垃圾处置场的地质环境影响
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发布时间：2022-04-25 20:54
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时间：2022-06-17 07:50
垃圾处置场及其渗滤液是地质环境的重要影响因子，而青岛小涧西生活垃圾综合处置场位于环胶州湾研究区内，因此需要研究小涧西垃圾从开始堆积到最后分解完毕全过程的变化及其对区域地质环境的影响。
8.2.1 城市垃圾污染
城市垃圾主要来源于居民、商业、饭店、学校、企业、建筑业等，这些垃圾基本上可分为生活垃圾、街道垃圾、工业垃圾、建筑垃圾等4类。其中的工业、医院垃圾可能含有有毒物、重金属污染物及病菌传染物，由工矿企业和医院自行特别处理，但需由当地环卫、环保部门统一管理，暂不列入城市垃圾讨论范围。生活垃圾来源最广泛、成分最复杂，并且其产生不可避免。从环境要素来看，生活垃圾与人的关系最为密切，尤其是在人口密集的城市，每天都有大量的垃圾产生。
城市垃圾的成分主要与居民的生活水平、消费习惯、城市气候特征、城市燃气率等因素有关。对生活垃圾成分的分析(表8.1)发现，目前现状垃圾成分中无机物和有机物比例基本持平。今后随着居民气化率的普及和生活水平的不断提高以及城市基础设施的不断完善，城市生活垃圾成分中无机物所占比例会逐渐下降，而有机物所占比例会逐渐上升。
表8.1 城市生活垃圾成分
8.2.2 小涧西综合垃圾处置场
(1)地理位置
青岛市小涧西生活垃圾综合处置场地处北纬36°16'53″～36°17'10″、东经120°09'01″～120°09'24″，位于城阳区河套镇小涧村以北1.1km，青岛市中心城区西北约30km，城阳中心城区西约20km，场区外有专用道路，场南有胶州湾高速公路直通青岛市区，交通运输方便。
(2)气象水文
场区所在地区为受海洋影响的季风型*性气候，多年平均气温为12.5℃;全年以南和南南东风频率最大，年平均风速为3.6m/s;多年平均降雨量为702mm。
桃源河从场区南侧流过，桃源河是大沽河的一条支流。“引黄济青”后，棘洪滩水库将桃源河分为两段，本处为下游段，从棘洪滩水库起始，在下疃村西北部汇入大沽河。该河是季节性河流，汛期有径流通过，汛期过后基本断流。
(3)地形地貌
场区属大沽河下游冲洪积－海积平原的一部分，区域地势平坦，地面标高一般在3m左右，高差起伏很小。
(4)地质及环境水文地质
场区地层为白垩系王氏群二段，上覆第四系残坡积的黏土层和冲洪积－海积的黏土层、淤泥层，岩性自上而下为黏土层、淤泥层、粉砂质黏土层、黏土含姜石层、粉砂层、黏土岩。表层黏土层含水性差，但由于植物根系发育，有一定的透水性;淤泥层为弱透水;姜石层含水性略强。场区内无断裂构造通过;场区南1.5km处有一EW向的压性断裂———胶州断裂，断裂以南分布有白垩系青山群八亩地组的火山岩，含水较丰。区域地下水流向自北向南，断裂以南地形较高，水位较高。
由于土层颗粒较细，地下水位埋深为1.5～2.0m，地下水属盐碱水，硬度为2243.60mg/L，矿化度为9.10g/L，水化学类型为Cl－Na型水，水质差。大沽河含水层为中粗砂，砂层厚10～20m，水质为咸水，矿化度一般大于5g/L，地下水运动不畅，水流滞缓，地下水向下游排泄入胶州湾。
(5)工程地质条件
根据前人的研究成果，小涧西垃圾场区土层承载力及渗透系数的试验成果见表8.2。按垃圾堆高5m、垃圾容重0.513t/m3、底部覆盖防渗土层厚0.5m、容重2.2t/m3计，垃圾体对地基的压力为:P=5×0.513×10+2.2×0.5×10=36.6(kPa)，黏土层渗透系数为6.6×10－9cm/s。
表8.2 各层承载力及渗透系数
8.2.3 垃圾场淋滤液成分变化规律
垃圾渗滤液中所产生的污染物浓度受垃圾成分、堆放方式、气候条件和堆存年限等因素的制约，使得垃圾渗滤液成分变化过程非常复杂。通过模拟雨水淋滤垃圾的试验，来掌握这一复杂的变化过程，以了解垃圾淋滤产生的渗滤液成分的变化规律。采集垃圾样品，分4组试验分析研究不同降雨量、不同降雨强度及在一定降雨强度下一定时间内垃圾淋滤液污染组分的自然衰减规律、垃圾淋滤液的水质及污染组分的变化特征及污染趋势。
8.2.3.1 A、B组试验研究
(1)试验设想及目的
