（环境工程专业论文）城市垃圾卫生填埋场渗滤液控制技术研究.pdf

西南交通大学研究生学位论文 第 1 1页 ab s t r a c t 、 、 之1 门 入 代 t h i s p a p e r c o n s i d e r s l e a c h a t e c o n t r o l t e c h n i q u e s i n v i e w o f g r e a t l a t e n t t h r e a t s o f l a n d f i l l l e a c h a t e t o t h e s u r r o u n d i n g e n v i r o n m e n t . t h e m a i n d i s c u s s i o n s a r e a s f o l l o w s : ( 1 ) d i s c u s s i o n s o n t h e p e r m e a b i l i t y o f v a r i o u s s o i l s t r e a t e d a s l a n d f i l l l in e r w i t h v a r i o u s c o m p a c t e d d e n s i ty a n d w a t e r c o n t e n t ; ( 2 ) d i s c u s s i o n s o n t h e p u r i f i c a t i o n c a p a b i l i t y o f t h e l i n e r t o p o l l u t a n t s , s u c h a s c o d , b o d , t o c , n 0 3 - a n d c l - , i n t h e l e a c h a t e i n c o n n e c t i o n w i t h ty p e s , t h i c k n e s s , d e n s ity a n d m o i s t u r e c o n t e n t o f d i ff e r e n t s o i l s ; ( 3 ) d i s c u s s i o n s o n t h e d e s i g n o f t h e l a n d fi l l l in e r i n a c c o r d a n c e w i t h e x p e r i m e n t a l r e s u l t s i n t h i s s t u d y a n d i n c o m b i n a t i o n w i t h t h e g e o l o g i c a l a n d h y d r o g e o l o g i c a l f e a t u r e s o f c h e n d u c h a n g a n ms w l a n d f i l l s i t e ; ( 4 ) c o m p a r i s o n a n d a n a ly s i s o f t h e r e d u c t i o n i n p o l l u t i o n i n t e n s ity a n d t h e c h a n g e t r e n d s o f t h e l e a c h a t e b y p o l l u t io n c o n t r o l t e c h n i q u e s s u c h a s r e c i r c u l a t i o n o f t h e l e a c h a t e , c o n t r o l t h e p h a n d a p p l i c a t i o n o f d i ff e r e n t d a i l y c o v e r a n d d i ff e r e n t w a s t e c o m p a c t e d d e n s i ty . i t i s s h o w n fr o m t h e s e d i s c u s s i o n s t h a t : t h e c h e n d u c l a y c a n b e u s e d t o c o n s t r u c t l a n d fi l l l in e r b u t t h e s a n d y c la y c a n n o t ; ( ? th e c o n c e n t r a t io n o f o r g a n ic p o l l u t a n t s i n e f fl u e n t s l e a c h a t e c a n g r a d u a l ly s t a b i l i z e b u t t h a t o f i n o r g a n ic p o l l u t a n t s s u c h a s c i w i l l i n