固体废物的最终处置.ppt

第九章 固体废物的最终处置,概述 海洋处置 陆地处置 卫生土地填埋 安全土地填埋,9.1 概述,根据目前世界各国的技术水平，无论采用任何先进的污染防治技术，都不可能把固体废物进行100的回收利用，最终必须残留一部分无法进一步处理利用的废物。 为了防治日益增多的各种固体废物对环境和人类健康造成危害，需要给这些废物提供一条最终出路，即解决固体废物的最终归宿问题，必须进行最终处置。 本节三个内容 处置的定义 处置的基本要求 处置方法,（1）处置(disposal)的定义,将固体废物经物理、化学、生物化学处理和回收利用后，最终置于符合环境保护场所或者设施中，不再对固体废物进行回取或其它任何操作的过程，也称为最终处置。 处置的目标是使固体废物最大限度地与生物圈隔离，以保证其中的有毒有害物质在现在和将来都不对人类及环境造成不可接受的危害。 从这个意义上说，最终处置是固体废物全面管理的最终环节，是解决固体废物的最终归宿问题。,（2）处置的基本要求,体积应尽量小(减容)。 废物本身无较大危害性(无害)。 处置场所适宜，设施结构合理(安全，经济)。 封场后要定期对场地进行维护和监测(保持稳定)。,(3) 处置方法,基本方法 采用天然屏障或人工屏障等多重屏障将有害固体废物与生物圈作最大限度隔离。 天然屏障(natural barrier)： 是指处置场所的地质构造特点和处置场所周围的地质环境对有害物质的浸出、扩散迁移的阻滞作用。 人工屏障(tame barrier)： 包括三个方面：稳定化处理(如固化)，使其转变成具有低浸出性和适当机械强度的稳定的物理化学形态；贮装废物的容器；处置场所的各种辅助(隔离)设施。 处置方法分类 根据处置场所可将最终处置分为陆地处置和海洋处置两大类。这是目前广泛应用的最终处置方法。 陆地处置：是基于土地对固体废物进行处置，根据废物的种类和处置的地层层位(地上、地表、地下和深地层)，陆地处置可分为土地耕作、工程库贮存、深井灌注、浅地层埋藏和土地填埋等多种方式。 海洋处置：是基于海洋对固体废物进行处置的方法，它可以分为海洋倾倒和远洋焚烧处置两种方式。,9.2 海洋处置(sea bed disposal ),海洋处置的理论依据 海洋倾倒处置(ocean dumping disposal) 远洋焚烧处置(pelagic incineration) 海洋处置前景,9.2.1 理论依据,海洋是一个庞大的水体，有巨大的稀释自净化能力，因此，也是一个庞大的废物接受体。 对于用容器盛装的有害废物，即使容器破损，污染物的溢出与浸出也不会造成水体所不能接受的污染。因为海水的稀释和扩散作用，使这些溢出或浸出的污染物在海洋环境中的污染物含量都能保持在所容许的水平范围内。 海洋作为固体废物的处理场所服务于人类已有几个世纪的历史。人们向海洋直接排放或通过江河间接排放大量的各种化学、农药、有机物以及放射性物质等固体废物。 海洋处置有明显的优点，充分利用了辽阔的海洋空间，即巨大的容量和自净化能力，不需要填埋覆盖，操作方便，处置成本低廉。 海洋处置方法有海洋倾倒和远洋焚烧两种方法。,9.2.2 海洋倾倒处置(ocean dumping disposal),概述 海洋倾倒废物的分类 海洋倾倒处置的程序,（1） 概述,海洋倾倒是将固体废物经预处理，特别是经化学稳定化、固化处理后用船舶、航天器、平台等运载工具运至适宜距离和深度的海区，直接倾倒入海洋。 按国际惯例，海洋倾倒的废物容器必须标明投弃国家、投弃单位、废物种类及数量等标志。 为了防止海洋污染，需对海洋倾倒废物进行科学管理，要严格限定海洋倾倒的处置对象。 1958年签定的“日内瓦公海协定”首次规定：各国在向海洋投弃低放射性废物时，要采取措施防止海洋污染。 1972年，美国首先通过了“海洋保护、研究和保护区法”。 此外，还有一些国际性合约，如“伦敦协议”，“奥斯陆协议等”,（2）海洋倾倒废物的分类,1972年联合国第一次环发大会(斯德哥尔摩会议)上通过的“防止倾倒废物及其它物质污染海洋”的公约中规定，根据废物的性质、有害物质含量和对海洋的影响，将废物分为三类： 禁止倾倒的废物 要获得特别许可证后才能倾倒的废物 经一般性批准后可以倾倒的废物,a.禁止倾倒的废物,含有有机卤素、Hg、Cd及其化合物的废物； 强放射性废物； 原油、石油炼制品，残油及其废弃物： 严重防碍航行、捕渔及其它活动或危害海洋生物的，能漂浮在水面的物质等。,b.要获得特别许可证后才能倾倒的废物,这类废物中污染物含量高，主要有 含As、Pb、Cu、Zn、Cr、Hi、V等物质的废物； 含氰化物、F化物、有机硅化合物的废物； 弱放射性废物； 容易沉入海底，可能严重防碍捕渔和航行的笨重的废弃物。