（环境工程专业论文）垃圾渗滤液污染地下水的prb修复技术研究.pdf

摘要 摘要 目前，垃圾渗滤液污染地下水相当严重，可渗透反应墙( p e r m e a b l e r e a c t i v e b a r r i e r ) 技术应运而生，由于此技术比传统地下水处理技术( p u m p t r e a t ) 投资 小、地面扰动少、处理彻底与其它方法结合能力强等特点，尤其是被动处理技术， 近几年受到国内外学者的广泛关注。 本研究通过对广州市附近垃圾渗滤液排放情况调查，选定广州市某垃圾场垃 圾渗滤液污染的地下水和垃圾渗滤液为供试水样，以铁粉、活性炭、沸石、石英 砂以及它们的混合物为反应介质，通过对比实验研究总结不同材料对处理多种污 染物污染地下水的有效性；根据它们的不同比例以及与其它反应介质结合后处理 效果，探索经济有效的反应介质以及与其它反应介质结合能力和结合比例范围， 找出在实验研究中处理效果最好的介质组合，对其进行机理探讨，最后分析影响 p r b 技术处理地下水的各种因素并提出相应的改进措施。 通过实验发现，铁粉的还原作用对有机物的去除有很好的作用，并且极大的 促进的生物降解，以铁粉与活性炭为反应介质的反应器，b o d 5 c o d c ，从0 1 5 3 上升到0 6 6 8 ；活性炭的吸附作用对有机物的去除具有良好的效果；而沸石的离 子交换作用对重金属、氨氮等污染的处理有很好的效果。混合材料比单一介质的 效果好；双层结构比单层结构效果好。 用稀释1 0 倍的垃圾渗滤液为供试水样以铁粉和石英砂为反应介质的反应 器，反应器中铁粉比例分别为2 0 、4 0 、6 0 和8 0 的反应器a 1 、b 1 、c 1 和d 1 ，反应器运行1 4 天后，其对c o d c ，的平均去除率分别为3 5 6 、4 7 6 、 6 4 1 和7 7 6 ，表明铁粉的比例越高对污染物的处理效果越好，不过反应介质 中铁粉比例不能超过8 0 ，容易造成反应器堵塞，影响使用寿命。 用铁粉、活性炭、沸石两两混合为反应介质进行对比实验，结果表明：沸石 的加入能够很大的促进反应器对氨氮以及部分重金属的去除，不过沸石容易饱和 失效，建议在地下水中氨氮污染较严重时着情考虑；其次，在铁粉比例相同的情 况下，加入活性炭能够极大的促进反应器对污染物的去除，如：反应器b 2 和b 3 ， 铁粉含量都为4 0 ，而反应器b 3 加入2 0 的活性炭，其对c o d c ，的平均去除率 出4 7 6 提高到7 9 ，并且对氨氮的平均去除率由3 6 5 上升到7 6 4 ，并且对 色度的去除效果也很好。 探讨以还原铁粉( a r ) 和活性炭( a r ) 为反应介质对污染物的去除机理，结果显 华南理 i 大学硕+ 学位论文 示，活性炭很快吸附污染物，表现为，在反应开始的8 0 m i n 内，污染物的降低浓 度与反应时间呈线形关系；而还原铁粉在开始的2 0 r a i n 内几乎与污染物没有反应， 在反应2 0 m i n 至1 0 0 m i n 的这段时间内，发现污染物的降低浓度与反应时间呈一 级反应动力学关系。 影响反应器处理效果的因素主要表现为：介质组分、配比、污染物在反应器 内的驻留时问、p h 值以及污染物种类等。 关键词可渗透反应墙；地下水；垃圾渗滤液：铁粉：活性炭； a b s t r a c t t h ec o n t a m i n a t i o no fg r o u n d w a t e rb yt h el a n d f i l ll e a c h a t eb e c o m i n gm o r ea n d m o r es e r i o u s ，p e r m e a b l er e a c t i v eb a r r i e ri sa ne m e r g i n ga l t e r n a t i v et ot r a d i t i o n a l p u m p - a n d t r e a ts y s t e m sf o rt r e a t i n gg r o u n d w a t e rc o n t a m i n a t i o n f o ri th a st h e a d v a n t a g eo fe c o n o m i ca n ds m a l le f f e c to fc i r c u m s t a n c eo nt h eg r o u n da n ds oo n ，t h e m i n ea d v a n t a g eo far e a c t i v eb a r r i e ri si t sap a s s i v en a t u r eo ft r e a t m e n t s ot h e t e c h n i q u ei sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ea t t e n t i o nb yt h es c h o l a r sh o m ea n da b r o a d t h r o u g hi n v e s