c r e a s e t o t h e l e v e l o f i n g re s s iv e le a c h a t e ; p a u n d e r t h e c o n d it io n o f t h e l in e r c o n s t r u c t e d b y c h e n g d u c la y w it h a c o m p a c t e d d e n s ity o f 1 .6 0 g a tl 3 a n d t h e le a c h a t e h e a d le s s t h a n 1 .0 m， t h e l e a s t t h i c k n e s s o f l i n e r i s 1 . 5 0 m i f t h e c h a n g a n m s w l a n d f i l l i s o p e r a t e d a s a t r a d it i o n a l l a n d f i l l a n d 1 .2 0 m f o r a b io r e a c t o r la n d f il l ; 助h e le a c h a t e r e c ir c u la t i o n a n d p h c o n t r o l c a n a c c e le r a te t h e d e s c e n d i n g t r e n d o f o r g a n i c p o l l u t a n t s c o n c e n t r a t i o n a n d t h e a t t e n u a t i o n o f h e a v y m e t a l i n t h e le a c h a te ; )th e s e m a te r ia l s , s u c h a s s a n d y s o i l, w ith a m o d e r a t e p e r m e a b i l ity c a n b e u s e d a s p r o p e r d a i l y c o v e r w h i l e t h e w a s t e s h o u l d b e c o m p a c t e d m o d e r a t e l y i f t h e l a n d f i l l i s p l a n n e d t o o p e r a t e i n t h e l e a c h a t e - r e c i r c u l a t e d w a y . k e y w o r d s : m u n i c i p a l s o l i d w a s t e ; 伙a c h a t e ; l a n d f i l l ; r e c i r c u l a t i o n ; l i n e r ; d e s i g n . 西南交通大学研究生学位论文 第 1页 1 绪论 1 . 1问皿的提出 垃圾填埋场出 现于二+世纪3 0 年代后期， 6 0 年代许多欧美国家制定了 有关填埋场 的设计、 施工和运行管理标准后现代的 城市 垃圾卫生 填埋场才得以 成型 i ii 。由 于 经济、 技术等诸多优势， 在过去数十年中垃圾卫 生填埋一直作为大多数发达国 家城市垃圾的主 要处理 方式b 。 据美国国 家环保局 ( e p a ) 1 9 9 1 年 统计，当 时美国 就有7 5 0 0 0 座垃圾卫 生填埋 场3 1 。 我国 从二 十世纪8 0 年代开 始 采用 垃圾卫生 填埋技术， 至 今全国已 有十多 个 城市建有严格的垃圾卫生填埋场。随着城市垃圾 “ 减量化、资 源化、 无害化” 控制原则 的贯彻实施，可以预计垃圾卫生填埋将在我国得到广泛的应用. 垃圾填埋后会产生大t的、污染强 度和污染 特征都在不断变化的渗滤液. 这些高污 染强度的渗滤液不仅难处理，同时处理费 用也很高，而坡埋场本身也会因种种设计、施 工和运行管理缺陷而可能导致渗滤液对环境的污染， 据 1 9 7 7年资料， 美国当时 1 8 5 0 0 个 垃 圾 填 埋 场 中 几 乎 有 一 半 对 水 体 造 成了 污 染 n i ， 而d a v i d r o c h e ( 1 9 9 7 ) 调 查 英 国4 0 0 0 个填 埋 场后 也发 现填 埋 场 造成 水 体污 染 的 比 例 达3 .3 01 0 13 1 。 因 此 如 何 控制 好 填 埋 场产 生的 渗滤液就成了这项垃圾处理技术“ 无害化” 的关键。 欧美等发达国家由于有雄厚的经济实力保障， 其填埋场大都在场底和四壁采用土工 膜复 合 防 渗 层 系 统 16 .7 1 ， 这 样当 然能 从 很 大 程 度 上 解 决 填埋 场渗 滤 液的 渗 漏问 题， 但该系 统高额的成本很难照振引入我国这样的发展中国家。能否利用我国大量的廉价粘土资 源， 在防渗层的设计和施工中优化考虑土料组成、 含水量、厚度等因素， 从而实 现对填 埋场防渗层的防沙和净化要求并达到安全、 经济和可行的目 的就成了 一个值得研究的问 题。 