一种生活垃圾填埋场日覆盖层的材料及使用方法

本发明属于填埋场环境保护的技术领域，具体涉及一种生活垃圾填埋场日覆盖层的材料及使用方法。

背景技术：

随着人口的快速增长，工业化和城市化进程的加速，我国城市生活垃圾年产量巨大，严重威胁人类的生存环境和身体健康。为实现垃圾的资源化、减量化和无害化，人们采用回收利用、卫生填埋、堆肥、焚烧等方式对其进行处理。由于填埋技术具有工艺简单、投资省、处理量大、运行费用低的优点得到了广泛的应用，是目前国内外对城市生活垃圾进行无害化处理最常用的方法之一。根据我国目前的经济状况和今后城市生活垃圾的发展趋势，在相当长的一段时间内，卫生填埋法仍将是我国城镇生活垃圾无害化处理的主要方式和主要处理手段。

目前垃圾卫生填埋场以粘土为主要的垃圾卫生填埋覆盖材料，但其受取土条件影响大、抗渗及密闭性较差、覆盖层厚度大、浪费库容且土壤资源越来越稀缺等因素，难以达到令人满意的程度。因此，垃圾填埋场新型覆盖材料的研究与开发势在必行。

此外，我国每年除产生大量的生活垃圾外，在其他行业也会产生大量的固体废弃物，如污水处理厂脱水污泥、矿山垃圾以及工业废渣等。粉煤灰是当前我国排放量较大的工业废渣之一，随着电力企业的发展，粉煤灰的排放量越来越多。到1995年粉煤灰排放量约为1.25亿吨，2000年达1.5亿吨，至2010年可达到3亿吨，2020年达到5.7亿吨，给我国经济建设和生态环境造成巨大的影响。如果大量的粉煤灰不予处理，将会产生扬尘，从而污染大气；若大量的粉煤灰排入水系将会造成河流淤塞，而其中有毒有害化学物质会对人体和动物的健康造成危害。因此，粉煤灰的综合利用，已经成为我国一项重要的技术经济政策。

若能通过研究和设计将这些易获取、低成本的物质用作垃圾填埋的日覆盖层，不仅能够实现废物的减量化和再利用，还可以节约土壤资源，减少垃圾填埋场运行成本。

技术实现要素：

发明目的：

本发明提出一种生活垃圾填埋场日覆盖层的材料，其目的在于提供一种生活垃圾填埋场日覆盖层的便捷替代材料，能够针对渗滤液的净化、加快微生物分解以及其他废弃物的利用等一系列问题发挥其作用，达到绿色可持续发展的目的。

技术方案：

一种生活垃圾填埋场日覆盖层的材料，该材料为填充混合料，由以下质量分数的成分组成：40％-50％的黏土，40％-55％的粉煤灰，和5％-10％的木屑。

本发明以黏土、工业废弃物粉煤灰和林木业废弃物木屑为主要材料，代替了传统的黏土作为中间覆盖层，实现了废物利用，节省了土壤资源。黏土中富含微生物，粉煤灰质地疏松，孔隙发达，气体传质速率增强，有助于材料养分的转化和微生物的活动，而木屑较大的比表面积更有利于改善细胞附着性能，对覆盖层孔隙中微生物有保护作用。因此三种材料混合使用，能够有效加快微生物的活动和相关化学反应。本发明混合料具有适宜的塑性和粘结力，防止了施工过程中的扬尘现象。

黏土为天然黏土，黄褐色，适宜含水量下有良好的可塑性和结合性，含水率为25％-30％，干密度为1.45-1.65g/cm³，ph值为6.8-7.5。

粉煤灰为电厂或热电厂生产过程中所排放的废弃粉煤灰，属于粗灰/灰黑色，含水率为0.3％-5％，ph值为8.5-9。

在垂直压力下，粉煤灰能有效与黏土结合，吸收多余水分，有效减小空隙水压力。具有纤维结构的木屑作为筋材，加强了颗粒之间的连接和整体性，可以有效增强覆盖材料的收缩性，一定程度上改善了覆盖材料的强度和稳定性，因此该材料具有良好的抗压能力。粉煤灰具有无塑性及内摩擦角大，粘结力小等性质，其主要是玻璃体，膨胀小，与黏土混合使用，材料的稳定性可以得到保障。

