（环境工程专业论文）城市垃圾填埋工程的环境效应研究.pdf

a b s t r a c t b a s e d o n t h e a n a l y s i s o n t h e c u r r e n t s t a t u s o f m u n i c i p a l s o l i d w a s t e s d i s p o s a l a n d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f i t s l e a c h a t e t h e t h e s i s s y s t e m a t i c a l l y s t u d i e s t h e e n v i r o n m e n t a l e f f e c t o f l a n d f i l l i n g c o n s i d e r i n g t h e a p p l i c a t i o n t o t i a n z i l i n g w a s t e l a n d f i l l i n c i t y h a n g z h o u s a n i t a r y l a n d f i l l e n g i n e e r i n g i s c o m p o s e d o f f i v e p a r t s a n d e a c h o f t h e m i n t e r a c t s a n d w o r k s c o m m o n l y t h e e n v i r o n m e n t a l e f f e c t o f i t d i s p l a y s a t r e d u c i n g a n d e l i m i n a t i n g t h r e e f a c t o r s o f i t s e n v i r o n m e n t a l i m p a c t t h a t i s t o r e d u c e t h e p o l l u t i o n o f b o t h u n d e r g r o u n d w a t e r a n d s u r f a c e w a t e r b r o u g h t b y l e a c h a t e t o r e d u c e t h e i n f l u e n c e o f a t m o s p h e r e b y l a n d f i l l g a s a n d t o r e d u c e o t h e r e n v i r o n m e n t a l p r o b l e m s n o i s e t h e s t a b i l i t y o f t h e w h o l e h e a p t h e c h a n g e o f n a t u r e l a n d f o r m a n d h y g i e n i c c o n d i t i o n s t o n a m e a f e w t h e k e y t o t h e l a n d f i l l i n g i s u n d e r g r o u n d w a t e r p o l l u t i o n p r e v e n t i n g s y s t e m s o b a s e d t h e s i mu l a t e d t e s t s a n d t h e p o s i t i o n t h e b o t t o m l i n e r o n p o l l u t a n t s o l u t e o f e n v i r o n m e n t a l e f f e c t t h e t h e s i s a n a l y s e s t h e a c t i o n a n d t h e e f f e c t o f t h i c k e n i n g a n d p r e s s i n g c o n t r o l t o t h e c l a y l i n e r a s w e l l a s a r e s u l t a s u i t a b l e s c h e m e i s b r o u g h t f o r w a r d f o r m o s t o f t h e v a l l e y t y p e l a n d f i l l s i t e t o p r e v e n t t h e l e a c h a t e f r o m i n f i l t r a t i n g t o u n d e r g r o u n d w a t e r s y s t e m m o v e o v e r a b r i e f r e s e a r c h i s m a d e o n t h e s o c i a l a n d e c o s y s t e m e f f e c t s a s t h e