8章固体废物填埋处置

第八章固体废物的填埋处置 本章要点 1 掌握固体废物处置的概念与基本要求 2 掌握固体废物的卫生填埋法 包括其面积计算 渗沥液控制 气体控制方法以及填埋操作方法与中的工艺程序 3 了解安全土地填埋的分类及监测 4 了解土地耕作 深井灌注的操作程序 5 了解海洋处置的分类及方法 第六章固体废物的最终处置 第一节概述第二节土地填埋处置第三节土地耕作处置第四节海洋处置第五节深井灌注法 第一节概述 一 固体废物处置的概念固体废物处置是指将固体废物焚烧或用其他改变固体废物的物理 化学 生物特性的方法 达到减少或者清除其危险成分的活动 或者将固体废物最终置于符合环境保护规定要求的场所或者设施并不再回收的活动 是解决固体废物的最终归属问题 二 处置的基本要求 原则 使固体废物最大限度地与生物圈隔离 防止其对环境的扩散污染 确保现在和将来都不会对人类造成危害或影响甚微 1 处置场所要安全可靠 通过天然或人工屏障使固废被有效隔离 使污染物质不会对附近生态环境造成危害 更不能对人类活动造成影响 2 处置场所要设有必须的环境保护监测设备 要便于管理和维护 3 被处置的固体废物中有害组分含量要尽可能少 体积要尽量小 以方便安全处理 并减少处置成本 4 处置方法要尽量简便 经济 既要符合现有的经济水准和环保要求 也要考虑长远的环境效益 三 处置方法的分类和特点 一 按照屏障不同分1 天然屏障隔离处置 利用自然界已有的地质构造和特殊地质环境所形成的屏障 也可以是各种圈层之间本身存在的对污染的阻滞作用 2 人工屏障隔离处置 隔离的界面由人为设置 如使用废物容器 废物预稳定化 人工防渗工程等 在实际工作中 二者常常同时被采用 以实现对有毒有害物质的有效隔离 二 按照场所的不同分1 陆地处置 处置场所在陆地的某处 又可分为土地耕作处置 土地填埋处置等方法 具有方法简单 操作方便 投入成本低等优点 但是 处置场所总是和人类活动及生物圈循环有关 相对来说其安全感较低 人们总担心会产生二次污染 2 海洋处置 处置场所在海洋中 又分为海洋倾倒和远洋焚烧 远离人群 防止了对生态环境可能产生的直接污染 且因海洋面积大 环境容量也大 污染组分会被分散或稀释 不会对环境造成明显污染和影响 第二节土地填埋处置 填埋处置就是在陆地上选择合适的天然场所或人工改造出合适的场所 把固体废物用土层覆盖起来的技术 卫生填埋和安全填埋 一 卫生土地填埋 一 概述用于一般城市垃圾与无害化的工业废渣 是基于环境卫生角度而填埋 其操作与结构形式称为卫生填埋 卫生填埋是将被处置的固体废物如城市垃圾 炉渣 建筑垃圾等进行土地填埋 以减少对公众健康及环境卫生的影响 1 基本操作 1 填筑单元 40 75cm的废物薄层 压实 15 30cm的土壤层共同构筑成一个单元 2 升层 具有同样高度的一系列相互衔接的填筑单元构成 3 卫生土地填埋场 是由一个或多个升层组成 当土地填埋达到最终的设计高度之后 再在该填埋层之上覆盖一层90 120cm的土壤 压实后就得到一个完整的卫生土地填埋场 2 分类 1 厌氧填埋 国内采用最多的形式 结构简单 操作方便 施工费用低 还可回收甲烷气体等 2 好氧填埋 类似高温堆肥 能够减少渗出液及地下水污染 分解速度快 能有效地实现无害化 但是 处置工程结构复杂 施工难度大 成本很高 较难推广使用 3 准好氧填埋 介于厌氧和好氧之间 更类似于好氧 也不宜推广应用 3 必须考虑的问题 防止浸出液的渗漏 降解气体的释出控制 臭味和病原菌的消除 场地的开发和利用 二 填埋场地的选择 1 