木屑为林木加工废弃物，晾晒后备用，ph值为4.2-6。

具有纤维结构的木屑作为筋材，加强了颗粒之间的连接和整体性，木屑中纤维状的物质有很多毛细管，表面积大，吸水率好，可以有效增强覆盖材料的收缩性，改善覆盖材料的强度和稳定性。因此三种材料组合得到的混合料具有可靠的强度和稳定性，良好的保水性，有利于维持填埋场内最优含水率，能使填埋场内部保持适宜的温度和湿度，防止干裂和上层滞水，并且可以降低渗滤液的排放。木屑纤维之间、纤维与土之间的拉结作用，能够使土颗粒更为牢固的贴合在一起。

渗滤液中的重金属含量高，是渗滤液处理的一大难题，污泥本身也含有一定含量的重金属，会进一步增加渗滤液重金属浓度。木屑主要成分是木质素、纤维素、果胶、蛋白质和其他酚类化合物，具有天然交换能力和吸附性能。对渗滤液中重金属有很好的去除效果，可起到原位削减渗滤液重金属排放浓度的作用。三种材料以一定比例最终形成的混合料呈弱碱性，有利于微生物的生长，加速有机物的分解，另外还可以在有效抑制苍蝇等吸附生物滋生的同时有效脱臭，抑制臭气的扩散。本发明混合料既有一定的防渗能力，又不会影响填埋场内部的反应，产生滞水。该混合料在承压强度等方面不亚于国家规定的砂质土、黏土所达到的要求，成本低，来源广泛，无需养护，制备周期很短。

生活垃圾填埋场日覆盖层材料的使用方法为：

步骤一：按所述质量分数要求，分别将黏土、粉煤灰和木屑搅拌5-10分钟，使之充分混合均匀，形成混合土填充混合料；

步骤二：将垃圾堆体表面初步整平，在整平的填埋垃圾堆体表面放置框格结构，从框格结构的中心圆孔处插钎杆进入垃圾堆体，直至钎杆上端的杆帽顶面与框格结构的顶面平齐，按此方法紧密设置多个框格结构，直至覆盖垃圾堆体的表面。

步骤三：将拌合好的填充混合料填入框格结构的格室中，整平填充混合料表面使其与框格结构的顶面平齐。

该生活垃圾填埋场日覆盖层材料在工作过程中，使用如下装置结构：

框格结构的外边缘轮廓由边缘隔板围成正六边形，该六边形的六个角与中心圆孔的外壁面设有径向隔板，相邻的径向隔板与边缘隔板形成三角形格室，框格结构的中心设有圆孔，用于插入钎杆，以由表面至内里的固定垃圾堆体，钎杆上端设有杆帽用于嵌入圆孔，下端设有椎尖用于快速穿入垃圾堆体，杆身下部设置略突起的横纹用于固定垃圾堆体。

有益效果：

1.本发明以黏土、工业废弃物粉煤灰和林木业废弃物木屑混合料代替传统的黏土，减少了黏土的使用量，实现了废物利用。

2.在垂直压力下，粉煤灰能有效与黏土结合，吸收多余水分，有效减小空隙水压力。具有纤维结构的木屑作为筋材，加强了颗粒之间的连接和整体性，可以有效增强覆盖材料的收缩性，一定程度上改善了覆盖材料的强度和稳定性，因此该材料具有良好的抗压能力。

3.粉煤灰具有无塑性及内摩擦角大，粘结力小等性质，其主要是玻璃体，膨胀小，与黏土混合使用，材料的稳定性可以得到保障；木屑纤维之间、纤维与土之间的拉结作用，能够使土颗粒更为牢固的贴合在一起。因此，三种材料组合得到的混合料具有适宜的塑性和粘结力，防止了施工过程中的扬尘现象。

4.渗滤液中的重金属含量高，是渗滤液处理的一大难题，木屑主要成分是木质素、纤维素、果胶、蛋白质和其他酚类化合物，具有天然交换能力和吸附性能。对渗滤液中重金属有很好的去除效果，可起到原位削减渗滤液重金属排放浓度的作用。

5.黏土土温变化慢，联络性好。粉煤灰质地疏松，孔隙发达，气体传质速率增强，有助于材料养分的转化和微生物的活动，同时，木屑中纤维状的物质有很多毛细管，表面积大，吸水率好，有利于改善细胞附着性能，对覆盖层孔隙中微生物有保护作用。因此三种材料组合得到的混合土，具有良好的保水性，有利于维持填埋场内最优含水率，能使填埋场内部保持适宜的温度和湿度，有利于微生物的生长，防止干裂和上层滞水，并且可以降低渗滤液的排放。