l a n d f i l l i n g p u t e n v i r o n m e n t a l e f f e c t i n t o f u l l p l a y k e y w o r d s m u n i c i p a l w a s t e l e a c h a t e l a n d f i l l e n g i n e e r i n g e n v i r o n m e n t a l e f f e c t b o t t o m l i n e r u n d e r g r o u n d w a t e r p o l l u t i o n p r e v e n t i n g s y s t e m 第一章绪论 1 简述 1 1 1 垃圾及其分类 在人类的生活和生产行为中 会产生不再具有原使用价值而被丢弃的固态和泥状斌存的 物质 这就是固体废物 俗称垃圾 但是 废 是一个相对的概念 这包括两个含义 一方面指 某一生产环节的废物往往又可以作为另外产品的原料 所以固体废物又有 放错地点的原料 之称 另一方面 废物的内容是随科学技术的发展而变化的 在当今科技水平下的废物 在今后 很可能是重要的可利用资源 故垃圾并不是真正的废物 只是在一定的科学技术发展水平条件 下不其有再利用价值的废弃物质 垃圾分类方法很多 按来源可分为生活垃圾 工业垃圾 建筑垃圾 它们主耍成分不同 产 生数t不同 对人体健康和自然环境的不良影响也各异 其中生活垃圾来抓最广泛 成分最复 杂 而且其产生不可进免 从环境要素来看 与人的关系也最为密切 尤其是在人口密集的大中 城市 每天都有大t垃圾产生 又由于城市对环境的要求日益增离 而城市自身的环境免疫力 较低 生态调节功能较弱 故城市生活垃圾的处理处y 逐渐成为世界各国民众和市政当局高 度关注的焦点 由于新词汇含义的约定俗成 城市垃圾即指城市生活垃圾 1 l z 城市垃圾的组份特征 城市垃圾包括城市居民一般垃圾和厨房垃圾 商业垃圾 街道清扫垃圾及企业 机关 学校 生活垃圾 主要组份有炊厨废物 废纸 织物 家用什具 玻瑞脚瓷碎片 废电器制品 废塑料制 品 灰渣 废交通工其等 其成分和比例是因地区和年代而异的 故垃圾的组份特征也是当时当 地城市居民生活质t的 睛雨表 在美国 日 本 西欧等发达国家 由于生产发达 生活水平较高 垃圾组成中有机垃圾多于 无机垃圾 特别是纸类所占比例突出 垃圾的一般特征为 水份2 0 4 5 肠 可姗成份3 0 4 0 灰份1 0 3 5 0 o 最低发热f 8 0 0 1 6 0 0 千卡 公斤 我国城市的垃圾组份相对于改革开放以前 有显著的变化 这主要是因为民用燃料从烧煤转换到徽气 因此煤灰在垃圾中的比例从很大变 为目 前的较低 随若生活水平的提高 垃圾中纸张 纤维 橡胶 皮革 金属等物质的比例也不断 提高 表1 列出1 9 8 4 年至1 9 9 9 年杭州市生活垃圾组成 可以看出 杭州市生活垃圾中易腐垃 圾含i逐年增加 从 1 9 8 4年的4 0 2 7 上升到 1 9 9 9 年的6 2 3 6 0 上升了2 2 个百分点 废品 含a逐年增加 从 1 9 8 4 年的3 1 6 上升到 1 9 9 9 年的 1 5 4 3 上升了1 2 个百分点 煤渣含f 1 逐年下降 从 1 9 8 4 年的5 6 5 7 下降到1 9 9 9 年的2 2 2 1 0 0 下降了3 4 个百分点 废物中特别 值得一提的是塑料含f涨格较大 从1 9 8 4 年的 3 3 上升到1 9 9 9 年的1 0 1 4 0 o 达3 0 倍 衰1 1 9 8 4 1 9 9 9 年杭州市生活垃圾成份调查表 年份 昌脚垃板 煤挂 度品 万 劝物性植物性合计 泣璐 1 5 mm灰土 1 5 mm 合计纸布扭料金 玻瑞竹木合什 1 98 4 0 2 83 9 口 94 0 2 72 0 75 4 5 05 6 5 70 7 80 6 5 0 3 3 0 4 70 3 50 5 83 1 6 1 9 8 50 2 73 3 8 23 4 0 91 2 3 6 2 6 86 3 9 1 0 5 40 3 90 2 50 2 50 2 60 3 12 0 0 1 9 8 60 8 33 8 4 43 9 2 71 6 55 4 8 55 6 5 01 0 90 8 00 6 20 3 80 9 10 4 34 2 3 1 9 8 70 8 74 3 5 2毛 今 3 兮1 8 2 吕 吕 75 0 6 91 0 8 0 9 8 0 7 30 今 弓1 1 20 今 6毛 9 2 1 9 8 80 9 34 4 7 44 5 6 71 2 24 8 3 54 9 5 71 0 2 0 8 20 6 30 5 41 2 50 5 04 7 6 1 9 8 90 8 24 6 2 04 7 0 21 2 14 7 0 24 8 2 3 0 9 60 7 70 6 40 5 61 3 10 5 14 7 5 1 9 9 01 3 04 1 3 64 2 肪1 5 84 9 8 65 1 4 41 1 60 心1 0 30 5 91 2 70 7 65 7 3 1 9 9 10 9 84 6 1 14 7 0 91 0 84 4 3 64 5 4 41 5 11 1 81 