用潛埋式逆流池盛裝瀝濾液的系統和方法

2023-05-24 11:44:16 2

專利名稱：用潛埋式逆流池盛裝瀝濾液的系統和方法
技術領域：
本發明的目的是要可靠和經濟地盛裝和回收廢物管理單元產生的瀝濾液。此發明可用於任何一種產生瀝濾液的新的廢物管理單元(如填築坑、廢物池、廢物堆、土壤堆、廢物處理場)的建造和運行。以下將用名詞「填築坑」來表示這些廢物管理單元而不再重複其它名詞。
背景技術：
由於廢物中存有的液體和滲入廢物中的雨水，填築坑會產生瀝濾液。如對其不加以適當盛裝，瀝濾液就會汙染填築坑下面的地下水，而受汙染的地下水流向遠方，從而汙染更大範圍的地下區域。絕大多數早期的填築坑不具備能適當盛裝瀝濾液的特性，從而對地下水造成汙染。自二十世紀七十年代末期以來，聯邦法規和州法規要求填築坑具備底部襯墊以便將瀝濾液的釋放降至最低。底部襯墊是一種不滲透或低滲透性材料，它覆蓋在填築坑的整個底部面積上。為了適當地盛裝瀝濾液，應移去積聚在底部襯墊上的瀝濾。因此，底部襯墊幾乎總是具有瀝濾液回收特性。隨著時間的推移，法規變得更為嚴歷，要求有多層襯墊和瀝濾液回收特性。在

圖1中所示的是現代填築要求的典型底部襯墊系統，它包括置於廢物層50下面的下述部分泥土層51-這是一緩衝層，用以在放置廢物過程中防護下面的底部襯墊部件免受土工設備的破壞。
土工織物層52-土工織物是一種由合成聚合纖維製成用於建築場合的織物。此處所用的土工織物層52將上面覆蓋的泥土層與下面的砂層分開，同時允許液體流過。
第一砂/管道層53-此層用於移走積聚在第一柔性薄膜襯墊(FML)層54上的瀝濾液。因此，此層稱作LCRS(瀝濾液收集和回收系統)，並由可滲透材料和排水管道構成。
第一FML層54-這是第一FML層。FML是一種聚合薄膜，且幾乎是不滲透的，從而形成一層良好的液流阻擋層。應用FML層來盛裝液體是非常普遍的。
第二砂/管道層55-此層用於移走通過第一FML層滲漏而積聚在第二FML層56上的瀝濾液。此層稱作LDRS(瀝濾液探測和回收系統)，與LCRS十分相似。
第二FML層56-這是第二FML阻擋層，用於盛裝通過第一FML層54滲漏的液體。
粘土層57-此層為第三阻擋層，用於減少通過第二FML層56滲漏的瀝濾液，如圖1所示，結合在一起的FML層和粘土層通常被稱為複合襯墊。
完整的柔性薄膜襯墊(FMLs)具有良好的液體盛裝性能。但是，使用中的FMLs會有一些在生產或現場安裝過程中形成的缺陷(如洞、撕扯、裂縫、開口接縫等)。瀝濾液能通過這些缺陷滲漏。在圖1所示的系統中，第二FML層56和第二砂/管道層55(即LDRS)用於盛裝通過第一FML層54滲漏的瀝濾液。由於粘土具有低滲透性，第二FML層56下的粘土層57可減少通過第二FML層56中缺陷滲漏的瀝濾液。圖1的底部襯墊系統由雙層襯墊和雙層瀝濾液回收層構成。根據要求的防護水平，底部襯墊系統可有單層襯墊和單層瀝濾液回收層、三層襯墊和三層瀝濾液回收層或其它方案。
如圖2所示，傳統的底部襯墊系統60安裝在填築坑廢物50的底部，並遠遠高於地下水位以保護地下水。在此布置中，不論提供的防護水平如何，積聚在襯墊上的瀝濾液都具有如瀝濾液流動方向箭頭62所示的向下流動的傾向。大部分瀝濾液被抽取輸送到瀝濾液處理裝置5中。
與此發明有關的其它現有技術包括下述阻擋壁-阻擋壁是任何一種低滲透性、豎直安裝的壁，用以切斷受汙染地下水的水平流動。阻擋壁的類型有泥土-膨潤土溝道壁、振動杆壁、板樁壁和薄膜壁。它們已被用於盛裝來自舊廢物場或洩漏場的受汙染的地下水。阻擋壁常常與溝道排水或一組用於回收阻擋壁包圍區域中的受汙染的地下水的井一起使用。
暗溝-暗溝是放置於土質材料(如泥土、巖石、礦石堆、尾材)之下的可滲透材料及管道，用以回收流過土質材料的液體。假如暗溝安裝在底部襯墊上，則它與底部襯墊系統中的砂土/管道層53相似。如果暗溝不與底部襯墊一起使用，則不能制止液體向下滲漏；而只能回收部分液體。
溝道排水-溝道排水通常用於降低水位或回收地下水。典型的結構包括在水位下延伸的一條狹窄溝道，一條安裝在溝道底部的排水管道，填充溝道的礫石或其它可滲透材料，以及包圍著礫石以將周圍的泥土與堵塞礫石分開的土工織物。

發明內容
包括可滲透材料和排水管用於各種實施例的排水池潛埋在填築坑下面的最高地質單元的水位以下。此潛埋式排水池作為填築坑的關鍵部分以盛裝和回收瀝濾液。瀝濾液可自由流入排水池，並與排水池中的地下水相混合。然後，此瀝濾液和地下水的混合液通過排水池中的排水管流至收集池。收集池內的混合液被泵出以便進行處理。自然水文地質條件、人工阻擋物及各種水平的控制特性結合在一起引發一種向著排水池的逆流狀態。逆流狀態指周圍區域的水流向排水池的流動，即瀝濾液的流動方向與底部襯墊系統中的相反，在底部襯墊系統中流動方向是從填築坑流向周圍區域的。逆流狀態通過自然或人工阻擋物引發以便將水流量降至最低。排水池的潛埋及逆流狀態的引發，同時將廢物放置在地下水以上，能可靠和經濟地盛裝瀝濾液。
