垃圾填埋场对周边地质环境影响与防治对策.doc

垃圾填埋场对周边地质环境影响与防治对策董志高等1前言随着城市化进程和社会经济的发展，城市固体废弃物(MSW)已经成为我国地质环境与水环境的又一个严重的污染源，受到国家相关部门的高度重视，并开始研究MSW的处理方式，作为经济、方便、适用及符合我国基本国情的处理方法，MSW的主要地质处理方法垃圾填埋场被大量兴建。由于垃圾填埋场对选址及场地的地质情况要求严格，我国对此研究起步较晚，但需求很大，造成垃圾填埋场的勘察、设计及使用过程中严重影响周边的地质环境。但是随着生活垃圾填埋污染控制标准(GB168892008)标准的出台，这一状况可能会得到进一步的改善。2 MSW处理方式当前广泛采用的垃圾处置方法主要有卫生填埋法、焚烧法、堆肥法、热处理、海洋投弃法、蚯蚓床等。填埋法是处理城市固体废弃物最经济和可行的方法，发达国家城市垃圾的主要处理方式，还是以填埋式的地质处理方法为主。我国从20世纪80年代后期就开始建立垃圾填埋场，这些填埋场与最初的堆置场相比有了很大的改进，在设计中针对垃圾渗滤液和填埋气体的污染采取了相应的控制措施；在施工管理方面，实行分区填埋，分层压实，定期覆土等。由于卫生填埋法处理量大、适应性强、一次性处理、没有残余物、管理方便且运行费用合理，因此它已成为我国城市固体废弃物处理的主要手段。而且，它作为城市固体废弃物处理的最终方法必将长期存在。但它也有缺点，即对选址的要求往往较高，一般很难找到各方面条件都满足的场址。同时，也存在着诸多环境问题，填埋过程中产生的诸如填埋气体和渗滤液等二次污染物，如不妥善处理，会对周围的水、大气和土壤造成严重污染，并对附近地区的公众健康构成威胁。3垃圾填埋场处理类型当前，我国城市垃圾填埋场主要分为3种类型山谷型、平原型以及滨海滩地型。山谷型，填埋场利用其所在地的自然地形，如三面环山的谷地及其周围的斜坡，这种由自然地形及适当的挡掩构筑垃圾坝组成的填埋场，因为垃圾的进场途径通常比较通畅，在填埋场稳定许可的前提下可以填埋到较高的高度，因而，填埋容量都比较大。山谷型填埋场一般适合附近有适宜堆填垃圾的山谷地存在的城市。我国是个多山的国家，山谷型填埋场比较常见；平原型垃圾场只有很少的开挖或不开挖，通常用于比较平坦但地下水位埋藏较浅的地区。不易影响到填埋场底部的渗滤液收集系统的正常工作情况。它的可堆垃圾土的高度和体积受到其自然地形的较大约束，一般而言这种填埋场规模较小，服务年限较短；滨海型，填埋场利用海边滩涂或弯曲的河道的天然优势，分区段逐次填埋，通常用于滨海城市固体废弃物的处理。4对周边地质环境影响在城市垃圾和卫生填埋工程中，地质环境既是垃圾填埋的载体又是填埋工程的重要组成部分，同时也是垃圾填埋体的主要污染对象。垃圾在填埋过程中会产生大量的气体和液体污染物，如不妥善处理，会对周围的大气、土壤、水体造成严重二次污染，因此，垃圾土能具有环境特性。垃圾填埋场中 MSW对周边地质环境的污染途径主要是风吹、水冲、渗滤等作用。4.1 渗滤液对地表水及地下水污染MSW填埋以后，水与填埋的废弃物发生淋滤作用，废物中的一些组份以溶解或者悬浮状态存在于渗滤液中，垃圾渗滤液向下通过包气带可直接进入含水层中，或者先进入地表水体然后再污染地下水，垃圾渗滤液是造成垃圾填埋场周边地质环境污染的主要原因。根据中国环境科学研究院的报告，垃圾渗滤液中已发现有93种有机污染物，除此之外还含有多种高浓度的重金属、盐类和多种病源微生物，没经过严格处理或者处理不达标的渗滤液，会对周围水环境带来严重的污染和危害。根据1997年资料，美国有18500个填埋场，近一半对水体产生了污染。垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵和雨水的淋溶、冲刷，以及地表水和地下水的浸泡而渗滤出的污水渗滤液或淋滤液，是造成周围地表水和地下水严重污染的主要原因。垃圾堆放场对地表水体的污染，途径主要有：垃圾在搬运过程中散落在堆放场附近的水塘、水沟；垃圾堆放场淋滤液在地表漫流、雨水冲刷、流入地表水体中；垃圾堆放场中淋滤液在土层中运移渗到附近地表水体中。隋淑梅等对阜新某城市垃圾填埋场附近的九营子河进行地表水污染分析，通过比较认为九营子河中各评价参数均超过相应的标准几倍，甚至几十倍，由此可知废水事故性排放对九营子河水质的影响很大，对周围水环境、土壤、附近居民也有不可忽视的影响。张锡根等对上海浦东垃圾堆放场所进行研究后，发现地表水和地下水受到了污染，如江镇、三林塘、珊璜等垃圾堆放场附近地表水池、鱼池以及黄浦江水受到污染，一些化学组份浓度超出生活饮用水卫生标准1000倍以上；另外，其根据上海老港垃圾堆放场对生态地质环境效应的模拟计算与分析，在10 a垃圾堆放期内，渗滤液共向大海排泄量达302104t，向地表水体排泄68104t，在包气带存留量、消耗量为90104t，通过包气带向含水层排泄量达30104t,对内陆含水层的影响距离达到1km。垃圾堆放场对地下水的影响则主要是垃圾污染组份随淋滤液渗入含水层，其次为受垃圾污染的河湖坑塘再渗入补给含水层。垃圾渗滤液蕴藏着填埋场内部几乎所有的可溶物质；一些有毒物质也能够渗入地下含水层，污染地下水，有垃圾填埋场渗滤液造成的地下水污染已引起广泛关注。鸠鸠诺娃等人认为，地下水污染主要按照3个阶段来完成，首先，废水通过包气带水渗入阶段，其特点是污染液通过包气带岩石运动同时，因溶解、渗滤和吸附作用而发生变质；其次，使变质后的水与地下水混合阶段，最后，污染物沿含水层迁移。垃圾渗滤液内不仅含有大量有机污染物，而且还含有大量金属和非金属污染物，水质成分很复杂。垃圾填埋场对地下水污染还受到垃圾土的成分、含水层上覆隔水层厚度及渗透性、地下水水位、入渗水的量、垃圾渗滤时间以及土层的自净能力的影响和控制。垃圾对水体的污染，地下水污染与地表水污染机制不同。大气降水进入填埋场，开始渗入垃圾填埋体表面，总的来说，它的运动方向首先是垂向的；在此过程中，如果填埋场的侧壁存在透水性较强的岩土体，它随时可能发生水平分向渗流；否则，垂向运动可持续到填埋场底部。它们的垂向运动途径，是多层重叠的填土层和垃圾层。填土层对淋滤液起减缓渗流速度作用，对污染因子起吸附和过滤作用(阻滞作用)，而在垃圾层中，淋滤液中不断接纳新的污染因子，使污染因子的浓度增高；同时，在淋滤液和垃圾层之间，以及淋滤液中污染因子之间都在不断地发生作用，进行转化，使之成为一种极端复杂的动态过程。后者，甚至在淋滤液渗离垃圾填埋体之后，仍在相当长的时间内继续进行。地表水循环流动迅速，只要隔离或排除污染源，水质能在短期内得到改善和净化。垃圾渗滤液对地下水污染过程首先通过废水渗入岩土层，然后与地下水混合，污染物沿含水层迁移，导致垃圾填埋场周边地下水污染。地下水由于循环交替缓慢，即使排除污染源或对污染源采取隔离措施，已进入地下水的垃圾污染物质在含水层中将长期滞留，随着地下水流动，污染范围还将不断扩展。因此，要使已污染的含水层自然净化，往往需要很长(几十、几百甚至几千年)的时间。垃圾填埋场是一个重要的地下水污染源，在数十年的演变周期中，对于未使用适当衬垫的垃圾填埋场，垃圾渗滤液会持续产生并在相当长时期内造成污染。Allen研究发现，即使是卫生填埋技术，也存在着衬垫破损使垃圾渗滤液泄露而造成地下水污染的潜在危险。