,建议今后仍需积累更多测试数据。 参考文献1Q舳x D,K0emer R M,Gmy D H.Geotechnical A8pect8of Landfiu Desjgn and consl删ctionf M.New JPr即y:P把nfioe HJ Inc,2002.2陈海滨,杨伦全,刘锦权,等.垃圾填埋场设计计算中垃圾密度的取 值fJ.环境卫生丁程,1996(2:ll15.3zekkos D,B阳y J D,Kava蛆njian E,et

20、 a1.unit weight of Municipal S01id w舾tPJ.J5Ch朗Y M.zhan T L T,wei H Y。et a1.A面ng and Compre晡ibility of MunjcjPalsoljd W黜l黜【JJ.wasle M粕age.2009。29(1:8695.6J Burli“gal弛M J,Egin D.UIIit weigIlt Dete肌i腑tion 0fd6儿wa8te u8 iIlg snic DriJliIlg MetIl0(15【JJ.J Geotech(;eoenvir E“grg,2007,133(5:609_ 612.7Kav删n

21、jian E.W删e Mechanic8:Rerent Findin舻朋d U朋mwered QIle8-nonsMj.un8atumted soil.seepage,朋d EnVimnm蚰谢(;eotechIlic8.2(】06. 8Dixon N,Jones D R V.Engineeng PIDperties of Municjpal solid wte J.Geote甜GeomeIIlbe8,2005,23(3:205233.9Kava蛆njian E.Evaluatjon 0f Msw Propertius咄FieldMe聃哪en协 A.Pmc 17th GsI,GRI confer

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