另外，针对填埋场产生的渗逮液难处理和处理成本高的特点，能否利用和怎 样利用 填埋场这一天然的厌氧生物反应器， 将其自 身 产生的渗滤液加以 净化同时又加速填埋场 稳定也是一个值得研究的问题。 为此，本论文选取了“ 城市垃圾卫生 填埋场渗滤液控制技术研究” 为题， 结合导师 的科研项目“ 垃圾卫生城埋场处里技术条件研究” 进行渗滤液控制技术中 有关粘土防渗 层优化设计和渗滤液回灌技术的研究. 1 .2.林液控制技术研究现状 扣 1 .2 . 1防渗层研究进展 由于防渗层担负 着坡埋场泊涟液与 地下水之间的屏障作用， 其性能好坏将直接关系 到地下水能否免受污染， 故各国在制定有关防渗层严格的 技术标准的同时也进行了 大量 的研究工作。由于本论文不涉及土工复合膜防渗层， 故在此仅对有关粘土防渗层的研究 进行概括。 在有关防渗层的研究中， 最深入最完普的 应是 有关土工参数对防渗层防渗性能的影 响 的 研 究 . m it c h e l l 等( 1 9 6 5 ) il l , g a r c ia - b e n g o c h e a 等( 1 9 7 9 ) 19 1 , e l s b u ry等( 1 9 8 9 ) i 6 1 , d a n ie l 和b e n s o n ( 1 9 9 0 y , r ix 等( 1 9 9 2 ) 1 1 , s h e l l e y 和d a n ie l ( 1 9 9 3 ) 1 3 1 , b e n s o n 和d a n ie l ( 1 9 9 4 ) 4 1 . d a v ie s ( 1 9 9 7 )1 3 1 , l a n g d o n 等( 1 9 9 7 ) 1 6 1 和b e n s o n 等( 1 9 9 9 ) il l 通过大it 研究工作取得了 土料组成特征 ( 粘粒含f.塑性指数、 砾石含a) 、 压实含水 1t、压实千密度、饱和度、防渗层最小厚度、单层厚度、土块大小、层间接合、碾压方 西南交通大学研究生学位论文 式与碾压次数等土工参数对防渗层渗透性的影响程度以 及有关设计 究 表明 ， 大 量的 粘 土 均能 满 足 压 实 后 渗 透 系 数 1 0 7 c m.妇的 要 求， 第 2页 施工要领.这些研 但最重要的是必须首 先确保在比 最优含水量更湿的墓础上压实防渗层， 其次才是压实比 和土料有关指数 ( 液 限、塑性指数) ，另外防渗层越厚也有利于降低其渗透性。 对于 在 缺少 粘土的 地区 建填 埋 场， b r a d e r ic k和d a n i e l ( 1 9 9 0 ) 1 1 , c h a p u i s 等 ( 1 9 9 2 ) 1 9 ， 张 波 等( 1 9 9 7 ) 12 0 1 , a ls t o n 等( 1 9 9 7 ) 12 1 , t s a i 和v e s i lin d ( 1 9 9 8 ) 12 2 1 , d e n n is 和 t u rn e r ( 1 9 9 8 ) 12 3 1 ， 刘 长 礼 等( 2 0 0 0 ) 12 11 己 作了 大 量 有 意 义 的 研究 工 作 ， 即 通 过 对当 地 土 壤进行改良以 降低防渗层的渗透性， 一般实验研究用改良 剂包括石灰、 普通水泥、膨润 土 ( b e n t o n it e ) 和粉煤灰等。 其中d e n n is 和t u r n e r ( 1 9 9 8 ) 则墓于 填埋 场渗涟 液收集系 统 堵塞的机理开创性地将生物膜技术用于土壤防渗性能改良中，即在 k值介于 1 0 3 - l 0 1 c m .s i 的土料中进行徽生物培养后再压实成防渗层，结果渗透系数降到了 1 0 $ c m s , 左 右 . 据c h a p u i s v ( 1 9 9 2 ) , a ls to n 等 ( 1 9 9 7 ) 报 道 ， 膨 润 土 改 良 的 防 渗 层已 用 在 实际工程中并取得了良 好的效果。 此 外 ， b o w d e r s 和d a n ie l ( 1 9 8 7 ) 12 3 1 , h e t t ia r a t c h i 等 ( 1 9 8 8 ) 12 6 1 , a c a r 和h a id e r ( 1 9 9 0 ) 12 1 , b u d h u 等 ( 1 9 9 1 ) 12 1 1 , f e r n a n d e z 和q u ig le ( 1 9 9 1 ) 12 9 1 , l o 等 ( 1 9 9 7 ) 13 0 就 渗 滤 液 中 的 化 学 物 质 对防渗层的渗透性影响进行了实验研究，结果表明在一般城市垃圾卫生填埋场渗滤液 中， 化学物质浓度较低而对粘土防渗层防渗稳定性没有实质性影响。 