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垃圾填埋场的污染与防治

2015-02-06 13:27:21来源:互联网浏览:评论:0

  填埋场垃圾是放错了地方的资源,如果处理不当,不仅白白浪费可利用资源,还会造成严重的二次污染,失去卫生填埋的最初意义。介绍了垃圾卫生填埋场中常见的三种二次污染:水污染、空气污染和土壤污染。并从这三个方面入手提出了防止二次污染的一系列建议和措施,以及相应的资源化处理。详细介绍了防止垃圾渗滤液渗漏的方法,垃圾填埋场防渗层的设计和材料选取、渗滤液的收集等,提出了国际上垃圾处理技术的今后发展的新趋势。
 

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  修复与防治随着工业化和城市化的推进,人民的物质化水平日益提高,垃圾的产量和成份也迅速增加和变化。工业发达国家,如日本人均垃圾产量已达2.5kg/d。我国的深圳,人均垃圾产量也达到0.7~1.2kg/d,一座百万人口的城市每天要产生上千吨垃圾。目前,我国垃圾填埋场进入高峰期,垃圾年产量约1.3亿t,约占世界总产量的四分之一,是世界上垃圾包袱最重的国家。国家环境科学研究院专家赵章元说:“我国许多城市已形成了垃圾包围城市的严重局面。”垃圾产量和成分的迅速增长,给城市的发展和管理带来了新的挑战。

  1二次污染的危害垃圾卫生填埋是垃圾处理最常见也是最终的处理方式,占垃圾处理总量的70%,但卫生填埋如果处理不好会发生二次污染,导致失去卫生填埋的最初意义,具体表现在:

  1.1垃圾填埋场渗滤液的污染渗滤液就是垃圾在填埋处理之后,由于垃圾分解后所产生的内源水和外来水分(包括大气降水、地表水和地下水入侵)形成的液体。城市生活垃圾渗滤液有许多有害成分,如:水质浑浊,有恶臭,COD、三氮含量高,油、酚污染严重,大肠杆菌群超标,有些渗滤液如:汞、镉、铅、锰等有毒重金属也超标。这些重金属往往在缓慢的迁移过程中容易进入食物链,最终在人体内积累引起重毒。

  1.2填埋场气体的污染卫生填埋场中的生活垃圾含有大量有机物。在氧气不足的情况下,处于厌氧或兼性厌氧的环境,会形成多种恶臭物质,如:CH4、NH3、硫醇、H2S、N2等,能使人致癌、致畸。填埋场还产生大量的CH4和CO2,它们是主要的温室气体,CH4对O3的破坏是CO2的4倍,产生的温室效应是CO2的21倍,而且它易燃易爆,与其它空气混合达到5~15%时,极易爆炸和发生火灾。这就是许多填埋场发生爆炸火灾的原因之一。另外,CH4通过气体置换或甲烷细菌对氧气的消耗,都会降低植物根部的氧气量。使植物根部缺氧而死亡。CO2溶解地下水,打破原地下水CO2的平衡压力,促进CaCO3的溶解,引起地下水硬度升高。而且填埋气的逸出会成为渗滤液泄漏的隐患。

  1.3垃圾填埋场对其土壤的污染城市生活垃圾中含有大量的废电池、塑料制品、金属、有毒有机物、砖瓦瓷器等。特别是电池、塑料和有机毒物,如果直接进入土壤,会对土壤环境和农作物生长造成严重破坏。比如废电池中含有的镉、锰和汞等重金属进入土壤会对土壤造成极大损坏。据统计:1节1号电池可以使1m2的土地失去使用价值。百年难降解的塑料也会给土壤带来毁灭性的破坏。这些剧毒重金属和“白色污染”,使垃圾填埋场占用地几乎成为废地。

  2针对污染的防治措施

  2.1滤液的防治填埋场渗滤液的渗漏问题,是填埋场最棘手的问题。美国纽约市两个最大的垃圾填埋场——福来雪基尔斯(Freshkills)和爱基米尔(Edqemere)都在渗漏,这与当初选址有关。据监测表明:我国城市地下水已普遍受到不同程度的污染。其中较重的城市占64%,较轻的占33%,形势不容乐观。防治渗滤液污染应分两步:1)已经渗漏污染的垃圾填埋场采取补救措施。许多外国,比如俄、日对填埋场都进行了水,地质和地球物理监测。地球物理监测方法能清晰地观察到地下异常图像,准确地检测出其渗漏状况——准确位置、范围、渗漏程度和流速方向。这是一种快速而低成本的监测技术。我国环境地球物理工作者在北京的几个大型垃圾填埋场经过两年多的试验研究,探讨出一种能更快速检测垃圾填埋场大范围内污染渗漏状况的地球物理方法。具体方法有:高密度电阻法、瞬变电磁法以及探地雷达法等。2)对于还未建的填埋场,则从头做起。首先,垃圾应粗略分类。总体可分为三类:(1)有害垃圾,如废电池、废荧光灯管、水银温度计等。(2)有机垃圾,即湿垃圾,在自然条件下易分解的垃圾,如果皮、菜皮、剩菜剩饭等。(3)无机垃圾,即干垃圾,可回收垃圾,如废纸、废塑料、废金属、废玻璃、废织物等。垃圾分类回收循环利用已是世界垃圾处理技术的大趋势,与其末端处理,不如在源头就开始控制分类。以后的填埋场更加注意土地恢复利用与生态工程技术研究。全方位进行环保;其次,垃圾填埋场的选址。