垃圾填埋场对周围地下水污染具有隐蔽性，即使地下水受到了较严重的污染，但它很多情况下无色无味，不易从颜色、气味、鱼类死亡等鉴别出来，受有毒有害组份污染的地下水，对人体的影响往往是慢性的长期效应。研究表明，垃圾填埋场附近同一位置地下水水质随时间的增长其污染程度越来越重；地下水污染程度与距污染源距离和方位有密切关系，距离垃圾填埋场越近地下水水质污染程度越重，垃圾填埋场下游地下水污染程度明显高于上游。胡宏韬等通过试验研究表明，不同污染因子变化规律有别，淋滤过程中在WS为1左右时垃圾降解和淋滤作用较强，向地下环境释放的污染质数量也大，是对地下环境产生严重污染的阶段，其中，COD和NH4+能够对地下环境污染造成长期污染，Cl一和总硬度后期对地下环境影响不明显。根据相关资料和现场调查，南京现有的6处垃圾填埋场中有4处对地下水及周边环境造成不同程度的污染。除水阁垃圾处置场和高淳东坝垃圾场因地质环境较好、地下水基本未受污染外，其他4处均不同程度存在对地下水及周边环境的污染，其中地下水中均有化学需氧量、生化需氧量、氨氮、亚硝酸盐、细菌等高浓度检出或超标。轿子山垃圾填埋场处于青龙山西北麓，山前洼地、场内沿整个青龙山脉垂直发育了一条北西向断裂。来自青龙山脉的大气降水和深部含水层水平侧向补给地下水，而这些水在经过轿子山垃圾填埋场时，携污染物质经风化破碎的火山岩柱状节理裂隙和北东向张性断裂流向地下水，从而造成污染。根据相关监测结果显示，2005年，轿子山垃圾填埋场浅层地下水化学需氧量、生化需氧量、氨氮、大肠菌群均有较高浓度检出，对东郊水源地造成严重威胁。李春萍等2006年对北京6个垃圾填埋场在枯水期、丰水期和平水期对其地下水水质进行调查，其地下水水质均为V级，即地下水质量很差，地下水中的主要污染物为总硬度，其中六里屯垃圾场附近的地下水主要污染物增加了总大肠菌群，最后结论认为，2006年6个垃圾填埋场的3个不同时期的地下水质监测中，100不合格，地下水质95均为很差。吉林市某生活垃圾填埋场，采用渗滤液收集管道抽取渗滤液再回灌到垃圾场内，由于渗滤液的积聚导致坝体渗漏，加上雨季渗滤液量增大，渗滤液越过大坝向下游漫延，使下游土地和地下水遭受了污染，距坝下游300 m左右有居民点，村民原使用的地下水由于污染不能使用，并且周边果树凋零死亡。长春市金钱堡垃圾填埋场附近土地和流经垃圾场的新开河受到渗滤液的严重污染，地下水被污染并且不能作为生活饮用水，当地居民患不同程度的疾病，各类蔬菜作物虫害发生程度明显加重，且质量明显下降。检测结果显示地下水中亚硝酸、氨氮、总硬度、锰、硒均严重超标，邻苯二甲酸二酯超标倍数达到了522倍，并且其他金属离子也有不同程度的超标。我国兰州东盆地雁滩水源地因垃圾渗滤液污染而废弃；西盆地马滩水源地部分水井报废；澳门与珠海市交界处的茂盛围因澳门垃圾渗滤液污染，使当地河流鱼虾绝迹、农田失收。4.2 重金属对土壤的污染重金属主要指汞、镉、铅以及非金属砷等生物毒性显著的重金属和具有一定毒性的一般重金属如锌、铜、钴、镍、锡等。垃圾中最常见的重金属主要为 Cu、Zn、Cd、Cr、Pb和Ni等。MSW中的重金属主要来源于大量的电池、电路板、废旧电脑等电子垃圾、金属及镀金属制品，由于大部分的城市没有对垃圾进行分类收集，这些重金属进入垃圾填埋场，导致垃圾填埋场周边受到重金属严重污染，另一方面，在垃圾渗滤液的渗入造成下游及周围环境的重金属对土壤的污染。渗滤液是重金属污染土壤的载体，1t垃圾可产生800 ml碳酸，能使垃圾中的Hg、Cd、Zn等重金属以盐的形式融入水中，导致重金属对周边环境的污染，哈尔滨韩家洼子垃圾填埋场附近的锰超标3倍、汞超标29倍。