第八章 固体废物最终处置(1～2节).ppt

第八章固体废物的填埋处置,一个不安全的填埋场比一堆炸弹还厉害！,内容简介,固体废物最终处置方法概述卫生填埋场的规划与设计卫生填埋场的防渗,固废最终处置方法概述,固体废物的最终处置使固体废物最大限度地与生物圈隔离解决固体废物的最终归宿问题防治固体废物的污染固体废物处置的总目标确保废物中的有毒有害物质，无论现在和将来都不致对人类及环境造成不可接受的危害。,处置方法分类,基本方法:通过多重屏障原则实现有害物质同生物圈的有效隔离。海洋处置：海洋倾倒、远洋焚烧（国际公约已禁止）陆地处置深井灌注土地填埋土地耕作,1.海洋倾倒,选择距离和深度适宜的处置场，把废物直接倒入海洋。理论依据海洋是一个庞大的废弃物接受体，对污染物质能有极大地稀释能力。倾倒程序：首先要根据有关法律规定，选择处置场地，然后再根据处置区的海洋学特性、海洋保护水质标准、处置废弃物的种类及倾倒方式进行技术可行性研究和经济分析，最后按照设计的倾倒方案进行投弃。,2.远洋焚烧,利用焚烧船在远海对固体废物进行处理处置。废物焚烧后产生的废气通过净化装置与冷凝器处理：冷凝液排入海中，气体排入大气，残渣倾入海洋。适于处置易燃性废物，如含氯的有机废弃物。,3.深井灌注,把液态废物注入到地下与饮用水和矿脉层隔开的可渗透性的岩层中。处置一般废物和有害废物。主要用来处置难于破坏、难于转化、不能采用其它方法处理或采用其它方法费用昂贵的废物。深井灌注处置前，需使废物液化，形成真溶液或乳浊液。,4.土地耕作处置,利用现有耕地，将固体废物分散在其中，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。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。,5.土地填埋处置(Landfill),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。从传统的堆放和填地处置发展起来；工艺简单、成本较低、适于处置多种类型的废物，是目前处置固体废弃物的主要方法。按填埋固废的种类：卫生土地填埋、安全土地填埋。,土地填埋处置的分类,按填埋场地形特征山间填埋、峡谷填埋、平地填埋、废矿坑填埋；按填埋场地水文气象条件干式填埋、湿式填埋和干、湿式混合填埋；按填埋场的状态厌氧性填埋、好氧性填埋、准好氧性填埋；按固体废物污染防治法规一般固体废物填埋和工业固体废物填埋。,第一节卫生填埋场规划与设计,卫生填埋：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。采取防渗、铺平、压实、覆盖对城市垃圾、炉渣、建筑垃圾等进行土地填埋和对气体、渗沥液、蝇虫等进行治理，以减少对公众健康及环境卫生的影响。,填筑单元：4075cm的废物薄层压实+1530cm的土壤层共同构筑成一个单元。升层：具有同样高度的一系列相互衔接的填筑单元构成。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90120cm的土壤，压实后就得到一个完整的卫生土地填埋场。,1.基本操作,一、概述,1、每天把运到填埋场的废物在限定的区域内铺散成40-75cm的薄层，然后压实以减少废物的体积，,2、在每天操作之后用一层厚15-30cm的土壤覆盖、压实。,3、废物层和土壤覆盖层共同构成一个单元，即填筑单元。,2.填埋场,3.填埋物,填埋物应是下列城市生活垃圾：居民生活垃圾；商业垃圾；集市贸易市场垃圾；街道清扫垃圾；公共场所垃圾；机关、学校、厂矿等单位的生活垃圾。