本發明的第一實施例是指一種廢物處理場中盛裝和回收瀝濾液的方法和裝置，此廢物處理場基本是平的，且具有諸如滯水層(天然沉積物)、粘土層(建造的屏障)、或合成層(如FML層)的低滲透率材料的底部阻擋層。排水池被安全地包含在由一個底部阻擋層和伸入底部阻擋層的周邊阻擋壁構成的盛裝區域內。瀝濾液和地下水可在排水池內混合。在由周圍區域(即壁外側的最高蓄水地質部分和排水池之下的區域)向著排水池的方向引發了一種流型。此流型是通過從排水池收集和移走混合液以便將排水池中瀝濾液液面降低至低於壁外側地下水水位和低於排水池下的水平壓面而引發的。排水池用土質材料覆蓋到地下水水位以上。廢物被放置在土質材料的頂部，從而所有(或基本所有)廢物位於地下水水位以上。這樣，當填築坑被封蓋且廢物被永久覆蓋時，由廢物和地下水接觸產生的瀝濾液被降至最少。
按照本發明的最佳實施例，廢物處理場具有一層相當接近表面的最高滯水層。例如，廢物處理場可具有一層最高滯水層，或一層以一層最高滯水層為底層的最高非滯水層。此實施例中，底部阻擋層選為最高滯水層，而周圍阻擋壁則伸入最高滯水層並與之一起圍住潛埋式排水池，並一起限定盛裝區域。最高滯水層可較厚，並可有一含水底層。
按照本發明的另一實施例，本發明可用於廢物處理場為一山谷的情況。按照此實施例的方法，溝道排水道網絡安裝成伸到山谷底的地下水水位以下以及山谷斜坡的較低部分。覆蓋並連接到溝道排水道系統的覆蓋層排水道伸至斜坡的上部。這些溝道排水道及覆蓋層排水道共同形成一個排水池。盛裝區域由地形脊背上的地下水脊、山谷底下向上的地下水流、以及橫越填築坑佔據的山谷底的最低部分的阻擋壁所限定。沿著斜坡的最高部分安裝了充水溝道用以引入乾淨水以將水的水平面保持在山脊上。這種高的水的水平面甚至在乾旱季節也能保持山谷底之下的向上流型。地下水和瀝濾液的混合流主要從覆蓋層排水道得到回收，而其餘的從溝道排水道回收。更具體地講，沿著從周圍區域向著山谷底上的排水池的方向的流型的引發是通過有選擇地(a)從排水管中移走混合液以降低排水池中的瀝濾液液面；(b)將水加入至山谷底部充水溝道以升高阻擋壁外側鄰近的地下水水位；和(c)將水加入至山脊充水溝道以增高山谷斜坡頂部處的地下水水位。實現這三個步驟使排水池中的瀝濾液液面低於沿著盛裝區域邊界的地下水水位(或水平壓面)，該盛裝區域邊界由阻擋壁、受向上流型影響的山谷底、及在地形脊背上的地下水脊構成。
應理解到前述一般說明及下述詳細說明都只是舉例性的，而不是對本發明的限制。
附圖概述通過下述結合附圖的詳細說明，可很好地了解本發明。需強調的是，按慣例，圖中的各種特徵都不是按比例的。相反，為清楚起，各種特徵的尺寸都是任意擴大或縮小的。附圖中圖1是已知的盛裝瀝濾液的底部襯墊系統的橫截面圖；圖2是表示圖1所示已知底部襯墊系統位置的側視圖；圖3是本發明提出的瀝濾液盛裝系統的頂視圖；圖4是圖3所示系統的側視圖；圖5是使用本發明的覆蓋層排水系統的橫截面圖；圖6A是使用本發明的溝道排水系統的橫截面圖；圖6B是圖6A所示溝道排水道中兩條溝道排水道的放大視圖；圖7是使用本發明的組合式覆蓋層排水和溝道排水系統的橫截面圖；圖8是圖5所示系統中的排水管及圖6A和圖7所示溝道排水道的典型布置的頂視圖；圖9是本發明提出的在一含水層/滯水層設置中的系統的橫截面圖；圖10是本發明提出的在一滯水層/含水層設置中的系統的橫截面圖；圖11A是一個山谷的透視圖，在山谷中可應用本發明第二實施例提出的系統；圖11B是一個山谷及本發明第二實施例提出的溝道排水道系統的透視圖；圖12是本發明第二實施例提出的系統的橫截面圖；圖13是圖12所示實施例相對圖12轉動90度並位於山谷底填築坑工地的最低邊緣處的橫截面圖；圖14是本發明一個最佳實施例的橫截面圖；圖15是本發明另一最佳實施例的橫截面圖；圖16是本發明又另一最佳實施例的橫截面圖；圖17是本發明又另一最佳實施例的頂視圖。
發明的詳細說明典型實施例現請參看附圖，其中相同的標號在全部附圖中始終表示相同的部分。圖3表示此發明的一種典型布置，而圖4表示一個典型的剖面。阻擋壁1包圍其上放置著廢物50的填築坑。潛埋式排水池2安裝在填築坑的整個面積之下。來自填築坑的瀝濾液流至排水池2，然後流至收集池3。瀝濾液從收集池3通過瀝濾液管線4被泵抽至瀝濾液處理裝置5。