在 有 关 防 渗 层 对 污 染 物 的 净 化 性 能 研 究 中 ， l a b a u v e 等 ( 1 9 9 8 ) 13 1 , e v a n s ( 1 9 8 9 ) 13 2 1 , 刘 和 平 等 ( 1 9 9 7 ) 1 3 1 , m o h a m e d 和y o n g ( 1 9 9 7 ) 1 0 1 , l i 和w u ( 1 9 9 9 ) 13 3 等 着 重 对 微 量 重 金 属 元素在粘土防渗层中的阻滞机理及影响因素进行了研究，而有关渗涟液中有机物 ( t o c , b o d , c o d ) 在防渗层中的阻滞、 转化及运移研究相对较少， 且各研究者得出的 结 论 也 不 相 同 . 在 城 市 卫 生 坡 埋 场 渗 池 液 13 6 一 书 中 ， 作 者 提 道g r iff i n 和s h im p ( 1 9 7 8 ) 以 及f u l le r ( 1 9 8 0 ) 通过研究认为c o d和t o c 很少 被土坟滞留; f u l le r ( 1 9 7 8 ) 研究认为由 于土壤中既有有机物的洗出，土柱实验中最初渗出水的 c o d浓度是输入实验渗滤液 c o d浓度的3 0 - 5 0 倍，出 流滩滤液中t o c 浓度快速增至渗涟液愉入的t o c浓度水平， 事 后用清水 淋滤实验土柱时 先前阻 滞在土 柱中 的t o c 又相继被 洗出 : e n g e r s ( 1 9 7 8 ) 在填 埋场地下水流场研究中发现由于过滤及微生 物转化作用，渗论液中 有机物浓度会随流动 距离 显 若 降 低: s o y u p a k 等 ( 1 9 7 8 ) 经 过7 0 天 土 柱 实 验 后 发 现c o d 和t o c 分 别 减 少了9 0 % 和9 8%， 其主 要阻滞机理是有机物的 徽生 物分 解. 陈岳11 和张澄博 3 7 0分别 进行了 渗涟 液在模拟土柱中的运移实验， 他们的实验结果都表明 渗滤液通过土柱后其 c o d浓度呈 逐 渐 上 升 的 趋 势， 试 验 开 始 时 部 分 土 柱 渗 出 液 中c o d 浓 度 仅 有。 或。 . 1 m g .l 1 ， 与c o d 输 入 浓 度4 1 2 .4 5 m g .l 相比 去 除 率 几 乎 达1 0 0 % . 刘 长 礼 等( 2 0 0 0 ) l则 在 忽 略 粘 土 中 微 生物的生物净化作用荃础上就单位宜1 t 粘土的截污容it随密度变化的关系进行了系统 实验研究， 得出了实验粘土的截污能力与 密度无关的结论. 从上述研究成果可以 看出， 有关防渗层对渗滤液中有机物的净化性能目 前还难以定论。 总结上述有关防渗层渗透性和挣化性能的研究后可以看出有关防渗性能的研究相 对更深入， 但都没有将防渗性能和净化性能有机结合起来，不能不说是一憾事。 1 .2 .2渗滤液回灌研究状况 填埋场运营过程中以 及封场后都会产生大i的离污染强度且水质水it不断变化的 渗池液，一般渗涟液处理系统的工艺复杂 ( 通常要求物理、 化学和生物法联合处理) ， 处 理成 本高( 每吨最高达8 0 英元 3 9 i ) 。 故从 二 十世纪7 0 年代开 始以 美国 为先 驱， 其后 加拿大、澳大利亚、德国、丹麦、惫大利、 瑞典、日 本和英国相继加入渗滤液回灌填埋 西 南交 通大学 研究生学 位论文第3 页 目分- -一-一 - 场的 研究 行列4 0 , 4 1 1 ，以 期 探 索出 适 宜 渗涟 液处 理的 经 济、 安 全、 高 效的 新 途 径。 综观过去三十年来，国外有关渗滤液回灌技术的 研究可分为以 下几个阶段: ( 1 ) 实验室和填埋小室研究阶段 自7 0 年代初开始， p o h la n d 首 先在美国g e o r g ia 理工学院 通 过垃 圾柱试验并于7 5 年 完成了 美国e p a研究项目 渗滤液回灌卫生填埋场的 稳定以 及残余物处里 的最终报告 14 2 1 . l e c k i e 等在1 9 7 2 - 1 9 7 5 年间 通过5 个约5 3 0 吨 规模的 填埋小 室 进行了 渗滤液回 灌、 注水、 污泥接种等对比实 验研究， 得出了渗泌液回灌是该研究项目 几个方案中最可行的 且 最有益的管理 途径的结 论 14 3 ) . p o h l a n d 又于1 9 7 6 - 1 9 7 9 年间 在比7 0 年代前期采用的 试 验垃圾柱体积更大的( 面积 约3 m 2 ， 垃圾层厚3 m ) 混凝土小 室 进行了 渗滤液回灌试验， 在三年试验期结束时渗滤液中 有机物 ( c o d . b o d , t o o、 金属 ( a l , c d , c a , c u , k , m g , m n , n a , n i , p b , z n ) 以 及c i , s 0 4 ， 一 、 p 0 4 3 , 氨 氮 、 总 氮 等 都 有 7 大 幅 度 的降 低4 2 1 . 这些实验 研究 表明 了 渗滤液回 灌技术应用于 填埋场的 可 能性并为后续研究在 方式、方法上提供了有益的借鉴。 ( 2 ) 大规模填埋单元和填埋场现场研究阶段 这一研究阶段始于7 0 年代末，典型项目 有 1 9 7 8 - 1 9 8 3 年间 英国 在8 个深 5 米，各 填埋垃圾达3 5 0 0 吨的试验单元进行的包括渗滤液回灌在内的 对照研究: 1 9 8 6 - - 1 9 %年英 国 工贸部资 助的6 个试 验单 元强 化产气的 研究， 这 些填埋单 元深2 0 米， 各填埋垃圾1 5 0 0 0 吨。