5 40 9 01 4 00 9 47 4 7 1 9 9 21 5 74 9 5 8 5 1 1 61 2 43 9 5 04 0 7 4 1 7 11 1 7 1 6 吕0 6 21 8 70 9 47 9 8 1 9 9 31 6 75 0 2 05 1 8 72 2 83 6 4 83 8 7 6 1 8 01 6 32 5 00 8 41 8 70 9 59 5 9 1 9 9 41 6 75 0 2 05 1 8 72 2 83 6 4 83 8 7 61 8 01 6 32 5 00 8 41 8 70 9 59 5 9 1 9 9 51 9 15 0 5 35 2 4 41 7 33 6 0 2 l 1 7 41 1 53 1 40 8 31 9 4 1 0 19 8 13 7 2 5 1 9 9 62 0 05 3 2 85 5 2 82 5 63 0 6 13 3 1 71 8 01 5 05 0 21 1 21 4 20 3 9 1 1 5 0 1 9 9 72 0 55 5 4 15 7 4 61 8 52 8 0 62 9 9 11 7 00 9 77 3 10 7 41 3 60 5 5 1 2 6 3 1 匀 今 名2 1 75 7 7 5 共公97 2 3 32 4 7 52 7 0 8 1 7 50 9 18 1 20 5 60 身 30 7 3 1 3 0 0 1 一 19 2 1 66 0 2 06 2 3 61 9 12 0 3 02 2 2 1 1 8 21 0 7 1 0 1 4 0 9 11 0 70 4 2 1 5 4 3 1 1 3 我国城市垃圾产f变化特征 以杭州市为例 据统计自1 9 8 4 年到1 9 9 9 年1 6 年中 垃圾平均增长率约为1 2 0 0 到1 9 9 9 年已达7 3 6 2 万吨 如表2 可见我国城市垃圾产f呈逐年上升之势 老的垃圾任愈堆放已逐 渐包围城市 新垃圾又不断产生 城市垃圾处理必须有合理的处理处t原则和方法 表 2 杭州市历年生活垃级排放 万吨 年份1 9 8 41 9 8 51 9 8 61 9 8 71 9 8 81 9 8 91 9 9 01 9 9 1 排放t 2 0 2 02 2 1 42 6 8 03 0 8 8 3 5 6 43 5 7 84 3 8 94 5 3 9 年份 1 9 9 21 9 9 31 9 9 41 9 9 51 9 9 6 1 9 9 71 9 9 81 9 9 9 排放t4 7 4 45 0 9 55 6 6 66 3 4 76 5 7 26 7 3 37 1 2 07 3 6 2 2 2 城市垃圾的处理处里概况 1 2 1 处理处i ff 的原则和方法 国际上 6 0 年代中期以后 环境保护受到重视 污染治理技术迅速发展 形成一系列处理 方法 7 0 年代以来 一些工业发达国家由于资源块乏 提出了 资源循环 的口号 开始从垃圾 中回收可再利用物质 逐步发展成为控制城市垃圾污染的途径 资琢化 我国城市垃圾处理起步较晚 开始于8 0 年代初期 由于技术和经济力t有限 近期内还不 可能在较大的范围内实现资源化 因此放眼于未来 资舔化是垃圾处理的必然趋势 而着手于 眼前 要更注重无害化 减it化 8 0年代中期 我国提出了以 资派化 无害化 减t化 作 为城市垃圾处理处f的原则 并确定今后较长一段时间内应以 无害化 为主 迄今 能够在以上 三化 原则基础上进行处理 并达到工业化和规模化的城市垃圾处理方 法 主要有 卫生填埋 焚烧 堆肥和分类回收利用 这四种技术是国内外公认的处理城市垃圾 的成功技术 具体采用何种方法 与垃圾成分和经济技术水平等因素有关 同为发达国家 失日 两国就有很大的不同 如表3 表3 奖国和日本用不同方法处理垃圾的比例 英国 日本 干 们 p 1 9 9 0 1 9 9 52 0 0 01 9 8 81 9 9 0 1 9 9 21 9 9 4 1 9 9 61 9 9 8 城理6 6 75 8 04 9 2 2 3 42 3 02 1 6 2 0 41 7 0 1 4 9 焚烧1 6 31 7 02 0 8 7 2 67 2 87 3 9 7 4 47 2 87 4 3 堆记2 15 37 14 0 4 24 55 2 2 8 78 9 回收1 4 91 9 62 2 94 0 4 24 55 2 2 1 52 1 1 2 2 坡埋法的特点 填埋不仅是主要的垃圾处理方法 也对其他处理方法产生的二次废弃物起到保底作用 如 焚烧余烬 不可堆肥和无回收价值物质都必须有填埋场作为最终处t地 坟埋法和其他处理方 法相比 其有投资少 消纳大 处理彻底等优点 见表 4 因而为世界各地广泛采用 在我国 从城市垃圾的组份特点和产t特点看 近期内着重发展卫生填埋和高温堆肥处理 技术是适宜的 又由于我国各城市的垃圾处理起步较晚 要实现在短期内解决长期滞留的间 题 又考虑现实经济技术水平 因地制宜 目前我国各城市普通采用坟埋处理方法 约占9 0 表 4 垃圾坟埋法与其他处理方法的特点比较 项目筑埋 长烧堆肥 选址 较困难 要考虑地形地质 条件 为了防止地表地下 水污染 一般远离市区 距 离大于1 公里 较肠 可命近市区建设 较昌 可在市郊成市区但 偏距居家5 0 米以上距离 占地 大 按容积与使用年限计 算 小 