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1、固体废物的处理与处置 Trentment and Disposal of solid waste,化学与环境科学学院 College of chemistery and environmental science,Zhu Guifen 朱桂芬 Mobile phone E-mail：,第十一章 固体废物最终处置技术,第一节 固体废物处置的基本原理和原则 第二节 填埋场类型、构造及运行管理 第三节 渗滤液的产生及控制 第四节 填埋气体的产生及控制 第五节 填埋场衬层系统 第六节 填埋场表面密封 第七节 环境监测与评价,重 点： 固体废物的陆地处置方法,（1）固体废物处置

2、分类； （2）土地填埋场地选择与设计； （3）地下水保护系统； （4）填埋场气体控制。,知识点：,难 点： 卫生土地填埋场地的设计,一个不安全的填埋场比一堆炸弹还厉害！,海洋处置？,陆地处置,固废处置,第一节 固体废物处置的基本原理和原则,一、废物处置过程中污染物质的迁移、转换 （一） 废物在处置过程中的反应 （1）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

3、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。 （2）化学反应 （a）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。,（b）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。 （c）脱卤/降解：有机化合物的脱卤作用和水解、化学降

4、解作用； （d）氧化还原：通过氧化还原反应影响金属和金属盐的可溶性； （e）其他类型的化学反应：如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。,（3）物理反应 （a）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； （b）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； （c）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； （d）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。,（二）污染物释放、迁移途径及环境问题,垃圾填埋场 （生化反应 物化反应）,污染水体、

5、污染空气、 污染土壤和环境卫生,水分 废物,气体 渗滤液,（1）渗滤液对水体的污染问题 含有高浓度有机污染物和还原态金属的渗滤液和含无机溶液进入地表水体后，将大量消耗水中氧气，最终导致水体需氧生物的死亡。 如果渗滤液中含有生物降解的有机物时，这些有机物将在水体中存在相当时间。当这种有机物进入食物链后就会对水生生物产生有害影响。 如果饮用水井或灌溉井穿过污染的渗滤液层或渗滤液进入地表水体，则可能会发生对环境和公众健康不利的影响。地表水也可能被来自处置场地的径流所污染。,（2）气态污染物的污染问题 废物中产生并释放出的气体以及随风载带出的污染颗粒物，可能携带有微量浓度的致癌有机化合物，均可能污染大

6、气，产生健康和环境问题。这种气体中通常含有高浓度的甲烷气体和低浓度的臭味气体，如硫化氢等，故会产生臭味，并出现潜在的危害。 生长在处置场地的植被也可能由于废物粘附到叶子上以及摄取重金属和其它化学物质而受到污染。,（3）环境卫生问题 对处置场的管理不善会产生卫生方面的问题，导致疾病传播。,二、 固体废物处置原则 （1）区别对待、分类处置、严格管制危险废物和放射性废物,（a）对环境无有害影响的惰性固体废物 （b）对环境有轻微的、暂时的影响 （c）在一定时间内对环境有较大影响 （d）在较长时间内对环境有较大影响 （e）在很长时间内对环境有严重影响 （f）在很长时间内对环境和人体健康有严重影响,（2）

7、最大限度地将危险废物与生物圈相隔离 （3）集中处置原则 （4）多层屏障原则,废物屏障系统：根据填埋的固体废物性质进行预处理：如固化或惰性化。密封屏障系统：利用人为的工程措施将废物封闭，使废物渗滤液尽量少地突破密封屏障，向外溢出。其密封效果取决于密封材料品质、设计水平和施工质量保证。,地质屏障系统：包括场地的地质基础、外围和区域综合地质技术条件。地质屏障的防护作用取决于地质介质对污染物质的阻滞性能和污染物质在地质介质中的降解性能。,良好的地质屏障应达到下述要求： 土壤和岩层较厚、密度高、均质性好、渗透性低、含有对污染物吸附能力强的矿物成分； 与地表水和地下水的水动力联系较少，可减少地下水的入浸量

8、和渗滤液进入地下水的渗流量； 从长远上，能避免或降低污染物质的释出速度。 地质屏障系统决定“废物屏障系统”和“密封屏障系统”的基本结构。,三. 地质屏障的防护性能 地质屏障对有害物质的防护性能取决于地质屏障的岩石性质、水文地质特征以及污染物本身的物理化学性质。对地质屏障防护能力的评价，首先要了解处置场释放出的污染物在地质介质中的迁移速度和去除机制。场地土壤的特性以及发生的生化反应均会影响废物组份或反应产物的迁移特性。,（1）土壤的性质 土壤由具有孔隙的固体物质构成，这些固体物质含有来自磷岩石的矿物质颗粒和动植物腐烂后生成的有机物质。上层土壤中的有机物大约占固体物质的1%10%。土壤的性质随所处

9、的位置和时间而变化。,（2）土壤的渗透性质及水运移 （a）土壤渗透性。指空气和水通过土壤的难易程度。渗透性一般用单位时间所流过的距离来表示（cm/s）。通常，土壤结构越紧密，渗透性越小。,（b）水通量 土壤水通过地质介质的流动通量。通常用达西公式来计算： （6-1-1） 式中：q=达西通量，cm/s；K=渗透系数，cm/s；i=水力坡度，cm/cm。 （c）水的运移速度 土壤孔隙中水的运动和孔隙的性质及数量有关，其运移速度可用下式确定： （6-1-2） 式中，e所为土壤的有效空隙度，cm3/cm3。,（3）吸附、滞留与污染物迁移 （a）污染物的迁移速度 污染物在地质介质中的迁移是由于地下水的运

