一种渣库渗漏污水的库底地下集排与水封治理方法与流程

1.本发明涉及一种渣库渗漏污水的库底地下集排与水封治理方法,属于环境工程和水文地质技术领域。


背景技术：

2.垃圾填埋场、尾矿渣库及有害固体渣库等大多采用高密度土工膜构成的防渗系统作为阻止污染物外溢的屏障。土工膜用于渣库防渗具有抗化学腐蚀能力强和抗渗性能好的优势，但土工膜具有防穿刺能力较差的缺点，很容易因施工方法、机械操作和环境影响等发生破损，形成裂缝、孔洞和刮痕等缺陷，降低了土工膜的防渗效果，渣库渗滤液就会通过破裂位置下渗到周围土壤中，污染土壤和地下水，造成严重的后果。而且对于早期已施工完毕的渣库，往往存在底部防渗措施施工不规范的问题，导致其渗漏问题突出。由于防渗膜渗漏区域难以精确定位，难以实现对水平铺盖的定点修复，因此渣库渗漏治理代价极大。
3.为保证渣库的库容，垃圾填埋场、尾矿渣库及有害固体渣库大多建于天然沟谷内，而在岩溶地区，天然沟谷的地方一般岩溶较发育，为地下潜流排泄通道。渣库库底防渗系统破损后，有害废水会进入地下岩土体，顺地下水流动方向渗漏和扩散，深度大，分布广。现有工程案例常采取常规的抽取方式治理，但对岩溶地区，地下水为岩溶管道水与地下潜流水，很难以稀疏分布的抽水井联通大部分的岩溶管道水与地下潜流水，所以采用抽水井抽排拦截地下水的方案难以杜绝渗漏的污水下渗；也有工程案例采取收集已污染的地下水集中出露泉眼的处置方式，但是由于地下水运移过程中，岩体清水多渠道的大量补给，往往造成混流污水收集量巨大，运行处理难度及成本大大增加，环境风险突出；也有工程案例采用另选合适的堆渣场址，将渣体全部转移，额外增加了工程费用，也征占了土地资源。
4.针对垃圾填埋场、尾矿渣库及有害固体渣库因原有防渗体系破坏导致有害废水进入地下岩体，顺底部透水层渗漏导致地下水环境污染的问题，需采用一种更为合理的方法，利用地下流场形成水力降落漏斗，保证污水不外溢，并将污水有序引排至场外处理，解决地下水环境污染的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，提供一种渣库渗漏污水的库底地下集排与水封治理方法。利用地下流场形成水力降落漏斗，保证污水不外溢，并将污水有序引排至场外处理，解决地下水环境污染的问题。
6.本发明的技术方案：一种渣库渗漏污水的库底地下集排与水封治理方法，于渣库底部的透水层地下径流方向的下游区域设置排水隧洞，且排水隧洞的高程低于渣库区的天然枯期地下水位，顺排水隧洞洞身向上方设置不同倾角的排水孔，排水孔截断透水层形成多排排水孔幕，使渣库渗漏的污水通过排水孔汇集于排水隧洞，并自流或者抽排到地表污水处理站进行处理，通过排水隧洞对污水的引排，形成地下水向排水隧洞汇集的水力降落漏斗，降低渣库底部污水区的地下水水位，使其低于渣库周围清水区地下水水位，形成周边
地下水由清水区向渣库底部污水区汇流的稳定渗流场，产生人工渗流场清水对污水的水封效应，从而保证污水不外溢。
7.前述的渣库渗漏污水的库底地下集排与水封治理方法中，对于清水向污水的强渗流地段，在渣库堆渣体底部的排水隧洞下游侧设置灌浆隧洞，在灌浆隧洞内设置竖向防渗帷幕，竖向防渗帷幕按u型布置将渣库包围，并且竖向防渗帷幕底部及两端均穿过透水层接入底部的隔水层内，形成封闭的防渗帷幕体系，拦截控制清水补给水量。
8.前述的渣库渗漏污水的库底地下集排与水封治理方法中，于渣库的渣库初期坝两侧设置施工交通兼排水隧洞与灌浆隧洞及排水隧洞相接，其中，施工交通兼排水隧洞的底板高程应自排水隧洞向外逐渐降低，形成一定向下的纵坡。
9.前述的渣库渗漏污水的库底地下集排与水封治理方法中，排水隧洞的高程低于渣库区的天然枯期地下水位一定高度，顺排水隧洞洞身向上方不同角度设置多排排水孔，排水孔引出的污水汇集于排水隧洞内设置的污水集中引排管道，而排水孔引出的清水通过排水隧洞排出。
10.前述的渣库渗漏污水的库底地下集排与水封治理方法中，当透水层的垂直厚度大于80m时，需于透水层中部增设灌浆隧洞，上、下层灌浆隧洞应前后错开，上、下层竖向防渗帷幕采用搭接帷幕衔接。
11.前述的渣库渗漏污水的库底地下集排与水封治理方法中，灌浆隧洞距渣库底部距离应保证一定的安全距离。