约 s 0 1 2 0 m t 较小 约 1 8 0 3 3 0 m t 适用条件 垃级中无机成分应大于 4 0 纬 不添加辅助侣料时 垃圾 热位大于 8 0 0 千卡 公斤 有机物不低于2万 最终处理无 残位佑作坟理处理 的占 初始t的1 占总f 2 0 3 0 非堆肥 物偏作坟理处理 产品市场 沼气可回收发电或制能热能和电能昌为杜会润纳 产品可作农用有机肥成土 城改良荆 但必盆有悄咨 市场 资砚 能耳 化 t义 有 电 热 有 电 热 有 有机肥 大气污染较小 较大 较小 水污染 较大无 较小 单位处理 能力投资 较小 较大 次之 1 2 3 垃圾坟埋的环境影响因素 坟埋法在有效地处f垃圾的同时 也对周围环境产生了二次污染 如图 1 其环境影响因 素主要有三 1 坟埋工艺的影响 坟埋方法主要有平面作业法 填沟作业法和斜坡作业法 每种作业法由于填埋工艺的不 同 表现出程度不同的环境影响 从环境保护出发 应使单元划分 砚盖 压实等方面科学合理 力求通过合理的坟埋作业手段 使垃圾减客至最小 坟埋占地面积最小 并实现垃圾处理无害 化 同时 加强由于垃圾坟埋引起的地质灾容的防治 2 诊雄液污染的形响 渗逮液是影响缤埋场区及周围地下水和地面水的污染派 从环境保护出发 应对琪埋场渗 滤液迁移与控制进行研究 建立水污染数学模型和完普的水质监侧系统 并研究开发出人工 4 图1 垃圾坟埋的环境影响因索和污染物去向 天然衬里以及诊战液导排技术 目前发达国家在渗滤液处理方面 由起初的初级处理发展为深 度处理 此外 为去除渗撼液中的重金属和难降解的有机化合物 还采用了化学筑化 化学馄凝 沉淀以及诊撼掖回滋技术 3 坟埋气体的影响 填埋气体也是填埋场的主要产出之一 既是安全隐患 又会对大气环境质t产生影响 但 只要对之进行合理的管理和控制 就能消除危险 并变害为宝 7 0年代后 国外开始将坟埋气 体作为一种有价值的再生资派进行开发 并对其产生 迁移规律进行定性定t研究 发展了垃 圾转能技术 并成功应用到工业 民用徽料及发电 垃圾坟埋工程涉及到化学 徽生物学 水文地质学和工程学等多种学科 特别是由于垃圾 成分复杂 变化规律性差 加上土地资源的限制 在填埋法研究领城尚有许多技术问题未能解 决 其中诊滤液引起的污染问题一直被各国研究人员所重视 本文将主要国绕诊撼掖这一环境 因子的产生 迁移 控制及处理的试验研究 结合坟埋气体 坡埋工艺等其他环境形响因素 对 垃圾坟理工程系统作环境效应的研究 3 国内外研究现状和本文的研究目的和思路 1 3 1 国内外研究现状 1 国外研究现状 发达国家对城市垃圾卫生填埋技术的研究起步于2 0 世纪3 0 年代 美国首先提出并开展 了坟埋技术的研究和开发 随之英 德 日 等国家也相继开展了这方面的研究 早期的卫生坟埋 多侧重于填埋处理的无害化 对场址选择也主要是考虑地貌 地理和文通运物等条件 进人6 0 年代 由于能派危机的冲击 人们开始研究填埋处理的资抓化 也逐步关注场址的水文地质和 工程地质条件的分析评价 逐渐在填埋的规划 设计 施工 管理等方面积爪了丰富的经验 开 发出成套技术及设备 使这一技术愈发成熟 自1 9 7 2 年斯德哥尔康 人类环境会议 以来 环境问题在全世界引起了盆视 垃圾坟理场 作为潜在的污染抓 对环境的影响开始受到更大的关注 故以后关于坟埋技术的研究都立足于 垃圾填埋对水 大气环境的影响消除上 其中以渗滤液对地下水的污染防治为主的地质环境保 护研究尤为突出 地质环境效应的研究在世界上普遗越来越重视 研究范困和深度也不断扩 大 同时对坟埋气体和坟埋工艺的环境影响也逐渐受重视 但对坟埋工程系统的环境效应研究 却仍未见报道 综合 8 0年代后城市垃圾坟埋的国外研究现状 主要表现在 1 运用物探法 同位素和示踪技术以及系统的水化学运移转换特征 研究溶质运移的解 析解棋型和数值解模型 有机质降解运移 非饱和带运移机理等 2 着宜研究垃圾诊毖液污染因子在坟埋结构介质环境中的运移转化规律 对水质预侧模 型逐步完警 并综合考虑徽生物降解共同作用下的有机物迁移特征 以及对污染派自身衰减的 研究 即完善了水质棋型中的耳汇项a a 等参数 3 s c h r o e d e r 等研制出垃圾坟埋场 水力学评价模型 h y d r a u l i c e v a l u a t i o n l a n d f i l l p r o g r a m m e 简称h e l p 模型 从水力学的角度 对坟埋诊滤液水f的析出和转化进行综合计算 h o l l i n g s h e a d s c等又对该模型进一步完善 考虑了粘土隔水层厚度 隔水层渗透系数 表层 厚度等因素 4 近几年 世界各国学者在继续深化前人研究的同时 有两个研究方向最引人注目 一是 将近年来发展起来的系统方法引人该领城 立足于垃圾坟埋的最优化设计 二是将研究范围延 伸到工程地质领城 主要包括卫生坑埋场的边坡称定性评价 库底粘土衬里的诊进性和诊诊液 特殊成分对下伏粘土诊进性的影响 等等 2 国内研究进展情况 在国内 垃圾坟埋场的建成投人运行和这方面的研究远落后于国外 杭州市把筹建垃圾坟 埋场工程纳人 七五 发展规划 1 9 8 6 年成立了坟埋场指挥部 通过四年的筹建工作 先后完成 了场址选点 水文地质调查 可行性研究设计 环境影响报告书 设计和施工等阶段 