本發明的實施例與當地水文地質條件有關。圖4表示了一個填築坑典型實施剖面，它以一個蓄水地質單元6，一層滯水層10和一層含水層11為基礎。此處應用的名詞「蓄水地質單元」、「滯水層」和「含水層」與它們通常應用的意義相符。具體講，含水層定義成能經濟地產生大量井水的地表下區域，其滲透率通常為1×10-4cm/sec的量級或更高。另一方面，滯水層則是通常不能提供充足供水的地表下區域，其滲透率通常為1×10-5cm/sec的量級或更低。當然，本技術領域的技術人員能認識到，這些名詞都是相對的，其滲透率的具體值與當地的地質條件有關。應用本發明的廢物處理場具有的地下水水位位於最高的蓄水地質單元中，它可以是一層最高滯水層或一層最高非滯水層(即任另一種層)。當最高蓄水地質單元是一層非滯水層時，則此非滯水單元最好應由一層最高滯水層作為基礎，且最好在其下相距不太遠。不然，要將阻擋壁伸展至最高滯水層深度就需花費很大。當在一個合理的深度內不存在滯水層時，可採用低滲透性泥土構造一層阻擋層以代替滯水層，作為底部阻擋層，周邊阻擋壁則伸入其中。這種情況下底部阻擋層的厚度最好在0.5到1米之間。
在圖4所示的典型設置中，含水層11中的水平壓面略高於或接近最高蓄水區6中的水位(即地下水水位)。阻擋壁1包圍整個填築場，並楔入滯水層10，以便將排水池2與周圍環境隔開，限定盛裝區域。排水池2緊挨填築坑的整個底部之下而安裝，並位於最高地質單元6中的水位24以下。廢物層50區域內產生的瀝濾液由於重力向下流向排水池，如流動分量7所示，並與排水池中的地下水混合。瀝濾液和地下水的混合液流至收集池3。將瀝濾液和地下水的混合液泵出收集池3，使排水池中的瀝濾液液面降低至低於阻擋壁外側的水位和含水層11中的水平壓面。結果，所有周圍區域的水流向排水池，產生了逆流狀態。阻擋壁外側的地下水通過阻擋壁1流向排水池，如流動分量8所示。含水層11中的地下水則通過滯水層10向上流向排水池，如流動分量9所示。低滲透性的阻擋壁1和滯水層10可減少要求處理的流量，並在電源或泵暫時失效時，阻止瀝濾液釋放進入周圍區域。
排水池結構排水池可根據最高地質單元的滲透率應用三種最佳實施例之一的方法加以建造對高滲透性單元應用覆蓋層排水方法，對中等滲透性單元應用溝道排水方法，而對低滲透性單元應用組合式方法。對所有這三種方法，排水池按下述步驟建造在池的底部設置穿孔排水管以收集地下水/瀝濾液混合液；將各排水管連接至收集總管；將混合液通過排水管和收集總管從池中泵出。
圖5展示了覆蓋層排水道方法。覆蓋層排水道是一層覆蓋緊貼填築坑下表面的整個區域的滲透性材料(乾淨的粗砂或礫石)層。當最高地質單元包含一層滲透性十分好的材料(水平滲透率在10-2cm/sec的量級或更高)時，可應用此方法。地層材料用作覆蓋層排水道12。覆蓋層排水道的厚度最好為0.6米或更厚。若干穿孔的排水管道13埋入在覆蓋層排水道12中，並通過收集總管15與收集池3相連接。優選的管道間隔，對粗砂為50米，而對乾淨礫石為100米。覆蓋層排水道應用一層土工織物層14覆蓋以阻止被細小顆粒所阻塞。
圖6A表示溝道排水方法。當最高地質單元為中等可滲透(帶有一些細顆粒泥土的砂子或礫石，其水平滲透率為10-3～10-4cm/sec的量級)時，可應用此方法。在將現場挖掘至要求水平16後，安裝若干溝道排水道17。如圖6B詳細地所示，一條溝道排水道由溝道19、礫石填料20、包裹礫石的土工織物14、以及放置在溝道底部附近的穿孔排水管13構成。典型的溝道深度為0.6至1.2米，而典型的溝道寬度為0.6米。根據地層地質材料滲透率的不同，溝道排水道的隔域通常為30至60米以防止建立於相鄰溝道之間的瀝濾液液面21高於含水層11中的水平壓面。對滲透率較低的材料，可採用較小的間隔。溝道排水道中的排水管13通過收集總管15與收集池3相連接。溝道排水道可用所挖掘的材料18覆蓋。
圖7表示組合式方法，它由若干用覆蓋層排水道12覆蓋的溝道排水道17構成。當最高地質單元的滲透性不夠時(水平滲透率為10-5cm/sec或更低)，可應用此方法。覆蓋層排水道用移入的諸如粗砂或礫石的可滲透材料建成。為節省移入材料的成本，此覆蓋層排水道當其與每一溝道排水道結合時，可建成帶狀以形成一個T形。溝道排水道中的排水管道通過收集總管15與收集池3相連。
溝道排水道或覆蓋層排水道中的穿孔排水管應至少在最高地質單元6的季節性低水位和諸如較低的含水層11的低於排水池的地質層的水平壓面的1米以下。此浸沒深度可根據當地水文地質條件加以調節。排水管的直徑應大於10cm以使水得以自由流過。排水管材料應為HDPE(高密度聚乙烯)或能抗瀝濾液降解的相似材料。此外，排水管還應有足夠的厚度。某些管道應具有大至30cm的較大直徑，並裝備有為使用清潔工具而設置的清理口。