,填埋物严禁包含下列有毒有害物：有毒工业制品及其残物；有毒药物；有化学反应并产生有害物的物质；有腐蚀性或有放射性的物质；易燃、易爆等危险品；生物危险品和医疗垃圾；其他严重污染环境的物质。,与废水和废气相比，固体废物中的污染物质具有一定的惰性和迟滞性，但是在长期的地质处置过程中，由于本身固有的特性和外界条件的变化，加上水分的进入，必然会因发生在固体废物中的一系列相互关联的各种物理、化学和生物过程，导致这些污染物质不断释放出来，进入环境中。,4.填埋场内污染物的迁移、转换,（1）废物在处置过程中的反应,生物反应这是处置含有机物，特别是可降解有机物时，处置场中发生的最重要反应，其产物是气体、水分和可溶解的有机物，最终结果是使所处置的有机废物逐渐达到稳定化。生物降解过程通常从好氧生物降解开始，产生的主要气体是CO2，好氧降解只能持续短时间。一旦废物中的氧气被耗尽，降解就变成厌氧过程，有机物质被转变成CO2、CH4、少量的氨和硫化氢。此外，处置场内发生的许多化学反应也以生物作用为媒介。,化学反应溶解/沉淀：进入处置场的水在废物层中渗透时，会将废物原存在的或生物转化产生的可溶物质溶解出来，产生高浓度有机物和高盐份浓度的渗滤液（又称渗析液或滤出液）；渗滤液中的某些盐类，在处置场内的某些区域因pH值变化等原因又会产生沉淀反应。生物转化产物和其它化合物尤其是有机化合物通过溶解进入渗滤液具有特别重要的意义，因为这些物质可以与渗滤液一起迁移出处置场。,吸附/解吸：处置场产生的气体中的挥发性和半挥发性有机化合物、渗滤液中的有机和无机污染物质，会被所处置的废物和土壤所吸附；而在某些条件下，也会发生解吸作用，使污染物进入气体或液体。脱卤/降解：有机化合物的脱卤作用和水解、化学降解作用；氧化还原：通过氧化还原反应影响金属和金属盐的可溶性；其他类型的化学反应：另外一些重要的化学反应发生在衬层土和某些有机化合物之间，导致衬层结构和渗透性的改变，目前对这些化学反应的相互关系还没有完全弄清。,物理反应蒸发/汽化：废物中的水分、挥发性和半挥发性有机化合物通过蒸发汽化转入处置过程所产生的气体中；沉降/悬浮：渗滤液中的悬浮和胶体物质在液相中所发生的重力作用；扩散/迁移：气体在处置场中的横向扩散和向周围环境释放；渗滤液在处置场中的迁移和进入覆土的下层；物理衰变：发生在自然界的自发现象，随着时间的推移而益明显。,废物处置场实际上是一个生物化学或物理化学反应器，进入的是水分和废物，而流出的是气体和渗滤液。当降雨和地表水通过渗透进入处置区时，污染物溶解并产生含污染物质的渗滤液；而在被处置的废物达到稳定化之前，含污染物的气体会不断释放到环境中去。从土地处置场内释放进入环境的渗滤液和气体中的污染物，可能产生的环境问题有：污染水体、污染空气、污染土壤和产生环境卫生问题。,（2）污染物释放、迁移途径及环境问题,二、填埋场的选址,三、卫生填埋场地的设计,场地的面积和容量地下水保护系统,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500700kg/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。,1、场地面积和容量计算,每年填埋的固体废物体积：V=365WP/D+C式中：V一年填埋的垃圾体积，m3；W垃圾的产率，kg/(人d)；P城市的人口数，人；D填埋后废物的压实密度，kg/m3；C覆土体积，m3。每年所需土地面积为：A=V/H,2.地下水保护系统设计,固体废物填埋场对地下水体环境的影响，主要是废物在填埋处置过程中产生的含有大量有机/无机污染物的渗滤液和填埋气所造成的。