10、动速度，污染物与地质介质之间的吸附/解吸、离子交换、化学沉淀/溶解、和机械过滤等多种物理化学反应共同作用所致，其迁移路线与地下水的运移路线基本相同，而迁移速度v则与地下水的运移速度v有下述关系： 式中，Rd为污染物在地质介质中的滞留因子，无量纲。如果污染物在地下水-地质介质中的吸附平衡为线性关系，可用下式确定：,式中：b=土壤堆积容重（干），g/cm3；kd=污染物在土壤-水体系中的吸附平衡分配系数，ml/g。 （b）地质介质对污染物迁移阻滞作用 土壤中有机质（腐殖质）和粘土颗粒带负电荷，其数量随pH值的升高而增加。由于这种现象，正电荷离子（阳离子），如铵、铅、钙、锌、铜、汞、铬（III）、镁

11、、钾等可被粘土和腐殖质含量高的土壤所吸附滞留；而负电荷（阴离子）则难以被吸附，阴离子金属(Cr4-，As，Se) 一般只有在低pH值时才被吸附，而活性很高的硝酸盐和氯化物NO3-和C1- 等则不能为土壤所滞留，将随土壤中的水一起迁移。,土壤的结构、渗透性和CEC是影响废物组份在土壤中迁移的主要因素。土壤种类、渗透性和吸附能力之间的关系示于下图。,（4）污染物质的降解或衰变 （a）放射性衰变 当渗入土壤的污染物质带有放射性时，这些放射性核素所固有的物理衰变特性会使它们在迁移过程中不断地自行按一定速率消失，其衰减的规律性可用下式描述：,式中：为放射性核素的衰变速率常数，1/s；C0和C(t)分别为

12、放射性核素在 t=0 和 t=t 的活度。,有机污染物因生物降解作用导致的浓度衰减可用下式来描述： 式中：k为有机污染物的生物降解速率常数，1/s；C0和C(t)分别为有机污染物在t=0和t=t的浓度。,（b）生物降解作用,（5）地质介质的屏障作用 污染物在地质介质中的去除作用大小取决于地质介质对它的阻滞能力和该污染物在地质介质中的物理衰变、化学或生物降解作用。当污染物通过厚度为L(m)的地质介质层时，其所需要的迁移时间（t）为：,污染物穿透此地质介质层时地下水中的浓度为： 式中，c0和c分别为污染物进入和穿透此地质介质层前后的浓度，k为污染物的降解或衰变速率常数。,地质介质的屏障作用可分为三

13、种不同类型： 隔断作用：在不透水的深地层岩石层内处置的废物，地质介质的屏障作用可以将所处置废物与环境隔断。 阻滞作用：仅使污染物进入环境的时间延长。所处置废物中的污染物质，最终会大量进入到环境中来。 去除作用：对于在地质介质中既被吸附，又会发生衰变或降解的污染物质，只要该污染物在此地质介质层内有足够的停留时间，就可以使其穿透此介质后的浓度达到所要求的低浓度。,目前，土地填埋处置已成为固体废物最终处置的一种主要方法。土地填埋处置的主要问题是渗滤液的收集控制问题。实践表明，以往的某些衬里系统是不适宜的，衬里一旦破坏很难维修。另一个问题是由于各项法律的颁布和污染控制标准的制定，对土地填埋的要求更加严

14、格，致使处置费用不断增加。因此，对土地填埋处置方法尚需进一步改进臻于完善。,四. 固体废物陆地处置的基本方法,（1）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、准好氧性填埋和保管型填埋， 按固体废物污染防治法规：可分为一般固体废物填埋和工业固体废物填埋。 在日本，工业固体废物填埋又分为遮断型、管理型和安定型三种。 比较科学的分类，是根据所处置的废物种类，以及有害物质释出所需控制水平进行来分类。,（2）填埋场选址 （a）填埋场的选址准则（最困难的任务） 填

15、埋场选址总原则：以合理的技术、经济方案，尽量少的投资，达到最理想的经济效益，实现保护环境的目的。 在规划新的填埋场时，首先应对适宜处置废物的填埋场场址进行现场踏勘调查，并根据所能收集到的当地地理、地质、水文地质和气象资料，初选筛选出若干可供建设城市垃圾卫生填埋场的地区。再根据选址基本准则，对这些可供选择的场址进行比较和评价。,在评价一个用于长期处置固体废物的填埋场场址的适宜性时，必须加以考虑的因素主要有：运输距离、场址限制条件、可以使用土地面积、入场道路、地形和土壤条件、气候、地表水文条件、水文地质条件、当地环境条件、以及填埋场封场后场地是否可被利用。 运输距离 运输距离是选择填埋场地的重要因

16、素，对废物管理系统起着重要作用。尽管运输距离以越短为越好，但也要综合考虑其他各个因素。因为填埋场选址通常由环境和政治因素决定，因此，长距离运输现在已为常见。,场址限制条件 对居民区的影响：场址至少应位于居民区1km（参照德国标准）以外或更远。运输或作业期间有害废物飘尘或气味应在当地气象扩散条件下不影响居民区，并在建场前应做好这方面的环境影响评价。 填埋场在作业期间，噪声的影响应符合居民区的噪声标准。填埋场能否对居民区造成影响，关键是场地距居民区的安全距离。 可用土地面积 填埋场场地应选择具充足的可使用面积的地方，以利于满足废物综合处理长远发展规划的需要，应有利于二期工程或其他后续工程的兴建使用

17、。应为城市工业废物和生活垃圾的集中收集、管理及综合治理打下良好的基础。,出入场地道路 由于通常适合用作填埋场的土地不在城市已建道路的附近，因此，建设出入填埋场的道路和使用长距离的运输车辆成为填埋场选址的重要因素。如果有铁道线路可以利用时，即使是距离较远，也可选择铁路附近的场地作为填埋场，而以铁路作为长距离远送固体废物的运输工具。 地形、地貌及土壤条件 场地地形地貌决定了地表水，同时也往往决定了地下水的流向和流速。废物运往场地的方式也需要进行地貌评价才能确定。一个与较陡斜坡相连的水平场地，会聚集大量的地表径流和潜层水流。,气候条件 填埋场选址必须考虑当地的气候条件。在许多地方，冬天将会影响进出填