确定填埋场的面积根据垃圾的来源 种类 性质和数量确定场地的规模 要有足够的面积 满足10 20年的服务区垃圾的填埋 2 运输距离其长短对今后处置系统的整体运行有着决定性的意义 既不能太远又不能对环境造成影响 同时要交通便利 3 土质与地形条件底层土壤要求有较好的抗渗能力 防止渗出液污染地下水 场区有覆盖的粘土 以降低运输费用 增加填埋容量 土质应且易于压实 防渗能力强 地形 要有较强的泄水能力便于施工操作及各项管理 天然泄水漏斗及溶沟 溶槽等洼地不宜选作填埋场 4 气象条件一般应选择蒸发量大于降水量的环境 要避开高寒山区选址 选择背风的地点作填埋场 尽量让风朝着填埋作业的方向吹 5 地质 水文地质条件应全面掌握填埋区的地质 水文地质条件 避免或减少浸出液对该地区地下水源的污染 一般要求地下水位尽量低 距底层填埋物至少有1 5m 6 环境条件填埋场要尽量避开居民区 要适当远离城市 并尽量选建在城市的下风向 7 场地的最后利用填埋场封场以后 要求有相当面积的土地能作他用 三 场地的设计 1 场地面积和容量的确定与城市的人口数量 垃圾的产率 废物填埋的高度 垃圾与覆盖材料量之比以及填埋后的压实密度有关 覆土和垃圾之比为1 4或1 3 填埋后废物的压实密度为500 700kg m3 场地的容量至少供使用20年 注意 实际占地面积确定之后 还要考虑场地周围土地的使用 要注意保留适当的缓冲区 并注意根据有关标准确定场地的边界 填埋场地的容量也要根据当地的发展规划 留有充分的余地 2 地下水保护系统设计 1 浸出液的生成降水 地表径流 地下水 垃圾含水 与填埋操作方式有关 产生量可根据填埋场水的收支平衡关系来确定 2 浸出液的成分与性质pH值 6mg L BOD5 200 4000mg L COD 3000mg L 溶解总固体 6000mg L 氨氮 500mg L 氯化物 2000mg L 总铁 500mg L 锌与铅分别为50mg L和2mg L 3 卫生填埋防渗系统的设置 设置防渗衬里 就是在填埋垃圾和土体之间设置一不透水层 衬里分人造 沥青 橡胶和塑料薄膜 和天然 粘土 渗透系数小于10 7cm s 厚度至少为1m 两种 设置渗滤水的集排水设施 使渗滤水迅速地导向处理设施并通过集水管向填埋层内供给空气 以使填埋物早期稳定化 另外 还需设置导流渠或导流坝 减少地表径流进入场地 选择合适的覆盖材料 防止雨水渗入 渗滤液收集系统的设置原则 尽可能收集渗出的所有渗滤液 并能从填埋场中导排出来 浸出液产生量的简便计算公式为 Q C I A 1000式中 Q 日平均浸出液量 m3 d C 流出系数 I 平均降雨量 mm d A 填埋场集水面积 m2流出系数 C 与填埋场表面特性 植被 坡度等因素有关 一般为0 2 0 8 渗滤水的集排工程 收集系统可由300mm厚层流层 盲沟 或穿孔管 铺设而成 管道或沟道以 1 的坡度坡向集水井或污水调节池 集水井的尺寸应满足水泵的安装要求并保证5min以上的给水量 收集系统必须在封场后10 15年内保持有效 还应具有抗化学腐蚀的功能 渗滤水在处理前先进污水调节池 其容量应保证足够容纳渗滤水量并能承受暴雨的冲击负荷 渗滤水的处理尽量与城市污水处理相结合 如需单独处理 其规模和工艺应本着经济可行的原则确定 3 气体的产生及控制 1 气体的生成 不同阶段气体组成不同 气体的主要成分由CO2 H2O和NH3 CH4 CO2 NH3和H2O及少量的H2S 并趋于稳定 气体的产生量和产生速度与处置的垃圾种类有关 主要与有机物中可能分解的有机碳成比例 即G 1 