,c.经一般性批准后可以倾倒的废物,除上述两类废物外的低毒或无毒的废物。 是海洋倾倒的主要废物类型。,(3) 海洋倾倒处置的程序,海洋倾倒按以下程序进行 根据有关法规规定选择处置场所 根据处置区的海洋学特性、海洋保护水质标准 进行技术可行性和经济分析，设计倾倒方案 按所设计的倾倒方案进行投弃，对于放射性废物和重金属有害废物，需在倾倒前进行固化处理。 海洋倾倒应注意的事项 根据海洋倾倒管理条例，海洋倾倒由国家海洋局及其派出机构主管； 海洋倾倒区由主管部门会同有关机构，按科学、合理，安全、经济的原则划定； 需要投弃废物的单位应事先向主管部门提出申请，在获得倾倒许可证之后方能根据申报的废物种类、性质及数量进行倾倒。,9.2.3 远洋焚烧处置(pelagic incineration ),概述 管理程序 操作要求,（1）概述,远洋焚烧处置是利用装备有焚烧设施的远洋船只将废物运到远洋海域,进行焚烧处理后，将其残渣投入海洋。 远洋焚烧处置适用处置各种含卤素的有机废物,如多氯联苯（PCBs)、有机农药等卤代烃类化合物。这些废物焚烧时可能产生有毒气体。 远洋焚烧过程中所产生的HCl气体经冷凝后直接排入海洋。焚烧残渣无需后续处理就直接排入海洋。 据美国所作的焚烧鉴定试验，含Cl有机物完全燃烧产生的H20、CO2、HCl，NOx排入海洋，由于海水本身氯化物含量高，不会因吸收大量HCl而使其中的Cl平衡发生变化。 由于海水中的碳酸盐的缓冲作用，也不会因吸收HCl使海水的pH值发生变化。,（2）管理程序,远洋焚烧操作的管理程序和海洋倾倒管理程序一样，需要进行远洋焚烧处置的单位，首先要向主管部门提出申请，在焚烧设施通过检查后，获得焚烧许可证之后，才能在指定海区进行焚烧操作。 所采用的焚烧器结构随处理废物的种类而异，有的既可以焚烧固体废物也可以焚烧液体废物。 焚烧器一般采用由同心管供给空气和液体的液汽雾化焚烧器。 有机废物一般贮存在甲板下船舱中，船舱采用双层结构，以防因碰撞泄漏造成海洋污染。,（3）操作要求,远洋焚烧操作的基本要求有下列几点： 焚烧系统的温度不得1250； 燃烧效率必须高达99.950.05以上，计算公式为 式中：CCO2、CCO分别为燃烧气体中CO2、CO的浓度。 炉台上不应有黑烟或火焰延露； 焚烧船只应有良好的通讯设施，应能随对无线电呼叫作出反应，远洋焚烧产生的气体净化工艺较陆地焚烧简单，处理费用比陆地焚烧低，比海洋倾倒高，每吨处理费用约为5080美元。,9.2.4 海洋处置的前景,对于海洋处置固体废物，目前国际上有两种不同的观点。 谨慎和不支持观点 不能一概否定的观点 必须考虑的问题,(1)谨慎和不支持观点,这种观点认为，虽然在处置前对废物作了必要的稳定化固化处理，井用特殊容器进行了良好包装，但是，其最终对环境的影响还不能作出准确评价。必须在对海洋，尤其是对深海的物理一化学过程、海水的输送速率、海床上海水的垂直运动以及混合程度等海洋学特性作进一步深入研究后，才能对海洋环境和生态造成的危害作出准确评价。 随着海洋污染物的迅速增加，越来越多的人赞同这种观点(海洋污染已成为八大环境问题之一)，故关于限制海洋倾倒的国际公约应运而生。指出在处置前必须对废物的特性(毒性、持久性和生物积累性等)、倾倒场所的条件、处置方法、对晦洋的其它影响，对处置方案的可行性等方面进行仔细研究后，才能由国家的主管机构发放许可证。 我国于1985年制订了“海洋倾倒废物管理条例”，对海洋处置的基本立场是采取谨慎的、不支持的态度。,(2)不能一概否定的观点,海洋面积占地球总面积的70，其中深度超过4000m的深海面积占58，相当于地球总面积的41，超过陆地面积，这样海洋至少有与陆地相当的废物处置容量。 深海或大洋地壳的表层是未固结的沉积层，总厚度约为2501100m，将废物进行固化一稳定化处理并装入专用耐腐蚀容器后，完全可以达到与生物圈长期隔离的目的。 已有资料表明，在深度为4000m以下的海域，浮游生物和底栖生物的数量大大减少(表11-1)；各种物质的腐蚀和微生物分解过程也很慢；在历史上，曾经有已浸泡了500年的铁锚完好无损，浸泡10个月的三明治仍可食用的记录。将废物置于深海实际上起到一种储存的作用。 深海的垂直流动速率极低，整个北大西洋深海的平均滞留时间在200年以上，在距投弃放射性废物容器数米之外的放射性水平就降低到背景值。 自1946年以来，已有十多个国家向海洋投弃过放射性废物，19751980年间废物投弃总量对公众形成的剂量影响仅为国际规定限值的0.1。 这种观点认为充分利用海洋的稀释、扩散、自净化作用和环境容量，进行海洋处置比陆地处置，对人类生存来说，可能更为有益。