1 9 9 0 年正 式投人使用 这是国内第一座通过正规设计的比较完普的垃圾填埋场 1 9 8 9 年国家建设部委 托沈阳市环境科学研究所主编了中华人民共和国建设部部颁标准 城市垃圾卫生坡埋技 术标准c j j 1 7 8 8 我国的垃圾卫生坟埋工作进人了一个新阶段 9 0 年代以来 国家对环境卫生更加重视 在全国范围内开展了 创建卫生城市 的活动 其 中 将城市垃圾的卫生坟埋处f作为国家卫生城市的一个重要指标 苏州 深圳 成都 广州 度 门等城市将卫生坟埋场的建设作为市政府的一级目标 定时限期完成 同时 关于环境效应的 研究也在此前后在国内逐渐展开 国内第一篇涉及本领域的论文是林学任1 9 8 4 年的 关于城市垃圾堆放的环境水文地质问 题 发表于长春地质学院学报 她从垃圾场的环境地质调查工作 取样分析 监测设计 水文地 球化学过程和模拟研究等几方面做了简要探讨 并讨论分析了美国宾夕法尼亚州大学城垃圾 6 场和加s大多伦多填埋场等两个具体实例 论文提出了一个明确的观点 垃级场环境水文地质 学的研究关健 是污染物的迁移规律研究 以后在 环境科学 中国环境科学 水文地质工 程地质 环境污染与防治 等杂志上发表的有关论文逐年增多 这些论文总体上主要还是以 文献调查综述为主 研究程度起点低 工程实例少 内容也较为简单 近几年随着环境保护越来越受重视 本领城的研究状况也越来越热 研究生论文在这方面 的选题也日益见多 但主要集中于填埋场渗涟液与地质环境之间的相互作用及渗逮液的处理 工艺研究 而关于坟埋气体和坟埋工艺的环境形响研究较少 更块乏从机理上的分析 研究思 路也不完整 仅局限于对某一工程的环境效应评价分析 系统的研究思想还未建立 目 前 随粉 填埋场在我国的兴建和更多的学者以国外最断研究进展为起点从事垃圾坟埋环境效应的研 究 我国在这一领城的研究将会有更大的进展 1 3 2 本文的研究目的和思路 从我国的现实国情和可持续发展政策可以预见 今后城市垃圾的缤埋法处理还将在我国 处于统治地位 各城市将更加重视坟埋场的建设 垃圾坟埋工程有巨大的环境效益 社会效益 和经济效益 但奄无疑问 应始终把环境效益作为工程设计和运行管理的宏观指导思想 因此 有必买对工程系统的环境效应作较为全面的分析 使垃圾坟埋工程的设t 设计及其坟埋工艺 更加科学合理 垃圾填埋工程是一个大系统 除了对其环境效应的系统化分析之外 还要通过试脸 模拟 计算和监侧值对比分析对各个组成部分的环境效应进行更深人的研究 根据已颁布的 城市生 活垃圾卫生填埋技术标准 和 生活垃圾坟埋污染控制标准 分析一个演埋场是否达到了卫生 坟埋场水平的主要判据有 5条 1 是否达到了标准规定的防诊要求 2 3 8 0 08 0 28 0 0 1 8 3 0 7 02 6 6 9 04 2 1 0 9 0 1 81 3 9 12 3 8 0 07 7 1 4 v j j u u 31 0 0 0 5 0 4 4 5 02 0 3 0 5 5 1 0 6 3 53 3 7 5 00 2 61 2 71 2 3 8 0 0 7 0 48 0 0 3 7 3 2 6 01 2 7 6 6 52 9 6 0 5 2 8 0 0 0 00 1 51 4 0 2 3 8 0 0 8 0 51 0 0 0 4 0 1 2 1 0 1 5 7 4 3 62 7 7 0 43 2 5 0 5 00 1 4 8 6 2 3 8 0 08 0 69 0 0 一 1 1 4 5 6 02 1 4 7 62 1 0 4 50 1 69 4 2 3 8 0 07 6 77 0 0 2 0 5 5 0 08 3 7 7 5 1 8 4 5 51 6 1 8 0 00 1 32 6 2 3 8 0 08 0 89 0 0 1 6 2 4 2 07 6 5 5 09 7 9 0 0 1 7 1 0 5 00 0 93 6 2 3 8 0 07 4 95 0 01 9 8 4 6 0 9 0 0 3 1 0 2 1 1 82 3 0 5 0 00 1 37 4 2 3 8 0 07 2 1 08 i 1 0 2 6 4 2 7 01 1 2 1 6 01 5 4 4 6 02 1 4 8 7 0 0 1 88 5 2 3 8 0 08 0 1 11 0 0 0 5 9 1 6 0 01 8 9 0 5 0 2 3 6 7 0 03 6 0 0 0 00 1 81 3 6 2 3 8 0 07 2 1 29 0 0 5 8 5 0 0 01 9 9 4 6 0 2 0 3 0 54 0 3 2 80 2 21 5 0 2 3 8 0 0 7 6 年平均8 253 8 6 3 8 01 4 6 3 91 8 9 0 0 2 9 7 4 50 1 71 0 7 2 3 8 0 07 6 从表可见 污染因子浓度明显地呈现容 冬二季浓度大 高于平均值 x秋两季浓度小 低 于平均值 这主要与厦秋二季降雨相对较多有关 而其他水质指标如p h值 色度和卫生学指 标的动态变化规律并不明显 2 3 2 水 动态变化规律 垃圾渗滤液的t取决于填埋条件 如降水 燕发 地表径流 地下水人渗等 垃圾组份和该 埋方式等诸多因索 从垃圾渗旅液的来砰分析 我国北方干早地区垃圾中含水t约为垃圾重的 i s 2 0 南方多雨地区约为2 s 4 5 y 