866 Cg CG 气体产生量 L Cg 可能分解 气化 的有机碳量 g C 有机物中的碳量 g 好氧分解 厌氧分解 1 生化好氧分解阶段 2 过程转移阶段 3 酸性阶段 4 产甲烷阶段 5 稳定化阶段 时间 2 填埋场沼气的利用沼气 气体抽吸井 气体收集支管 总管 真空泵 气体加工厂 气体抽吸井 井内装有一条防腐性较强的有孔套管 孔径15 30mm 井直径60 90cm 井深为填埋场深的三分之二 每个井装有控制阀 井与井之间用管相连 井距45 90m 设计关键 井口一定要密封 上部覆土厚要求4m以上 地面出口再加混凝土密封 集气管开孔要适度 防止堵塞或进泥 可在集气管外围加保护尼龙网或钢丝网 3 气体控制 必要性 防止甲烷爆炸和二氧化碳对地下水的影响 可渗透性排气控制气体按水平方向运移 在填埋时用砂石建造出了排气孔道 气体会自动沿通道水平运动进入收集井 排气孔道的间隔与填筑单元的宽度有关 一般为20m以上 砾石层的厚度为30 40cm 不可渗透阻挡层排气 在不透气的顶部覆盖层中安装收集井和排气管 收集井则与浅层砾石排气道或设置在填埋场废物顶部的多孔集气支管相连接 4 填埋场地规划合理的总体规划要考虑 进出口道路 设备保养站 供特种废物使用的贮存场 表层土壤堆放场 填埋区 绿化带 四 填埋方法 1 沟槽法把废物铺撒在预先挖掘的沟槽内 然后压实 把挖出的土作为覆盖材料铺撒在废物之上并压实 即构成基础的填筑单元结构 适宜于地下水位较低 且有充分厚度的覆盖材料可取 沟槽大小需根据场地大小 日填埋量及水文地质条件决定 通常长度为30 120m 深1 2m 宽4 5 7 5m 优点 覆盖材料就地可取 每天剩余的挖掘材料 可作为最终表面覆盖材料 2 地面法 把废物直接铺撒在天然的土地表面上 按设计厚度分层压实并用薄层粘土覆盖 然后再整体压实 可在坡度平缓的土地上采用 适用于处置大量的固体废物 但开始要建造一个人工土坝 倚着土坝将废物铺成薄层 然后压实 最好选择峡谷 山沟 盆地 采石场或各种人工或天然的低洼区作填埋场 但要保证不渗漏 优点 不需开挖沟壑或基坑 但要另寻覆盖材料 3 斜坡法 它是把废物直接铺撒在斜坡上 压实后用工作面前直接得到的土壤加以覆盖 然后再压实 主要是利用山坡地带的地形 实际是沟槽法和地面法的结合 特点是占地少 填埋量大 挖掘量小 五 填埋操作 1 制定土地填埋操作计划2 选择设备 常用的填埋设备有履带式和轮胎式推土机 产运机 压实机 3 操作 把垃圾从卡车上直接卸到工作面上 沿自然坡面铺撒压实 厚度以每层2m为宜 每天操作后以大于15cm厚的土壤覆盖 防垃圾飞扬和火灾 4 作业方式 对于平坦地区 垂直填埋和水平填埋 对于地处斜坡和峡谷地区可从上往下或从下往上进行 一般采用从上到下的顺流填埋方法 5 优点 工艺简单 操作方便 处置量大 费用较低 二 安全土地填埋 一 概述安全填埋主要是处理有毒有害固体废物的处置 从填埋场结构上更强调了对地下水的保护 渗出液的处理和填埋场的安全监测 1 安全填埋的要求 1 必须设置人造或天然衬里 下层土壤或同衬里相结合处渗透率小于10 8cm s 2 最下层的土地填埋场要位于地下水位之上 3 要采取适当的措施控制和引出地表水 4 要配备浸出液收集 处理及监测系统 5 如果需要 还要采用覆盖材料或衬里以防止气体释出 6 要记录所处置废物的来源 性质及数量 把不相容的废物分开处置 2 安全填埋处置的废物 1 对于易燃性废物 反应性废物 挥发性废物和大多数液体 半固体和污泥 一般不采用 2 也不应处置互不相容的废物 以免混合后发生爆炸 