,(3) 必须考虑的问题,这两种观点的争论还将继续下去。但是，在最终得到公认的结论之前地对待海洋处置，应考虑以下几个问题： 投弃的废物对生态环境的影响； 同其它处置方法相比，是否经济可行； 是否符合有关海洋法规的规定 。,9.3 陆地处置(disposal by land),概述 土地耕作处置 深井灌注处置 土地填埋处置,9.3.1 概述,定义 利用土地对废物进行隔离或储存的一种处置方法。 类型 大致分为土地耕作，深井灌注（包括深地层储存），浅地层埋藏，工程库，土地填埋和安全储存等多种方法。 安全储存主要用于目前暂不符合其它处置要求，又不适于采用焚烧等方法处理的废物，如多氯联苯等卤代烃化合物。 深地层储存主要用于处置高水平的放射性固体废物和危险废物。 浅地层埋藏一般指埋藏深度在地面以下50m范围内，用于中、低放射性固体废物（半衰期大于5年，小于30年），由于上面覆盖较厚的土壤层，既可屏蔽射线的外泄，又可阻挡降水的渗入。 主要介绍 土地耕作、深井灌注和土地填埋，且重点是土地填埋。,深地层储存(Deep underground storage),将废物处置于专门设计的，深度大于500m的地层深处，从而使其与生物圈相隔离的处置方法。 因为山岳的形成和移动需要数百万年，地壳中的岩层移动每年也只有数mm，数百米以下的深层地下水几乎不参与水的自然循环，不会将有害物质带入生物圈。 德国在深地层储存处置危险废物方面具有先进的技术，每年的处置量大约为20万吨。,9.3.2 土地耕作处置(Soil plowing),定义 土地耕作处置是利用地表土壤的自净化能力处置固体废物的方法。 原理 土地耕作处置的原理是通过土壤中微生物种群的作用，使废物中的有机物和部分无机物分解成植物易于吸收的简单化合物。该方法能同时起到改善土壤结构、增加土壤肥力的效果，从而达到消除污染，实现废物土地利用的目的。 影响因素 在土地耕作处置时应考虑下述三个因素。 废物组成 土壤条件 操作条件,废物组成,土壤对废物的容许处置总量主要取决于土壤的阳离子交换容量和废物中有害金属离子的含量，过量的重金属将明显地影响最终的生物降解率。 植物主要是从土壤溶液中吸取以离子态为主的养分。因此废物中不应含有： 规定了容许浓度上限的重金属离子 通常规定了土壤中常见重金属离子的允许浓度上限如每kg干泥中 Hg100mg，Cu100mg，Ni200mg，Pb1000mg，Zn2000mg，CdlOmg。 污染土壤、空气和地下水的有害物质 废物中也不应该含有能污染土壤、空气、地下水的其它有害物质(如有机有毒物)，应适当的预处理，达到一定标准后才能用于土地耕作处置。 互不相容的废物不能同时进行处置。 如当含有N、P、S的有机物与重金属离子Fe+3、Al+3、Ca+2、和Mg+2相结合将转化为微生物难于分解吸收的稳定有机物。例如腐殖酸的Fe，Al盐就是相当稳定的有机物。,土壤条件,废物是由土壤中的微生物降解的。土壤的种类、土壤颗粒的大小、废物在土壤中的深度、土壤的温度、pH值、氧气浓度微生物所需的养分的含量等条件，都不同程度地影响微生物种群的生长和分布。需重点考虑的是： 土壤的深度 微生物的种群和数量受光照,水分和氧量的影响，显然,表层土壤最好，一般土地耕作的深度为15-20cm为宜； 土壤的粒度 还应包括废物的粒度,粒度越小,表面积越大，接触充分，分解速度快； 气温条件 微生物最佳生存繁殖温度是20-30，故在春、夏季节最适宜。 其它 对于其它因素，也应根据微生物种群的需要进行调节，以加快废物中有机组分的生物降解过程，如微生物所需的养分及其含量等。,操作条件,操作条件主要根据废物和土壤的成分确定，有以下几条： 确定土壤与处置废物间的数量比： 确定是否需要施加辅助营养成分； 测定该条件下废物的降解速率； 在将废物与土壤混合以后，定期取样分析，确定是否需要补充营养成分； 定期翻动土壤以保证足够的好氧环境等。,9.3.3 深井灌注(Deep well injection),深井灌注处置实际也是深地层储存处置的一种类型，是将液状废物注入地下与饮用水层及含矿物层隔开的渗透性好的岩石中。 处置对象 工作程序,（1）处置对象,深井灌注方法主要用于处置难于破坏、难于转化、不能用其他方法处置或用其它方法处置费用昂贵的废物。 所处置的废物可以是一般废物和有害废物，可以是有机物和无机物，也可以是固体、液体和气体废物。 在灌注时，必须将固体或气体废物溶解或分散于液体中，形成真溶液、乳浊液或悬浊液后才能进行灌注。 美国通常用深井灌注法处置化学、石油化工、制药工业、炼油厂和天然气厂排出的废物，冶金废物、食品和轻工废物等废物。