18、埋场的道路条件；潮湿气候可能使我们必须分隔使用填埋场区；对于结冻比较严重的地区，填埋场覆盖层物质必须贮备充足以便在不能挖掘的气候条件下使用；风的强度和风向也必须充分考虑，为了避免风把废碎物吹起，必须建立挡风设施。填埋场场址的选择应考虑在温和季节的主导风向。 地表水水文 所选场地必须在100年一遇的地表水域的洪水标高泛滥区、或历史最大洪泛区、或是应在可预见的未来（长远规划中）建设水库或人工蓄水淹没和保护区之外。填埋场新场址的选择必须考虑其位置应该在湖泊、河流、河弯的地表径流区。,最佳的填埋场场址位置是在封闭的流域区内, 这对地下水资源造成危害的风险最小。填埋场的场地必须是位于饮用水保护区、水体和

19、洪水区之外。 地质和水文地质条件 场址应选在渗透性弱的松散岩层或坚硬岩层的基础上，天然地层的渗透性系数最好能达到K10-8 m/s以下，并具有一定厚度。 场地基础岩性应对有害物质的运移、扩散有一定的阻滞能力。场地基础的岩性最好为粘性土、砂质粘土以及页岩、粘土岩或致密的火成岩。场地应避开断层活动带、构造破坏带、褶皱变化带、地震活动带、石灰岩溶洞发育带、废弃矿区或坍陷区、含矿带或矿产分布区，以及地表为强透水层的河谷区或其他沟谷分布区。,当地环境条件 填埋场场地位置选择，应在城市工农业发展规划区、风景规划区、自然保护区之外；应在供水水源保护区和供水远景规划区之外；应具备较有利的交通条件。到邻近居民点

20、距离必须大于500 m (在开阔填埋场地必须大于1000 m )；填埋场在其运营期间应尽可能减少对周围景观的破坏，并且不要对周围主要的有价值的地貌、地形造成不必要的损坏。 地方公众 填埋对当地公众造成的主要影响之一，或者说公众抱怨的根源是由于填埋场的建造所引起的额外交通问题。过多的卡车运输造成了噪声、振动、废气排放、灰尘、污物以及其他可察觉的侵害。,（b）选址方法和程序 资料收集 野外踏勘 预选场地的社会、经济和法律条件调查 预选场地可行性研究报告 预选场地的初步勘察 预选场地的综合地质条件评价技术报告 工程勘察阶段,场地防护能力的评价 根据地质勘察工作得到的场地区域、外围和基础的地质结构、地

21、层、岩性和地质构造条件，以及要填埋废物性质，可对场地的防护能力作出定性评价，也可根据专门渗透试验对场地的防护能力作出定量评价。 场地安全程度评价 场地安全评价包括定性和定量评价。定性评价依据场地的综合地质条件；而定量评价是依据场地存在的地质屏障层的厚度和渗透性，确定场地的安全寿命。,（c）填埋场综合技术条件评价,场地稳定性评价 场地稳定性评价主要是对场地天然或人工边坡和基础稳定性评价。场地基础稳定性与区域地质构造和地震烈度有关，而基础的沉降、变形主要与岩、土体的力学性质有关。 场地环境影响评价 特别当填埋场工程与自然保护、水源保护、经济发展规划，以及景观保护等条例有冲突时，要重点作出这方面的环

22、境影响评价。应特别注意的是在某些局限条件制约下，填填场工程不得不选在距居民区(或零散居民点)较近的位置上，,场地污染可能性评价 废物填埋场的建设最重要的目的就是保护水环境，因此要对场地周围地表水系统和地下水系统进行污染预测。预测出当废物渗滤液突破三道“屏障”时是否能达到所允许的极限标准。,五 关于填埋场设计、运行的环境法规要求 （1）城市垃圾卫生填埋场 我国国家标准生活垃圾填埋污染控制标准（GB16889-1997）和建设部部颁标准城市垃圾卫生填埋技术标准(CJJ17-88)，适用于任何接收城市垃圾的填埋场。 （2）危险废物安全填埋场,一、填埋场类型 （1）自然衰减型土地填埋场 基本设计思路：

23、允许部分渗滤液由填埋场基部渗透，利用下伏包气带土层和含水层的自净功能来降低渗滤液中污染物的浓度，使其达到能接受的水平。,第二节 填埋场的类型、构造与运行、管理,（b）含水层中的衰减。由下包气带土层流出进入含水层的渗滤液，因混合、弥散等作用逐渐被地下水稀释，并在随地下水迁移过程中因所含污染物质与含水层介质发生的吸附、离子交换、过滤、沉淀等反应而降低。,渗滤液的衰减分两个阶段：（a）包气带土层中的衰减：渗滤液在通过填埋场底部包气带土层向下运移时，所发生的吸附/解吸、离子交换、沉淀/溶解、过滤和生物降解等反应，会使流出包气带进入含水层的渗滤液中所含污染物质的浓度降低，同时也会使某些物质的浓度升高。,

24、（2）全封闭型填埋场（处置危险废物） 设计概念：将废物和渗滤液与环境隔绝开，将废物安全保存相当一段时间（数十甚至上百年）。 这类填埋场通常利用地层结构的低渗透性或工程密封系统来减少渗滤液产生量和通过底部的渗透泄露渗入蓄水层的渗滤液量，将对地下水的污染减少到最低限度，并对所收集的渗滤液进行妥善处理处置，认真执行封场及善后管理，从而达到使处置的废物与环境隔绝的目的。,（3）半封闭型填埋场 这种填埋场的设计概念实际上介于自然衰减型填埋场和全封闭型填埋场之间。部分封闭型填埋场的顶部密封系统一般要求不高，而底部一般设置单密封系统和在密封衬层上设置渗滤液收排系统。大气降水仍会部分进入填埋场，而渗滤液也可能