尽管其主要目 的在于 评价不同 方案的产气速率和数里， 但同时也进行了渗涟液回灌 对比 研究，由于排水系统失效各单元内 积水深达 5 - 1 0米， 在一定程度上影响了 研究效 果 14 4 1 ; b a r b e r 和m a r is 将 两 公 顷 的 北 约 克 郡s e a m e r c a r r 填 埋 场 分 为9 3 4 0 m 2 的 回 灌 区 和 6 8 1 7矽的对照区 进行研 究， 通 过1 9 7 9 - 1 9 8 2 年间3 年 研究 表明 虽 然在 该处 进行渗滤液 回灌并没有口满解决渗滤液回灌后直接排放问题， 但仍起到了 减少渗滤液体积和降低污 染强 度的 积极作用14 5 1 . 同 期 在美国己 有众多的 坡埋场开 始 采用 这项技 术， 8 6 年全美国 就 有2 0 。 多 座坡埋场在实施渗 涟 液回 灌 14 11 此外， b a r la z 等人( 1 9 8 9 ) 还 通过 模拟试脸对回 灌琪埋 场的 细 菌 种 群策衍和垃圾分解、 产气等生物和化学特性进行了 详细的 研究， 取得了有关回滋坟埋场内垃圾分解、产气以 及细菌生长的变化趋势. 为从 更深层次 研究 渗滤液回 灌坡 埋场莫 定了 基础14 6 1 ( 3 ) 生物反应器埃埋场综合研究阶段 自 二 十世纪 8 0年代以 来， 关于 渗滤液回 灌的 研究已 不再 仅 局限 于 将它作为 一种管 理 渗 论 液的 手段 单 独 予以 研究， 而 是 将 它作为 生 物反 应 器 填 埋 场( b io r e a c t o r l a n d fi l l) 的 重要组成部分来加以系统研究。 所谓生物反应器坡埋场是通过有目 的的 控制手段强化微 生物过程从而转变和称定垃圾中易降解和中等易降解有机组份的一种卫生城埋场运行 方式.在这种生物反应器坡埋场的设计、 施工、 运行管理等阶段中 都将渗滤液回灌作为 该系统的有机组成而进行综合考虑， 避免了此前各填埋场所采用的回灌技术都是在填埋 场设计和施工完成后， 才将渗滤液回滋作为一项渗涟液管理技术加以 利用， 结果使坡埋 场和渗逮液回滋系统在运行中受到了不同 程度的影响。 在 这一 阶 段中， 美国g e o r g ia 理工 学院已 在9 3 年 完 成了 直 径1 米、 高3 米的 模拟生 物反应器琪埋场的实脸室研究， 结果表明该系统在阻滞毒物( 孟金属和有毒有机化合物) 的迁移的同时还不会影响坡埋场的加速稳定过程， 同时还认为 生物反应器填埋场是可行 的并且是超越传统坡埋场运行方式的了 不起的改进。另外美国 还在d e l w a r e进行面积1 英亩的生物反应器坟埋单元试脸研究并分别在佛罗里达州和纽约州的6 英亩和 1 0 英亩 的场地上进行现场研究， 而俄亥俄州甚至准备将生物反应器筑埋场技术作为无防渗层和 控制系 统的旧 坟埋场的 整治 手段 14 7 1 西南交通大学研究生学位论文第 4页 此外， o n a y 和p o h la n d ( 1 9 9 8 ) 甚 至 进 行了 回 灌 填 埋 场生 物 脱 氮的 研究， 他们 提出 将填埋场分成缺氧、 厌氧和好氧三部分， 见图 1 。上层缺氧区用于反硝化脱氮，中部厌 氧区 用于产气， 下层好氧区 用于 硝化脱抓。 模型实验结果表明 氮的 转化率为9 5 %，同时 渗滤液中 的 硫化物也能 得到有 效去除 4 1 ) , w a r it h 等( 2 0 0 0 ) 则 通 过实 验 研究表明向回 灌 渗滤液中加入污泥和营养物质能加速微生物接种 速率 4 9 1 ，从而从更大程度上加快了垃圾的降解 由于渗滤液回灌带来的种种好处， 美国e p a己 准备着手对回灌填埋场必须采用复合防渗层的强制 性要求进行修改，允许使用更具经济优势的其它备 选防渗层.同时，因生物反应器填埋场正在吸引越 来越多的缤埋场资方的兴趣，e p a也正准备制定有 关生物反应器坡埋场的设计和操作运行标准。瑞典 则因1 9 8 81 9 9 5 年间两处共1 2 个生物反应器填埋小 室取得的 初步成效，1 9 9 5 年全国 竟有 3 0多个地方 开始建生 物反应器填埋场或填 埋小 室 1 0 1 相比 之下，我国关于填埋场渗滤液回灌的研究 不论是质还是t上都有着明显的差距， 基本处于国 外二十世纪7 0年代间的第一阶段水平.1 9 9 5 年同 济大学徐迪民等在同济大学学报发表 垃圾填埋场 渗滤液回灌技术的研究一文， 才标志着我国开始 涉足渗滤液回灌这一领域. 至今全国公开发表的有 关 文 章 仅1 0 多篇。 