t i g a t i n gt h ec o n t a m i n a t i o no fl a n d f i l l si ng u a n g z h o u ，o n eo ft h e l a n d f i l ll e a c h a t ew a ss e l e c t e dt h ef o c u s c a s e - s t u d y t h r e e r e a c t i o nm e d i a s ( z e r o v a l e n t i r o n ，a c t i v a t e dc a r b o na n dz e o l i t e ) w e r eu s e dt od e s i g ns e v e r a lk i n d so f p e r m e a b l er e a c t i v eb a r r i e r s ( p r b ) t os t u d yt h ef e a s i b i l i t ya n dt h ee f f i c i e n c yo ft h e p r b t e c h n o l o g yi nt h er e m e d i a t i o no fl e a c h a t e p o l l u t e dg r o u n d w a t e r t h ed e s i g n so f t h er e a c t o r sc o n s i d e r e dt h er e l a t i o no ft h e p e r m e a b i l i t y o ft h er e a c t o ra n dt h e p e r m e a b i l i t yo ft h ea q u i f e r e x p e r i m e n t sa d o p t e dm i x t u r er e a c t i v em e d i aa n dd o u b l e s t r u c t u r ep r bs y s t e mt or e s e a r c hi n t oh o wf e a s i b l ei ti st or e m e d ym u l t i c o n t a m i n a n t s p o l l u t i n gg r o u n d w a t e r ，w h i c hw i l l t h u sp r o v i d er e l i a b l et h e o r e t i c a lb a s i sf o rf i e l d a p p l i c a t i o n i na d d i t i o n ，t h ea i mo ft h es t u d yi se x p l o r i n gl e s sc o s tr e a c t i v em e d i a w h i c hh a v eb e t t e rc a p a b i l i t yf o rr e m o v em o s to ft h ec o n t a m i n a t i o n a n dt h er a t i oo f r e a c t i v em e d i a si s v e r yu s e f u lf o rf i e l da p p l i c a t i o n t h em e c h a n i s mo fe f f i c a c i o u s r e a c t i v em e d i a sw a ss t u d i e di nt h i s p a p e r a tl a s t ，t h i sp a p e rs u m m a r i z e st h e f e a s i b i l i t y o ft h ed i f f e r e n tm e d i a r e m e d i a t i n g m u l t i c o n t a m i n a n t s p o l l u t i n g g r o u n d w a t e r ，a n a l y s e st h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so nt h ep r bt e c h n o l o g ya sr e m e d i a t i o n m e t h o df o rp o l l u t e dg r o u n d w a t e ra n dp r o p o s e sr e l e v a n ta m e n d m e n tm e a s u r e s t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tz e r o - v a l e n t - i r o n m a yh a v e t h e g o o d c o m p e t e n c et or e d u c et h