圖8為溝道排水道或覆蓋層排水道中排水管的典型布置。平行排水道22A按相等的間距鋪設。除收集總管15外，這些平行管道應由橫向排水道22B於每100至200米處加以連接。當部分平行排水道萬一由於堵塞、擠壓或接頭分開等失效時，這些橫向道提供旁通流通路徑。
安置好池之後，應用足夠厚的土質材料覆蓋池，以便使大部分，最好是全部廢物能至少放置在最高地質單元中的初始水位的1米以上。這一隔層是為了在封閉的填築坑不再產生瀝濾液時，終止將排水池中的水抽走並處理。覆蓋材料不應阻塞瀝濾液至排水池的自由流動。在圖5和6中，最高地質單元有足夠的滲透性，因而能用於覆蓋池。在圖7中，最高地質單元沒有充分的滲透性，因而要求有覆蓋層排水道以便使瀝濾液得以自由流至溝道排水道中的排水管。
所有安裝在排水池內的排水管均與收集池相連，使瀝濾液/地下水混合液得以從排水池流到收集池。瀝濾液/地下水混合液從收集池中泵出以進行處理。抽走收集池中的混合液會降低其液面，引起自排水池向收集池的流動，降低排水池中的瀝濾液液面，並繼而引發從周圍區域向排水區域的流動。排水池中的這種運行也阻止了瀝濾液在填築坑下面築堤，如圖6B中的下降的水位21所示。由於池中的排水管是潛埋的，因而不要求它們具有正斜度以使水能自由流動。
產生逆流狀態的典型方法逆流狀態是利用現場水文地質條件通過控制水位或水流方向而產生的。因此，此發明的優選實施例與現場水文地質條件有關。
含水層/滯水層設置-圖9表示了本發明一個工地的優選實施例，此工地以蓄水地質單元6(此時為一層含水層11A)、滯水層10和另一含水層11B為基礎。在此設置中，含水層11B中的水平壓面一般略高於或接近最高蓄水區6中的水位24。阻擋壁1包圍整個填築坑，並楔入滯水層10，限定了盛裝區域。排水池2安裝在最高地質單元6的水位24及含水層11B的水平壓面25以下。流動分量7表示瀝濾液從廢物(未示出，但類似於圖4中所示的廢物50)流向排水池。瀝濾液和地下水混合液被引向收集池3。將瀝濾液和地下水混合液從收集池3中泵走，使排水池中的瀝濾液液面降低至由23表示的水平。由此引起阻擋壁外側的地下水通過阻擋壁1流至排水池(流動分量8)，而含水層11B中的地下水則向上通過滯水層10流至排水池(流動分量9)。結果，所有周圍區域的地下水流向排水池。低滲透率的阻擋壁1和滯水層10減少需經處理的水量，維持逆流狀態，並在泵發生故障或地下水位24顯著下降的情況下阻止瀝濾液向盛裝區外釋放。此實施例的施工步驟包括場地表面準備；安置阻擋壁以包圍填築坑；將排水池區域挖掘至水位以下；用覆蓋層排水方法或溝道排水方法安裝排水池；安裝收集池/泵和管線；並將最高地質單元6回填至季節性高水位以上。在運行中，廢物(未示出)被放置在回填區域的頂部，這樣，所有廢物都處於季節性高水位之上。
滯水層/含水層設置-圖10表示了本發明一個工地的優選實施例，在此工地中的最高蓄水地質單元6為一層滯水層10，緊跟此滯水層10之下的為一層含水層11。在此設置中，含水層11的水平壓面25常常略低於或接近最高蓄水單元6的水位24。最好將阻擋壁伸展至滯水層10內排水池2底部至少2米以下。排水池2則安置在最高地質單元6內的水位24及含水層11的水平壓面25之下。流動分量7是瀝濾液從廢物(未示出)至排水池的流動。瀝濾液和地下水的混合液被引至收集池3。將瀝濾液和地下水的混合液從收集池3中泵走，會使排水池中的瀝濾液液面降低至如23表示的瀝濾液液面。由此引起阻擋壁外側的地下水通過或環繞阻擋壁1流向排水池(流動分量8)，而含水層11中的地下水則向上通過滯水層10流至排水池(流動分量9)。結果，所有周圍區域的地下水流向排水池。低滲透率的阻擋壁1和滯水層10可減少需經處理的水量，維持逆流狀態，並阻止瀝濾液從盛裝區向外釋放。此實施例的施工步驟包括場地表面準備；安置阻擋壁以包圍填築坑；將排水池區域挖掘至水位以下；應用組合式方法安裝排水池；以及安裝收集池/泵和管線。在運行中，廢物(未示出)放置在排水池的覆蓋層排水區域之上，這樣，所有廢物都將處於季節性高水位之上。
山谷填築設置-在丘陵地區，填築坑常常建造成一個山谷填築。如果山谷和周圍的丘陵是以低滲透性材料為基礎、水位26(即地下水水位)相對較淺、且山谷由盈水河48加以排水(即地下水流入河流中)，此發明可應用於圖11A說明的此種設置。地下水脊27形成瀝濾液橫向流動的天然屏障。地下水從脊流至山谷底40，且地下水水位26隨位置不同而不同。具體講，地下水水位26通常仿效山谷斜坡41A和41B的輪廓。河流底部之下的地下水向上流動，然後被河流排走。此流型可由地下水流線28加以說明。在填築坑運轉期間及其之後，通過維持此流型(盈水河的特徵)，應用本發明的排水池及逆流方法，可盛裝瀝濾液。如果流型能人為地改造成盈水河的流型，此發明也可應用於迷失河(河流水向下流入地表下面的區域中)。