产生或释出有毒 有害气体或烟雾 3 最好是经固化处理的废物 3 安全土地填埋场地设计原则 3 系统要满足全天候操作要求 4 处置场地所在地区的地质结构合理 环境适宜 可以长期使用 5 处置系统符合现行法律和制度上的规定 满足有害废物土地填埋处置标准 1 处置场的容量应足够大 至少能容纳一个工厂 或地区 产生的全部废物 并应考虑到将来场地的发展和利用 2 要有适应工厂生产和工艺变化所造成的废物性质及数量变化而可能影响填埋操作的相应措施 4 安全土地填埋场的基本构成 功能 接收 处理和处置有害废物 组成 填埋场 辅助设施和未利用的空地 场地的设计和规划应注意的主要问题 废物处置前的预处理 浸出液的收集和处理 地下水保护 场地及其周围地表径流水的控制管理等 5 安全土地填埋场地设计规划和管理程序主要包括场地的选择与勘察 环境影响评价 场地的设计 场地的建造与施工 土地填埋操作 封场 场地的维护及监测等 二 填埋场的结构 1 人造托盘式特点 场地位于平原地区 表层土壤较厚 具有天壤粘土衬里或人造有机合成衬里 衬里垂直地嵌入天然存在的不透水的地层 形成托盘形的壳体结构 从而防止了废物同地下水接触 2 天然洼地式 利用天然的洼地来构筑安全填埋场称之为洼地式特点 利用天然峡谷构成盆状的三个自然边 3 斜坡式 特点 依山建场 山坡为容器结构的一个边 减少了工作量 且方便废物倾倒 三 填埋场地面积的确定 实际占地面积的计算方法同卫生土地填埋 要考虑场地周围土地的使用 注意保留适当的缓冲区 以便确定场地边界 确定边界的原则 1 边界距饮水井的距离必须大于150m 2 场地同边界至少保留15m 3 除边界缓冲区外 还要保留5 10 的辅助操作面积 4 确定所需面积的同时 还要考虑废物现场暂存的容量 四 填埋操作 操作计划 设备的选择及填埋操作的程序和卫生土地填埋操作大体相同 操作应严格按照操作计划实施 以防污染环境 对有毒有害废物必须进行稳定化预处理 用桶装好的有害废物 要有规律地放置 桶口朝上 桶的四周要填满足够的吸附剂 以吸收容器可能渗漏出来的有害物质 五 地下水保护系统 1 衬里材料的选择选择衬里材料时 必须预先进行与废物相容性试验 渗透性试验 抗压强度试验及密度试验等 1 天然衬里的选择标准 2 人工合成有机衬里的选择标准2 衬里系统的设计设计原则 具有浸出液收集系统的双衬里结构 六 场地监测 1 浸出液监测包括浸出液位 性质及处理后排放的监测 2 地下水监测 对衬里的安全性做出判断 充气区监测 及时发现有害污染物质的浸出 饱和区监测 了解填埋场运营前后地下水水质的变化情况 3 地表水监测 监控浸出液对水体的污染情况 4 气体监测 了解填埋废物释放出气体的特点和填埋场附近的大气质量 5 监测项目及次数 监测分析项目 关键性因素分析 全分析 监测次数 关键性因素分析每三个月取样一次 全分析每六个月至一年一次 填埋前及填埋操作期间 本底井每一个月全分析一次 封场后本底井一年全分析一次 饱和区关键性因素分析取样次数根据地下水的流速来确定 饱和区全分析一年一次 第三节土地耕作处置 一 概述概念 利用现有的耕作土地 将固体废物分散在其中 在耕作过程中由生物降解 植物吸收及风化作用等使固体废物污染指数逐渐达到背景程度的方法 处置对象 通常用于处置含较多可生物降解有机物的废物 对含重金属等有毒有害物质绝不可使用以防进入生物循环系统 优点 工艺简单 操作方便 投资少 对环境影响小等 并能改善某些土壤的结构和增加肥力 二 土地耕作的机理 利用巨大的且污染指标较低的土壤循环系统 