,（2）工作程序,深井灌注处置系统的规划设计、建造和操作过程通常分为四个阶段。 场地选择 废物的预处理 灌注钻探施工 监测,a.场地选择,深井灌注处置的关键问题在于选择适于处置的地层，所选择的地层满足下列条件： 必须位于地下饮用水源之下。 注入废物的地层与其上的有用地下水源及含矿层之间要有不透水的隔离岩层。以使废物不致渗透流入到有用地下水源和矿层中去，引起二次污染。 (灌注地层)要有足够的容量和渗透性面积大，厚度适宜，孔隙率高，饱和度适宜，有足够的渗透性，压力低，能以理想的速度和压力接受废物料浆。 岩层间的流体以及岩层本身与废物之间要具有相容性。这样花费很少的灌注费用 就可以把废物处理到相容的程度。 可供深井灌注的地层，一般是石灰岩和砂岩地。这些地层中往往发育有孔隙，节理裂隙、断层、破碎带、层理裂隙、溶洞等可以容纳废液。 不透水地层主要是粘土、页岩、泥灰岩、结晶灰岩等地层。,b.废物的预处理,在灌注过程中，有时废物中的某些组分会与岩层中的流体反应形成沉淀，堵塞处置地层，导致处置容量降低，损坏设计。 例如，难溶碱土金属的CO3-2盐SO4-2盐及OH1化物沉淀，难溶重金属的CO32盐、OH1化物沉淀以及氧化还原反应产生的沉淀等。它们都会堵塞岩层，必须进行预处理。 预处理通常在地面设施中进行，采用化学处理或液固分离处理的方法，将上述组分除去或进行中和。 为防止沉淀，可向灌井内注入缓冲剂，通常采用中等浓度的盐水，把废液和岩层流体隔离出来。,c. 灌注钻探施工,与石油钻探技术基本相同； 深井钻探的套管多于一层； 外套管的下端必须位于饮用水基面以下； 井内灌注管道与保护套管之间的环形空间需采用杀菌剂和缓蚀剂进行保护处理。 右图为石灰岩或白云岩处置区的深井剖面图。 地下灌注是在可控制压力的条件下进行，以恒定的速率向处置区灌注，一般为3004000Lmin。,d.监测,深井灌注系统要配备有连续记录监测装置，以随时随地监控灌注压力和速率，防止发生泄漏等故障。 深井灌注的费用与生物处理的费用相近； 深井灌注对环境的影响有可能最小。,9.3.4 土地填埋处置（landfill）,概念 一般程序 技术分类 特点及问题,（1）概念,土地填埋处置是从传统的堆放和填埋发展起来的一项最终处置技术，是一个涉及多学科领域的处置技术，不是单纯的堆、填、埋，而是一种综合性的土工处置技术，所以目前尚无统一的定义。在填埋处置操作方式上，己从堆、填、埋、覆盖向包容、屏蔽、隔离的工程贮存方向上发展。 从固体废物全面管理的角度看，土地填埋处置是为了保护环境，按照工程理论和土工标准，对固体废物进行有控管理的一种科学工程方法。,（2）土地填埋处置的一般程序,土地填埋处置的一般程序包括： 科学选址； (在设计规划的基础上)对场地进行防护、防渗处理； (按严格的操作程序)进行填埋操作并最终封场； 制订严格的全面管理制度，定期对场地进行维护和监测。,（3）土地填埋处置技术分类,土地填埋处置技术有多种不同的分类方法为便于管理，一般根据所处置废物的种类和有害组分析出的控制标准，将废物分为四大类，相应地，土地填埋处置方法也分为四类。 惰性废物填埋(Inert waste landfill) 工业废物土地填埋(Industrial waste landfill) 卫生土地填埋(sanitary landfill) 安全土地填埋(safety landfill),a.惰性废物土地填埋(Inert waste landfill),惰性废物填埋是一种最简单的处置方法。实际上是将建筑废石等惰性废物直接埋入地下; 惰性土地填埋又分分浅埋和深埋两种。,b.工业废物土地填埋(Industrial waste landfill),主要用于处置无害工业废物； 对场地的设计操作不象安全土地填埋那样严格，如场地下部土壤的渗透率仅要求为10-5cm/s。,c. 卫生土地填埋(sanitary landfill),主要用来填埋城市垃圾等一般固体废物，使其对公众健康和环境安全不会造成危害。 填埋场结构要求衬里的渗透率lO-7cms。,d.安全土地填埋(safety landfill),是一种改进的卫生土地填埋方法，也称为化学或安全化学土地填埋。主要用于处置有害废物，使其与生物圈隔离，消除污染，保护环境。因此，对场地的建造技术要求很严格，衬里渗透系数要求lO8cms，浸出液要加以收集和处理，地表径流要加以控制等。,（4）土地填埋处置的特点及问题,特点 工艺简单、成本较低，适于处置多种类型固体废物。目前填埋处置仍然是大多数国家最处置固体废物的方法。如，美国90%，韩国72%，法国60%，澳大利亚65%，瑞典75%。 