eo r g a n i cm a t t e r s ，a n dt h eb o d 5 c o d c ro ft h ew a t e ro u to f t h er e a c t o r sw i t hz e r ov a l e n ti r o na n da c t i v a t e dc a r b o nw a sr i s e nf r o m0 1 5 3t o0 6 6 8 a c t i v a t e dc a r b o nc a nr e m o v e o r g a n i c se f e c t i v e l yb ya d s o r p t i o n i o ne x c h a n g e p r o p e r t yo f z e o l i t e sh a sa p o s i t i v e e f e c to nt h er e m e d i a t i o no f g r o u n d w a t e r ， c o n t a m i n a t e db yh e a v ym e t a l s ，a m m o n i u me t c t h em i x t u r em e d i ai sm o r ee f e c t i v e t h a ns i n g l em e d i a ；a n dd o u b l es t r u c t u r ei sm o r ee f e c t i v et h a nt h es i n g l es t r u c t u r e t h er e a c t o r sw i t hd i f f e r e n tr a t i oo fp o w d e ri r o n ( 2 0 ，4 0 ，6 0 a n d8 0 ) h a v e d i f f e r e n tr e m o v a lr a t i o so fc o d e r ( 3 5 6 ，4 7 6 ，6 4 1 a n d7 7 6 ) r e s p e c t i v e l y m 兰塑墨! ；奎兰堡圭兰垡丝苎 t h i si n d i c a t e dt h a tt h em o r er a t i oo fp o w d e ri r o nt h eb e t t e rr e d u c eo fo r g a n i cm a t t e r s b u tt h er a t i oo fp o w d e ri r o ns h o u l dn o to v e r8 0 c o m p a r i n gw i t ho t h e rr e a c t i v e m e d i a sf o rj a m m i n go fr e a c t o r a f t e r r u n n i n gs e v e r a ld a y so fr e a c t o r sw i t hr e a c t i v em e d i a s ( p o w d e ri r o n ， a c t i v a t e dc a r b o na n dz e o l i t e ) ，t h er e s u l ts h o wt h a tt h er e m o v a lr a t i oo fa m m o n i u ma n d h e a v ym e t a l si sb e t t e ra f t e ra d d i n gz e o l i t e s ，b u ti ti sj a m m e de a s i l yf o ri t sa d s o r p t i o n ， s oi ts h o u l db ec o n c e r n e db e f o r eu s i n gi ta sr e a c t i v em e d i a f o ra n o t h e r ，u n d e rt h e s a m er a t i oo fp o w d e ri r o n i tw i l lb ee n h a n c e dt h er e m e d i a t i o no fc o n t a m i n a t i o n g r e a t l y f o re x a m p l e ，i th a st h es a m er a t i oo fp o w d e ri r o ni nb o t hr e a c t o rb 2a n d r e a c t o rb 3 ，b u tt h ec o d e rr e m o v a lr a t i or o s ef r o m4 7 6 ( b 2 ) t o7 9 ( b 3 ) b e c a u s e o fr e a c t o rb 3c o n t a i n i n gaf e wo fa c t i v a t e dc a r b o n i nt h i sp a p e r ，t h em e c h