借助系统中大量微生物的代谢作用来分散和降解固体废物 并促进这一循环的进行 进入土壤中的可降解废物 一般经过微生物分解 浸出 沥滤 挥发 生物吸收等复杂的生物化学过程被分解后 其一部分组分结合到了土壤底质之中 一部分转化为二氧化碳 残余的碳在有机氮和磷酸盐的共同作用下被微生物的细胞群吸收 最终像天然有机物一样被保留在土壤中 并等待植物来 取用 废物中不能生物降解的组分 则永久地贮存在耕作土中 因此 土地耕作处置实际上是对有机物消化 对无机物贮存的综合性处置方法 三 影响因素 1 废物成分 有机成分 提高肥效 一些无机组分 改良土壤的结构 而过高的盐量和重金属离子 难于得到有效的处置 废物处置总量主要取决于土壤的CEC和废物中有害金属离子的总量 2 土地耕作深度 土壤的表层最好 一般选择耕作处置的土层深度为15 20cm 3 废物的破碎程度 废物的比表面积越大 降解速度就越快 越彻底 对固体废物进行破碎预处理或采用多次连续耕作的方法 可加快微生物降解 4 气温条件 最佳气温条件一般在20 30 之间 要避开寒冷冬季 春夏季节最适宜 5 土地的地形 要求耕作的土地平整 坡度小于5 以防止表土过量流失 还有土壤pH值 土壤的孔隙率 土壤的水分含量等 pH值应为中性或偏碱性 一般维持在7 9之间 土壤中必须保持适量空气 适宜的含水量为6 22 四 场地选择 一 选择原则1 安全 要求选作耕作处置的土地不会受到污染 农作物 地下水 空气等都不会受污染 对人类只有益而无害 2 经济合理 要求运输距离近 倒撒废物方便 并将对土壤具有提高肥效 改良土壤结构的作用 二 场地应具有的基本条件 1 应避开断层 塌陷区 防止下渗水直接污染地下水和地表水源 2 处置场地要远离饮用水源150m以上 耕作处置层距地下水位应在1 5m以上 3 耕作处置土层应为细粒土壤 即土壤自然颗粒大多应小于73urn 4 贫脊土壤适于处置高有机物成分含量的废物 结构密实的粘土适于处置孔隙率高的 结构疏松的无机废物和废渣等 五 操作方法 一 场地的准备1 场地应远离居民区 2 土地要求首先进行平整处理 表面坡度应小于5 3 耕作区之内或30m以内的井眼 洞穴都要予以堵塞 以防止污染水源 4 土壤的pH值应大于6 5 最好保持在7 9之间 5 为安全起见 处置场四周应设置篱笆予以隔离 为了防止污染 耕作区还可设置人工地表引流工程 6 施放废物之前 应对土壤进行耕作 以便更好地进行降解 二 废物铺撒和混合 1 不得使混合处置区变为厌氧环境 对有机物饱和的土壤不宜处置高有机物成分的废物 2 不在气温小于等于零时施用有机废物 3 废物混合后 土壤的pH值仍应在6 5以上 4 辅助氮和磷的添加量不应超过推荐的施用量 5 废物铺撒混合要均匀 一般需使用圆盘耙或旋转碎土器反复耕翻6次 三 后期管理 加强后期管理是确保土地耕作处置安全有效的关键1 为了促进生物降解 处置土地要定期进行翻耕 并定期进行取样分析 2 要掌握不同环境条件下微生物的降解速度 并科学的决定下次施用废物的时间 3 处置层以下的土壤也要定期采样分析 监测废物浸出液对地下水污染的行为特征 第四节海洋处置 一 概述 一 定义海洋处置就是利用海洋巨大的环境容量和自净能力 将固体废物投入海洋 奥斯陆协定和伦敦协定就是两部海洋处置的国际公约 海洋倾倒 操作很简单 直接倾倒或先将废物进行预处理后再沉入海底 要求选择合适的深海海域 运输距离不是太远 又不会对人类生态环境造成影响 远洋焚烧能有效保护人类周围的大气环境 凡不能在陆地上焚烧的废物 采用远洋焚烧是一个较好的办法 二 