圖11B是一個山谷的透視圖，山谷中包含了本發明的系統。更具體地，地下水脊27A和27B將所有瀝濾液都引導流向山谷的內部。從這些地下水脊，山谷向下傾斜至通常河流48沿著蜿蜒流動的山谷底部45。山谷底部45是沿著山谷底最低部分的中心線。本發明涉及在山谷底40設置若干條溝道排水道17，其中至少包含一條沿山谷底部45設置的底部溝道排水道43，它在圖11B中表示成一條中心線。如圖12更詳細地表示，這些溝道排水道由覆蓋層排水道12加以覆蓋。需著重指出的是，只要可能，溝道排水道應該延伸至一個位於地下水水位以下的位置。設置了阻擋壁1，它向下伸入低滲透性的地質單元，並越過山谷底40伸向或進入每一山谷斜坡，至一個在盛裝區域46中足以盛裝由於廢物與水接觸而產生的瀝濾液的位置。該技術領域的技術人員能容易地根據地下水水位26、流線28及其它當地水文地質條件來確定阻擋壁必須有多長。在阻擋壁1的內側鄰近處設置了一條阻擋型溝道排水道17。與前述相同，在每條溝道排水道內設置了管道。在阻擋壁1的外側鄰近處設置了一條山谷底部充水溝道29C。此外，山脊處的充水溝道29A和29B則分別設置在每一山谷斜坡頂部的地下水脊27A和27B的內側。
圖12是圖11所示的優選實施例的剖面圖。與在滯水層的情況一樣，排水池是用組合式方法布置的。最好是，至少將部分山谷底部，包括山谷底部在內，挖掘至河水水位(它是在此位置上的地下水位)之下至少2米，且山谷斜坡41A和41B的較低部分也挖掘至與地下水位相交。山谷斜坡較低部分的挖掘範圍除其它因素外，還與地下水流型有關。在此挖掘的坑道中安裝有一條覆蓋層排水道12及若干條溝道排水道17。為保持山谷底之下的向上流動9，瀝濾液不應積聚在山谷底上。覆蓋層排水道12攔截瀝濾液的流動7，並將其引至溝道排水道17，使瀝濾液不至積聚。山脊處的充水溝道29A和29B沿著山脊或填築坑的邊界(即分別在山谷斜坡41A和41B的頂部)設置以幫助維持地下水脊。山脊充水溝道29A和29B與溝道排水道17相似，但用於將水引入溝道而不是用於排水。
沿著山谷斜坡4A和41B，部分覆蓋層排水道位於水位以上，不能百分之百地回收瀝濾液。結果，部分瀝濾液將到達淺層地下水位，並混入至地下水中。此地下水流至山谷底部45(流動分量8)並被收集在溝道排水道43和溝道排水道17中。這就是為何溝道排水道17應伸展至原始地下水位以下的原因。當水位下降時，清潔水(經處理的瀝濾液或泵出至山谷外側的地下水)可引入充水溝道29A和29B中，以保持地下水脊27成為一個屏障，並迫使水從水脊27流向山谷底部45。由於填築坑底部為低滲透率材料，因而充水所需的流量不大。如圖13所示，阻擋壁1橫越部分山谷底40而設置，以便在填築坑的最低邊緣建立逆流狀態。阻擋性溝道排水道17維持阻擋壁1內側的水位23低於阻擋壁外側的水位24。山谷底充水溝道29C也可用於維持阻擋壁外側的水位24高於阻擋壁內側的水位23。這建立了在填築坑最低邊緣處要求的逆流狀態8。
如在第一實施例中一樣，在排水池上堆放高度在地下水位之上的土質材料，廢物則放置在土質材料的頂部，從而所有或基本上所有的廢物都放置在地下水位之上。
本發明系統可用於具有一個或2個(或多個)山谷斜坡及具有一個或兩個(或多個)沿山谷底的最低(下降梯度最大)邊緣的山谷。只需將此系統構造成這樣，即沿最低邊緣的所有點都被阻擋壁封閉，且阻擋壁延伸至這樣的一個位置，從而使得從填築坑流出的瀝濾液能被截取。此處使用的名詞「山谷」是指所有這些組合，雖然通常稱只有一個斜坡的情況為「斜坡填築」。
本發明的系統和方法可用於初始為具有初始表面水平面的淺水體的區域。在此實施例中，由於填築，地表面升高於水平面之上，而初始表面水位則成為地下水位。同前述，排水池安置在此地下水位之下。
建立逆流狀態的特殊方法為建立逆流狀態，可通過從排水池中移走瀝濾液，降低阻擋壁內側的水平面。天然地質條件對安裝排水池和建立逆流狀態通常是不理想的。另外，在長時間運轉期間，不尋常的氣候條件也會干擾工地的地質水文條件。在這些情況下，可採用附加裝置來建立逆流狀態。