25、会部分泄露进入下包气带和地下含水层，特别是只采用粘土衬层时更是如此。但是，由于大部分渗滤液可被收集排出，通过填埋场底部渗入下包气带和地下含水层的渗滤液量显著减少，下包气带的屏障作用可使污染物的衰减作用更为有效。,二. 填埋方式 （1）山谷型填埋场 我国大部分填埋场属山谷型填埋场，通常的做法是在山谷出口处设一垃圾坝，在填埋场上方设挡水坝，在填埋场四周开挖排洪沟，严格控制地表排水不进入填埋场。填埋场的防渗有两种方法。最简单的方法是采用垂直密封技术，在填埋场周边设置垂直防渗帷幕；水文地质条件较好的山谷也可仅在垃圾坝下面设置垂直防渗帷幕；另一种方法是采用水平基础密封和斜坡密封技术，在填埋场底部和边坡铺

26、设防渗衬层。,（2）地上式填埋场 这种填埋方式通常适用于地下水位较高或者地形不适合于挖掘的地方。掩埋物必须从附近地区运来或者从采土坑中取上。由于表面积质量系数较高，所以增加了空气的渗透和表面释放气体进入大气的可能性。,是地下水较高的平原区唯一可能采用的填埋形式。要求座落在较厚的粘土层之上，粘土层的渗透系数K值在10-7cm/s以下，不符合该数值时需要铺设人工密封层。,（3）地下式填埋场 这种填埋方式适合于场地有丰富的覆盖层物质可供开挖而地下水位较深的地方。废物放入挖掘坑中，开挖土用于覆盖层。挖掘的隔室或沟坑用人造薄膜、或者低渗透性粘土、或者两者结合作为材料铺设衬层以防止渗滤液和填埋场气体从底边

27、溢出。开挖的单元通常为方形，边长一般为60300m，深度为39m，宽度为515m。,地下式填埋场所要求的地质条件是具有良好性能的天然密封层，且厚度较大；密封层的渗透系数最好应在10-7cm/s以下，否则，附加人工密封层。地下式填埋场所处地点的地下水深度应较低，至少在填埋场基础以下3m，或按所填装的废物种类所对应的不同填埋场级别来确定。 地下式填埋场的边坡坡度应为1:2.51:3，以便在边坡部分铺设塑料板密封层。地下式填埋场在作业期间有降雨的汇集问题，所以在密封层的下部应铺设排水层和管路，并建有一定数量的排水竖井。,三. 固体废物土地填埋过程及管理 现代填埋场的建造及运行全过程示例于图中：,包括

28、：填埋场场址选址、规划设计、开发建设、填埋操作、以及封场和封场后的管理等。,（1）填埋场规划和设计 填埋场场址选定后，便可按照下表中的步骤和内容进行填埋场的规划和设计：,（a）填埋场地的布局规划 典型填埋场的布局如图所示：,（b）确定填埋场构造及填埋方式 填埋场构造 按照地质和水文地质调查的结果在拟定的填埋场场地钻孔岩心取样所获得的完整地质剖面，确定地下水（包括潜水和承压水）位的埋深，分析场地的地下水流向、以及是否有松散含水层或者基岩含水层与填埋场场地有水力联系，确定应该采用的填埋场结构类型及使用什么样的衬层系统。,渗滤液控制设施 在填埋场设计中，衬层的处理是一个关键问题。其类型取决于当地的工

29、程地质和水文地质条件。为保证填埋场渗滤液不污染地下水，无论是那种类型的填埋场都必须加设一种合适的衬层。 选择气体控制设施 处置含有可降解有机固体废物或挥发性污染物的填埋场必须设置填埋场气体的收集和处理设施，以控制填埋场气体的迁移和释放。为确定气体收集系统的大小和处理设施，必须知道填埋场气体的产生量，而填埋场气体的产生量又与填埋场的作业方式有关（如是否使用渗滤液回灌系统），故必须分析几种可能的工况。,使用水平气体收集井还是使用垂直气体收集井，取决于填埋场设计方案和填埋场的容量；收集到的填埋场气体是烧掉还是加以利用，取决于填埋场的容量和和能量的可利用性。 选择填埋场覆盖层结构 填埋场的覆盖层通常由

30、几层构成，每一层都有其功用。选择什么样的覆盖层结构取决填埋场的地理位置和当地的气候条件。为了便于快速排泄地表降雨并不使造成表面集水，最终覆盖层的表面应有3-5%的坡度。 （c）填埋场容量的确定 填埋场容量除与填埋场面积和填埋高度有关外，还与固体废物的可压缩性、日覆盖层厚度、废物分解特性和负荷高度有关。,其估算方法是：首先确定填埋场的理论容量，然后考虑填埋废物的初始比重，在上覆压力作用而导致的最终压实密度，以及生物降解作用造成的质量降低数，确定填埋场能够容纳固体废物的实际重量。 填埋场理论填埋容量 根据填埋场填埋场结构方案，确定每一填埋层的面积，然后计算每个填埋层体积（填埋层的平均面积与填埋层的

31、高度之积），加和各个填埋层体积便得到填埋场的理论容量。如果填埋层覆盖层土壤是从填埋层处开挖得到的，那么得到体积即为可以填埋废物的体积；如果覆盖层物质需要外运进来，则得到的体积减去外运来的覆盖层物质的体积才是可以填埋废物的体积。,固体废物组分可压缩性的作用 固体废物的初始密度随填埋场作业方式、固体废物各组分的压缩性质及其所占百分比等因素而变化。通常废物的初始比重为250-600kg/m3。废旧物质回收不仅可降低填埋场体积的需求量，而且影响余下废物的压缩性质。城市垃圾的典型压实性质见“表6-2-2”，给出了正常压缩和高度压缩两种条件下的体积降低因子。,覆盖层物质的体积 在填埋场建设中，覆盖物质不断