a n i s mo fr e m e d i a t i n gc o n t a m i n a n t sw i t hz e r o v a l e n t - i r o n ( a r ) a n da c t i v a t e dc a r b o n ( a r ) h a v eb e e ns t u d i e d t h er e s u l ts h o wt h a tt h ea c t i v a t e d c a r b o na d s o r b st h ep o l l u t a n tv e r yq u i c k l y ，a n dt h ec o n c e n t r a t i o no fc o n t a m i n a n t s r e m o v es h o wl i n e rr e l a t i o nw i t ht i m ei nt h ef i r s t8 0 r a i n b u tz e r o v a l e n t i r o nd o e sn o t r e a c tw i t hc o n t a m i n a t i o n sa tt h e b e g i n n i n g o f2 0 r a i n ，t h ec o n c e n t r a t i o no f c o n t a m i n a n t sr e m o v es h o wt h ef i r s tc l a s sr e a c t i o nk i n e t i cr e l a t i o nw i t ht i m ef r o m 2 0 r a i nt o1 0 0 r a i n t h ek i n do fr e a c t i v em e d i a sa n dt h e i r sr a t i oo fa m o n gt h e m ，t h es t a yt i m eo f c o n t a m i n a n t sr e m a i n i n gi nt h er e a c t o r ，p h ，k i n do fc o n t a m i n a n t sa n do t h e r sa r et h e m a i nf a c t o r sa f f e c te f f i c i e n c yo fr e a c t o r s k e y w o r d s ：p e r m e a b l er e a c t i v eb a r r i e rp r b ) ，g r o u n d w a t e r ，l e a c h a t e ，z e r o v a l e n t i r o n ， a c t i v a t e dc a r b o n i v 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：f 镁战 日期：2 0 0 5 年月f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密画。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 臣嵌擘 i i 撕三以 、 、j 日期：。p 年f 月日 h 期：训碑占月。| 1 以夸i 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 经济的发展，伴随各种副产物的产生和排放，大量的工业废弃物以各种方式 排入江河或者以固体填埋的形式废置，不仅造成大量的地上水体和土壤污染，而 且也令土壤和地下水体受到了严重破坏，如何修复受污染的地下水，是当前许多 国家面临的严峻课题。可渗透反应墙技术就是在这种情况下发展起来的一种受污 染土壤和地下水的处理方式，由于此技术具有投资少( 为p u m p & o u t 处理技术 的五分之一左右) ，地面扰动小，对污染物可以长期治理，且为被动处理技术【1 , 2 , 3 】， 基本无能耗，以及和其它处理技术结合能力强等特点，近十年得到迅速发展。 我国是个水资源严重短缺的国家，人均水资源占有量只有世界平均水平的 1 4 ，然而有超过4 0 的河川和5 0 的地下水受到污染【舢，水污染是我国面临的 严峻问题，控制和修复地下水污染是保护我国水资源的重要工作之，因此研究 可渗透反应墙技术在我国的发展应用具有重要意义。 1 1 1 垃圾渗滤液污染地下水概况 1 1 1 1 垃圾渗滤液的特点 垃圾渗滤液是垃圾经压实、生物降解生成的水以及渗入场内的雨水、地表水 和地下水经垃圾层后滤出的污浊液体。具有如下特点浓度高，垃圾渗滤液中 c o d c r 最高达8 0 0 0 0 m g l b o d 5 最高达3 5 0 0 0 m g l ，和城市污水相比，浓度相当 高。一般而言，c o d c ，、b o d 5 、b o d 5 c o d c ，随填埋场的“年龄”增长而降低， 碱度则上升。有资料显示，渗滤液中含有主要有机污染物7 7 种i ”。金属含量高。 