充水阻擋壁-為保持最高地質單元內的逆流狀態，阻擋壁外側的水平面應高於阻擋壁內側的水平面。此狀態通常通過降低排水池中的瀝濾液液面來建立。當最高地質單元中的水層太薄以致不能將排水池安裝在水位的足夠深度以下，則逆流狀態不能完全通過將瀝濾液從排水池中移走而加以建立。這時，可如圖14所示地，通過提高阻擋壁外側的水平面以建立逆流狀態。在第一周邊阻擋壁1A的徑向外側圍繞填築坑安裝了第二周邊阻擋壁1B以限定充水溝道29。根據這一實施例，兩壁內側的充水溝道29中的水平面30可通過按要求將乾淨水從水源47引入至充水溝道29而使之保持高於盛裝區域中的水平面23A，從而建立逆流狀態8。結合來自含水層11的流動分量9，此逆流狀態將排水池中的瀝濾液液面提高至23B，使瀝濾液和地下水的混合液得以回收。對於潛埋式的排水池，在正常運行期間，阻擋壁外側的水平面會由於乾旱或其它水文地質變化而出乎意料的大大下降。這時，可應用此方法重新建立逆流狀態。作為一個臨時措施，可單獨應用充水溝道29。但是單獨應用充水溝道將要求從水源47充入更多的乾淨水，以作為對省去第二阻擋壁花費的回報。
引射井-圖15描繪了引射井方法。當含水層11中的水平壓面的高度不足以引發逆流9時，可應用引射井來提高含水層11中的水平壓面。在此方法中，水源47中的乾淨水是通過引射井31引射至含水層11的。初始的水平壓面25被提高至新的水平25B。為維持含水層11內的此高度的水平壓面，阻擋壁1應完全穿入含水層11，並楔入含水層11之下的第二滯水層10B，含水層11位於最高滯水層10A之下。這樣，引射井方法不能用於這樣的工地，因為在這種工地中第二滯水層10B太深，以致不能經濟地安裝阻擋壁。
真空抽吸-引發逆流狀態的另一方法是如圖16所示的對排水池施加真空。當阻擋壁外側的水平面和含水層11中的水平壓面均下降很多以致不能維持逆流狀態時可應用此方法。這時，通過真空抽吸降低排水池中的壓力能建立逆流狀態。大型真空泵32與收集池3相連接以降低作用在排水池中液面上的大氣壓力。排水池中的初始水平面23A在施以真空抽吸後降低至等效水平面23B，並建立逆流狀態。此方法在用不可滲透的蒙皮封閉填築坑後相當有效。
減少流量的方法在底部襯墊系統中，只對瀝濾液進行收集和處理。在此發明中，大量地下水流入排水池，並與回收和處理前的瀝濾液混合。通過阻擋壁的地下水流量不大，因為阻擋壁被建造成具有相當低的滲透率，且總的流動面積不大。但根據底部阻擋層(即或滯水層，或合成層，或建造的粘土層)的滲透率不同，由於大的流動面積(此流動面積等於填築坑面積)，通過底部阻擋層的地下水流量可能很大。由於抽走和處理大量的水將增加瀝濾液的處理費用，因此應將流量最大限度地降低至現實可能的範圍。可用下述一個或多個方法來降低流入排水池的流量。
間歇泵抽-連續泵抽能保持穩定的流量。而間歇泵抽能減少總體流量。在間歇泵抽時，一旦排水池中的瀝濾液液面降低至預定的水平，泵就停止。於是排水池中的瀝濾液液面得以恢復至接近平衡水平。在恢復期間，流量逐漸下降，直到下一個泵抽周期開始。
鋪設的底部阻擋層-如果排水池之下的滯水層的滲透率不夠低，可在排水池之下安裝一層低滲透率的材料。底部阻擋層材料可包括夯實的粘土、膨潤土覆蓋層、泥土-膨潤土混合物或FML。
分隔式排水池-假如對整個填築坑採用一個單一的連續排水池，則地下水的流動也會通過排水池的整個面積產生。將排水池分割成若干隔域可減少通過滯水層的流量。在圖17中，內阻擋壁33將整個填築坑區域分割成五個隔域。當隔域A上的填築坑處於運行中時，則只要求對此隔域進行地下水的回收和處理。在隔域B運行之前，填築坑隔域A用末蓋加以封閉，從而隔域A提供的瀝濾液就減少。在隔域C運行之前，隔域A提供的瀝濾液縮減，隔域A不再要求泵抽。結果，泵抽率可大大減少。一般地，在任何時候從所有隔域的部分隔域中收集和移走的瀝濾液/地下水混合液都將減少通過滯水層的地下水流量。
雖然此處結合某些特定實施例對本發明進行了說明和描述，但並不意味本發明將限於所示的細節中。例如，本發明可應用於地質單元的任何組合，雖然此處只說明了幾個特定的組合。相反，在權利要求的等效範圍內，不偏離發明的精神，在細節上可作多種改進。
權利要求
1.一種廢物處理場的廢物管理單元的瀝濾液的盛裝和回收方法，此廢物處理場具有某一地下水水位及低滲透率材料的底部阻擋層，所述方法包括的步驟有設置一面伸入所述底部阻擋層的周邊阻擋壁，以便與所述底部阻擋層一起包含一個設置在地下水水位以下的潛埋式排水池；使所述排水池內的瀝濾液和地下水得以混合以形成一種在所述排水池中具有瀝濾液液面的瀝濾液和地下水的混合液；引發一種從周圍區域流向所述排水池的流型，其方法是從所述排水池收集和移走所述混合液以便將所述排水池中的瀝濾液液面降低至這樣的一個水平(a)低於所述壁外側的地下水水位；和(b)低於所述排水池之下的水平壓面；用土質材料覆蓋所述排水池，該土質材料的量足以將所述土質材料層的頂部伸展至一個位於地下水水位以上的水平；和將廢物放置在所述土質材料的頂部上，從而全部所述廢物位於地下水水位以上。