Calace等研究表明，垃圾渗滤液进入土壤，不仅能促进土壤对重金属的吸持，而且对土壤中重金属的迁移也具有积极的作用。此外，垃圾场周边土壤中渗滤液有机物能活化土壤中的铁锰，增强铁锰的有效性及其在土壤中的迁移能力。Kaschl的研究结果表明，重金属在潮土中垂直迁移主要是由于土壤中形成了可溶性金属有机络合物，在土壤剖面中重金属的滞留量一般随深度的增加而逐渐减少，垃圾渗滤液在土壤中垂直向下迁移速率受到土壤类型、垃圾填埋年限及其性质等因素的影响，填埋时间短的垃圾渗滤液迁移速率大于填埋时间长的；进入土壤环境对于重金属的纵向迁移有促进作用，特别是中期产生的渗滤液对土壤重金属的溶出影响更显著。由于重金属污染具有积累性和滞后性等特点，随着填埋时间的延长则会造成更严重的重金属污染。福建南平某填埋场填埋2a的垃圾填埋场重金属含量较低，填埋10 a的垃圾填埋场的重金属含量较高，垃圾渗滤液不同浸蚀时间土壤的重金属污染状况存在明显差异，浸蚀10a土壤中重金属含量是浸蚀2a土壤的3.248.34倍，而浸蚀10a土壤重金属含量则是对照的4.19.83倍。据杭州市统计局统计结果显示，杭州天子岭填埋场11a间内重金属的迁移率分别为Cd l9.O，Cu l.3， Pb l.50，Zn l.9。另有研究表明，垃圾填埋30a后的填埋场中重金属迁移率不超过O.02。 Bozkurt则通过计算预测，填埋垃圾中全部重金属溶出的时间可达数百年。受污染的土壤，一般不具天然的自净能力，也很难通过稀释扩散办法减轻其污染程度，必须采取耗资巨大的改造土壤办法解决。保护土壤免受污染应引起高度重视，目前常用的重金属污染治理方法主要有物理方法、化学方法及玻璃化、土壤冲洗及电动修复等，但是其工程量大、投资及修复成本高，需要破坏土壤结构，只能小面积污染治理，而当前正在研究的重金属污染植被修复技术具有广阔的研究前景。5防治对策根据上述分析，对于垃圾处理场对地质环境的污染问题应该以防为主，做好垃圾处理场的选址工作。我国很多城市垃圾场地污染周边环境及造成地下水污染，而且数量庞大、未经防护的城市垃圾场地对我国今后经济、社会发展存在潜在威胁。对于垃圾处理场的环境污染问题有两种不同的方法，一种是自然稀释理论，即选择在良好的地下含水层上堆放垃圾，其污染物通过含水层稀释而流失；而大多数的学者认为，应该找好的隔水层场地或低洼地区底部粘土夯实，隔水后才能堆放垃圾，垃圾渗滤液和气体经化学处理后然后回收利用，这种方法被我国大部分垃圾填埋场设计所采用。综合垃圾填埋场对大气、地表和地下水以及土壤地质环境污染的原因及机理进行分析，应采取以下相应的防治措施：(1)对MSW进行预处理。(2)垃圾填埋场的选址，尽量选择在距水源较远的地方和土层透水性差的地带，且无大的断裂和断层通过填埋场，垃圾处理场下部土层应加厚加密处理，适当铺设隔水材料。(3)对周边地质环境的污染垃圾渗滤液是罪魁祸首，因此应避免和减少外部水的渗入，使渗滤液的形成量尽可能的少，如设计合理的顶部盖层等；其次是设置防渗能力强的填埋场底部防渗系统，避免渗滤液的渗漏。(4)进行垃圾渗滤液汇集、排出和净化设计，使垃圾场的地下水位稳定在某一深度，尽量不改变地下水动力场；或者以垃圾场为中心建立水力梯度或形成降落漏斗，以控制污染液渗透。(5)在垃圾处理场进行地下水水质监测，掌握渗滤液对地下水的动态影响，及时改进垃圾填埋场环保措施，减轻对地下水造成的污染。(6)对于已经污染的污染场地，应尽量控制污染的进一步扩散，使垃圾场的污染限制在一定范围内，不会有新的扩展。可采用流场控制法，利用地下水水动力场来控制污染的扩展，可采用抽水或注水的方法控制地下水流场，使污染限定在一定的范围内；垃圾场顶部防渗屏障法