6.三种材料以一定比例最终形成的混合土材料呈弱碱性，有利于微生物的生长，加速有机物的分解，另外还可以在有效抑制苍蝇等吸附生物滋生的同时有效脱臭，抑制臭气的扩散。本发明混合料既有一定的防渗能力，又不会影响填埋场内部的反应，产生滞水。该混合料在承压强度等方面不亚于国家规定的砂质土、黏土所达到的要求，成本低，来源广泛，无需养护，制备周期很短。

附图说明：

图1为本发明框格结构的平面图；

图2为本发明框格结构的三维图；

图3为本发明钎杆的立面图；

图4为本发明钎杆与框格结构组合的三维图；

图5为本发明拼装后的三维图；

图中：1-框格结构、2-径向隔板、3-边缘隔板、4-圆孔、5-钎杆、6-杆帽、7-椎尖、8-横纹。

具体实施方式：

一种生活垃圾填埋场日覆盖层的材料，该材料为填充混合料，由以下质量分数的成分组成：40％-50％的黏土，40％-55％的粉煤灰，和5％-10％的木屑。

本发明以黏土、工业废弃物粉煤灰和林木业废弃物木屑为主要材料，代替了传统的黏土作为中间覆盖层，实现了废物利用，节省了土壤资源。黏土中富含微生物，粉煤灰质地疏松，孔隙发达，气体传质速率增强，有助于材料养分的转化和微生物的活动，而木屑较大的比表面积更有利于改善细胞附着性能，对覆盖层孔隙中微生物有保护作用。因此三种材料混合使用，能够有效加快微生物的活动和相关化学反应。本发明混合料具有适宜的塑性和粘结力，防止了施工过程中的扬尘现象。

黏土为天然黏土，黄褐色，适宜含水量下有良好的可塑性和结合性，含水率为25％-30％，干密度为1.45-1.65g/cm³，ph值为6.8-7.5。

粉煤灰为电厂或热电厂生产过程中所排放的废弃粉煤灰，属于粗灰/灰黑色，含水率为0.3％-5％，ph值为8.5-9。

在垂直压力下，粉煤灰能有效与黏土结合，吸收多余水分，有效减小空隙水压力。具有纤维结构的木屑作为筋材，加强了颗粒之间的连接和整体性，可以有效增强覆盖材料的收缩性，一定程度上改善了覆盖材料的强度和稳定性，因此该材料具有良好的抗压能力。粉煤灰具有无塑性及内摩擦角大，粘结力小等性质，其主要是玻璃体，膨胀小，与黏土混合使用，材料的稳定性可以得到保障。

木屑为林木加工废弃物，晾晒后备用，ph值为4.2-6。

具有纤维结构的木屑作为筋材，加强了颗粒之间的连接和整体性，木屑中纤维状的物质有很多毛细管，表面积大，吸水率好，可以有效增强覆盖材料的收缩性，改善覆盖材料的强度和稳定性。因此三种材料组合得到的混合料具有可靠的强度和稳定性，良好的保水性，有利于维持填埋场内最优含水率，能使填埋场内部保持适宜的温度和湿度，防止干裂和上层滞水，并且可以降低渗滤液的排放。木屑纤维之间、纤维与土之间的拉结作用，能够使土颗粒更为牢固的贴合在一起。

渗滤液中的重金属含量高，是渗滤液处理的一大难题，污泥本身也含有一定含量的重金属，会进一步增加渗滤液重金属浓度。木屑主要成分是木质素、纤维素、果胶、蛋白质和其他酚类化合物，具有天然交换能力和吸附性能。对渗滤液中重金属有很好的去除效果，可起到原位削减渗滤液重金属排放浓度的作用。三种材料以一定比例最终形成的混合料呈弱碱性，有利于微生物的生长，加速有机物的分解，另外还可以在有效抑制苍蝇等吸附生物滋生的同时有效脱臭，抑制臭气的扩散。该混合料在承压强度等方面不亚于国家规定的砂质土、黏土所达到的要求，成本低，来源广泛，无需养护，制备周期很短。

该生活垃圾填埋场日覆盖层材料在工作过程中，使用如下装置结构：

框格结构1的外边缘轮廓由边缘隔板3围成正六边形，该六边形的六个角与中心圆孔4的外壁面设有径向隔板2，相邻的径向隔板2与边缘隔板3形成三角形格室，框格结构1的中心设有圆孔4，用于插入钎杆5，以由表面至内里的固定垃圾堆体，钎杆5上端设有杆帽6用于嵌入圆孔4，下端设有椎尖7用于快速穿入垃圾堆体，杆身下部设置略突起的横纹8用于固定垃圾堆体。