除 部 分 综 述 文 章 外 1 1 ,1 2 .) ， 孙明 等 ( 1 9 9 9 a , 1 9 9 9 b ) 分别对填埋场表面回灌时土坡燕 发和水i 平衡进行了 研究1 3 ,1 4 1 ， 认为 这种回 灌方式 仇渗滩液回浴 图i生 物反应器坟埋场场内脱氮模型 ( 们o n a y 和p o h la n d , ( 1 9 9 8 ) i0 1 ) 可因土坡燕发而大t削减回洛渗论液水里: 前面提及的徐迪民 等在文中 不仅对土壤净化 渗涟液进行了 研究还对垃圾棋拟 柱 ( 煤 渣， 菜皮混合 ) 回灌前后 进行了 微生 物镜检， 认为 进行 渗 涟 液回 灌的 城埋 场 相当 于 一 个 生 物 滤 池 1 1 1 : 李国 建 等( 1 9 9 7 ) 又 在 该 文基 础上 对 垃 圾 模 拟 柱以 及土 一垃 圾 混 合 柱 对 渗 滤 液 的 净 化能 力 进 行了 研 究 36 1 ; 卢 成 洪 等( 1 9 9 9 ) 则 对 里于 恒 温箱内 的 垃圾 进 行了 渗 滤 液回 灌 与 等 盘 注水 对照 实 脸 研 究 1 7 1 ， 上 述研究 都是 同 济大学环境工程学院完成的， 表明 他们在渗滤液回滋方面已 作了 大t的工作。此外， 张瑞明 等 ( 1 9 9 8 ) 在开挖的直径4 0 米， 深2 米的垃圾填埋单元进行了 渗涟液表面喷灌 研 究 ， 通 过 一 年的 实 脸 研 究 表 明 渗 涟 液 减 it 近1 0 0 % , c o d 由1 0 4 0 0 m g .f ， 降 到1 4 2 m g . 1 , 减 少 7 9 8 01 0 , b o d 。 由8 1 7 0 m g .l 1 降 到4 2 .9 m g . c i , 减 少 了9 9 .5 % , 其 它 监 测 指 标 如 总 氮 、 总 磷、 c u . p b . c d , z n , a s 等 都 有t 大 幅 度的 降 低 5 8 : 王 琪 等( 2 0 0 0 ) (1 9 也通过 模拟 实验对试验柱内垃圾分别进行了 注水、 渗滤液回泛以 及垃圾柱是否与空 气接触等对比 研 究， 验证了 渗浦液回湘的优势以 及回灌过程中 垃圾与空气接触能改 善渗浦液中氨氮去除 的结论. 而浙江农业大学王风平 ( 1 9 9 7 ) 在硕士论文 垃圾坡埋处理生 物强化技术初步 研究 、清华大学崔成伟 ( 1 9 9 7 ) 在硕士论文 城市垃圾坟埋场水平衡及渗沥液回灌系 统的 研究也分别从不同的角度对渗论液回斑进行了 研究， 清华大学研究生曹丽云 9 9 年6 月 在毕业论文 城市垃圾坟埋场洛涟液回湘研究中分别对 产酸阶段和产甲 烷阶段 的试验柱进行了回滋对照实脸研究， 结果表明同产酸阶段相比， 产甲 烷阶段进行回灌最 能有效削减渗滤液c o d . 最后该文提出了 分区回灌、 分期回滋、 坡埋初期和产酸阶段少 回灌或不回灌、产甲烷稳定后再开始增加回灌频率的操作原则。 但与国外相比。我们还 西南交通大学研究生学位论文第5 页 有许多91待解决的问题， 首先是垃圾柱试验对比 参数不系统不全面，尚 不足以指导工程 实践; 其次是大规模的单 元试 验仍 很 缺乏; 第三是 对回灌 ( 特别是 表面回 灌) 带来的 环 境问 题缺乏研究;第四是有关生物反应器填埋场的系统研究还是一片空白. 1 .3 主要研究内 容及技术路找 1 .3 . 1主要研究内容 ( 1 ) 填埋场主控因素研究分析。包括对城市垃圾特征、填埋场渗滤液特征以 及成都 长安垃圾坡埋场自 然地理环境特征进行研究分析，明确渗泌液控制技术研究重点及方 向。 ( 2 ) 填埋场防渗层的优化设计研究。 在对粘土防渗层有关影响因素系统分析的基础 上通过不同土质、不同压实密度、 不同含水量、不同厚度以 及不同 作用水头的组合对比 试验， 分别确定减小防渗层渗透性和提高防渗层净化能力的影响 要素， 最后提出对防渗 层渗透性和净化能力综合考虑的 粘土防渗层的优化设计方案，以 期探索出 一条适合我国 国情的 经济、可靠的坡埋场防渗层设计之路。 ( 3 ) 渗滤液回灌技术研究. 通过渗池液回灌净化机理研究分析，设计出回灌实验方 案， 再 对回 灌与 否、回滋调节p h与 否、 回灌 填埋场中间 搜盖 层使用 粘土与 否、回 灌填 埋场垃圾压实密度大小等进行对照实验研究 1 . 3 .2研究技术路线 本研究遵循收集资料一现场调查分析一实验模拟分析的思路， 具体技术路线见图2 . 圈2 研究技术路线框圈 西南交通大学研究生学位论文 第 6页 z 城市垃圾卫生坡埋场及汾滩液特征 2 . 1城市生活过圾及其处jr概况 2 . 1 . 1 城市生活垃圾特征 城市生活垃圾是人们在日 常生活中产生的综合废弃物。由于社会进步和经济发展， 城市垃圾的 产t和组成都在不断发生变化. 同样由 于地区差异和经济发展不平衡，同一 时期不同国家和城市甚至同一城市不同片区产生的垃圾数量和成分也不相同。 ( i ) 垃圾产a的 变化特征 随着社会经济的发展和城市化水平的 提高， 城市生活垃圾的 产里越来越大， 见表1 . 自 1 9 7 9年以 来， 我国城市垃圾平均每年以8 .9 8 % 的 速度增加.少数城市增幅甚至高达 1 5 - -2 0 % . 1 9 9 6 年 我国 城 市 垃圾 产 it 达1 .4 6 亿 吨 16 11 ， 垃 圾 清运 f达1 .0 8 亿吨. 从 表i 中 还可看出，我国 人均垃圾产量也在逐年递增，1 9 8 6 - 1 9 9 5 年平均增幅约3 . 