  垃圾填埋场址的选择是卫生填埋全面设计规划的第一步,要从工程学、环境学、经济学、法律和社会学等方面来考虑。主要原则有两条:一是防止二次污染,二是经济性。最后,垃圾渗漏液的防漏。要做到防渗,首先是防止外来水对渗滤液的侵入。这包括垃圾场底部、顶部雨水的侵入。

  对于防止顶部雨水的侵入,封场显得尤为重要。一般说来,覆盖层结构由上而下由以下五层组成:植被层、耕植土层、导流层、防水层、基础层(黏土层)、垃圾层。植被层为填埋场最终的生态恢复层,能美化周围环境,防止雨水冲蚀土壤,有利于径流的收集及导排。耕植土层为植被层提供营养,由有机质大于5%的土壤构成。导流层主要作用是收集耕植土层下渗的雨水,是终场覆盖成败的关键。基础层对整个覆盖系统起支撑作用。封场后,需要排除覆盖层表面雨水径流以及周边山体进入填埋场的水流,要设计雨水收集和排导系统,以便采取清污分流。在垃圾场内外设置截洪沟和疏导渠,截留和疏导填埋区上游地表经流和部分潜水。截洪沟宜按梯形断面设计。 图1截洪沟结构如果截洪沟深度有限。部分潜水难以截住,也可在垃圾填埋场内适当放置、设置雨水引流沟和引流管。对于地下水,要设置地下水导排系统。整个垃圾场应像铁盒一样,防止外来水的侵入。这样垃圾渗滤液的水仅采自于内源水,大大降低了渗滤液的处理规模和成本。其次是渗滤液自身的防漏。防渗系统阻止垃圾体内的渗滤液往下渗漏或向四周扩散,使地下水免受污染。同时也防止地下水进入填埋场,是发挥填埋场封闭系统正常功能的关键组成部分。重庆长生桥垃圾填埋场防渗结构如图2所示:从下往上,在基岩处进行超挖,然后铺设300mm粘土层。然后铺上高密度聚乙烯(PEHD)防渗膜,在膜的上下风别铺设土工布(500g/m2),再往上试200mm粘土层,上面再铺设500mm的粗砾层,其中铺设渗滤液收集管。 图2重庆长生桥防渗结构不意图人工防渗可分为帷幕灌浆垂直防渗和铺设水平防渗衬层。帷幕灌浆实质就是在可能渗透区段上,施工一排或数排注浆钻孔,用一定压力,注入浆液,待浆液固化以后,堵塞地下水径流通过,达到防渗目的。还有一种较为新颖的固化剂,使土壤达到不透水的性能,这样的土壤的K值在1×10-9~1×10-10cm/s之间。这种实验一旦成功,具有广阔前景。对于水平防渗技术,德国标准是:矿物质防渗层厚度≥0.75m,渗透系数K≤5×10-10cm/s;高密度聚乙烯(PEHD)防渗膜厚度≤2.5mm;复合防渗层表面应形成横向坡度≥3%,纵向坡度≥1的形状,导流层厚度≥0.3m,渗透系数K≥1×10-4cm/s;填埋场基地以下应有一个均匀的自然防渗层,厚度≥3m,K≤1×10-7cm/s。以德国Gelsen填埋场为例,由于该场址地层透水性强,首先对场址底部进行2.7m的换土,换特殊粘土与原土混合,0.25m碾压一次。然后再覆上0.75m的厚粘土,分三次压实。再依次铺设合塑料分隔层,纤维网,细纱排水层,纤维网,橡胶隔水层以及砾石排水层和过滤砂。英国现在普遍使用的衬底系统主要有双衬式(Doublekliners)和混合式(Compositeliners)。双衬式是两层各种形式的衬(柔性薄膜)之间设排水系统以收集上层衬底漏下的渗滤液。