垃圾渗滤液中含有l o 多种金属离子，由于国内垃圾不象国外那样经过严格的分类 和筛选，所以国内城市垃圾渗滤液的金属离子浓度与国外城市垃圾渗滤液中余属 离子浓度有较大差异。其中铁浓度可高达2 0 5 0 m g l ，铅的浓度可达1 2 3 m g l ，锌 的浓度可达1 3 0 m g l ，钙的浓度可达4 3 0 0 0 m “们。水质水量变化较大f 7 】。垃圾 中有机物降解生成的低分子物质，垃圾中的可溶物以及水中的金属离子形成渗滤 液水质。因此，其水质与垃圾降解速度、垃圾成分以及降雨渗透量都有关。营 养元素比例失调。由于氨氮含量高，c n 的比值常出现失调情况，且p 元素缺乏， 一般b o d 5 t p 3 0 0 ，比值与微生物生长所需要的碳磷比( 1 0 0 ：1 ) 相差甚远。填埋 场的年限对渗滤液的浓度和b o d 5 c o d c ，有较大的影响。有资料显示如下：台 湾某市填埋场，填埋第一年，排出渗滤液的b o d ”c o d c r 、b o d 5 c o d c ，值分别 华南理上大学硕士学位论文 为：2 5 0 0 0 m g l 、3 5 0 0 0 m i g l 、o 7 1 ；而三年后就变化为：2 9 0 0 m g l 、1 8 5 0 0 m 【g l 、 0 1 7 ；十年后又变为：l o o m 【l 、1 0 5 0 m g l 、0 0 8 。国内深圳某填埋场，前五年的 渗滤液b o d 5 、c o d c ，、n h 3 一n 典型值为3 5 0 0 0 m g l 、1 5 0 0 0 m g l 、1 0 0 0 m g l ；五年 后相应值为：1 0 0 0 0 m g l 、4 0 0 0 m g l 、8 0 0 m g l 。这种影响对渗滤液处理工艺的选 择特别重要。 由于垃圾成分非常复杂，致使其渗滤液中含有大量的有机物、无机盐以及晶 种繁多且含量超标的重金属类物质。张兰英等人采用g c m s d s 联用技术鉴定出 垃圾渗沥液中有9 3 种有机化合物【9 】，其中2 2 种被列入我国和美国e p a 环境优先 控制污染物的黑名单中。垃圾渗滤液水质复杂，c o d c 。和b o d 5 浓度高、含盐量 商、氨氮含量高、金属含量高、微生物营养元素比例失调。再加上其水质水量随 时间变化大，一旦污染地下水，其修复的难度是可预见的。 1 1 1 2 渗滤液污染国内外研究现状 很早以前，国内外学者就开始重视和研究垃圾渗滤液污染环境和地下水的状 况，尤其是垃圾渗滤液污染地下水的情况已进行了一定程度的研究。 ( 1 ) 7 0 年代早期，国外就对垃圾卫生填埋场地进行定性地分析与评价； ( 2 ) 7 0 年代中后期到8 0 年代中期，开始对垃圾填埋场地质环境影响的机理进行研 究。 主要采用物探、同位素法、示踪技术等方法着重对单个污染组分与地下水或 地层中矿物成分相互作用的机理进行研究，并且应用零通量面法计算溶质运移的 解析模型、数值模型等，从定性走向定量。如1 9 8 1 年g u r e g h i a n a b 等采用了有 限单元法对美国长岛垃圾填埋场地下水污染质c l 。的运移进行了数值模拟研究； 1 9 8 2 年s y k r sj f 等报道了垃圾填埋场有机质降解的模拟研究成果，并建立了渗滤 液中c o d c 。迁移转化的预测模型；另外，有的学者还对垃圾中有机质、n h 4 + 、 n 0 3 、n 0 2 。等污染物在填埋场水土系统中相互作用和转化的机理进行了综合研 究和数学模拟、预测等。 ( 3 ) 8 0 年代后期开始，对垃圾填埋场的研究进入了全面系统化研究阶段。 主要包括对垃圾填埋场的设计、地质环境效应的研究更加系统和完善；注重 对防渗材料性能的研究。同时，一些计算机人工智能系统也应用于该领域。如地 理信息系统( g i s ) 、遥感( r s ) 等开始用于探测垃圾渗滤液污染地下水的状况， 并且根据地质状况，利用计算枫模拟污染物运移状况。 我国在垃圾卫生填理方面的研究起步较晚，而且距世界先进水平还存在很大 的差距。直到“七五”期间才在全国范围内开展城市垃圾无害化处置技术的试点 研究，在1 9 9 1 年9 月国家建设部和科委才正式把卫生填埋场处置技术确定为我国 近期推广的首选技术，并先后在杭州、上海、天津、广州等城市开展了城市垃圾 2 第一章绪论 的卫生填埋工作。1 9 9 1 年以前，研究人员主要是介绍国外城市垃圾卫生填埋的选 址原则、环境地质调查、取样分析、监测设计、地球化学过程、填埋场所产生的 主要环境地质问题和地下水污染控制等情况。从9 0 年代开始，一螳具体的初步研 究开始出现，如1 9 9 9 年刘疆鹰【1 0 】，上海市老港大型垃圾填理场稳定化进程进行 了数学模拟；2 0 0 0 年王罗春等人全面综述了垃圾组成、垃圾水分含量、垃圾预处 理与填埋操作方式、填埋场地水文气象条件、渗滤液p h 值与氧化还原电位及微 生物种群等对填埋场稳定化的影响因素【1 1 】。2 0 0 0 年赵勇胜等人对北京市西郊南部 地区北天堂垃圾填埋场主要研究了垃圾填埋场的演化阶段分析及垃圾填埋场对地 下水的污染进行模拟预测等。