[科普中國]-安全填埋

簡介

安全填埋指對危險廢物在安全填埋場進(jìn)行的填埋處置。安全填埋場，是處置危險廢物的一種陸地處置設(shè)施，由若干個處置單元和構(gòu)筑物組成，處置場有界限規(guī)定，主要包括危險廢物預(yù)處理設(shè)施、危險廢物填埋設(shè)施和危險廢物滲濾液收集處理沒施。安全填埋的處置對象包括：①焚燒的飛灰和爐渣。②受污染土壤。③含有低濃度活性物質(zhì)的固定化粉末。

安全填埋場的建設(shè)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其規(guī)劃、選址、設(shè)計、籌建利運營管理與其他類型填埋場（如與衛(wèi)生填埋場、一般工業(yè)廢物填埋場等）有相似之處。但由于危險廢物的特殊性，一般來說，對安全填埋場的建設(shè)要求要嚴(yán)于衛(wèi)生填埋場。主要表現(xiàn)于：選址、防滲、污染控制、現(xiàn)場運行管理和封場管理等方面。安全填埋技術(shù)可從兩個階段劃分：選址和建造。

填埋廢棄物危險廢物土地處置引起的基本物理問題是水的運動，廢棄物中的水分可能進(jìn)入處置場地。廢棄物的溶解會導(dǎo)致污染物從處置場地向更大的土壤層區(qū)域轉(zhuǎn)移，尤其是轉(zhuǎn)移到含水層。地下水污染問題通常會導(dǎo)致井水和與含水層有關(guān)的表面水體的污染。在很多情況下，由廢棄物土地處置引起的井水污染，通常要在廢棄物填埋數(shù)年后才會發(fā)現(xiàn)。這主要是因為地下水流動緩慢所致。

危險廢物土地處置引起水污染有多種不同的方式。填埋場產(chǎn)生的滲濾液，可能會從填埋場地流出來形成地表徑流，也可能緩慢地滲透到非飽和區(qū)，進(jìn)人含水層（如果存在含水層）。填埋場集水塘襯層破裂或儲水槽底部裂口也會導(dǎo)致污染物往下遷移而污染地下水。有時，這些污染物的遷移會受到相對不透水的地質(zhì)阻斷層，如粘土層的阻礙。

填埋的廢棄物因此成為污染源，廢棄物中的一些組分會繼續(xù)通過入滲等方式向地表下轉(zhuǎn)移。一般建議將危險廢物處置場地設(shè)在有天然阻斷層的地方，并使用襯層。并且，填埋場必須安裝檢測儀器，對相關(guān)含水層的情況進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。如果預(yù)測可能產(chǎn)生滲濾液，還必須設(shè)有滲濾液的收集和處理系統(tǒng)。

基本要素廢物控制及其預(yù)處理

填埋場只應(yīng)接受符合設(shè)計規(guī)定的廢物。安全填埋場應(yīng)處置經(jīng)過適度預(yù)處理的毒性和腐蝕性無機(jī)廢物，不應(yīng)處置易燃、易爆、有化學(xué)反應(yīng)性或體積膨脹性的廢物以及含油廢物。衛(wèi)生填埋場只應(yīng)處置生活垃圾和某些醫(yī)療廢物。

廢物的預(yù)處理包括：分揀、剔除大件廢物；脫水；混合干吸附劑；用容器包裝；進(jìn)行穩(wěn)定化和固化預(yù)處理。

場址選擇

場址是關(guān)于一個填埋場的安全性、經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素之一。選擇場址時應(yīng)考慮該地區(qū)的環(huán)境因素、水溫和氣候條件、交通運輸和人文情況等，還應(yīng)保證該填埋設(shè)施能與周圍地區(qū)相容，不影響該地區(qū)的土地利用等。

防滲層

防滲層是防止填埋場滲漏的又一重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的由黏土、瀝青、油毛氈、混凝土、塑料等材料制成的防滲層防滲效果均不理想，美國、德國等一些國家使用的高密度聚乙烯(HDPE)復(fù)合襯墊效果較好。

操作要點

填埋作業(yè)要按照設(shè)計要求精心操作。包括：嚴(yán)格驗收廢物，不符原合同規(guī)定的廢物予以退貨或另定填埋方案；廢物最低填埋面至少高出基巖或季節(jié)性水位1.5m；每層填埋作業(yè)面完成后，必須覆蓋土層和防雨雪的覆蓋物；HDPE膜必須能使底部、側(cè)面和頂部焊接連成整體；檢測地下水本底，包括其化學(xué)成分、物理性質(zhì)、生物和細(xì)菌的狀況等，以對比填埋場封頂運營后的變化。