9 7 % . 表1 全国垃圾产生情况统计 表 ( 据狱文超.1 9 9 8 1 0 1 ) 年 份 实 际 坡 市 致 统 计 城 市 致 桂 市 非 农 业 人 口垃级清扫面积 1215比到2640朽59 ( 万人) 1 2 2 3 3 . 8 1 2 8 9 3 . 1 t 3 9 6 9 . 5 1 4 3 7 7 . 7 1 4 7 5 2 . 1 1 4 9 21 . 0 1 6 5 5 0 . 1 1 8 4 9 d .0 ( 万m z ) 4 4 5 0 7 51 1 4 1 5 8 8 7 6 6 4 7 0 8 6 9 1 9 8 7 8 2 51 9 2 4 1 0 1 1 1 0 4 0 1 2 2 7 8 8 . 3 垃 极 清 运 t ( 万 c ) 人均垃圾产t ( k 人. , 通 ) 5 0 0 8 . 7 $ 3 9 7 . 7 5 7 5 1 . 3 6 2 91 . 4 6 7 6 6 月 7 6 3 6 8 7 9 1 ! 肠 7口 1 0 8 2 5 . 4 345371424，4i45547)份633 353381434450467479570640 986987988989990991993995州 ( 2 ) 垃圾组成的动态变化特征 图3 分别表示英国( 1 9 3 5 - 1 9 8 0 年间 ) 和 丹麦 ( 1 9 5 0 - 1 9 8 0 年间) 垃圾组成的变化 趋 势，从中可以看出尽管两国同期垃圾成分不同，但两国城市垃圾的变化趋势是一致的， 即垃圾中灰法等无机物含a逐渐减少，纸张、塑料等在内的有机物含f则逐年增加.随 (思公令阳-侧 班五本冲- 1 9 3 5 1 9 的1 9 6 6 图3 英国 ( 左) ， 幽】 和丹麦 i 9 s o 1 9 6 0 1 9 7 0 1 9 8 0 ( 右) 城市垃圾姐分变化趋势圈 3脚1 ( 拍 c n w f o r d 和 s m it h . 1 9 吕 ， 1 ) 西南交通大学研究生学位论文 第 7页 着国家经济的发展、居民 生活水平的改善和我国城市燃气普及率的 提高， 我国城市垃圾 组成也呈相同的变化趋势。 ( 3 ) 垃圾组成差异及影响因素 表2 中列出了国内1 7 个不同规模的城市之间以 及美国1 9 9 4 年的 城市垃圾组成情况。 产生这些城市垃圾组成差异的原因 应包括下列影响因素: 表2 国内部分城市及英国城市垃圾组成情况( 招 高 光 等 . 2 0 0 0 1 1和h a ith , 1 9 9 8 1 1 ) 有 机 度 物 无 机 度 物 300拙300350珊200450溯100 服219如邸砂洲妙粗补如卿380800如妙2467 舰400姗947550510424翔翻803903珊320220，35210630 296叨128090110082080州069041053390120291250240760 q74089108305i0ii3i252ioo320l05i582g05i93274i03207oo 北京 夭滩 上海 诩京 无侣 常州 甫通 合肥 九江 武汉 宜昌 且庆 广州 深圳 感州 .庆 清远 狡国. 肠余 3 9 . 0 0 5 0 . 1 1 7 0 . 0 0 5 2 . 旧 41 . 0 0 4 民以】 4 0 . 0 5 钊 9 ， 4 7 . 2 7 3 9 . 1 6 2 9 . 5 4 3 民7 6 6 3 . 0 0 5 8 . 0 0 5 0 . 0 0 5 0 . 0 0 5 3 . 0 0 67 0 度纸 1 8 . 1 8 5 . 5 3 8 . 0 0 4 . 9 0 2 . 9 0 4 之目 4 . 2 0 3 . 5 7 41 8 4 . 3 3 1 . 2 2 . 0 4 4 . 8 0 纤维 3 . 5 6 。 . “ 2 . 8 0 1 . 1 8 4 . 9 8 .7 0 1 . 7 2 2 . 9 8 翻 9 3 1 . 3 3 0 . 7 3 0 . 9 7 3 . 6 0 2即 2 . 1 2 1 . 8 9 1 . 5 1 4 . 0 竹木制品塑料橄胶度金月玻确陶倪灰凌 1 0 . 3 5 4. 9 1 1 2 . 0 0 1 1 . 2 0 9 . 9 3 习 0 . 0 2 8 . 9 0 1 0 . 2 2 1 2 . 5 0 7 . 5 0 1 . 1 妞 9 . 1 0 1 4 . 1 0 1 3 . 7 0 1 2 . 0 0 1 2 . 6 0 1 1 . 1 2 1 1 . 7 0 丝 2 1 洲 】 9110川0055 月声2肉乙卜乙， 注:. 典日抽市 垃极中还包括1 4 .6 % 的 应院 杂物。 生 活水平差异的影响。 经济发达、 生活水平高的国 家和城市， 垃圾中有机物 含t较高. 而经济发展水平和居民 生活水 平不高的城市中垃圾无机物含t相对较 高. 能耗结构的影晌。 姗气率离的城 市垃圾中灰渣比 例明显低于姗气普及率 低的城市. 据林祖翔、 吴香尧 ( 1 9 9 9 ) 统 计，近年来成都姗气区垃圾中有机物为 6 9 .0 1 % ，无机物为 1 7 . 