32、进入填埋场，通常日覆盖层厚为1530cm，中间覆盖层更厚，最终覆盖层一般厚12m。故填埋场容量计算中必须考虑覆盖物质量。日覆盖层和中间覆盖层的用量以废物/土壤比来表示。废物/土壤比可以根据填埋场隔室的几何形态来确定，通常废物:土壤比为4:110:1。 废物降解和负重高度的作用 生物降解作用使废物的质量减少，导致废物的体积减少，从而可以增加废物的填埋量。在填埋场的初步设计阶段，可以只考虑由于负重而导致的压缩量，然后在填埋场设计的下一阶段，考虑生物降解造成的减容。,（d）地表水排水设施 地表排水系统规划应包括降雨排水道的位置、地表水道、沟谷和地下排水系统的位置。是否需要暴雨储存库取则决于填埋场的位

33、置和结构以及地表水水系特征。 （e）环境监测设施 填埋场监测设施设计考虑包括确定包气带气体和液体，填埋场地上下游的地下水水质，和周围环境气体的监测设施，监测设施的多少取决于填埋场的大小、结构以及当地对空气和水的环境质量要求。,（f）场区环境考虑 场区环境的保护包括建立填埋场周围的防护屏障、控制鸟类和轻物、尘土的飞扬、防止有害虫类和传染性疾病的传播等，减少填埋场作业对周围居民可能造成的影响、以及有碍公共环境的措施。 （g）场地基础设施 填埋场基础设施规划的内容包括以下11项：填埋场出入口、运转控制室、库房、车库和设备车间、设备和载运设施清洗间、废物进场记录、过磅地秤、场地办公及生活福利用房、 其

34、他行政用房、场内道路建设、围墙及绿化设施。,（2）填埋场的开发建设 （a）填埋场场地准备 （1）已有的排水系统改动线路、不使穿过欲建的填埋场地，（场地的自身排水注意勿使流入场内）。 （2）进出场地的道路建设。 （3）安置称重设施。 （4）装置围栏设施。,（b）填埋场衬层铺设 铺设衬层的填埋场，在场址调查阶段就应进行铺设衬层的合理性评价。衬层只能在场地基础准备工作完成后才能铺设。,（c）有关的土方工程 采用人工衬层的填埋场有很大的土方作业。其中包括平整场底地基、边墙修整、筑堤（或土墙）、必要时需运走大量废石堆之类，此外，可能还要为后续作业使用的材料（如砂、卵石等）准备堆放场。,影响填埋场衬层功能

35、的因素见下表：,（3）填埋场的运行管理 （a）填埋操作 填埋操作，即填埋废物按单元从压实表面开始，向外向上堆放。某一作业期（通常是一天）构成一个填埋单元（隔室）。由收集和运输车辆运来的废物按4560cm厚为一层放置、然后压实。一个单元的高度通常为23m。 在每一作业时段结束时，所有的单元暴露面都要用1530cm厚的天然土壤或其他可供使用的材料覆盖（1530cm），通常在每日填埋操作终了时、将其铺设在填埋场工作面上，称之为日覆盖层。一个或者几个填埋单元层完工之后，要在完工表面上挖水平气体收集沟渠，沟渠内放砾石，中间铺设打了孔的塑料管。随着填埋气体的产生，通过此管将其抽排掉。,（b）分区计划 理想

36、的分区计划是使每个填埋区能在尽可能短的时间内封顶覆盖。这就要求向一个分区堆放废物，直到达到最终的高度。图6-2-10表示了一座填埋场的简单的分区计划：,若填埋场高度从基底算起超过9m，通常在填埋场的部分区域设中间层。,（c）废物的覆盖 填埋场的覆盖层有三种：日覆盖层、中间覆盖层和最终覆盖层。日覆盖层的功能对城市垃圾填埋场尤显重要。对大多数填埋场而言，日覆盖层的厚度一般采用15cm，即使是填埋腐烂性污泥，这样也可以满足要求。尽管日覆盖作业起有一定的作用，但同样要占用相当部分的填埋容积（日覆盖层的体积约占废物量的1/5至1/6）。根据填埋场的地理位置和其他如控制臭味等等因素，若主管部门允许，也可以

37、采用周覆盖或月覆盖的办法作出计划。 （d）渗滤液收集系统的维护 所有与渗滤液收集系统有关的设备都要维护好，这些设备包括：检查孔、渗滤液收集管、收集罐和附属设备，抽送泵等。,（e）填埋场封场及复用 当填埋场的全部空间都填满废物之后，要使用最终覆盖层将填埋场加以封闭，同时还要用安全合理的方式对所有用于废物处置的设备和辅助设施加以净化。 填埋场的善后计划应考虑封场以后需要维护工作的延续年限，例如至少30年。这段时间是具有随机性，可根据填埋场封闭以后的污染物具体迁移数据资料作适当的延长或缩短。妥善封闭的填埋场能达到一般使用的要求，例如用作停车场或开放性场地等。但如一旦确定将填埋场如此复用，那么加强覆盖

38、层设施和封场后地面逸散物的监测则是很重要的。,第三节 渗滤液的产生及控制,一、填埋场渗滤液组成及特征 （1）填埋场渗滤液的主要成分 常见元素和离子：如Cd、Mg、Fe、Na、NH3、碳酸根、硫酸根和氯根等。 微量金属： 如Mn、Cr、Ni、Pb、Cd等。 有机物：常以TOC、COD来计量，酚等也可以单独计量。 微生物。,（2）渗滤液浓度变化特征 对于常用的厌氧填埋来说，渗滤液的性质一般为： （a）色嗅：呈淡茶色或暗褐色，色度在20004000之间，有较浓的腐化臭味。 （b）pH值：填埋初期pH为67，呈弱酸性，随时间推移，pH可提高到78，呈弱碱性。 （c）BOD5：随着时间和微生物活动的增加