浸出液的收集、處理和集排氣系統(tǒng)

合理設(shè)置浸出液收集、處理和集排氣系統(tǒng)，方可確保填埋廢物產(chǎn)生的污染物得到有效的治理。如填埋物產(chǎn)生可燃?xì)怏w，必須經(jīng)燃燒后方可排放。簡易的燃燒不但會造成能源的浪費，也會造成大氣污染，故應(yīng)盡量設(shè)計合理的工藝流程，做到有控制地燃燒。

封場及關(guān)閉后的管理

填埋場在關(guān)閉后還應(yīng)進(jìn)行長期的監(jiān)控管理。關(guān)閉后的填埋場如發(fā)現(xiàn)有滲漏，必須及時攔截受污染的地下水或地表水，采取消除污染措施，保護(hù)植被和場區(qū)不受任何破壞。關(guān)閉后的填埋場不可任意加以利用。2

填埋場選址進(jìn)行危險廢物填埋場的選址需要考慮的四個主要因素包括：空氣質(zhì)量、地下水水質(zhì)、地表水水質(zhì)、地面下氣體和滲濾液的遷移。除社會、經(jīng)濟(jì)方面的因素外，后三個因素是進(jìn)行填埋場選址時必須考慮的主要因素。

在空氣質(zhì)量方面，必須考慮危險廢物的揮發(fā)，填埋場氣體的產(chǎn)生、遷移以及填埋場的廢棄物隨風(fēng)向飄散等產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)。一般來說，通過合適的填埋場建造技術(shù)可以控制這些影響，因此，它們不會成為填埋場址選擇的限制因素。

在水文地質(zhì)方面，填埋場的選址可分為四個主要部分：地質(zhì)、土壤、水文和氣候。

場址應(yīng)選在滲透性弱的巖層基礎(chǔ)上，場地應(yīng)避開斷層活動帶、構(gòu)造破壞帶、地震活動帶、含礦帶或礦產(chǎn)分布帶，以及地表為強(qiáng)透水層的河谷區(qū)或其他溝谷分布區(qū)。避免地下水和地表水的供應(yīng)受到污染，場址選擇應(yīng)確保地下水的安全，并設(shè)有保護(hù)地下水的嚴(yán)密技術(shù)措施。填埋場的場址必須位于飲用水保護(hù)區(qū)、水體和洪水區(qū)之外，并建在地下水水位之上。

轉(zhuǎn)移能力是指土壤允許污染物移動的能力。因此，土壤的轉(zhuǎn)移能力越大，污染物移動越快，這不是我們所希望的。低滲透性和低孔隙率的土壤可以延長污染物的流動周期，并作為一道天然屏障阻滯污染物的移動。冰川沖積形成的平原和三角洲的砂石地，滲透性相當(dāng)高，礫石床層的滲透性也很高，因此，污染物在其中的移動速度快且移動距離遠(yuǎn)。粘土和淤泥的滲透性低，可以阻礙污染物的移動。

大多數(shù)污染物的運動速度與水相同，或比水低，水與污染物運動的相對速度取決于水和污染物的特性。例如，在水中相對難溶的有機(jī)污染物，與相對易溶于水的有機(jī)污染物相比，會更多地被土壤滯留，水的pH值也會影響污染物的阻滯。例如，在低pH值（并缺氧）時，鐵將以Fe2+為主要存在形式，這種形式易溶于水，并且隨水遷移。如果pH較高(>6)并有氧存在，則鐵以Fe3+形式為主，在水中溶解度較低，F(xiàn)e3+會形成沉淀，因此不會隨地下水運動。

吸著能力與有機(jī)成分、主要礦物質(zhì)、pH和土壤有關(guān)。吸著包括污染物的吸附和吸收。吸著對重金屬、磷和有機(jī)化合物的移動相當(dāng)重要。陽離子交換能力(cation exchange capacity，CEC)是指廢棄物和土壤中的陽離子進(jìn)行互換的能力，土壤的CEC越高，可以截留的金屬量越大。土壤阻滯污染物移動的能力也與土壤中的許多氫氧化物，特別是鐵氧化物，以及磷酸鹽、碳酸鹽有關(guān)。這些化合物可以使重孟屬從溶液中沉淀出來，從而不能夠進(jìn)一步移動。