另外，“八五”地矿部科技攻关项目“上海浦东新区 垃圾堆放对区域环境影响评价”、国家自然科学基金委资助项目“城市垃圾堆放填 埋场的地球化学效应及作用机t 理( 1 9 9 5 1 9 9 7 ) ”和“垃圾填埋场粘性土垫层阻隔能 力的研究0 9 9 6 - - 1 9 9 8 ) ”等三个项目主要研究垃圾渗滤液污染组分在填埋场中的 运移和转化机理，探索适合于垃圾地质填埋场址的综合、系统、优化选择的理论 和方法以及研究分别适合于南方和北方垃圾填埋场的不同填埋方式和管理方式 等。 对己经污染的地下水，一般都采用传统的泵抽处理法或构筑防渗墙进行治 理和控制，这两种方法的成本一般比较高，有效性也难以保证，因此不能广泛应 用。近十多年来许多学者积极探询更加经济有效的污染地下水的修复方法，研究 表明新兴的p r b 技术在治理卤代烃污染地下水的经济性和有效性方面具有其它 方法不可替代的优越性。但是，到目前为止，国外主要集中在石油泄漏等有机卤 代有机污染物的研究中，很少有资料显示把这项技术应用于垃圾渗滤液污染地下 水的治理中，国内也只有吉林大学的董军、赵永胜等做了部分实验室的研究工作。 1 1 1 3 地下水污染概况 由于工业废水不断排放，固体废弃物、垃圾填埋场和油库等有害污染物事故 性泄漏，造成大量土壤和地下水严重污染。已有资料表明，全世界已有5 0 以上 的地下水受到不同程度的污染而不能饮用【1 2 】，就污染物的种类、污染的范围以及 对人类健康的危害而言，地下水中有机污染物排在所有污染物的首位。1 9 9 0 年报 道，美国地下水中的化合物约2 0 0 多种，其中有机污染物就占约1 7 5 种( b a r c e l o ， 1 9 9 0 ) 。因此，受污染土壤和地下水的修复已引起各国政府及环境科学人员的重视。 近2 0 年来，污染土壤和地下水的修复已经成为国际关注的热点之一，欧美发达国 家纷纷制订计划并投入大量人力物力，开展受污染土壤和地下水的修复研究。 在我国。随着城市化进程的加快，越来越多的固体废弃物产生，城市固体废 物的任意堆放或管理不善都会引起地下水的污染，尤其是垃圾渗滤液的污染。具 调查，现存的大量不规范垃圾填埋场及其临近的受污染地下水体和土壤已经成为 3 华南理丁大学硕士学仡论文 严重危害环境而迫切需要治理的污染源。目l ；i f ，我国的城市垃圾年产量约1 2 1 4 亿吨，人均垃圾产量4 5 0 5 0 0 k g 左右，并且还在以每年5 - - 1 0 的速度递增 ”。据有关资料显示，几乎高达9 0 9 5 的垃圾未经处理而直接堆积于郊区或 倒入江河。我国约有2 3 的城市陷入了垃圾围域的困境【1 4 l 。加上我国垃圾场多设 近郊，城市化进程快于垃圾场的处理能力，许多地方由“垃圾围城”向“垃圾城 市”转化。 虽然目前大部分垃圾采用卫生填埋的形式，但在卫生填埋处理过程中，虽然 可以通过使用粘性土或人工复合材料作衬里和添加最终覆盖层、设置气体导排气 系统和底部排水系统等措旌可以减轻填埋场及垃圾渗滤液对环境、大气和地下水 的污染，降低填埋场气体事故的发生。但是，随着时间的推移，填埋场可能会出 现以下一些问题：防渗衬里的破坏。由于机械、自然等作用被破坏而导致渗滤液 泄漏污染地下水；收集或导排系统失去作用。渗滤液的收集和导排系统被腐蚀 失去作用而导致渗滤液泄漏：监测条件的限制。监测系统在渗滤液泄漏初期或地 下水污染前期难于监测而对己造成的污染无法得到及时的控制；其它。人们没 有足够的精力对一个己经停止使用的垃圾填埋场进行永久性的监管等。因此，渗 滤液对地下水的污染时有发生。国际上己有许多具有人工材料和天然材料复合防 护的防渗层由于开裂、孔洞等原因发生渗滤液泄漏的污染实例。如美国纽约州的 b a b y l o n 填埋场1 9 4 7 年开始运行，虽然位于由砂、砾石组成的厚度达3 0 m 的冰秘 层顶部，数年后监测发现地下水受到了污染；美国科罗拉多州落基山兵工厂废液 贮存池1 9 5 1 年发生泄漏污染事故，对当地的农作物和牲畜造成了极大的伤害，在 井水中检测出二异丙甲基磷酸盐、异狄氏剂、狄氏剂等污染物。在国内，兰州市 由于利用垃圾在黄河滩填土筑地，使地表水和地下水都遭到了严重的污染。东盆 地雁滩水源地因垃圾渗滤液的污染已无法再利用；西盆地马滩水源地也有部分水 井报废 ”】。本应是水质良好的上海黄浦江上游港口段，近年检测水质时发现水中 氨氮和硝酸盐的含量明显增高，现场考察后，发现上海最大的垃圾填埋场之一一 三林塘垃圾填埋场就位于该江段距江堤不足2 0 0 米的地方，渗滤液时刻在流入江 中f 1 6 j ；长春市曾把大量的生活垃圾与工业废渣投入伊通河谷，而伊通河冲积层正 是作为长春市供水的主要含水层，随着垃圾的腐蚀分解，对地下水造成的危害难 以想象。除了城市生活垃圾还有大量的矿山堆放场对地下水的危害也逐年暴露出 来。如我国的锦州合金堆放场由于选址不合理，导致地下水铬的严重污染，下游 7 个村的1 8 0 0 眼井不能饮用【1 7 l ；据1 9 8 5 年北京市高碑店污水系统污染综合防治 研究报告，在北京市东南污灌区浅水水井和深水井捡出有机物，其中深水井有机 物3 8 种，浅水井中有机物5 1 种( 如：芳烃类、卤代烃类、有机氯、有机磷等) 有害成分超标。