39、，渗滤液中的BOD5也逐渐增加。一般填埋6个月至2.5年，达到最高峰值，此时BOD5多以溶解性为主，随后此项指标开始下降，到615年填埋场安定化为止。,（d）COD：填埋初期COD略低于BOD5，随着时间的推移，BOD5急速下降，而COD下降缓慢，因而COD略高于BOD5。渗滤液的生物降解性可用BODCOD之比来反映，当BODCOD= 0.5时，渗滤液较易生物降解；当BOD5COD0.1时，渗滤液难于降解。最初，这一比值将在0.5或者更大一点的量级上；当介于0.4到0.6之间时，表明渗滤液中的有机物质开始生物降解；对于成熟的填埋场，渗滤液的此项比值通常为0.050.2，其中常含有不被生物降解的

40、腐植酸和富里酸。,（5）TOC：一般为2652800mgL。BOD5TOC可反映渗滤液中有机碳氧化状态。填埋初期，BOD5TOC值高；随着时间推移，填埋场趋于稳定化，渗滤液中的有机碳以氧化态存在，则BOD5TOC值降低。 （6）溶解总固体：渗滤液中溶解固体总量随填埋时间推移而变化。填埋初期，溶解性盐的浓度可达10000mgL同时具有相当高的钠、钙、氯化物、硫酸盐和铁。填埋624个月达到峰值，此后随时间的增长无机物浓度降低。 （7）SS：一般在300 mgL以下。 （8）氮化物：氨氮浓度较高，以氨态为主，一般为0.4 mgL。左右，有时高达l mgL，有机氮占总氮的10。,（9）重金属：生活垃圾

41、单独填埋时，重金属含量很低，不会超过环保标准。但与工业废物或污泥混埋时，重金属含量会增加，并可能超标。 二 、 渗滤液的产生及控制 （1）渗滤液来源 （a）直接降水。降水包括降雨和降雪，它是渗滤液产生的主要来源。 （b）地表径流。地表径流是指来自场地表面上坡方向的径流水，对渗滤液的产生量也有较大的影响。 （c）地表灌溉。与地面的种植情况和土壤类型有关。 （d）地下水。如果填埋场地的底部在地下水位以下，地下水就可能渗入填埋场内，渗滤液的数量和性质与地下水同垃圾的接触情况、接触时间及流动方向有关。,（e）废物中水分。随固体废物进入填埋场中的水分，包括固体废物本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附（

42、当贮水池密封不好时）量。 （f）覆盖材料中的水分。随覆盖层材料进入填埋场中的水量与覆盖层物质的类型、来源以及季节。覆盖层物质的最大含水量可以用田间持水量（FC）来定义，即克服重力作用之后能在介质孔隙中保持的水量。典型田间持水量：对于砂而言为6%12%，对于粘土质的土壤为23%31%。 （g）有机物分解生成水。垃圾中的有机组分在填埋场内经厌氧分解会产生水分，其产生量与垃圾的组成、pH值、温度和菌种等因素有关。,（2）影响渗滤液产生量的因素 填埋场渗滤液的产生量通常由： 获水能力； 场地地表条件； 固体废物条件； 填埋场构造， 操作条件等,1,（a）填埋场构造 填埋场的水运移及水平衡示于“图6-2

43、-12”。大气降水到达填埋场表面后，一部分变成地面径流流出填埋场，另一部分通过表面蒸发离开，只有少部分渗入覆盖层。,（b）降雨 影响渗滤液产生的降雨特征有四个：降雨量、降雨强度、降雨频率和降雨周期。降雨量通常用以表示在一给定地区、于某一时段（如月或年）内到达地表的雨水总量，此数可以是一次或多次降雨的结果。 （c）地表径流 地表径流包括入流和出流。入流是指来自场地表面上坡方向的径流水，称为区域地表径流。出流是指填埋场场地范围内产生并自填埋场流出的地表水，称为填埋场地表径流。,地表径流一般使用经验公式来确定。Chow(1964)提出的下述经验公式，是目前应用较为广泛的经验公式之一，即：R=CPA，

44、式中，R为地表最大径流量；P为降雨强度的平均速率；A为填埋场的面积；C为地表径流系数，它表示离开该区域的地表流动的水量所占总降水量的百分数。,（d）贮水量 渗入土层的水分，只有部分会下渗进入废物层，另一部分则滞留在土层内。假如降水的入渗恰好使固体废物上面的覆盖土层饱和，则土层中超过填埋场田间持水量的水量迅速下排变为填埋场渗滤液量。此后，由于蒸发蒸腾作用，含水率还会渐渐降低。如在土层内有植物根系，则土壤含水率还会下降至凋萎系数（即土壤在植物不在能吸收水分条件下的含水量，在达到此值时土壤水张力的值大约是15atm），然后基本保持不变；如在土层内无植物的根系，则土壤含水率最终要比其凋萎系数大。因此，

45、填埋场植物根部区土壤的贮水容量S可表示为：,对于无植被的的覆土层或固体废物层，其贮水容量只与该层的厚度、实际土壤含水率和田间持水量有关，即： 式中，Hr为覆盖土层或固体废物层的厚度，为土壤实际含水率。,具有代表性土壤的典型田间持水量和凋萎系数值列于表中，也可以用下列方程估计田间持水量，即：FC=0.6-0.55W/（10000+W）,（e）腾发量 腾发量的大小主要取决于两方面的因素：一是受辐射、气温、湿度和风速等气象因素的影响；二是受土壤中含水率的大小、分布及植物的影响。当土壤供水能力强时，由大气蒸散能力决定的最大可能蒸散强度称为潜在蒸散强度，实际的腾发强度一般要比潜在的腾发强度小。 用于估算

46、腾发强度的理论公式或经验公式很多，但通常都是以气候（温度、湿度）和植物耗水量为基础。一般使用Thornthuaite经验公式（1948），即： Ei是潜在的月腾发量(cm)；Ti是第i个月的平均气温其()；Ii是第i个月的月热指数。,在知道每个月的月热指数后，相应的年热指数可由下式求出： ai为经验常数，由下式确定： Ki为第i月的实际天数Di和该月平均日照时数的修正系数，由下式确定： （3）控制渗滤液产生量的工程措施 （a）入场废物含水率的控制 随填埋废物带入的水分中，很大一部分会在废物压实过程中沥滤出来。因此必须控制入场填埋废物的含水率，对于城市垃圾卫生填埋场一般要求入场填埋的城市垃圾含水