2.如權利要求1的方法，其特徵在於，從所述排水池收集和移走所述混合液包括在所述排水池底部設置若干穿孔排水管以收集所述混合液；將所述若干排水管連接到至少一條收集總管；和將所述混合液從所述排水池通過所述若干排水管及所述至少一條收集總管泵出。
3.如權利要求1的方法，其特徵在於廢物處理場包括一個最高蓄水地質單元，該單元選自一層最高滯水層及一層以最高滯水層為底層的最高非滯水層；所述底部阻擋層為所述最高滯水層；設置所述周邊阻擋壁的步驟包括，將所述周邊阻擋壁伸入所述最高滯水層，以便與所述最高滯水層一起包含所述潛埋式排水池，並與所述最高滯水層一起限定一個盛裝區域；和引發所述流型的步驟包括按下述方向引發所述流型(a)從所述外側的所述最高蓄水地質單元向著所述排水池的方向；和(b)從所述排水池之下的區域向著所述排水池的方向。
4.如權利要求3的方法，其特徵在於所述最高蓄水地質單元為所述最高滯水層；廢物處理場還包括一層緊挨所述最高滯水層之下的含水層；和流型是在下述方向引發的(a)從所述壁外側的所述蓄水地質單元向著所述排水池的方向；和(b)從所述含水層向著所述排水池的方向。
5.如權利要求4的方法，其特徵在於，引發所述流型的步驟還包括將所述壁伸展至所述含水層以下的深度；和將水引射至所述壁內側的所述含水層，以便將所述含水層的水平壓面保持在所述排水池中瀝濾液液面之上。
6.如權利要求1的方法，其特徵在於，引發所述流型的步驟還包括在所述第一周邊阻擋壁的徑向外側設置第二周邊阻擋壁以限定一條具有一個水平面的充水溝道；和將水間歇地泵至所述充水溝道，以便將所述水平面保持在所述排水池中的瀝濾液液面之上。
7.如權利要求1的方法，其特徵在於，引發所述流型的步驟還包括真空抽吸所述排水池。
8.如權利要求1的方法還包括將流向所述排水池的流量降至最小。
9.如權利要求8的方法，其特徵在於，將流向所述排水池的流量降至最小的步驟包括對所述壁採用低滲透率的材料。
10.如權利要求8的方法，其特徵在於，將流向所述排水池的流量降至最小的步驟包括從所述排水池中間歇地移走所述混合液。
11.如權利要求8的方法，其特徵在於，所述底部層是由低滲透率的合成層或建築的泥土層中選取的，而將流向所述排水池的流量降至最小的步驟包括在所述池之下設置低滲透率的所述合成層或所述建築的泥土層。
12.如權利要求8的方法，其特徵在於，將流向所述排水池的流量降至最小的步驟包括至少用一面內部阻擋壁將所述廢物處理場分割成若干隔域；在所述隔域之上順序地放置填築坑；和從所有所述若干隔域的部分隔域中泵出和移走所述混合液。
13.如權利要求1的方法，其特徵在於，廢物處理場初始是一個具有一個初始表面水平面的淺層水體，而所述方法包括首先開墾所述淺層水體，使其初始表面水平面在廢物管理單元建成後，成為地下水水位。
14.一種廢物管理單元，該廢物管理單元用於盛裝和回收具有地下水水位和低滲透率材料的底部阻擋層的廢物處理場中的瀝濾液，所述單元包括一面周邊阻擋壁，它伸入所述底部阻擋層，以便與所述底部層一起包含一設置於地下水水位以下的潛埋式排水池；用於引發方向為從周圍區域流向所述排水池的流型的裝置，它包括從所述排水池收集和移走所述混合液的裝置，以便將所述排水池中的瀝濾液降低至一個這樣的水平，該水平(a)位於所述壁外側的地下水水位以下；和(b)位於所述池下的水平壓面以下；一層覆蓋著所述池的土質材料，土質材料的量足以將所述土質材料頂部伸展至地下水水位以上的水平；和一層放置在所述土質材料層頂部的廢物層，從而所有的所述廢物位於地下水水位以上。
15.如權利要求14的單元，其特徵在於，從所述排水池收集和移走所述混合液的所述裝置包括若干位於所述排水池的底部用於收集所述混合液的穿孔排水管；至少一根與所述若干排水管相連接的收集總管；和一臺泵，用於通過所述若干排水管和所述至少一根收集總管抽走所述混合液。
16.如權利要求14的單元，其特徵在於，用於引發所述流型的所述裝置還包括一面第二周邊阻擋壁，該壁位於所述第一周邊阻擋壁的徑向外側，用以限定一條具有一個水平面的充水溝道；和一臺泵，該泵用於將水泵至所述充水溝道，以便將所述水平面維持在所述排水池中的瀝濾液液面以上。
17.如權利要求14的單元，其特徵在於，廢物處理場包括一個最高蓄水地質單元，該單元選自一層最高滯水層及一層以最高滯水層為底層的最高非滯水層；所述底部阻擋層為所述最高滯水層；所述周邊阻擋壁伸入所述最高滯水層，以便與所述最高滯水層一起包含所述潛埋式排水池，並一起限定一個盛裝區域；和所述流型接下述方向被引發(a)從所述壁外側的所述最高蓄水地質單元向著所述排水池的方向；和(b)從所述排水池之下的區域向著所述排水池的方向。