内蒙古和贵州的一些矿渣堆放场也曾发生过地下水的放射性污染 和镉污染事件，并导致一些特殊病症发生。值得注意的是，受检测手段限制，许 4 第一章绪论 多由垃圾填埋场造成的地下水污染未发现。例如，2 0 0 3 年初 以“北 京地下水没被垃圾污染为题”，阐明北京市1 4 个垃圾填埋场因采取有效的防渗和 监控措旌，没有污染地下水。但一项研究指出：用高密度电阻率法、瞬变电磁法等 新方法调查发现，北京已有9 0 以上的垃圾填埋场因渗漏而污染地下水。也就是 说，无论多么好的防渗系统随时随地都有被破坏的可能，垃圾渗滤液泄漏进入到 地下含水层对周围土壤、地表水和地下水造成污染的可能性是永远存在的。另外， 传统的泵提抽取处理法和构筑防渗墙等污染处理措施成本高，其有效性也常常 受到质疑。 因为垃圾填埋场点多、量大、面广、地理位置特殊、污染物成分复杂且危害 严重、污染源难根治、受污染环境难修复等一系列特征，垃圾填埋场对地下水的 污染问题已经成为影响大、危害重、治理需求追切但经济技术难度很大的环境问 题，同时也是损害居民健康、影响社会安定、阻碍我国现代化发展的重要因素之 一，并成为威胁我国环境安全，特别是长期的战略性水资源安全的重要潜在因素。 并且地下水污染与地表水不同，不易被发现，具有隐蔽性，其有机污染物浓度相 对地表水低，分析测试仪器设备要求高，方法复杂。所以有关地下水有机污染物 的资料相对不足，但以上资料足以说明地下水污染已成为全球性的问题。并且我 国土壤和水资源有限，与先进国家相比，经济实力不足，因此，研究和发展适合 我国国情的地下水修复技术，对我国资源的可持续利用具有重要的意义。 1 1 2 垃圾渗滤液污染地下水的危害 由于垃圾填埋场地处城镇郊区，污染物极易通过受污染的水体和土壤，经食 物链危害城镇居民健康。而且，随着我国生活垃圾中电子电器类废弃物等有毒污 染物的增加，垃圾填埋场污染造成的危害正日趋严重。污染土壤和地下水的危害 具有以下几个特点： 1 1 2 1 普遍性和潜伏性 随着工农业的发展，地下水污染日趋严重，几乎威胁着每一个国家。由于其 深藏于地下，污染物不易被及时发现治理。 1 1 2 2 对人类健康的威胁 全球约有1 5 亿人口的饮水靠地下水，亚洲1 3 的人口饮用地下水，我国农村 地区大部分饮水为地下水。人类饮用污染的地下水直接对身体健康造成严重的危 害，并且一些动物饮用污染地下水，其中的一些污染物在其体内积累，通过食物 链间接危害人类健康。全球农业灌溉用水约r 耳全球用水量的7 0 ，粮食中重金属 华南理工火学硕士学位论文 等污染物超标在世界各地已屡见不鲜。 11 2 3 难治理性 由于其潜伏性，污染源不易被发现，并且受监测技术的限制，一些污染源长 期扩散，造成大面积污染危害。并且地下水一旦收到污染，由于环境条件的限制， 微生物自净能力差。目前常用的泵一抽处理方式投资大，治理不彻底，对地上和 地面环境都造成了严重的破坏。 1 1 3 垃圾渗滤液污染地下水的治理措施 目前，大部分地下水的治理措施是由地表水的治理措施发展而来，近二卜年 来垃圾渗滤液污染地下水的治理措施发展很快主要分以下几个方面： 1 1 3 1 垃圾渗滤液的控制措施 ( 1 ) 顶部覆盖层 在使用完的填埋场的顶部覆盖一层粘土，电厂灰与粘胶剂的混合物等材料。 一般使其渗透系数小于1 0 7 c m s 1 1 8 l 。使外部水进入垃圾场的入渗量控制在小于 3 6 m m a 1 9 】，从而使进入填埋场的水量得到有效控制。但由于垃圾层与覆盖层的渗 透系数相差较大，因此之间形成非饱和层，非饱和层具有较大的土水势和土水吸 力，使入渗率远远大于设计渗透系数i 狮，并且覆盖层很难防止龟裂及人为破坏的 发生，因此不能完全阻止地表水的入渗。但项部覆盖对控制蚊蝇的孽生与各种恶 臭气体的挥发起到积极的作用。 ( 2 ) 地表水、地表入渗水与地下径流导排 在填埋场设置有导流坝、环场截洪沟和场区内分区截洪沟组成防洪排水系统 以及在顶部设置引流设备和在覆盖层的下面设置导流系统【2 ”。此方法的应用园地 而异，根据当地的降水情况与填埋场的地质状况而定，使地面降水尽快引流到其 它地方，减少入渗量。 ( 3 ) 帷幕防渗 对于目前污染较严重的填埋场，除了采用以上措施外，还要根据填埋场情况 进行侧面防渗，目前由以水泥为主的帷幕灌浆发展到柔性地下防渗灌浆，此方法 主要是采用粉喷硼润土，在较松散的地层构筑地下防渗帷幕，有防脆裂、长度、 厚度不受限制等优点【2 舶，在旧垃圾填埋场的治理和改造中得到较好应用。帷幕防 渗是一种较成熟的技术，其应用较广泛。 ( 4 ) 开设底部引流设备 根据填埋场底部的地质情况设置一些引流设备，对引流出的渗滤液进行污水 6 第一章绪论 处理或回灌。排泄装置的结构一般为：场底铺一定厚度的粗砂( 厚度视填埋层的 规模和渗滤液的量而定，一般为4 0 0 m m 左右) 作为导流层，导流层底部修筑排水 盲沟( 一般为树枝型) ，中间放置多孔导流管，管径视渗滤液的量而定，管材应选 用抗老化、抗腐蚀、表面光滑、阻力系数小的材料【2 引。目的是尽可能多地将渗滤 液收集并迅速排走。 ( 5 ) 铺设底部衬层 作为防止渗滤液污染地下水的最后一道屏障，衬层材料和铺设方法的选择尤 为重要。