12.前述的渣库渗漏污水的库底地下集排与水封治理方法中，防渗帷幕体系若采用全封闭帷幕，其顶部高程至汛期地下水位以上，底部高程至相对隔水层；若采用悬挂式帷幕，其顶部高程至汛期地下水位以上，底部深度可采用排水隧洞以下深入1倍帷幕内外最大水位差。
13.前述的渣库渗漏污水的库底地下集排与水封治理方法中，防渗帷幕体系灌浆施工时，应根据污水的物质成分采用相应抗侵蚀性灌浆材料。
14.前述的渣库渗漏污水的库底地下集排与水封治理方法中，所述排水隧洞以及灌浆隧洞施工应采用采用静力开挖方式，并设置通风、排烟设施。
15.前述的渣库渗漏污水的库底地下集排与水封治理方法中，所述排水隧洞设置过程中，可于勘察发现的污水集中渗漏区域布置支洞。
16.本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的渣库渗漏污水的库底地下集排与水封治理方法具有以下效果：（1）在渗漏渣库底部天然枯期地下水位以下设置了排水隧洞以及多排排水孔，形成对渗漏污水的拦截及引排，可降低渣库底部污水区的地下水水位，使其低于竖向防渗帷幕外侧清水区地下水水位，保证防渗帷幕外侧的清水水头高于防渗帷幕内侧的污水水头，于排水隧洞位置形成地下流场水力降落漏斗，巧妙利用外侧清水的水头压力自然形成水封效应，可以保证污水不外溢。
17.（2）通过对渣库库底污水的有效集排和地下流场水力降落漏斗水封效应，可以将全部污水拦截，并且在渣库底部设置了灌浆隧洞，在灌浆隧洞内施工竖向防渗帷幕，并将竖向防渗帷幕接入底部隔水层，形成封闭的防渗体系，竖向防渗帷幕的设置将地下污水和清水分割开来，可大大减小清水向降落漏斗的渗流量，避免污水、清水混杂，减少污水处理量，
如此，可以有效解决已建渣库渗漏问题处理不彻底导致的地下水环境污染、污水处理量大、费用高的问题。
18.（3）排水隧洞内设置有污水集中引排管道，对排水孔引排出来的污水进行收集引排至场外进行处理，而对排水孔引排出来的清水只将其引排至场外适当位置即可，这样，可以实现清污分开，减少污水处理量，降低处理费用。
19.（4）通过合理选择排水隧洞的出口高程，排水隧洞的底板高程自中间向外侧逐渐降低，形成一定向下的纵坡，保证汇集于排水隧洞的污水可以通过管道或者排水沟自流至场外污水处理站集中处理，尽量避免采用水泵抽排污水，可以大大降低运行期污水抽排费用。
20.综合而言，针对常规垃圾填埋场、尾矿渣库及有害固体渣库因原有防渗体系破坏导致有害废水进入地下岩体，顺底部透水层渗漏导致地下水环境污染的治理方案不能彻底解决污水外溢且工程成本较大的问题，本发明提供了一种渣库渗漏污水的库底地下集排与水封治理方法，于渣库底部地下水位以下设置排水隧洞，排水隧洞内向上方设置不同倾角的排水孔，形成污水引排孔幕，使污水汇集于排水隧洞，并自流或者抽排到地表污水处理站处理。通过排水隧洞对污水的引排，渣库底部地下水将形成一个地下水降落漏斗，污水区地下水位低于周边清水区地下水位，形成地下水由清水区向污水区汇流的渗流场，巧妙利用周边清水的水头压力的水封效应，保证污水不外溢。对于清水向污水的强渗流地段，设置地下灌浆隧洞，布置竖向防渗帷幕，减小清水渗流量，减小污水的收集引排水量，降低运行成本。
附图说明
21.图1为渣库渗漏污水的库底地下集排与水封治理结构典型剖面图；图2为渣库渗漏污水的库底地下集排与水封治理结构平面布置图；图3为图1的局部放大示意图。
22.附图标记：1-渣库堆渣体；2-隔水层；3-透水层；4-灌浆隧洞；5-竖向防渗帷幕；6-搭接帷幕；7-排水隧洞；8-排水孔；9-潜流流动方向；10-水力降落漏斗；11-渣库初期坝；12-施工交通兼排水隧洞；13-污水处理站， 14-污水集中引排管道。
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
24.本发明的实施例：对于建于沟谷地区或岩溶洼地的垃圾填埋场、尾矿渣库及有害固体渣库等渣库，其渣库堆渣体1底部一般存在隔水层2及透水层3，隔水层2起到阻水作用，地下水通过透水层3下渗。渣库堆渣体底部存在透水层3，周边地表水与地下水补给，使得沟谷内地下水较高，地下水在透水层3中径流较强。透水层3如果是岩溶地层，地表可能发育落水洞、泉水等。