实施例1

一种生活垃圾填埋场日覆盖层材料的组成成分及其质量百分数如下：40％的黏土，55％的粉煤灰，5％的木屑。黏土为天然黏土，黄褐色，适宜含水量下有良好的可塑性和结合性，含水率为25％，干密度为1.45g/cm³，ph值为6.8。粉煤灰为电厂或热电厂生产过程中所排放的废弃粉煤灰，属于粗灰，灰黑色，含水率为0.3％，ph值为8.5。木屑为林木加工废弃物。

实施例2

一种生活垃圾填埋场日覆盖层材料的组成成分及其质量百分数如下：40％的黏土，50％的粉煤灰，10％的木屑。黏土为天然黏土，黄褐色，适宜含水量下有良好的可塑性和结合性，含水率为30％，干密度为1.65g/cm³，ph值为7.5。粉煤灰为电厂或热电厂生产过程中所排放的废弃粉煤灰，属于粗灰，灰黑色，含水率为0.3％，ph值为8.5。木屑为林木加工废弃物。

实施例3

一种生活垃圾填埋场日覆盖层材料的组成成分及其质量百分数如下：45％的黏土，49％的粉煤灰，6％的木屑。黏土为天然黏土，黄褐色，适宜含水量下有良好的可塑性和结合性，含水率为30％，干密度为1.65g/cm³，ph值为7.5。粉煤灰为电厂或热电厂生产过程中所排放的废弃粉煤灰，属于粗灰，灰黑色，含水率为0.5％，ph值为9.0。木屑为林木加工废弃物。

实施例4

一种生活垃圾填埋场日覆盖层材料的组成成分及其质量百分数如下：45％的黏土，47％的粉煤灰，8％的木屑。黏土为天然黏土，黄褐色，适宜含水量下有良好的可塑性和结合性，含水率为28％，干密度为1.50g/cm³，ph值为7.1。粉煤灰为电厂或热电厂生产过程中所排放的废弃粉煤灰，属于粗灰，灰黑色，含水率为0.3％，ph值为8.5。木屑为林木加工废弃物。

实施例5

一种生活垃圾填埋场日覆盖层材料的组成成分及其质量百分数如下：50％的黏土，45％的粉煤灰，5％的木屑。黏土为天然黏土，黄褐色，适宜含水量下有良好的可塑性和结合性，含水率为27％，干密度为1.49g/cm³，ph值为7.2。粉煤灰为电厂或热电厂生产过程中所排放的废弃粉煤灰，属于粗灰，灰黑色，含水率为0.3％，ph值为8.5。木屑为林木加工废弃物。

实施例6

一种生活垃圾填埋场日覆盖层材料的组成成分及其质量百分数如下：50％的黏土，40％的粉煤灰，10％的木屑。黏土为天然黏土，黄褐色，适宜含水量下有良好的可塑性和结合性，含水率为30％，干密度为1.63g/cm³，ph值为6.9。粉煤灰为电厂或热电厂生产过程中所排放的废弃粉煤灰，属于粗灰，灰黑色，含水率为0.5％，ph值为9.0。木屑为林木加工废弃物。

实施例1-6的材料经过下述方法分别制成填充混合料，具体操作是：

步骤一：按所述质量分数要求，分别将黏土、粉煤灰和木屑搅拌5-10分钟，使之充分混合均匀，形成混合土填充混合料；

步骤二：将垃圾堆体表面初步整平，在整平的填埋垃圾堆体表面放置框格结构1，从框格结构1的中心圆孔4处插钎杆5进入垃圾堆体，直至钎杆5上端的杆帽6顶面与框格结构1的顶面平齐，按此方法紧密设置多个框格结构1，直至覆盖垃圾堆体的表面。

步骤三：将拌合好的填充混合料填入框格结构1的格室中，整平填充混合料表面使其与框格结构1的顶面平齐。

按照gb/t50123-2019土工试验方法标准开展含水率试验、无侧限抗压强度试验。试验结果如下：

表1不同配合比的混合土填充混合料实验数据

本实施例1-6通过调整天然黏土改性过程中各组分的配合比，配合特制加筋系统，得到一系列含水率不同、强度不一有差异的覆土材料。根据《生活垃圾卫生填埋处理技术规范》(gb50869-2013),实施例1-6均完全满足要求。除此之外，根据材料的物理化学性质可知，该混合土在渗滤液的净化、加快微生物分解等方面也具备一定的效应。

除此之外，根据材料的物理化学性质可知，该混合料在渗滤液的净化、加快微生物分解、降低填埋气对环境的污染等方面也具备一定的效应。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施实例的限制，上述实施实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。