控制填埋物污染地下水的前提是尽量避免和减少填埋气与渗滤液的产生，关键是做好填埋场的防渗设计。,第二节卫生填埋场的防渗,防渗设计是填埋场设计建造中最为重要的组成部分；目的：阻止填埋气体和渗滤液污染周围的土壤及地下水，同时防止外来水（地下水、地表水、降水）大量进入填埋场，增大渗滤液产量；防渗处理需要贯穿于填埋场从设计、施工、运行、直到封场和封场后管理的整个生命周期之中。,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。,填埋防渗系统的设置,填埋场基础防渗主要通过在填埋场的底部和周边建立衬层系统来达到密封的目的。填埋场衬层系统通常包括渗滤液收排系统、防渗系统（层）和保护层、过滤层等。如果渗滤液收排系统中没有渗滤液收集管道等设施而仅为一层排水层时，又称为排水层。防渗系统有时也称为防渗层。,填埋场防渗衬层系统的构成,防渗系统的功能是通过在填埋场中铺设低渗透性材料来阻隔渗滤液于填埋场中，防止其迁移到填埋场之外的环境中；防渗层还可以阻隔地表水和地下水进入填埋场中。防渗层的主要材料有天然粘土矿物如改性粘土、膨润土，人工合成材料如柔性膜，天然与有机复合材料如聚合物水泥混凝土PCC等。,填埋场防渗衬层系统的功能,一、防渗方式,根据防渗设施铺设时间：场区防渗、终场防渗；根据防渗设施设置方向：水平防渗、垂直防渗；,二、防渗材料,城市生活垃圾卫生填埋技术规范(CJJ17-2004)中规定，天然粘土类防渗衬里，其场底及四壁衬里厚度要大于2m，渗透系数小于110-7cm/s；改良土衬里的防渗性能应达到粘土类防渗性能。衬层材料的选择应与填埋废物具有相容性，废物的某些理化性质不造成衬层的损坏，这就要求衬层具有化学抗性和相应的持久性。,天然防渗：粘土、亚粘土和膨润土等；改良型衬里防渗：有机、无机人工添加剂，粘土膨润土改良型衬里；粘土石灰、水泥改良型；人工合成膜防渗：高密度聚乙烯、聚氯乙烯、氯化聚乙烯、异丁橡胶、氯磺化聚乙烯、乙丙橡胶、氯丁橡胶、热塑性合成橡胶、氯醇橡胶。,三、防渗结构,根据填埋场场区地形、地质及水文地质条件，填埋废物的性质特征，以及填埋场渗滤液收集系统、保护层和过滤层的不同组合，填埋场水平防渗系统结构可分为：单层衬层、单复合衬层、双层衬层和双复合衬层等系统。,（一）水平防渗系统,1.单层衬层系统,单层衬层系统有一个防渗层，其上是渗滤液收集系统和保护层。必要时其下有地下水收集系统和一个保护层。适于抗损性低、地质条件好、渗透性差、地下水贫乏。,单复合衬层系统由两种防渗材料相贴而形成的防渗层。它们紧密地排列，提供综合效力。比较典型单复合结构是：上层为柔性膜，其下为渗透性低的粘土矿物层。与单层衬层系统相似，单复合防渗层的上方为渗滤液收集系统，下方为地下水收集系统。,2.单复合衬层系统,透过上部防渗层的渗滤液或者气体受到下部防渗层的阻挡而在中间的排水层中得到控制和收集。在这一点上它优于单层衬层系统，但从施工和衬层的坚固性等方面上看，它一般不如单复合衬层系统。,3.双层衬层系统,包含两层防渗层，两层之间是排水层，以控制和收集防渗层之间的液体或气体。同样地，衬层上方为渗滤液收集系统，下方可有地下水收集系统。,单复合衬层系统综合了物理、水力特点不同的两种材料的优点，因此具有很好的防渗效果。双衬层系统的HDPE的防渗能力很强，在不发生破损的情况下，渗滤液穿过HDPE防渗层的量非常小；当HDPE膜发生局部破损渗漏时，对于双衬层系统而言，渗漏液在下排水层中的流动，可使其在较大面积的粘土层上分布。根据达西定律，渗流量与过水面积成正比。