问题 土地填埋处置的主要问题是： 浸出液的收集控制问题(衬里损坏难以维修)； (由于各项法规的颁布和污染控制标准的制定，对填埋的要求更加严格，使得)处置费用不断增加。因此，土地填埋处置方法尚需进一步改进完善。,9.4 卫生土地填埋,概述 场址的选择 场地设计,9.4.1 概述,填埋对象及目的 卫生土地填埋的对象主要是城市垃圾，进行填埋处置的目的是不对公众和环境造成危害。 设计标准 防渗层的技术参数：渗透系数2m，强度0.6 MPa，垃圾压实度O.6t/m3。 填埋场要覆土，有排气设施，离居民区500800m。地下水水位与场地距离2m。 填埋方式 卫生填埋一般可以采用三种方式: 厌氧方式、好氧方式和准好氧方式。 武汉市二妃山垃圾填埋场,厌氧方式（Anaerobic）,是一种采用厌氧生物处理的填埋方式； 填埋场的结构筒单，操作方便，可以回收一部分可燃性气体； 但污染严重，厌氧分解速度缓慢，稳定化周期长，容易发生爆炸危险；并且很难对封场后土地充分利用。,好氧方式（Aerobic）,采用强制人工通风，使垃圾能进行好氧分解，稳定化周期短，可以大大提高封场后土地利用率。 好氧填埋与好氧堆肥相近，可以产生约60以上的高温，有利于杀灭大肠杆菌等致病细菌。同时好氧降解过程中产生的水分少，对地下水污染的威胁小。 但是好氧填埋需要强制通风，使得填埋场的结构较为复杂，造价和运行费用高，不利于填埋场的大型化。因此，目前尚未得到广泛应用。,准好氧方式（Pseudoaerobic）,是一种介于厌氧和好氧填埋之间的填埋方式，在设计时提高了渗滤液收集和排放系统的砾石排水层和管路的尺寸，使渗透液在管道中呈半流动状态这样就扩大了排水、排气空间，并兼作通风通道。 由于有较强的空气扩散作用，使填埋的垃圾处于近似好氧分解的环境，加速有机物的分解，缩短了稳定化的周期。 由于不需要人工强制通风，而是自然通风，降低了运行费用。 但是准好氧填埋场需要留出一部分储存空气的空间，在一定程度上减小了填埋废物的空间。当前世界上所有大城市的土地都逐步趋于紧张的形势下，准好氧填埋受到环保工作者的重视，很可能是未来城市垃圾处置的主要填埋方法。,武汉市二妃山垃圾填埋场,武汉市二妃山垃圾填埋场,武汉市二妃山垃圾填埋场,9.4.2 场地选择,场地选择应主要考虑如下因素： 规模：合理确定有效填埋面积：一般满足10年以上； 交通：运输距离适中，并有全天候公路； 土质与地形：土质防渗能力强，地形有利于泄洪； 气候：蒸发大于降水，尽量背风； 水文：地下水距填埋物大于1.5m； 噪音：不影响附近居民； 开发：封场后要便于开发利用。,9.4.3 场地设计,库容与面积的计算 地表水(surface water)控制系统 地下水(ground water)保护系统 填埋场的气体控制,（1）库容与面积的确定,确定的依据 在设计填埋场的库容和面积时，要考虑废物的数量、填埋方式、填埋高度、压实密度、覆盖材料的比率等因素。 一般情况下，城市生活垃圾填埋场的使用年限以1525年为宜。 以当地土壤为覆盖材料，则垃圾与覆盖土之比约为5：14：1。 压实后的垃圾容重约为500800kgm3。 库容与面积的计算 计算公式 计算实例 注意事项 当服务年限较长时，应该充分考虑人口的增长率和垃圾产率的变化。 人口增长率要根据相应地区最近10年内的人口增长率取值。 垃圾产率应根据该地区的经济发展规划，参考以往的产率数据取值。,计算公式,每年填埋垃圾体积的计算 式中： V 一 每年填埋垃圾的体积(m3)； D 一 压实后垃圾的密度(kgm3)； C一 每年需要的覆土体积(m3)； r垃圾与覆土比； W一 垃圾产生率(kg日人)； P一城市人口。 每年所需的场地的面积 若已知填埋高度H，则填埋面积为：,计算实例,一个5万人口的城市，平均每人每天产生垃圾2.0kg，采用卫生土地填埋法，填埋高度为7.5m，覆土与垃圾之比为1：4，压实密度为600kg/m3，设计年限20年，求填埋场所需的库容与面积。 解：,（2）地表水(surface water)控制系统,土地填埋中水的控制 地表水控制系统,a. 土地填埋中水的控制,土地填埋技术的核心是防止填埋废物中的有害组分对处置场周围环境造成污染，其中最重要的因素是雨水，地下水，地表径流和废物自身分解产生的水分，溶解废物中的有害组分形成的浸出液对地下水及地表水造成污染，因此，可以说，对水的控制是解决填埋场环境污染的关键问题。 在填埋场设计时要重点考虑地表水、地下水和浸出液。其中地表水作为浸出液的主要来源，对它的有效控制，实际上就成为填埋场周围水环境污染的首要控制因素，对整个填埋场的建造和运行费用将产生较大的影响。,b. 