而由于大气降水和地下水所形成的诊旅掖t可以是 1 2 数倍至数十倍 可见垃圾诊健液的水f取决于外界因素 又由于地下水也非大气阵水补给 故 垃圾渗撼液的水f取决于大气降水t 杭州天子岭垃圾坟埋场1 9 9 9 年的降雨监侧记录和诊旅 液水it记录 如表8 清楚地反映出两者在年内的动态变化规体及相互关系 衰8 1 9 9 9 年杭州天子岭垃圾坡埋场移诊液水f与降雨f的年内动态变化裹 月份 r l f m m 降 天数 d 诊挂水t m 月份 r ape m m 阵雨天数 d 渗修水t m 15 0 163 0 5 081 1 8 891 2 6 4 0 23 0 8 032 8 4 091 2 9 01 01 7 0 5 0 32 0 6 11 71 8 6 0 01 06 8 981 1 0 1 0 41 0 6 2 01 21 4 6 6 01 15 0 379 2 6 0 58 5 5 01 01 0 2 0 01 24 2 385 1 0 0 69 4 9 081 2 8 0 0 i a 总 叫 1 0 5 1 81 0 31 2 6 9 6 0 76 8 9 059 7 5 0 卜 f a i 8 7 6 58 61 0 5 8 0 可见 垃圾诊撼水t在一个气候年度内虽然不均匀 且在绝对数值上相差很大 但总体来 说 其动态变化在时间上具有一定的随降雨f变化的同步性 更严格地说应比降雨f变化有一 定的滞后性 而渗滤液污染因子的浓度变化则呈现一种负的对应关系 第三章垃圾填埋工程系统 垃圾填埋工程是运用坟埋法处理处a垃圾而产生环境效应的本体 主要由五部分组成 1 垃圾坟埋体 包括坟埋结构体和坟埋堆体 其中结构体包括库底地层结构 防诊系统 垃圾坝和封顶砚盖结构 堆体由垃圾和坟土分层亚t而成 2 诊涟液贮存池 对于山谷型坟埋场 一般位于垃圾坝外侧谷口 较窄处 诊挂液由池内通 过管道翰运到污水处理厂 3 污水处理厂 是垃圾坟埋场的必备配套工程 以便将诊诊液净化后可排放 4 排渗导气系统 以导排垃圾在坡埋体中产生的渗滤液和废气 5 其他配套设施 包括环库截洪沟 库内 分区截洪沟 污染监侧井等 每一部分都对垃圾坟埋的环境影响因素 产生作用 即都表现出对诊撼液 城埋气体的 控制和对坟埋作业时不利影响因素的消减 其 中垃圾坟埋体是主体部分 如图3 也是最其 有环境愈义的部分 它既是废弃物的归宿 也 起 始地 农 圈 3 垃圾坟埋体示愈圈 是垃圾坟埋场污染产生的茸头 本章立足于垃圾坟理的环境影响因素 以杭州天子岭垃圾缤埋 工程为例 对其有显若环境形响效应的工程作背景介绍和设计原则及作用机理的分析 芍 1 垃圾澳埋体工程 3 1 1 自然地理状况和工程地质水文地质条件 1 自然地理状况 夭子岭坟埋场位于杭州市半山区沈家派村西侧的青垄坞内 离市区1 8 k m 青龙坞全长约 2 0 0 0 m 是一个三面环山 西北西开口的山谷 坟埋场设于东端 如图4 场区附近有半山沈家 洪 石塘村和刘文村等三个自然村 计有人口2 7 0 0 余人 水田1 2 0 0 余亩 场区范围内除南山林场外 多为荒山谷地 并以黄城或黄色砂土为多见 沟口有一小块沼 泽土 周围山坡上主要生长滋木丛和幼年马尾松 场区属钱塘江以北的太湖流城 东翻海面 受 海洋暇湿季风形响 降水丰富 尤其在春末it初 雨f较多 全年气候四季分明 温暇湿润 月亚 热带季风山地气候区 并且有独特的山地小气候特征 半山为天目山支脉北东余延部分 山体走向北东 南西 长约9 k m 宽约am 属低级 丘睦地形 主峰皋亭山标高3 6 1 m 其余山峰一般为1 5 0 2 0 0 m 山坡橄向谷发育 但规模短小 青垄坞为横向谷中切割较深的一个 填埋场垃圾库区汇水面积0 5 k m 澳流长8 4 0 m 比降 1 4 为了增大库容 保持大容积垃圾堆体的稳定及防止雨季作业时垃圾及其它杂物被雨水冲 出填埋场外 在垃圾库的库前区设f 垃圾坝 垃圾坝为不均质进水堆石坝 上下游坝面及坝 顶为千砌石 坝体内为堆石体 堆石体容重妻1 8 t m 石料强度 4 0 0 k g c m 软化系数 0 7 垃圾坝坝顶标高 6 5 m 坝高1 6 m 坝顶宽4 m 坝顶长1 1 7 m 坝坡干砌石均厚0 s m 内外 坡坡度为1 1 4 坝基及内坡均铺设由土工布 砂石组成的反旅层 诊撼液通过反旅层渗出进 人污水他 作用在垃圾坝上的垃圾侧向压力不同于水 土 砂 尾砂 谷类等所产生的侧向压力 由于 垃圾本身具有一定的胶结作用 垃圾的休止角可达 8 0 左右 故对垃圾坝的侧向压力较小 同 时坝前区的垃圾堆体又成为后坟垃圾的阻挡体 进一步减轻了垃圾坝的侧向压力 3 1 3 坟埋场库底地下水污染防治工程 地下水污染防治是坟埋工程的一个重要要求 有无防诊设施也是垃圾卫生坟埋场区别于 一般垃圾坟埋场的重要标志 因此在坟埋场工程投资中 场底防渗工程投资一般占相当份t 1 坟埋场库底防诊的一般方法 场底防诊一般采用天然衬里防渗 人工衬里防渗两种方法 天然衬里防渗是利用场底枯土 自然防渗 是最为廉价的一种防渗方法 人工衬里防诊 采用衬料如土工布 翅料薄膜 牛毛毡 橡胶等与粘土组合成复合防渗层 由于场底防渗面积一般较大 使用衬料多 施工复杂 因而使 得人工衬料费用高 一般地 当坟埋场附近土集的诊透率k 1 0 c m s 时 可以采用天然土坡作防诊层 否则 必须采用人工合成的防诊层 