7 6 % ， 可回收物为 1 2 . 1 4 %， 而姗煤区生活垃级中 上述组分则 分别为2 5 .0 9 % , 6 5 . 1 4 % 和7 .2 6 % i6 5 ) . 其它因素的影响。如夏秋季节垃 圾中瓜果皮屑等有机物增多， 而冬季北方 垃 级 产 生 减少来 派 ( 如碑目鹰院杂钧胶地 场肥。价众垃段破碎入下水道) ，式“ 转 移 二 ) 收 纽 能绝 . 西 ) 刁2/ .ijr 回收利用 ( 度物 回收、 堆肥) 力 焚 烧 v f t jr is(拭) 圈4 城市垃圾处理系 统 ( 据h a rt h . 1 9 9 8 10 1 ) 燃煤区垃圾中灰渔含t则明显上升. 其它如城市规模、人口、居民 消费习惯、 城市地理 西南交通大学研究生学位论文第8 页 ，扣户，种，种 条件、物产特征等也对垃圾组成具有影响。 2 . 1 .2城市生活垃圾处理方式 城市垃圾产生后，一般都先将其中的 废旧 金属等资 源进行回收利用， 然后再分别采 用露天堆放、填埋、 焚烧、 堆肥、生物处理 ( 如蛆蝴分解) 和热解等方式进行处理。 这 几种处理方式的特点见表 3 。 但就目 前而言.国内 外应用最多的 处理方式还是填埋、 焚 烧和堆肥。图4 表示城市垃圾处理系统的 流程，表4 中 列出了 发达国 家城市垃圾的处置 方式概况。 表3 各种垃圾处里方式的特点 ( 据高 光 峥 . 2 0 0 0 w 4; 杨 国 清 娜 . 2 0 0 0 1 : 李 国 学 等 ， 2 0 0 0 4n 4和 张 益 等2 0 0 0 4. 1整 理) 处，方式优点缺点应 用 情 况 尽天堪放经济、操作简单 目前多掀发展中国家采用 焚烧垃址缺t达7 卜s o u，回收热能较少，全世界2 0 0 4 】 多座 切理 堆肥 场作简便. 用气体 垃级玻长 ， 处理衍用低，可回收利 严，污染大气、 地衰水体以及地下水环境 与无容化处理原则相俘 费用高，产生大f妞奥物质和有毒有容化 合物 占地大，泊泣液难处理 生产肥料 较少 蛆绷分解 热解 产生肥料和有机饲料 减容t大 占地大，费用高。肥料中i金口 积峨。 玻 确灰渡多，梢璐不肠 占地大，周期长， 处理能力有限。费用高 口用高.技术尚不完全成热 少 尚处生产性试脸阶段 表4 部分发达国家城市垃圾处理概况 ( 据国 东 环峨保 护局污染控侧司。 2 0 0 0 4 4 ) 卫生城埋健烧堆肥 魏国7 5 5 1 0 舰505二38引29加 42.1监49 70162”洲 12对1011 ”4558a40朽“加18598”62 目 前我国城市生活垃圾坟埋 ( 大部分是简易 填埋)处理占7 0 %以上，离温堆肥约占2 0 %以上， 焚 烧a甚 徽6 0 1 .由 于国 产 焚 烧炉 对 焚 烧产生的 恶 奥和有容有机化合物的去除技术尚 未解决，而引 进国外设备或生产线往往又受到地方财力限制， 加之单位垃圾处理成本高，因 此尽管焚烧代表了 将来垃圾处理的一个方向， 但目 前以 及将来较长 一段时间内垃圾焚烧处理仍不会占据主流位里。 尽管目 前全国 有2 0 余处堆肥场在运转， 但由于堆 制肥料中灰渣、玻瑞渣等杂物含t过商加之受化 学肥料的冲击，堆肥的销咨t逐年下降，市场前 景不佳，有的堆肥厂甚至直接将肥料送至填埋场 进行坟埋处理，故堆肥法处理垃圾在我国的发展 前 景也 不 容乐 观间 】 . 相比 之 下， 垃 圾卫 生 城埋 具 有: 技术较可靠: 经济适用，处理成本为堆 肥的 1 / 3 ,焚烧法的 1 / 6 4 处理彻底， 避免了堆 日本 妞国 英日 法国 猜兰 比利时 助士 丹交 奥地利 劝典 浪大利亚 肥、 焚烧残渣盆进行缤埋的二次处理问 厄; 可回收沼气作能 源; 埃埋场稳定后还可 复用等优点。因而卫生坟埋是垃圾处理必不可少的最终处理手段， 也是现阶段我国垃圾 处 理的 主要方 式 170 1 ， 更 一 定 会 在 今 后 很 长 一 段 时间内 占 据 我国 城 市 垃圾 无害 化处 理 方 式 的主导地位. 西南交通大学研究生学位论文 第 9页 2 . 2城市垃圾卫生坟埋场筒介 2 .2 . 1卫生填埋场结构 传统的垃圾填坑处理是利用自 然形成或人工挖掘而成的坑穴、 河道等可能利用的 场 地，把垃圾集中 堆放起来并不采取任何工程措施防止堆场污染物的扩散与迁移。 而城市 垃圾卫生填埋场是利用岩土工程和环境工程的综合技术控制城市生活垃圾无害化的一 种最终处理方法. 一般的城市垃圾卫生填埋场主要由防渗系统、 渗池液收集和排放系统、 气体收集系统和最终扭盖层系统组成。目 前欧美一些国家正加紧进行生物反应器填埋场 的研究， 在这类填埋场中还包括着渗滤液回灌系统. 2 .2 .2卫生填埋场组成系统及功能 ( 1 ) 防渗系统 根据各国 经济实力的差异以 及相关法规要求的 不同，目 前在垃圾卫生填埋场主要并 存有两种形式的防渗系统: 一是欧美各国 普遍采用的 通常由压实粘土和土工膜组成的复 合防渗层防渗系统; 第二种是由天然粘土层或人工粘土层压实后构成的粘土防渗层防渗 系统。此外，为防止污染物向水平方向 运移， 部分坟埋场还采用档水坝、 帷幕灌浆、 地 下连续墙等水平防渗设施。 防