18.如權利要求17的單元，其特徵在於所述最高蓄水地質單元為所述最高滯水層；廢物處理場還包括一層位於緊挨所述最高滯水層之下的含水層；和所述流型按下述方向被引發(a)從所述壁外側的所述最高蓄水地質單元向著所述排水池的方向；和(b)從所述含水層向著所述排水池的方向。
19.如權利要求18的單元，其特徵在於所述壁伸展至位於所述含水層以下的一個深度；和引發所述流型的所述裝置還包括若干引射井，用於將水引射至所述壁內側的所述含水層以便將所述含水層的水平壓面保持在所述排水池中瀝濾液液面以上。
20.如權利要求14的單元，其特徵在於，引發所述流型的所述裝置還包括一臺真空泵，用於降低所述池中的水壓。
21.如權利要求14的單元，其特徵在於，所述壁由低滲透率的材料製成，以便將流向所述排水池的流量降至最低。
22.如權利要求14的單元，其特徵在於，所述底部阻擋層由低滲透率的合成層或建造的泥土層形成，以便將流向所述排水池的流量降至最低。
23.如權利要求14的單元至少還包括一面內阻擋壁，它將所述廢物處理場分割成若干隔域。
24.廢物處理場的廢物管理單元的瀝濾液的盛裝和回收方法，此廢物處理場是一個山谷，它包括淺層地下水水位；山谷底；至少一個從地形脊背伸展至所述山谷底的山谷斜坡；一個地下水脊和一個山谷底部，並由低滲透率的地質單元作為底層，所述方法包括的步驟有使瀝濾液和地下水在盛裝區域內混合以形成一種具有瀝濾液液面的瀝濾液和地下水的混合液，所述盛裝區域由沿地形脊背的地下水脊、山谷底、以及一面橫越山谷底而安裝在廢物處理場最低邊緣上的阻擋壁所限定。所述阻擋壁伸入所述低滲透率地質單元，並伸展至足以盛裝所述瀝濾液和地下水混合液的長度；安裝一排水池，它包括在所述山谷底中的一覆蓋層排水道及若干溝道排水道，包括設置在所述山谷底部的底部溝道排水道和設置於所述阻擋壁內側鄰近的阻擋性溝道排水道，每一所述溝道排水道包含一條排水管，並設置在地下水水位以下；在所述阻擋壁外側鄰近安裝一條山谷底部充水溝道；在所述至少一個山谷斜坡的頂部，及在所述地下水脊內側安裝至少一條山脊充水溝道；和沿著從盛裝區域邊界向著所述排水池的方向引發一個流型，其方法是通過有選擇地(a)從所述排水管中移走所述混合液以降低所述排水池中及所述阻擋壁內側的瀝濾液液面；(b)將水加入至所述山谷底部充水溝道以增高所述阻擋壁外側鄰近的地下水水位；及(c)將水加入至所述至少一條山脊充水溝道以提高在所述至少一個山谷斜坡頂部的地下水水位；從而所述排水池內的瀝濾液液面低於沿所述盛裝區域邊界的地下水水位。
25.一種用於盛裝和回收來自廢物處理場的廢物管理單元的瀝濾液的系統，此廢物處理場是一個山谷，它包括淺層地下水水位；山谷底；至少一個從地形脊背伸展至所述山谷底的山谷斜坡；一個地下水脊和一個山谷底部，並由低滲透率的地質單元作為底層。所述系統包括一面伸入所述低滲透率地質單元及橫越所述山谷底的阻擋壁，該壁伸展至一個長度，它足以盛裝由所述地下水脊、所述山谷底及所述阻擋壁限定的盛裝區域內的具有瀝濾液液面的瀝濾液和地下水的混合液；一個排水池，它包括在所述山谷底的一條覆蓋層排水道和若干溝道排水道，這些溝道排水道包括至少一條設置在所述山谷底部的底部溝道排水道和一條設置在所述阻擋壁外側鄰近的阻擋性溝道排水道；單獨設置在所述若干條溝道排水道中的若干條排水管；至少一條設置在所述阻擋壁外側鄰近的山谷底部充水溝道；位於所述至少一個山谷斜坡及所述地形脊背內側的至少一條山脊充水溝道；沿著從盛裝區域邊界向著所述排水池的方向引發一個流型的裝置，它包括有選擇地進行下述操作的裝置(a)從所述排水管中移走所述混合液以降低所述排水池中及所述阻擋壁內側的瀝濾液液面；(b)將水加入至所述山谷底部充水溝道以增高所述阻擋壁外側鄰近的地下水水位；及(c)將水加入至所述至少一條山脊充水溝道以增高在所述至少一個山谷斜坡頂部的地下水水位；從而在所述排水池內的瀝濾液液面低於沿所述盛裝區域邊界的地下水水位。
全文摘要
一種收集和盛裝來自填築坑的瀝濾液的系統和方法,它使用一種潛埋式排水池(2)以形成一種流向包含在盛裝區域內的排水池(2)的流型,從而將汙染區域地下水的機會降至最低。本發明的第一實施例用於基本為平面的區域,在此實施例中,設置了一面周邊阻擋壁(1),並將其向下伸入諸如滯水層(10)、粘土層或合成材料的底部阻擋層。在另一用於山谷填築場地的實施例中,地下水脊(27)、緊貼山谷底(40)下表面的向上的流型、以及沿著填築坑最低邊緣穿越山谷底(40)的阻擋壁(1)形成一個包含排水池的盛裝區域,此排水池包括一條覆蓋層排水道(12)和若干溝道排水道(17、43)。
文檔編號B09B1/00GK1220623SQ97195147
公開日1999年6月23日 申請日期1997年5月29日 優先權日1996年5月30日
發明者黃大圭 申請人:Lg工程有限公司, 黃大圭