不论采用何种防渗设计 天然场底荃础都必须进行处理 因为场 底是整座垃圾坟埋场的墓础 它必然能支撑和承受设计容t的全部垃圾压力 对于采用人造防 渗层来说 场底处理还应有保护防渗层的作用和有利于防诊层的施工 一般要求是地形平整 地基德定 纵横坡底 2 但最大坡度 3 0 0 o 此外 还必须清除植被 淤泥 石块等杂物 平整 表面 坟3 0 0 5 0 0 m m厚的粘土 进行碾压或夯实 整理成光措密实的平面 一般天然枯土衬里的选择标准为 1 粘土与预计的渗撼液相容 由于垃圾渗滤液成分复杂 故目 前在这一方面还未见详细 报道 2 诊透系数k 1 0 c m s 3 枯土较径的控制应使3 0 写的土粒能通过2 0 0 号帅子 常用人工合成有机衬里的选择标准为 1 渗透系教k t取决于发 生交换的两种反应物性质 即粘土矿物的性质和交换离子的种类 所以坟土层对渗撼液污染因 子的净化效应是一个一般性的规律 在工程实践中更应加强对此效应的宜视 3 堆体内垃圾层和镇土层组合结构的环境效应 4 3 1 组合结构对坡埋结构体水动力条件的控制 前面分析可见 垃圾层和坟土层有着各自的环境效应 而且它们也都能改交坟埋结构体的 水动力条件 因为在库底衬层之上发生的饱和诊流和污染性溶质的运移转化都与衬层上的流 速有关 而流速与渗撼液水力坡度成正比 后者又直接受水头高度的控制 坟埋堆体是由垃圾 层和填土层交互益g而成的 虽然对它们压实操作都可起到滞水层作用 但坟土层的渗透系数 远远小于垃圾层 一般相差 1 0 1 0 0 倍 但考虑到总厚达 l o o m垃圾库内坟土层的厚度仅占 1 0 以下 故可以将这非均质缤埋体等效成均质模型 从第五章第一节的渗涟液水头预侧模型 可见 衬层之上的水头高度主要受坟埋堆体等效渗透系数 k 值的控制 因此 通过垃圾层和 填土层组合结构的k 值降低 可以控制坟埋结构体上的水动力条件 有利于地下水环境的保 护 水流垂直岩层时层状岩层的等效渗透系数计算公式为 k 二 1 8 毅 式中 k 一等效诊透系数 m d l 一分层总厚度 m l 一分层厚度 m k 一分层诊透系数 m d n 一分层层数 从式 1 8 分析 当k g a 是k ix t 的1 0 倍时 采用 1 8 m厚垃圾层和0 2 m厚坟土层组合结 构的k 比目 前采用2 3 m垃圾层和 2 m坟土层方式降低1 0 5 当k it s 是k 的1 0 倍 时 则可降低2 2 2 因此 减少单层垃圾坟埋厚度 增加坡土层的层数和厚度可以较明显地 降低整个堆体的等效诊透系数 而且从水动力条件的控制来着 对坟土层进行压实操作比对垃 圾层的压实有更大的环境效应 4 3 2 组合结构对渗滤液的净化效应 前已分析 垃圾层和填土层对渗渔液有可观的净化效应 前者主要表现在生物滤床的厌氧 降解作用 后者则以离子交换吸附为主 除此 垃圾层和坟土层的组合结构对渗涟液还有物理 作用 主要为机械过撼 渗涟液在流经垃圾层时不但挑持了垃圾中溶出的污染物质 同时也琳 滤了垃圾中的固相细小颐位 当固相体积分率占l o o 以上的惫浮液通过过旅介质时 固体顺粒 沉积的特点是呈饼层状沉积 这是因为顺粒会在粘土孔道中发生 架桥现象 使直径小于孔道 的细小颗粒也被截留并垒积形成固定床层 生成诊饼 可见 枯土层对诊毖液的机械过旅作用 主要是涟饼层 而不是粘土本身 粘土介质只是旅饼的支承物 粘土的粒径一般在0 0 0 1 0 0 0 0 1 m m 琪土经压实后结构致密 枯粒之间的孔道很小 而 构成滤饼的固体顺粒更小 因此 顺粒间孔隙十分细徽 诊旅液在通过床层时流速较低 其渗流 运动写成达西定律的形式可表达为 h 9 0k r a 不 1 9 式中 9 渗涟液通过涟饼层的平均流速 m s k 一滤饼渗透系数 m s a h 诊雌液通过撼饼时的压降差 m l 滤饼床层厚度 m 前面已经分析得出渗撼液在通过枯土层时流速较低 同时 由于床层硕粒细 比表面积大 固一液相之间的接触面积大 故流动为粘性卑擦力所控制 脚于滞流流型 根据圆管内滞流流 动的哈根一泊诬叶公式 可得出诊诊液通过诊饼床层时的流速为 3 6 d 2 a p 甲 下r 2 0 式中 v 渗逮液在床层孔道中的实际流速 m a n 一比例系数 d 一床层流道的当f直径 m a p 渗逮液通过池饼时的压降差 p a p 渗滤液粘滞系数i n l 诊饼床层厚度 m 渡饼内颗粒间存在着网络状的空隙 渗滤液即从中流过 类似于截面形状不规则的流通 管道 因此按化工原理中非圆形管道当it直径的定义 可得出健饼流道的当f直径为 d k 1 一 a 2 1 式中 d 一旅饼流道的当f直径 m k 一比例系数 一 撼饼的空隙度 a 毖饼级粒的比表面积 m m 多孔介质中发生的渗流 按整个截面积计算的平均流速4 与实际流速v v 生 t 将式 2 1 和式 2 2 代人式 2 0 则有 之间的关系为 2 2 q留 a 1 e ka pl 2 3 显然 在形式上与式 1 9 相同 只是压降差单位m h 2 0柱与p a 的不同 因此 k a 1 一 2 4 通过以上对枯土层的机械过健行为特征 可得出坟土工程的环境学意义 归结为以下四 点 1 堆体内渗滤液的机械过滤作用发生于填土层表面逐渐生成的涟饼床层上 坟土的颗粒 越细 压实越密 床层中垒积的顺粒也越细越密 过撼净化能力就越好 