分类 三 海洋处置必须注意的问题 1 处置之前 应通过小型试验来研究可能对生态环境的影响 2 对废物进行全面分析测试 参照有关国际公约和国内的管理条约 确定废物海洋处置的可能性和可行性 3 可以用其它方法处置的废物 要通过经济比较来决定是否采用海洋处置 当然也必须进行社会效益和环境效益的分析 二 海洋倾倒 一 理论依据及处置对象海洋倾倒是指利用船舶 航空器 平台及其他载运工具 向海洋倾倒废物或其他有害物质的行为 理论依据 海洋是一个庞大的废物接受体 对污染物质有极大的稀释能力 处置对象分为三类 禁止倾倒的废物 需要获得特别许可证才能倾倒的废物 获得普通许可证即可倾倒的废物 根据有关法律规定选择处置场地 根据处置区的海洋学特性 海洋保护水质标准 废物的种类选择倾倒方式 进行技术可行性和经济分析 最后按设计的倾倒方案进行投弃 二 海洋倾倒操作程序 一般应根据距离陆地的远近 海水的深度 洋流的流向以及对鱼场的影响等因素来确定 场址要符合有关的海洋法规 不影响海洋性质标准 不破坏海洋生态平衡 选择远离陆地的海沟处且洋流向深海的地方一般比较可靠 但是要考虑运输的费用 安全的海洋处置地点一般都要花费高额运输费用 海洋倾倒区由海洋主管部门会同有关机构 按科学合理 安全和经济的原则划定 公海倾倒则以国际公约为标准 需要向海洋倾倒废物的单位 应事先向主管部门提出申请 要在获得倾倒许可证以后 并经有关部门核准废物的种类 性质及数量才能进入指定区域倾倒 三 倾倒海域的选择 三 远洋焚烧 一 定义其法律定义系指以高温破坏有毒有害废物为目的 而在远离人群的海洋焚烧设施上有意地焚烧废物或其他物质的行为 海洋焚烧设施包括用于此目的的船舶 平台或其他人工构筑物 主要用于处置各种含氯有机废物 二 特点 主要优点 在大洋中焚烧时所产生的氯化氢气体经冷凝后可直接排入海中稀释 焚烧后的残渣也可直接倾入大海 含氯有机物完全燃烧产生的水 CO2 HCl及氢氧化物排入海中后 不会对海水中氯的平衡发生破坏 因其中碳酸盐的缓冲作用 HCl进入海洋后 不会影响其酸度另一优点 处置的费用比陆地便宜 因为它对空气净化的要求低 工艺相对简单 据报道 每吨废物焚烧处置的费用为50 80美元 三 远洋焚烧的操作要求 1 焚烧器要有供给空气和液体的液 气雾化功能 一般用同心管制成输送管 2 焚烧温度要控制在1250 以上 3 焚烧器的燃烧效率 Yr 应达到99 9 以上 Yr CCO2 CCO CCO2 100 4 焚烧器的炉台上不应有黑烟或火焰延露 5 配有现代化通讯设备 焚烧过程随时对无线电呼叫作出反应 6 焚烧有机废物 应用双层结构的船舱贮运废物 并将废物盛在甲板下的船舱中 底层装水或其它 以防止因触礁泄漏而造成海洋污染 四 远洋焚烧管理 实施远洋焚烧 一般应由处置单位首先向海洋主管部门 环境保护部门等提出申请 待海洋焚烧设施和被焚烧废物通过检查鉴定后 获得有关部门发放的焚烧许可证之后才能在指定海域进行焚烧 对固体废物进行海洋处置 必须严格按照国际公约实施 海洋处置对环境的影响还有待我们进一步研究 第五节深井灌注 一 概述深井灌注是将固体废物液化 形成真溶液或乳浊液 用强制性措施注人到地下与饮用水和矿脉层隔开的可渗透性岩层中 从而达到固体废物的最终处置 在某些情况下它是对有害废物的安全处置方法 但也有人认为这种处置缺乏远见 一旦产生裂隙可能导致蓄水层的污染 深井灌注处置系统要求适宜的地层条件 并要求废物同岩层间的液体 建筑材料及岩层本身具有相容性 适宜的地层主要有石灰岩层 白云岩层和砂岩层 在石灰岩或白云岩层处废物