25.当渣库原有的防渗体系因施工质量、堆填过程损伤，或者底部岩溶系统正负压作用、岩溶塌陷等原因导致局部破损渗漏时，原渣库内的渗滤液或者污水会下渗至渣库堆渣体1底部的透水层3内，与地下清水混合，沿原先的潜流流动方向9下渗，造成地下水环境污
染。
26.为解决该技术问题，故我方提出了一种渣库渗漏污水的库底地下集排与水封治理方法，在透水层3枯水期地下水位以下布置排水隧洞7，排水隧洞7距离渣库库底保证足够的安全厚度，排水隧洞7的高程低于渣库区天然枯期地下水位5～10m。排水隧洞7布置于渣库下方透水层3地下径流方向的下游区域，可于勘察发现的污水集中渗漏区域布置支洞。排水隧洞7中沿其长度方向向上布置不同角度的排水孔8，形成地下污水的引排的多排排水孔幕，排水孔8布置间距2～5m，排水孔8钻孔间距由地下裂隙、断层等结构面间距确定，保证污水不会穿过引排孔幕流向下游。污水通过排水孔8汇集于排水隧洞7，通过排水隧洞7自流到场外的污水处理站13集中处理，当排水隧洞7高程较低时，可根据实际情况增设抽排设施。该方法通过渣库底部排水隧洞7对其周边污水的引排，形成稳定的水力降落漏斗10，降低渣库底部污水区的地下水水位，使其低于防渗帷幕外侧清水区地下水水位，形成周边地下水由清水区向渣库底部污水区汇流的稳定渗流场，产生人工渗流场清水对污水的水封效应，可以保证污水不外溢。
27.排水隧洞7内设置有污水集中引排管道14，对排水孔8引排出来的污水进行收集引排至场外的污水处理站13进行处理，而对排水孔8引排出来的清水只将其引排至场外适当位置即可，这样，可以实现清污分开，减少污水处理量，降低处理费用。
28.对周边清水区向污水区渗流较强烈区域，于渣库堆渣体1底部的排水隧洞7下游10～15m设置灌浆隧洞4，为避免因灌浆隧洞4的施工导致渣库底部塌陷，灌浆隧洞4距渣库底部距离不宜小于15m。在灌浆隧洞4内设置竖向防渗帷幕5，竖向防渗帷幕5按u型布置将渣库包围，并且竖向防渗帷幕5底部及两端均穿过透水层3接入底部隔水层2内，形成封闭的防渗帷幕体系，可大大减小清水向降落漏斗的渗流量，减小污水的抽排及处理量。
29.当透水层3的垂直厚度大于80m时，为保证竖向防渗帷幕5施工质量及防渗效果，需于透水层3中部增设灌浆隧洞4，上、下层灌浆隧洞4应前后错开，上、下层竖向防渗帷幕5采用搭接帷幕6衔接，保证防渗帷幕的整体及防渗效果。
30.防渗帷幕若为全封闭帷幕，则其顶部高程至汛期地下水位以上，底部高程至相对隔水层；若为悬挂式帷幕，则其顶部高程至汛期地下水位以上，底部深度可采用排水隧洞以下深入1倍帷幕内外最大水位差，以延长渗径减少流量。
31.防渗帷幕灌浆施工过程中，应根据污水的物质成分采用相应抗侵蚀性灌浆材料，以保证防渗帷幕的防渗效果及耐久性。
32.为避免隧洞爆破施工对渣库原防渗体系造成破坏，位于渣库底部的排水隧洞7以及灌浆隧洞4施工应采用非爆破开挖方式，即采用静力开挖方式进行开挖，并合理考虑隧洞的通风、排烟以保证施工安全。
33.为便于施工，于渣库初期坝11两侧设置施工交通兼排水隧洞12与灌浆隧洞4及排水隧洞7相接，其中，施工交通兼排水隧洞12的底板高程应自排水隧洞7向外逐渐降低，形成一定向下的纵坡，保证排水隧洞7的污水可以通过管道或者排水沟自流至场外污水处理站13集中处理，尽量避免采用水泵抽排，降低运行费用。
34.本发明的方法适用于垃圾填埋场、尾矿渣库、有害固体渣库等有害渗滤液渗漏的库底下方地下污水收集引排，降低了库下方污水区的地下水位，使得周边清水地下水位高于污水区地下水位，形成周边清水向污水区的渗流场，达到水封污水，污水不外溢的污水控
制目的。
35.本技术方案对非岩溶地区的垃圾填埋场、尾矿渣库及有害固体渣库等渣库的渗漏治理同样适用。
36.对于因场址受限布置于岩溶、沟谷地带的新建渣库，在新库建设前，可以先查明库下地下水含水层、隔水层分布、地下水位、地下水流向，预设本技术方案系统，对新建渣库形成“水平防渗 水封防渗”双保险，确保污水不外溢，避免当渣库原有的水平防渗体系因施工质量、堆填过程损伤，或者底部岩溶系统正负压作用、岩溶塌陷等原因导致局部破损渗漏时造成的地下水环境污染。