地表水(surface water)控制系统,在设计地表水控制系统时，首先要对填埋场所在流域的总体情况有一个全面的了解。 地表水控制系统的内容,地表水控制系统,地表水控制系统应包括下列内容：,排水系统,洪水调节池,周边排水系统,场内排水系统,封场区排水系统,非填埋区排水系统,填埋区排水系统,周边排水系统主要由设置在填埋场四周的排水沟组成，其作用是收集降在填埋场上 的游流域的雨水，并排往洪水调节池，防止其流入填埋场区域，以减少浸入液的产生量。最终封场后往往兼作填埋场表面的雨水排水系统。 场内排水系统包括填埋区和非填埋区的排水系统，将雨水在尚未与填埋废物接触之前迅速排出场外。因此，在填埋施工过程中对填埋场进行分区填埋并逐日覆土，对实现场内排水系统的功能和减少漫出液产生量是至关重要的。 封场区排水系统的作用是排除降到封场表面的雨水，减少其向废物层的渗入量。,（3）地下水(ground water)保护系统,设计地下水保护系统的目的 浸出液(leach solution)的来源与支出 浸出液的产生量 浸出液的性质 浸出液的防渗措施 卫生土地填埋浸出液收集系统示例,a. 设计地下水保护系统的目的,对地下水进行控制的目的主要有两个： 保持地下水水位与废物层有足够的安全距离以防止浸出液污染地下水； 防止地下水渗入填埋场，以减少浸出液的产生量。,b. 浸出液(leach solution)的来源与支出,浸出液的来源与支出见图11-1。 浸出液的来源主要有： 降水：降雨、降雪； 地表迳流； 地下水； 垃圾含水：垃圾本身含有机组分厌氧分解产生的水分。 浸出液的支出主要有： 地表迳流流出水； 地下渗出水； 蒸发散失水。 为控制和管理填埋场的漫出液，必须建设浸出液水量调节设施和浸出液处理设施。,图11-1 浸出液的来源与支出,c. 浸出液的产生量,浸出液处理设施的处理能力和调节设施容量的确定需要对垃圾填埋过程中产生的浸出液量作出较为准确的预测。根据填埋场水的收支平衡关系，确定浸出液产生量，但确切估算是困难的，因此浸出液的产生量通常采用经验公式计算： 式中： Q日平均浸出液量(m3d)； C浸出系数，一般取0.20.8；与填埋场地表、植被、坡度等因素有关； I平均降雨量(mmd)； A填埋场集水面积(m2) 浸出液的产生量除与输入水源有关外，还与填埋操作方式有关。如与污泥混合填埋时，经压实后，污泥中的相当量的水变成浸出液。,d. 浸出液的性质,浸出液的性质与填埋废物的种类、物质组成、显微结构特点，即性质和填埋方式等许多因素有关。 废物本身的特性对浸出液的成分及浓度影响最大。 例如，我国城市垃圾中厨房垃圾含量较高，可堆腐性强，浸出液水质一般比较差。 在填埋初期，浸出液中有机酸浓度较高，挥发性有机酸约占1，随着时间的推移，挥发性有机酸的比例将增加，厌氧填埋方式有机物分解周期长，分解速度慢，因此，浸出液中有机物浓度降低的速度比好氧填埋方式慢。 对于普遍采用的厌氧填埋，其浸出液的性质一般反映在色味、pH值、BOD5、COD、TOC（总有机碳）、溶解总固体、SS、氮化物、P、重金属等方面（见书P373）。,e. 浸出液的防渗措施（Anti-seepage measures）,浸出液是一种高浓度的有机废水，一旦渗出就会污染地下水，必须严格控制，加以治理。 浸出液防渗措施除按照场地选择标准合理选址外，还必须在设计、施工方案和填埋方式上采取必要的措施，主要包括： 设置防渗衬里； 设置导流渠或导流坝； 选择合适的覆盖材料。,设置防渗衬里（Anti-seepage liner）,防渗衬里的结构类型 天然粘土衬里（Natural clay liner） 人工合成有机衬里（Synthetic organic liner） 粘土有机复合衬里（Clay-organic composite liner） 浸出液收集系统与衬里的设计原则 衬里材料的选择,武汉二妃山垃圾填埋场使用的有机衬里,浸出液收集系统和衬里的设计原则,衬里与其它结构材料必须满足有关标准； 天然粘土单衬里厚度应15m； 双层复合衬里的主衬里与备用衬里必须选择不同的材料； 必须设置浸出液收集池，且能容纳三个月的浸出液； 衬里应有适当坡度，以使浸出液自流入收集池； 衬里之上应设置保护层，保护层可选用适当厚度的砾石，或选用专用的高密度聚乙烯网和无纺布； 在可渗透保护层内可设置多孔浸出液收集管，使浸出液通过收集管入积水坑； 积水坑设有浸出液监测装置 ； 设置浸出液排出系统，定期抽出浸出液处理，以减少衬里压力； 设置备用抽水系统，以便当泵或立管出现故障时抽出浸出液。