渗漏液分布面积越大，其继续向下渗漏的量也就越大。比较而言，单复合衬层系统膜出现局部破损渗漏时，由于膜与粘土表面紧密连接，具有一定的密封作用，渗漏液在粘土层上的分布面积很小，因此渗漏面积远小于双衬层的情况。继续渗漏量也自然要小的多。,单复合衬层与双层衬层系统对比：,单复合衬层的关键是使柔性膜紧密接触粘土矿物层，以保证柔性膜的缺陷不会引起沿两者结合面的移动。研究结果表明，用粘土和高密度聚乙烯（HDPE）材料做成的单复合衬层，与双层衬层相比，其中前者的防渗效果优于后者。,双复合衬层系统是以上的一个综合。其原理与双层衬层系统类似，在两个防渗层之间设排水层，用于控制和收集从填埋场中渗出的液体。不同点在于：防渗层采用的是复合防渗层。防渗层之上为渗滤液收集系统，下方为地下水收集系统。,双复合衬层系统综合了单复合衬层系统和双层衬层系统优点，具有抗损坏能力强、坚固性好、防渗效果好等优点。但多层衬层系统往往造价也高。,4.双复合衬层系统,概括总结：,填埋场基础衬层系统结构的两个典型示例,填埋场终场防渗系统是指废物填埋作业完成之后、在其顶部铺设的覆盖系统，也称为最终覆盖层系统或者简称为盖层系统。固体废物填埋场的最终覆盖是填埋场运行的最后阶段，同时也是最关键的阶段。通过终场防渗系统以减少雨水等地表水入渗进入废物层中是减少或防止渗滤液产生量的关键。同时，终场覆盖系统还应具有导气、绿化、填埋场土地利用等方面的功能。,（二）终场防渗系统,减少雨水和溶化雪水等渗入填埋场；降低渗滤液产生量；控制填埋场气体从填埋场上部的释放；抑制病原菌的繁殖；避免地表径流水的污染，；避免废物的扩散，防止废物与人和动物的直接接触；提供一个可以进行景观美化的表面；便于填埋土地的再利用。,1.系统功能,（1）基本结构现代化填埋场的终场防渗系统由多层组成，主要分为两部分：第一部分是土地恢复层，即为表土层；第二部分是密封工程系统，由保护层、排水层（可选）、防渗层（包括底土层）和调整层组成。,2.系统的结构与设计,（2）终场防系统设计考虑事项能够经受气候的极端变化，如冷-热，湿-干，冻结-解冻等；能够经受天然风化力如水和风等的侵蚀；所需材料的可行性；车辆进出道路和人行道路的建设；在填埋场作业中，可能要使用完工后的填埋单元，如堆放覆盖土或通过运输车辆等，如果需要如此，盖层的设计要使其具有这种能力；,地表水排水系统系统的寿命；安装气体抽排井和收集管道系统；安装渗滤液收排系统井孔和管道；地形设计需要；低渗透性，尽量减少填埋场气体的释放和降雨、地表水等的入渗；分期建设和封场后土地利用规划的关系；可能需要渗滤液循环；,有抵抗由于填埋场气体释放和废物压缩等原因造成的填埋场不均匀沉降的能力；有稳定性，具有抗塌陷，抗断裂和边坡失稳，抗滑动，抗蠕动的能力；土地恢复坡度的稳定性；抵抗由于地震而引起变形的能力；必须经得起由于填埋场气体作用而造成的对盖层物质的改变；地表植被根系以及挖洞动物、蚯蚓、昆虫等的破坏。,（3）终场防渗系统的结构设计终场防渗系统的表层是土地恢复层，主要使用可生长植物的腐植土以及其它土壤，有利于植物生长。表层土壤层的厚度要保证植物根系不造成下部密封工程系统的破坏，此外，在结冻区，表层土壤层的厚度必须保证防渗层位子霜冻带之下，一层的最小厚度不应小于50cm。在干旱区可以使用鹅卵石替代植被层，鹅卵石层的厚度为1030cm。表层应具有一定的倾斜度，坡度一般为35%，便于排水。在表层之上可能还要有地表排水工程设施等。,表层设计,保护层的功能是防止上部植物根系以及挖洞动物对下层的破坏，保护防渗层不受干燥收缩、冻结解冻等的破坏，防止排水层的堵塞等。一般使用天然土