衬层一般为双层，目前最多达4 层。村层可以采用天然或人工合成的防 渗材料。天然的防渗材料主要是粘士可以采用一层或多层压实粘土，人工合成 的防渗材料主要有塑料薄膜、土工布与土工膜的组合( 二布一膜或一布一膜) 、牛 毛毡等与粘土组成的复合防渗材料等【2 4 1 。有资料显示，国外有人采用有机粘土作 为垃圾填埋场防渗材料，不仅防渗性能好，而且对有机物有较高的去除效果。理 论上讲，绝对的防渗是不可能的，目前主要集中在防渗材料的研究。 1 1 3 2 地下水的防护 ( 1 ) 隔离措施 此技术是在大坝防渗应用中成熟起来的技术，根据垃圾渗滤液的特性，重点 在防腐材料的选择上。工程中一般采取垂直隔离措施( 防渗墙、竖直隔离墙、深层 搅拌桩墙、帷幕灌浆、高压喷射灌浆板墙1 建立各种物理屏障【2 ”，将受污染的水 隔离起来，防止污染物进一步扩散蔓延。总之在多数情况下，隔离措施作为一 种i 临时性的治理方法用在地下水污染治理的初期，只有在处理小范围的剧毒、难 降解污染物时才考虑作为一种永久性的封闭方法。 r 2 1 水力梯度法 通过排水和注水两种方法人为形成地下水力梯度，使地下水中污染物随水流 方向的改变而改变迁移方向，并且起到了阻止污染物进一步扩散的作用f 2 5 , 2 6 】。注 水还起到污染物的稀释作用，有利于地下水的自净。它主要作为临时性的控制方 法用在污染物治理的初期。但由于其投资大，采用此方法时要综合考虑经济和环 境效益，进行优化分析后决定。 ( 3 ) 被动收集法 在地下水流的下游挖一条足够深的沟，在沟内布设收集系统。将受污染的水 收集起来进行地面处理，防止其继续向下游污染。由于将水中漂浮的污染物质如 油类污染物方便有效，因此在美国地下水治理油污染时得到广泛应用【2 “。垃圾渗 滤液地下水污染处理要根据当地地质条件及污染物情况而定，应用此方法的较少。 7 华南理上= 大学硕士学位论文 1 1 3 3 污染地下水的修复技术 ( 1 ) 泵一抽处理方法 此方法是地下水处理中常用的方式，它首先是把污染地下水抽出地面，然后 再进行地面处理，该方法的优点为抽上地面的污染地下水容易通过各种方法处理， 并且处理污染物彻底，不过在用泵抽处理方法的时候，地下的一些污染物( 如 一些卤代有机物形成的非水溶相的液体) 比水的密度大【2 7 1 ，且很难被生物降解， 并且用泵抽的方式抽出地面也非常艰难，地面和地下环境扰动很大，很易造成地 面下沉。用泵抽处理方式一般要运行几十年甚至上百年，运行成本很高。 ( 2 ) 加药法( 化学处理法) 通过井群系统向受污染的水体灌注化学药剂，如灌注中和剂以中和酸性或碱 性渗滤液，添加氧化剂降解有机物或使无几化合物形成沉淀等。通过各种化学反 应使有害污染物转变为无害、毒性小的及稳定性好的物质【2 引。此方法在地表污水 处理中应用较多，如氰氧化和脱氯是最典型的化学处理方法。但此方法在应用中 要特别注意中间产物和最后产物的毒理效应，防止其对环境造成更大的负面影响。 ( 3 ) 曝气法 有些地方的垃圾渗滤液中有机烃类污染物含量很大时，可将空气或氧气通过 注入井注入受污染区域底部，使地下水中的挥发性或半挥发性的有机污染物由溶 解相向气相转变，随气泡一起上升溢出，再用集气系统将气体收集处理1 29 1 。并且 冲入空气，还有利于水中微生物对有机污染物的有氧降解。理论上只要整个受污 染区被冲洗过，烃类污染物都会被去除。此方法操作较困难，投资大，在使用时 要权衡其经济效益。 ( 4 ) 土壤改性法 利用土壤中的粘土层，通过注射井在原位注入表面活性剂和有机改性物质， 使粘性土转变为有机粘土，这种有机粘性土能有效的吸附地下水中的有机污染物。 然后利用现场的微生物，降解富集在吸附区的有机污染物，从而彻底消除地下水 的有机污染物1 3 们。此方法施工方便，投资小，对治理有机污染的地下水是一种有 效的方法，但由于其吸附作用的有限性，和其它的方法结合使用效果更好。 ( 5 ) 生物修复法 此方法包括微生物修复和植物修复两种方式。微生物修复法就是采用工程化 方法利用微生物将土壤、地下水及海洋中的有毒有机污染物“就地”降解位c o ： 和水或转化成无害物质称为原位生物处理技术【3 。采用的主要措施有：添加微 生物营养盐。o 提供电子受体。提供代谢底物诱导共代谢酶。接种微生物。 各种措旌的应用根据污染物的具体情况而定。植物修复法是利用植物对污染物的 转移、改变、积累、固定及破坏作用，使地下水中的污染物得到有效的去除，通 8 第一章绪论 常与其它各种方法结合使用。其优点在于费用省、环境影响小、处理范围广、能 最大限度地降低污染物的浓度，是一种很有应用前景的污染物修复技术。 ( 6 ) 可渗透反应墙 可渗透性反应墙是国外研究较多的一种地下水污染的原位处理技术。由反应 单元和隔水漏斗两部分组成，其中反应单元用来放置反应介质( 如铁屑、活性炭、 沸石及微生物等) 。当污染的地下水流经反应单元时，污染物与反应介质接触，被 氧化还原、降解或吸附，使通过反应墙的地下水水质得到有效的改善。 1 2p r b 技术介绍 1 2 1p r b 技术简介 根据美国环保局( e p a ) 的定义“p r b ”是一个填充有活性反应材料的被动反应 区，当污染地下水通过时污染物能