,武汉二妃山垃圾填埋场浸出液收集与处理池,武汉二妃山垃圾填埋场的衬里保护层,衬里材料的选择,根据待处置废物的性质，场地的水文地质条件、场地的级别、场地服务期限；材料的种类和建造费用等因素选择衬里材料。 无机材料：粘土、水泥等； 有机材料：沥青、橡胶、聚乙烯、聚氯乙烯等 对所选择的衬里材料要预先进行下列试验： 与废物的相容性试验、渗透性试验、抗压强度及密度测定 天然粘土衬里的选择标准： 与废物浸出液的相容性； 渗透系数05 mm，便于施工、抗臭氧、紫外线土壤细菌的侵蚀，有适当的耐候性，有足够的机械强度、厚度均匀、无薄点、裂缝磨损、气泡和外来的颗粒。 便于维修、价格便宜。,卫生土地填埋及浸出液收集系统,（4）填埋场气体的控制与管理,气体的产生 气体的产生量 气体的控制,a. 气体的产生,填埋场气体的产生是有机物的分解所致； 填埋场气体的组成及随时间的变化见图11-2； 其分解过程经过5个阶段 好氧分解阶段 液化产酸阶段 甲烷增长阶段 稳定产甲烷阶段 填埋场的稳定阶段,图7-2 卫生填埋场的气体产生情况,好氧分解阶段,发生在填埋初期。废物中的有机物进行好氧分解，时间可持续数天至几个月； 该阶段主要是好氧微生物作用；易降解产生的气体主要有CO2 、H2O 、NH3 。,液化产酸阶段,好氧分解进行中，填埋区内氧气逐渐减少，转入厌氧消化，水解产酸阶段； 该阶段主要是厌氧菌作用，产生的气体有CO2 、H2 及少量CH4 。,甲烷增长阶段,随着甲烷菌增长， CH4含量增加，挥发性有机酸(UFA)积累下降，pH值增加为碱性； 该阶段可持续12年。,稳定产甲烷阶段,此阶段为动态平衡阶段，UFA（挥发性有机酸）积累很少，主要产生CH4 、CO2 ，气体组成稳定，水质转好，是填埋场气体利用的主要阶段； 大型垃圾填埋场此阶段可持续10年以上。,填埋场的稳定阶段,可降解有机物基本耗尽，产生的气体、浸出液量减少，填埋场出现不均匀沉降，空气重新进入填埋场，封场后的土地利用在此阶段进行。 根据沉降量、CH4含量等因素可把土地利用分为低度、中度和高度利用三种类型。 我国填埋场的液化产酸阶段比较短。因为我国城市垃圾中炉灰含量大，pH高，人工调节到了碱性状态，适合甲烷菌生存，产气阶段提前了。,b.产气量,填埋场气体产生量及产生速率与处置的废物种类有关。 气体产生量可采用经验公式推算或现场实际测量出。 气体产生量主要与有机物中可能分解的有机碳成比例，因此可用下式计算： G1.866Cg/C 式中： G气体产生量(1)； Cg可气化分解的有机碳量(g) C有机物中的含碳量(g)。,c.气体控制,气体控制的必要性 气体控制的主要措施,气体控制的必要性,卫生填埋所产生的气体主要成分为CH4和CO2。 当CH4的浓度达到515%时就可能发生爆炸。 CO2的密度较大，是空气的1.5倍，CH4的2.8倍，会向填埋下部迁移，在填埋场地势较低处富集，有可能通过填埋场基础薄弱处渗出，沿地层下移并与地下水接触。 由于CO2易溶于水，不仅会使水的pH值降低，而且会使地水矿物质含量增高，使地下水硬化。 此外，填埋场还可能产生H2S或其它恶臭及有害气体。 因此，必须对填埋场产生的气体加以收集控制，或者作为能源加以利用或者排出烧掉。 对气体的控制，一方面在选择场址时要考虑场地的位置以及土壤的渗透性能，另一方面，主要的是在工程设计时采取适当的排气措施，主要有：,气体控制的主要措施,气体控制主要采用可渗透性排气、不可渗透阻挡层排气两种方式进行控制； 可渗透性排气（见图11-3） 在填埋场内利用比周围土壤更容易透气的砾石等材料为填料来建造排气孔道。一般填筑单元宽度为20m以上，砾石层厚度为3040cm。 不可渗透阻挡层排气（见图11-4） 阻挡层排气是在不透气的顶部覆盖层中安装排气管。 排气管与设置在浅层砾石排气通道或设置在填埋废物顶部的多孔集气支管相连通，还可用竖管燃烧甲烷气体。 填埋场可持续产气1015年，CH4经脱水、预热，去除CO2后可作为能源使用。 武汉二妃山垃圾填埋场的沼气发电设施,图7-3 可渗透性排气,图7-4 不可渗透阻挡层排气,武汉二妃山垃圾填埋场的沼气发电设施,武汉二妃山垃圾填埋场的沼气发电设施,（5）填埋方法,卫生填埋主要有三种方法，即沟槽法，地面法和斜坡法（又叫混合法） 沟槽法(excavated cell /trenth) 地面法(area) 斜坡法(canyon/depression),a. 沟槽法(excavated cell),沟槽法示意图见图11-5(a)和图11-5(b)。 采用开沟填埋，开沟得到的土作为覆盖材料， 沟的尺寸一般为：长：3040m, 宽：4.57.5m, 深：0.91.8m 优点：覆盖材料就地获得，多余的覆盖土暂时堆积，可作为最终覆土。 