47、率30%(重量)。,（b）控制地表水的入渗量 对包括降雨、暴雨地表径流、间歇河和上升泉等的所有地表水进行有效控制，可以减少填埋场渗滤液的产生量。 设计雨水流路 设置雨水沟、涵洞 雨水贮存塘 增加覆盖层的贮排水作用,（c）控制地下水的入渗量 对地下水进行管理的目的在于防止地下水进入填埋区与废物接触。其主要方法是控制浅层地下水的横向流动，使之不进入填埋区。成功的地下水管理可以减少渗滤液的产生量，此外还可为改善场区操作创造条件。具体而言，有如下各种控制方法。 设置隔离层法 通过低渗透率材料的隔离作用、防止地下水进入填埋区是一种常用的被动型控制方式。实用的方法有：使用合成材料柔性膜、帷幕灌浆、打入钢板

48、桩等。为取得更可靠的效果，这种隔离层需要嵌入现场的地下某一低渗透层。,设置地下水排水管法 可在场区边界位置开挖沟渠，例如排水管，并用高渗透性材料回填。当地下水位升高时，即会流入排水管排走。为防止排水管阻塞，应在管外用无纺布包裹。,抽取地下水法 使用水泵抽水法控制地下水位时，应在处置区附近开凿一系列的井眼。经过抽取地下水将在填埋区下面形成一个漏斗，可使地下水位降至填埋区的底部以下。抽出的水可以排往地表水系统，该法虽然有效，但显然会增加运行费用。,三、 渗滤液产生量估算方法 （1）年平均日降水量法 这是一种根据多年的气象观测结果，把年平均日降水量作为填埋场平均日渗滤液产生量的计算依据、预测渗滤液产

49、生量的简单近似方法，其计算公式为：,式中，Q为渗滤液平均日产生量，m3/d；I为年平均日降雨量，mm/d；A为填埋场面积，m2；C为渗出系数，即填埋场内降雨量中成为渗滤液的分数，其值随填埋场覆盖土性质、坡度而有不同，一般在0.20.8之间，封顶的填埋场则以0.30.4居多。据Ehrig对德国15个填埋场的观测结果，高压实填埋场（压实密度0.8t/m3）的渗出系数为0.250.40，低压实填埋场（压实密度0.8t/m3）的渗出系数为0.150.25。,另外，日本全国都市清扫协会认为以下式估算填埋场渗滤液产生量较为合理，即： （6-2-27） （6-2-28） 式中，Q为填埋场渗滤液产生量，m3/

50、d；A为填埋场总面积，m2；A1为填埋场操作面积，A1=A-A2-A3，m2；A2为填埋场封闭区面积，m2；A3为未填埋区面积，m2；C1为填埋操作区A1的渗出系数；其值为0.40.7，标准值为0.5；C2为填埋场封闭区A2的渗出系数，其值为0.20.4，标准值为0.3；I为最大月平均降雨量的日换算值，mm/d。,（2）n年概率降水量法 这种经验模型涉及参数较多，使用时应根据场地实际情况确定这些参数数值，其计算公式为： 式中，In是n年概率的年日平均降水量(mm/d)；Wsr为流入填埋场场地的地表径流流入率；是由填埋场流出的地表径流流出率，其值在0.2 0.8之间；As为场地周围汇水面积(10

51、4m2)；Aa为填埋场场地面积(104 m2)；1/N为降水概率；D为水从积水区中心到集水管的平均运移时间(d)；Kr为流出系数，通过下式求出：,四、 渗滤液收排系统 （1）收排系统的作用 渗滤液收排系统应保证在填埋场预设寿命期限内正常运行，收集并将填埋场内渗滤液排至场外指定地点，避免渗滤液在填埋场底部蓄积。 （2）收排系统的构造 渗滤液收排系统由收集系统和输送系统组成。收集系统的主要部分是一个位于底部防渗层上面的、由砂或砾石构成的排水层。在排水层内设有穿孔管网，以及为防止阻塞铺设在排水层表面和包在管外的无纺布。在大多数情况下，渗滤液的输送系统由渗滤液贮存罐、泵、和输送管道组成。,典型的填埋场

52、液体收排系统由以下几个部分组成： （a）排水层：排水层通常由粗砂砾铺设厚30cm以上构成，要求必须覆盖整个填埋场底部衬层上，其水平渗透系数应大于10-2cm/s，坡度不小于2%。，但也可使用人工排水网格。 （b）管道系统： 一般在填埋场内平行铺设，位于衬层的最低处。管道上开有许多小口。管间距要合适、以便能及时迅速地收集渗滤液。此外、应具有一定的纵向坡度(通常在千分之几)，使管道内的流动呈重力流态。 （c）隔水衬层： 由粘土或人工合成材料构筑，具有一定厚度，能阻碍渗滤液的下渗，并具有一定坡度 (通常2%5%)，以利于渗滤液流向排水管道； （d）集水井、泵、检修设施、以及监测和控制装置等：畚以接纳

53、贮存排水管道所排出的渗滤液，测量并记录积水坑中的液量。,（3）收排系统的类型,（4）收排系统数学模型 （a）衬层排水层收集数学模型 最大积水深度为： 式中，e是进入填埋场废物层 的水通量（如图6-2-19），cm/s；KS是横向排水层（砂砾石层）的水平方向的渗透系数，cm/s；C e/KS，故hmax 是e/KS 的函数。 （b）渗滤液通过底部衬层的运移速度和穿透时间 渗水通量： 渗滤液泄漏量：,运移速度： 穿透时间： 式中：d为渗滤液在衬层上的积水高度，d为衬层的厚度，cm；Ks为衬层的渗透系数，cm/s；A为填埋场底部衬层面积；e为衬层的有效空隙率。 为使透过衬层的渗漏速率降低，提高收排效

