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(e)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。
(3)物理反应
处置场中发生的最为重要的物理反应包括:
(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。
1.2污染物释放、迁移途径及环境问题
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,在环境中的迁移途径如下图所示。
由此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。
(1)渗滤液对水体的污染问题
渗滤液的无控释放会导致处置场附近地表水和地下水的严重污染。
含有高浓度有机污染物和还原态金属的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育害影响。
虽然单独某种有机化合物对水生生物的影响可以进行估计或预测。
但对多种有机物的综合影响却难以估计。
此外,温度、pH和溶解氧的浓度等对某些水生生物的毒性程度都有一些影响。
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,均可能污染大气,产生健康和环境问题。
此外,处置场内产生气体的无控制扩散迁移会使这些气体扩散到远离填埋场的地方。
由于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。
2固体废物处置原则
固体废物的最终安全处置原则大体上可归纳为:
(1)区别对待、分类处置、严格管制危险废物和放射性废物
固体质物种类繁多,危害特性和方式,处置要求及所要求的安全处置年限均各有不同。
就废物最终安全处置的要求而言,可根据所处置固体废物对环境危害程度的大小和危害时间的长短,大体上将其分为以下六类:
(a)对环境无有害影响的惰性固体废物:
如未受污染的天然松散或坚硬岩石、建筑废物以及带有相对融熔状态的矿物材料(如未自炼焦炉熔渣),即使在水的长期作用后对周围环境也无有害影响。
(b)对环境有轻微的、暂时的影响的固体废物:
如矿业固体废物、电厂的粉煤灰、钢渣、类似于融熔状态的废物(情性物质)等,废物中所含有的这类污染物质虽可释放,但对水域和周围环境的污染是轻微的、暂时的、程度上是可容忍的。
(c)在一定时间内对环境有较大影响的固体废物:
如城市生活垃圾,在废物中的有机组分达到稳定化之前会不断产生渗滤液和释放出有害气体,对环境有较大影响。
(d)在较长时间内对环境有较大影响的固体废物:
如大部分工业固体废物,(例如来自烟气脱硫后的石膏)。
(e)在很长时间内对环境有严重影响的固体废物:
如危险废物,其废物中所含的特殊化学物质成分、有害程度强或有毒的废物。
它可容纳来自手工业和工业的特殊废物,按其物质成分提出特殊要求。
(f)在很长时间内对环境和人体健康有严重影响的废物:
如因其有害性质(例如易溶和难分解的物质成分)必须封闭处理的特殊废物、易爆物质或高水平放射性废物。
因此,应根据不同废物的危害程度与特性,区别对待,分类管理。
(2)最大限度地将危险废物与生物圈相隔离原则
固体废物,特别是危险废物和放射性废物最终处置的基本原则是合理地、最大限度地使其与自然和人类环境隔离,减少有毒有害物质释放进入环境的速率和总量,将其在长期处置过程中对环境的影响减至最小程度。
(3)集中处置原则
《固体废物污染环境防治法》把推行危险废物的集中处置作为防治危险废物污染的重要措施和原则。
对危险废物实行集中处置,不仅可以节约人力、物力、财力,利于监督管理,也是有效控制乃至消除危险废物污染危害的重要形式和主要的技术手段
3多层屏障原则
要完全做到使所处置的废物与生态环境相隔离,阻断处置场内废物与生态环境相联系的通道;
绝对不让生态环境中的水分等物质进入处置场引发所处置废物产生生物、化学和物理变化导致产生渗滤液和气体;
避免所产生的渗滤液和气体中的迁移性污染物质释放到生态环境中来,是非常困难的。
为达上述目的所依赖的天然环境地质条件,称为天然防护屏障,所采取工程措施则称为工程防护屏障。
当代固体废物,特别是危险废物的处置,在设计上采用如图所示的三道防护屏障组成的多重屏障原理。
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。
如果经查明地质屏障系统性质优良,对废物有足够强的防护能力,则可简化这两道屏障系统的技术措施。
所以地质屏障系统制约了固体废物处置场工程安全和投资强度。
4.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。
例如,pH值偏高或偏低的废物可在某些土壤中被中和,无机组份被转化为低迁移性毒物,有机化合物可以被降解等。
(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。
微生物也属于有机物成分之一,上层土壤中的有机物大约占固体物质的1%~10%。
土壤孔隙中充满了空气、水以及溶解的无机物和有机物。
土壤的性质随所处的位置和时间而变化。
土壤的结构取决于所含矿物颗粒的大小。
含砂量大于70%(重量)的土壤称之为砂质土壤,而粘土含量大于35%的土壤称为粘土。
(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)。
下表列出了通用的渗透性分级。
地质介质的渗透系数,是决定地下水运移速度和污染物迁移速度的重要参数。
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:
ρb=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、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。
一些有机物,特别是微量有机物,可牢靠地被土壤表面吸附,其吸附分配系数与土壤中的有机碳含量成正比。
土壤的阳离子交换容量(CEC)越大,则滞留荷电废物组份的能力就越强。
土壤的CEC可用每100g土壤的毫克当量数(Meq/100g)来表示,其大小随土壤中粘土的种类和含量以及有机质的含量而变化。
纯腐殖质的CEC为200Meq/100g,而蒙脱土和高岭土的CEC分别为90Meq/100g和80Meq/100g。
大多数土壤的CEC在10~30Meq/100g之间。
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:
为放射性核素的衰变速率常数,1/s;
C0和C(t)分别为放射性核素在t=0和t=t的活度。
(b)生物降解作用
微生物的降解作用对减少土壤中有机污染物起着很重要的作用。
通常,土壤对有机碳有较高的降解能力,但危险废物中往往含有难降解的有机物,如氯代烃类有机物,在土壤中相当难分解。
降解过程主要发生在生物化学环境,它可由营养素(例如O、N、P、C)的使用和介质特性(T、pH、Eh)来控制。
有机污染物在饱和带以厌氧分解为主,弱溶或疏水有机物通常比高溶或亲水物质在地下水中的运动缓慢。
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:
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。
(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。
显然,地质介质的屏障作用可分为三种不同类型:
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。
5.固体废物陆地处置的基本方法
土地填埋处置是从传统的堆放和土地处置发展起来的一项最终处置技术,不是单纯的堆、填、埋,而是一种按照工程理论和土工标准,对固体废物进行有控管理的一种综合性科学工程方法。
在填埋操作处置方式上,它已从堆、填、覆盖向包容、屏蔽隔离的工程贮存方向发展。
土地填埋处置,首先需要进行科学的选址,在设计规划的基础上对场地进行防护(如防渗)处理,然后按严格的操作程序进行填埋操作和封场,要制定全面的管理制度,定期对场地进行维护和监测。
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。
(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
固体废物填埋场场址的选择和最终选择确定是一个复杂而漫长的过程,必须以场地详细调查、工程设计和费用研究、及环境影响评价为基础。
大多数城市和地区在实施固体废物管理计划时,最困难的任务是选择一个合适的填埋场场址,它制约了填埋场工程安全和投资程度。
(a)填埋场的选址准则
填埋场选址总原则:
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。
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
随着废物量的不断增加,而运行中的填埋场数量和容量都显得不敷需要,因而要求新建填埋场的呼声日益增大。
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。
地表水和潜层水文条件的研究将有助于这种情况的评价,也有助于评价地表水导流系统的必要性和类型。
场地地形,其坡度应有利于填埋场施工和其它配套建筑设施的布置。
不宜选址在地形坡度起伏变化大的地方和低洼汇水处。
原则上地形的自然坡度不应大于5%,场地内有利地形范围应满足使用年限内可预测的固体废物产生量,应有足够的可填埋作业的容积,并留有余地。
应利用现有自然地形空间,将场地施工土方量减至最小。
作为防渗层使用的粘土密封层材料和作为排水层的滤料材料因用量大,为了节省投资,应尽量就地取材,并应有充足的可采量的质量来保证填埋场的施工要求。
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年一迂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K<
10-8m/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。
到邻近居民点距离必须大于500m(在开阔填埋场地必须大于1000m);
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
选址工作应充分利用现有的区域地质调查资料,掌握区域地质、水文地质和工程地质特征,可以得到所需要的选址“基本准则”中规定的资料。
野外踏勘
野外踏勘可直观地掌握预选场地的土地利用情况、交通条件、周围居民点分布情况、水文网分布情况、场地的地质、水文地质和工程地质条件、以及其它与选址有关的信息和资料。
根据野外踏勘实际调查取得的资料,再结合搜集到的所有其它资料和图件进行整理和分析研究,确定被踏勘调查地点的可选性并进行排序。
预选场地的社会、经济和法律条件调查
对于一个初步确定的预选场址,要进一步调查场地及其周围的社会、经济条件,以及公众对填埋场建设的反映和社会影响。
确定填埋场的建设是否有碍于城市整体经济发展规划(或工农业发展规划),是否有碍于城市景观。
详细调查地方的法律、法规和政策,特别是环境保护法、水域和水源保护法。
从而可评价这些预选地点是否与这些法律和法规相互冲突,相互抵触,并要取消那些受法律、法规限制的预选地点。
预选场地可行性研究报告
提交预选场地可行性报告的目的,主要利用充足的调查资料说明场地具有可选性,以报告的形式提出并报请项目主管单位。
预选场地的初步勘察
对场地进行综合地质初步勘察,查明场地的地质结构、水文地质和工程地质特征。
如初勘证实场地具有渗透性较强的地层(K>
10-6m/s)或含水丰富的含水层,或含有发育的断层组成,则场地的地质质量很差,会使工程投资增大,该场地也不具可选性,可能需要放弃该场地而另选其它场地。
预选场地的综合地质条件评价技术报告
初步勘察后,由钻探施工单位提出场地地质勘察技术报告,再根据地质报告提供的技术资料和数据由项目主管单位编制场地综合地质条件评价技术报告。
报告应详细说明场地的综合地质条件,详细描述对场地的有利和不利因素,作出场地可选性的结论,并对下一步场地详细勘察和工程的施工设计提出建议。
工程勘察阶段
在确定场地可选后,可立即转入工程实施阶段,依此场地综各地质条件评价技术报告进行场地的详细勘察设计和施工。
综上所述,填埋场位置选择是一项技术性强、难度大、任务重的工作。
整个选址工作要经过多个技术环节,才能最终定案并过渡到工程阶段。
(c)填埋场综合技术条件评价
填埋场详细勘察阶段最终提交的成果和必须要达到的目的,是根据调查资料和数据对场地的防护能力、安全程度、稳定性、环境影响和污染预测作出可靠评价。
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。
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
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- 固体废物 最终 处置 技术