土壤的氫離子濃度(pH)會影響金屬陽離子的主要去除機(jī)制。金屬陽離子的主要去除機(jī)制為：pH6時，以沉淀為主。

危險廢物填埋場選址時水文方面的考慮包括：與地下水位的距離、水力梯度、附近是否有水井和地表水體。

當(dāng)填埋場地面與地下水位間的距離較近時，污染物遷移至地下水位的時間也較短，這樣污染物擴(kuò)散進(jìn)入飽和區(qū)之前的濃度減小量就較小。因此，我們期望填埋場與地下水位之間的平均距離應(yīng)該足夠大，使污染物在進(jìn)入地下水之前濃度有明顯的減少。同時需要對地下水飽和層進(jìn)行監(jiān)測。如果有必要，允許進(jìn)行修復(fù)工作。

需要與局部地下水水位間存在水力梯度。水力梯度越大，濃度衰減時間越短，水的移動越快。因此，適度的水力梯度較為重要。

填埋場與供水水井和地表水體之間的距離要盡可能遠(yuǎn)，以防止萬一填埋場發(fā)生滲漏時造成污染。并且，在地表水體附近必須考慮洪水的威脅。洪水可能破壞填埋場地面設(shè)施的結(jié)構(gòu)，引起廢棄物的泄漏。因此，填埋場應(yīng)遠(yuǎn)離泛洪區(qū)，填埋設(shè)施在設(shè)計上必須滿足防洪要求，保證100年內(nèi)不受洪水破壞。

氣候也是污染物遷移的驅(qū)動力之一，如果我們考慮在同一區(qū)域內(nèi)選擇填埋場，由于其氣候變化不大，可排除氣候差異的影響。3

填埋場建造對危險廢物而言，幾乎不可能有一種完全不滲透的填埋場，并永遠(yuǎn)保證其完整性。填埋場設(shè)計和運行應(yīng)該使廢棄物從填埋場移出的量達(dá)到最小化。EPA關(guān)于危險廢物填埋的法規(guī)(40 CFR 364-300)要求填埋場至少具備：①兩層或更多層襯層；②在襯層上和襯層間有滲濾液收集系統(tǒng)；③填埋場表面要有降水收集和控制系統(tǒng)，至少有收集25年一遇暴雨連續(xù)24h降雨量的能力；④監(jiān)測井；⑤“蓋’’。

填埋場襯層系統(tǒng)需包括：

（1）頂部襯層的設(shè)計和結(jié)構(gòu)應(yīng)能防止填埋場在使用中或封閉后危險廢物組分遷移進(jìn)入襯層中。

（2）底部復(fù)合襯層至少要有兩層以上，上層用于防止在填埋場使用時或封閉后，危險廢物組分遷移進(jìn)入襯層。下層的作用是，萬一上層破裂，可將危險廢物組分的遷移降至最小。下層由壓實土壤構(gòu)建而成，要求厚度至少為91cm，壓實土壤的水力穿透系數(shù)不能大于1×10-7 cm/s。

為了收集和去除滲濾液，以保證襯層里的滲濾液深度不超過30cm，在頂部襯層上方必須設(shè)計、建造、運行和維護(hù)滲濾液收集和去除系統(tǒng)。在頂部和底部襯層之間的滲濾液收集和去除系統(tǒng)同時也是一個滲漏檢測系統(tǒng)。滲濾液收集系統(tǒng)至少應(yīng)該：

（1）底部的坡度為1%或更大。

（2）用顆粒材料建造成排水系統(tǒng)時，要求材質(zhì)的水力滲透系數(shù)大于1×10 cm/s，厚度大于30cm；用合成排水材料時，材質(zhì)的穿透系數(shù)應(yīng)大于3×10-5m2/s。

（3）要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，防止發(fā)生崩塌或阻塞。

滲濾液收集系統(tǒng)應(yīng)該包括流量足夠大的水泵，用于除去滲濾液，避免其進(jìn)入排水層。滲濾液必須進(jìn)行處理，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過處理的滲濾液可以排人城市廢水處理系統(tǒng)。滲濾液的量可用達(dá)西定律進(jìn)行估算。填埋場襯層水力梯度的定義如圖所示。流速不能超過可以得到的水量，即降水速率與填埋場面積的乘積。污染物通過土層的遷移時間可以用污染物通過的直線距離(T)除以其滲出速率來進(jìn)行估算。