  混合式是两层衬底直接叠在一起,它们之间不设排水系统。我国兴丰垃圾填埋场为了防止渗滤液渗漏,在填埋场的边坡,也就是侧壁和底部铺设了双重防渗系统。其中核心部分是利用进口的双层1.5mm高层的土工膜进行防渗。防渗系统由过滤层、渗滤液收集层、保护层、防渗层、地基土等8层组成。相对其它常规填埋场底铺一层防渗材料效果要好得多。每个填埋场都应根据自己的水文、地质、地形、气候等特定因素因地制宜的采取防渗措施。在材料方面,国外广泛使用土工合成材料。包括土工膜;土工合成复合材料用作排水层土工织物和土工网复合材料;土工格栅和高强度土工织物用于有加固要求的填埋结构。完全不渗漏的衬层是不可能的,找出适合我国的衬层是关键。适合我国国情的衬垫应具有以下特点:材料种类少,价格便宜,结构简单,施工方便。以天然土层为主,土层的截污能力强,容许部分渗滤液越过土层而又不污染地下水。让排出场地的渗滤液尽可能少。

  重庆长生桥用的材料是2mm的高密度聚乙烯薄膜(HDPE),它施工难,技术要求高,但造价低于纳基膨润土。垃圾渗滤液的收集处理。如果垃圾填埋场建在山谷,可设置如图3收集井。建一粘土坝将其渗滤液截流,坝前设直径1200mm渗滤液收集井,由坝底渠道汇集后通过管道引至污水调节池。渗滤液收集井用穿孔预制钢筋混凝土管制作,梅花型开孔,孔径150mm,穿孔率在保证管道机械强度的前提下尽量提高。收集井穿孔段外填400mm厚鹅卵石层,卵石直径180~200mm。 图3渗滤液收集井结构渗滤液成分复杂,其中含有难以生物降解的奈、菲、氯化芳香族化合物、磷酸脂、邻苯乙甲酸脂、酚和苯胺类化合物。根据不同填埋年限,气候、地区经济发展、填埋工艺、渗滤液的成分是不同的。这就给渗滤液的处理带来了很大的难题。

  但总的来说,可以分为两种:生物和物化处理法。生物法是渗滤液中最常见的一种方法,由于其运行费用相对较低且处理效率高,不会出现化学污染等造成二次污染。生物方法又分为厌氧生物处理和好氧生物处理以及生物处理混合工艺三种。物化方法由于成本较高,过去只用在处理填埋时间较长的单元中排口的渗滤液,而今随着渗滤液控制排放标准的日愈严格,物化方法也用来处理新鲜垃圾渗滤液,它还有一个好处是不受水量水质的影响,现在很多人用物化方法来进行预处理和深度处理。常见的物化法有:吸附法、化学氧化法、混凝沉降法、空气吹脱法、反渗透和超滤法等。渗滤液的复杂性和多变性决定不可能用一种方法就能处理,就能达到排放标准。往往根据某个垃圾和填埋场的具体情况而确定一种组合工艺。通过优化组合与灵活应用达到排放标准。

  2.2填埋气体的防治与利用2.2.1气体的收集气体的收集主要通过穿孔的聚乙烯(HDPE)管收集。见下图4。 图4沼气收集管结构2.2.2填埋气体的利用回收据有关资料报道:lt含39%有机物的生活垃圾可以产生约90m3的沼气。2005年我国垃圾已达到1.33亿t。按其中70%采用填埋方式计算,将会产生408×109m3沼气。这些气体如果不赶快收集起来,由于甲烷引起的爆炸就不会断,地球的热效应也可想象。专家还算了一笔帐。若能将1.1亿t生活垃圾气体全部收集利用。就相当于10~70亿标准m3的天然气。这是我国目前天然气点气总气量的五分之一,自由浪费太可惜。

  2.3土壤污染的防治土壤的污染主要是重金属,电池和塑料等。要根本解决好土壤的污染首先应控制有害、难降解垃圾的减量化与无害化。要大力推行清洁生产,控制一次性包装的生产,提倡全社会公民重新拿起菜篮子、米袋子、饭盒子。少用或不用塑料包装,逐渐消除“白色污染”。其次垃圾应分类回收,这样不仅可以防止污染,还可以创造经济效应。据测算,每回收1t废纸,可以重新造纸800kg,相当于10棵大树的造纸量。可见循环经济是多么值得提倡利用,对于放射性极大的废电池及其它有毒物一定回收,不能随便放弃。3结语卫生填埋是个长期、复杂的过程。从选址开始到场地防渗处理、地下水导流、渗滤液处理、排气管铺设、填埋气收集利用到填埋场封场后的植被等后续工作,一个环节出问题都会产生二次污染,失去卫生填埋的最初意义。每个环节不容忽视。虽然我国经济有限,很多填埋场还不能达到真正的卫生填埋要求,但总的来说,已经在向这方面迈进。以后国际上垃圾填埋技术的发展趋势是:(1)由单纯的垃圾处理转向垃圾的综合管理。(2)垃圾的分散处理转向集中产业化处理处置。(3)由简单的污染控制转向全方位的环境保护。(4)由低水平逐步转向高科技迈入。

 

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