54、率，可结合实际条件采取下述措施：增大排水层的横向饱和导水系数Ks1；降低衬层的饱和导水系数Ks2；适当增大衬层的坡度 tg；减小衬层水平排水距离L；适当增大衬层的厚度d。,（5）系统布置 各个填埋场的渗滤液收排系统的布置均不相同，主要取决于填埋废物类型、场地地形条件、填埋场大小、气候条件、设计者的偏好和技术法规的要求等。 （a）渗滤液收集系统 渗滤液收集系统应设计成能加速渗滤液在衬层上流动和自系统流出。自废物层流出的渗滤液，通过收集管道、汇集于落水井，然后用泵送往渗滤液处理系统。渗滤液收集系统的布局应能提供渗滤液有不同路线流至落水井，并设有检查和排水层发生沉陷的维修条件。,（b）可供选择的渗滤

55、液流动路线,（6）排水层 设计排水层时应尽量选用水平渗透系数大的粒状介质，渗滤液收排主系统排水层应采用5-10mm的卵石或砾石，层厚不小于30cm，渗透系数大于0.1cm/s。 （7）渗滤液收集沟（管） （a）渗滤液收集管 渗滤液收集管一般安放在渗滤液沟中，用砾石将其四周加以填塞，再衬以纤维织物，以减少细粒物进入沟内，渗滤液通过上述各层、最后进入收集管。,（b）渗滤液收集沟 渗滤液收集沟中的砾石应按如图所示的那样堆成，以便分散压实时的机械负荷，从而更好地保护渗滤液收集管，防止其破碎。如用土工织物作为过滤层，则应将其包覆在砾石层的上面。也可以用分级沙滤层来防止废弃物中的细粒渗入渗滤液收集沟内。,

56、（c）土工织物过滤层 过滤织物的设计方法主要是将土壤粒径特征与织物的表观开口尺寸（AOS）进行比较，由柯勒推荐的简单程序如下： 对于50%的颗粒能通过0.074mm筛的土壤，过滤织物的AOS应0.59mm。 对于50%的颗粒能通过0.074mm筛的土壤，过滤织物的AOS应0.297mm。,（8）避免系统失效的措施 （a）管道堵塞及清除方法 造成管道堵塞的原因有： 细颗粒的结垢：渗滤液中细颗粒的或由于收集沟中带出的粘土的沉积会引起管道结垢。 微生物增长：生物堵塞是因为渗滤液中存在微生物。与生物堵塞有关的因素有渗滤液中的碳氮比、营养供给、聚尿酸胺、温度和土壤温度；或 化学物质沉淀：化学沉淀导致的堵

57、塞，可能是由化学或生物化学过程引起的。 （b）避免管道破裂 （c）避免设计缺陷,五、渗滤液处理 （a）渗滤液循环 （b）渗滤液蒸发 （c）处理后处置 （d）排往城市废水处理系统,（1）渗滤液再循环 在填埋场的初期阶段，渗滤液中包含有相当量的TDS，BOD，COD，氮和重金属。通过循环，这些组份通过发生在填埋场内的生物作用和其他物理化学反应被稀释。,（2）渗滤液蒸发 渗滤液管理系统的最简单方法是蒸发，修建一个底部密封了的渗滤液容纳池，让渗滤液蒸发掉。剩余的渗滤液喷洒在完工的填埋场上。 （3）渗滤液处理 当未使用渗滤液循环或者蒸发法、而又不可能排往污水处理厂时，就需要加以一定的预处理或者完全处理。

58、由于渗滤液成份变化很大，因此有多种处理方法。主要的生物和物理化学处理方法列于下表中。采用何种处理过程主要取决于要除去的污染物的范围和程度。,用于渗滤液处理的生物、化学和物理过程及应用说明：,（4）排往城市污水处理厂 如果填埋场建造在污水收集系统附近、或者可以将渗滤液收集系统连向城市污水收集系统时，通常是将其排往污水处理系统中。通常在排往该收集系统之前要进行预处理以减少所含有机成分的含量。对于不能排向污水收集系统、而蒸发或者回灌又不可行的填埋场渗滤液，则要进行彻底处理、然后排入地表水体。,第四节 填埋气体的产生与控制,为阻止填埋场气体（LFG）的直接向上或是通过填埋场周围土壤的侧向和竖向迁移，进

59、而通过扩散进入大气层，在填埋场内一般设有气体控制系统，用以收集场中填埋废物所产生的气体，并将其用于生产能量或是在有控条件下放空或火化，其目的在于减少对大气的污染。,一、 填埋气体的组成特征 填埋场的主要气体是填埋废物中的有机组分通过生化分解所产生，其中主要含有氨、二氧化碳、一氧化碳、氢、硫化氢、甲烷、氮和氧等。它的典型特征为：温度达4349，相对密度约1.021.06，为水蒸气所饱和，高位热值在1563019537kJ/m3。,以干体积为基准,填埋场产气阶段,初始调整 过程转移 酸性阶段 产甲烷阶段 稳定化阶段,二、 填埋气体的产生及速率 （1）第一阶段=初始调整阶段 废物中的可降解有机组分在被放置到填埋场后很快就会发生微生物分解反应。此阶段是在生化分解好氧条件下发生的，因为有一定数量的空气随废物夹带进入填埋场内。使废物分解的好氧和厌氧微生物主要来源于日覆盖层和最终覆盖层土壤，填埋场接纳的废水处理消化污泥，以及再循环的渗滤液等。,（2）第二阶段=过程转移阶段 此阶段的特点是氧气逐渐被消耗，而厌氧条件开始形成并发展。当填埋场变为厌氧环境时，可作为电子接受体的硝酸盐和硫酸盐常被还原为氮气和硫化氢气体。测量废物的氧化还原电位可监测厌氧条件的突变点。 （3）第三阶段=酸性阶段 在