缺点：开挖量大,图7-5(a) 沟槽法示意图,图7-5(b) 沟槽法示意图,b. 地面法(area),地面法示意图见图11-6(a)和图11-6(b)。 地面法尽可能选择洼地，直接倾倒，压实，覆盖； 优点：无须开挖； 缺点：覆土需要另行解决，初期需筑坝隔离。,图7-6(a) 地面法示意图,图7-6(b) 地面法示意图,c. 斜坡法(canyon/depression),斜坡法示意图见图11-7(a)和图11-7(b)。 斜坡法是将废物直接倾倒在斜坡上，压实后从斜坡工作面直接挖土覆盖； 是沟槽法和地面法的结合，故又称为混合法； 优点：只需少量的挖掘，即可就地取得覆盖材料。,图7-7(a) 斜坡法示意图,图7-7(b) 斜坡法示意图,（6）填埋操作,设备选择 见书表12-3（P380） 见图11-8 作业方式 作业方式主要根据填埋方式和场地的地形特点来确定。 采用地面法填埋时，有水平填埋和垂直填埋两种作业方式，其中垂直方式应用较多（图11-9a）。 采用斜坡法时，有顺流、逆流和垂直填埋三种方式，其中，顺流方式应用较多（图11-9b）。,图11-8 土地填埋的主要设备,图11-9 填埋的作业方式,9.5 安全土地填埋(safety landfill),概述 场地选择 衬垫设计 监测 封场,9.5.1 概述,概念 安全土地填埋是一种改进的卫生土地填埋，主要用于处置有害废物，因此对场地的选择和技术要求更为严格， 如： 天然防渗层：渗透系数3m。 人工防渗层：高密度聚乙烯2mm，渗透系数30cm，渗透系数2。 在居民区800m之外。 处置对象 理论上可以处置一切有害或无害废物，实际上，应排除易燃性，反应性，挥发性等能引起爆炸，释放有毒有害气体的废物，或必须在填埋前对这些废物进行稳定化预处理。 设计原则,设计原则,安全土地填埋一般是某个工厂的辅助设施，也可接纳某个地区的有害废物，所以其设计原则有6条： 处置系统应是一种辅助设施，不应妨碍工厂的正常生产； 容量应足够大，能容纳全部废物并有一定的发展余地； 要有容量波动和平衡的措施； 要满足全天候操作要求； 处置场的地质结构合理，环境适宜，可长期使用； 处置场符合法律要求，满足处置标准。,9.5.2 场地选择,选择原则 场地选择原则要求从工程、环境、经济、法律和社会等方面综合考虑。（见书P386表） 场地勘探 场地勘探的步骤 根据现有资料进行初步调查； 进一步进行实地考察； 对场地进行实际的水文地质勘测； 整理资料，绘制地图。,9.5.3 安全土地填埋衬垫系统设计,安全土地填埋最重要的是防止浸出液的危害，故衬垫系统尤为重要。 浸出液的产生量 衬垫材料的基本要求 化学合成产品衬垫 粘土衬垫 衬垫系统设计的基本标准,（1）浸出液的产生量,浸出液产生量既可用卫生填埋法的经验公式估算，也可用下式作较为精确的计算： 式中 Q日平均浸出液量；m3/d IN几年概率日平均降水量，mm/d SS场地周围集水区面积，m2 Sa填埋场地面积，m2 表面流出率(0.20.8) d场地外地表径流流入率， Kr流出系数，Kr=10-2（0.002In2+0.16 IN +21） D集水区中心到集水管的平均时间，d 1/N降水频率。 该计算公式涉及的因素较多，实际应用时需要根据情况进行必要的修正。,（2）衬垫材料的基本要求,具体要求有 衬垫材料必须具有相容的化学性质、足够的强度和厚度； 能够承受气候的影响和日常操作产生的作用力的影响； 防渗能力强，且不易和污染物发生化学反应； 易于修补； 耐用性好，确保长期使用不会裂解或消融。,（3）化学合成产品衬垫,主要有以下几种 异丁橡胶：对气体、液体渗透率低，但遇碳氢化合物溶剂和石油易膨胀破损； 氯磺化聚乙烯：耐抽样，耐酸、碱，易黏结，但耐石油性差； 聚氯乙烯：是一种常见塑料，耐无机物性能好，缺点同异丁橡胶，且忌曝晒； 高密度聚乙烯：耐石油化学物质性好,耐气候,但难黏结，受力易破裂。,（4）粘土衬垫,一般作为第二层衬垫，同时起支承合成产品衬垫的作用，要求 渗透系数10-7； 必须进行与废物的相容性实验。,（5）衬垫系统设计的具体标准,理想的衬垫系统是：用化学合成材料作为第一层衬垫，用粘土或合成材料作为第二层衬垫，并有对两层衬垫的渗滤水进行检测，收集和排出的系统。 一种双衬垫的示意图见图11-10 一种衬垫的组成见图11-11。 具体标准有 化学合成衬垫的厚度应大于2.5410-5m； 土壤衬垫的厚度应大于0.9m，渗透系数10-7； 衬垫上的排水层厚度应大于12in，斜率2 %，主要采用+100目的沙砾组成，且沙砾组成的级配应符合过滤级配的要求。,图7-10 一种双衬垫系统的示意图 图中，主衬里为有机衬里，辅助