2 堆体内诊撼液在滤饼床层上发生的渗流 形式上与流经坟土层和垃圾层时相同 都可 用达西定律表示 但前者更多地考虑了滞流流动的特征 其诊透系数可用式 2 4 计算 3 坟土的压密能引起战饼层孔陈度 的减小 比表面积a 的增大和诊滤液通过时枯滞系 数k 的 增大 从式 2 4 可见 这三项变化均能引起k 二的降低 4 虽然垃圾组成复杂多变 随降水人渗琳旅下来的悬浮物 沉淀物 有机物一粘土絮凝剂 等固体顺较含f难以确定 但可以肯定的是 随粉垃圾坟埋时间的增长 撼饼床层厚度l也逐 渐增大 同时从旅饼的形成机理可定性分析 k 比k 小得多 因此 从式 1 8 可见 撼饼的 形成能较大程度地降低堆体内的等效诊透系数k 而填土层的压密能使k 降低得更显著 因 3 7 为压密不仅使k 杭 土 降低 也使k 二降低 同时由于过毖作用的增强 引起l 二增厚得更快 因 此 填土层和垃圾层的压实有多重环境效应 在实践中应更加强对扭土压实坟埋工艺的认识 尽管均经压实 但粘土的顺粒比垃圾顺位更细 结构更致密 因此 垃圾层的生物旅床效应 实际上也是在土层中发生的 即垃圾中的厌氧徽生物随诊滩液流经垃圾层至枯土层后 当悬浮 物 沉淀物和效凝剂等被阻力截留时 其也会附着在土较表面 并在土粒表面不断滚积逐渐形 成生物撼膜 在表现对诊旅液有机物质降解效应的同时 细菌本身又不断j殖 降解效应也逐 渐增大 当聚积的细菌群体进人衰亡期时 开始大批地脱落 土粗表面形成新的过碑层 因此 生物过逮层和机械过滤层虽然作用对象不同 但机理类似 且主要发生在粘土层表面 第五章填埋结构体的环境效应 正如绪论所述 垃圾坟理工程会引起各种各样的环境问题 但场地的水文地质是关健间 题 它关系到场地选址是否合理 以及坡埋技术是否可行 在第三章已经谈到 库底衬层作为垃 圾填埋工程的一个重要部分 在地下水污染的防治和评价上具有关健意义 这一章就来研究库 底衬层的工程特性与在此条件下对地下水环境造成的影响 并结合杭州天子岭废弃物处理总 场的库底天然枯土衬层 对污染溶质进人含水层所需的时间和达到的浓度作一预测和评价 最 终得出垃圾填埋场的防诊系统对地下水防污的环境效应 1 库底衬层的安全性 5 1 1 安全性问题提出 对于天然粘土衬里结构的坟埋场 一般要根据渗诊液的数t评价衬里的厚度是否能满足 设计要求 根据达西定律 通过单位面积衬里的渗涟液数t与衬里的渗透系数 衬里之上的渗 滤液高度成正比 与衬里的厚度成反比 即 n d h 吐 1 2 j 卫 f 飞 份 r ol h ll 2 5 dh lb 式中 q 一单位时间诊出的诊涟掖f m0 d k 一渗透系数 m d a 诊涟液流过的断面积 m d h 二 d l 不刀圾度 h 一衬里之上渗滤液高度 m l 一衬里的厚度 m 式 2 5 中的负号系因实际上水头损失为负数之故 即d h h h h h 分别指渗流 上 下游断面的水头 立足地下水环境保护这一角度 取h o 即认为只要诊撼液透过衬层 就发生了地下水的污染 从式 2 5 可见 垃圾坟埋场的防诊 理想情况是q值越小越好 由于a值不变 故应采取 措施使k和j 值降低 并应控侧在一定范围内 使地下水环境受影响的程度限制于一定的环 境容f内 因此 衬里结构的安全性指设f一定厚度的衬里并使其达到一定的工程特性水平 如 k值 以满足地下水防诊的偏要 5 1 2 衬里的厚度对衬里结构安全性的影响 1 衬里加厚对诊涟水f的控制效应 若填埋库底衬里之上仅积很薄一层水 认为h 0 即诊健液流至库底后立即泵出 则式 2 5 变为 h ll 2 6 dh犷 这是理想条件下计算的极限情况 在这种情况下 通过衬里渗出的渗涟液很少 衬里的厚 度只要能满足场地的结构强度就可以了 事实上 填埋场衬里之上积康了大t的渗论液 为了 使j 值降低 必须增大衬里的厚度 即使对于有机合成的人造衬里如高密度聚乙烯 荃本不发 生渗透 也应有一定厚度的天然衬里 以防当人造衬里破裂或渗撼液导排收集系统出现故障 时 造成无法挽救的地下水污染问题 设渗摊液的控制高度为l m 衬里厚度 2 m 衬里渗透系数为9 x 1 0 m d 通过单位面积衬 里渗出的渗旅液数f限制为 0 1 5 l 则根据式 2 5 q k j a 一9 x1 0 l x 3 2 二 0 1 3 5 0 t o 3 3 式中 k 一垃圾堆体的等效渗透系数 m d k 一垃圾层给水度 h x 0 一渗流区内x方向上各点不同时刻的渗滤掖水头 m t 一计算时间 d h o s 对于c o d 虽然a 有值 但由于可以通过 干密度控制土柱模拟介质环境的一致性 即有效孔隙度可以用 c l 一 试验的结果 因而可以得到 c o d在土柱运移时水流的实际流速 这样 方程中仍是三个未知数 2 为了使将来拟合结果有更大的校正空间 应使试验的实侧结果丰富可靠 故试验设计 了对每组土柱取 4 个不同高度 每个土柱取 4 个不同的取样时间 3 为了使试验不因条件设it带来误差 对同一工程特性的土样设计在不同的试验条件下 进行 故c l 一 和c o d各两组试验的观察时间间隔t 和土柱长度x 设计不雷同 考虑到c o d因 为有降解系数a 的存在以及土料对c o d的吸附更明显 导致c o d在土柱中运移更慢 故设计 c o d土柱浸出液的取样时间间隔t 为4 8 h 且土柱长度x更短 间隔0 l m