A组试验的目的是探讨固定降雨量(300mm)条件下，不同降雨强度的垃圾淋滤液污染程度;B组试验的目的是探讨固定降雨量(400mm)条件下，不同降雨强度的垃圾淋滤液污染程度。同时，对B组试验与A组试验进行对比分析，了解降雨量的增减和降雨强度的大小对垃圾淋滤液污染程度的影响。
(2)试验模拟装置
试验装置由固定支架、内径为15cm和高为180cm的PVC管、供水瓶、石英沙、接水容器等组成，试验装置如图8.2所示。
(3)试验步骤
为了模拟降雨强度强、中、弱的实际情况，分别在供水瓶口安装3个钻有不同孔径的瓶塞进行淋滤试验。
图8.2 垃圾淋滤试验装置示意
首先，取粒径为0.1～0.5mm的细沙，浸泡并用蒸馏水清洗，均匀置于垃圾柱底部，用小锤均匀捣实，形成高10cm的隔滤层。
然后，分取自然风干并筛选后的小涧西垃圾场生活垃圾19kg，均匀装柱，并均匀捣实，以使垃圾柱内垃圾的孔隙度和容重尽量接近天然状态。
最后，分别在3个不同降雨强度状态下，使试验用水(用自来水模拟大气降雨)均匀向下淋滤，试验情况见表8.3，当降雨量达到300mm(400mm)时进行取样。A、B两组试验共取水样6件，对垃圾淋滤液进行全分析及污染分析共31项，试验数据见表8.4。
表8.3 A、B组淋滤试验情况
表8.4 A、B组淋滤试验全分析水质监测
(4)试验结果分析
对试验结果进行分析，发现淋出的各污染物浓度较高，远远超过自来水浓度;pH值变化不明显;在相同降雨量情况下，随着降雨强度增大污染物浓度有减小的趋势，这是因为降雨强度减小，对垃圾淋滤的时间增加，污染物组分浓度也随之增加;在相同降雨强度情况下，降雨量增大，污染组分浓度降低，这是因为降雨量增大使得水中污染物稀释作用增大，污染物浓度降低。
8.2.3.2 C、D组试验研究
(1)试验设想及目的
C、D组试验均以青岛市多年平均降雨量700mm为基数，模拟6年降雨量对垃圾淋滤的影响。C组试验模拟在多年连续强降雨条件下(连续不间断降雨)，垃圾淋滤液的污染组分变化程度;D组试验模拟多年持续强降雨条件下(模拟丰、枯水期有规律地重复降雨)，垃圾淋滤液的污染组分变化程度。本试验是模拟试验，试验过程中忽略了温度变化对垃圾淋滤液污染组分浓度变化的影响。
(2)试验步骤
C、D组试验研究模拟装置与A、B组试验相同，试验步骤如下:
首先，取粒径为0.1～0.5mm的细沙，浸泡并用蒸馏水清洗，均匀置于垃圾柱底部，用小锤均匀捣实，形成高10cm的隔滤层。
然后，分取自然风干并筛选后的小涧西垃圾场生活垃圾19kg，均匀装柱，并均匀捣实，以使垃圾柱内垃圾的孔隙度和容重尽量接近天然状态。
试验所用垃圾量相对实际填埋单元很小;该试验在模拟降雨时忽略了地表径流渗透到垃圾层的影响。试验情况见表8.5。
表8.5 C、D组淋滤试验情况
C组试验在淋滤开始计时，淋滤时间共计12h，每2h代表1个时间段，分别代表6年的时间段。第一个时间段分别在模拟降雨量达到400mm、500mm、600mm和700mm时取样;第二个时间段在350mm和700mm时取样;第三、四、五、六时间段内分别在淋滤结束即模拟降雨量达到700mm时取样。样品共取10个。
D组试验在淋滤开始时计时，试验时间约42h，每8h代表一年时间段，每8h内淋滤2h，代表青岛市集中降雨期3个月，停止6h，代表青岛市非降雨期9个月。取样方式同C组。
(3)试验结果分析
生活垃圾淋滤液的产生受淋滤作用控制，而淋滤作用是一个动态过程，故垃圾场淋滤液化学成分的浓度及产出量也具有动态变化特征。对试验所取淋滤液样品进行水质全分析及污染组分分析，并用试验结果作图，采用无量纲的W/S作为横坐标，W/S为淋滤液的累计量(W)与模拟垃圾柱中垃圾的质量(S)之比。分析发现D组试验效果较为理想。
淋滤液中各污染组分的衰减过程与淋滤作用的模拟条件密切相关。垃圾土的密度、垃圾样品的扰动程度以及淋滤强度，是连续淋滤还是间歇淋滤，都对试验结果有一定的影响。在野外填埋状态下，垃圾堆放实际淋出物质量的动态衰减过程要比室内模拟试验条件下的淋滤过程长得多。
从各组分含量的变化可以看出，各测试组分呈现急剧下降、缓慢下降和基本稳定3个阶段。
淋滤开始，以水力冲刷及有机物降解为主要作用过程，在水力作用及微生物作用下复杂的有机物迅速分解为简单的有机物，如蛋白质、氨基酸等。开始时淋滤液中COD值非常高，以后有机物逐渐减少，在W/S=0.6～0.9时淋滤液中CODCr值呈增加趋势，这是由于垃圾淋滤初期进行好氧分解，随着时间的推移和垃圾的不断降解，垃圾中有机物在水解作用下生成的有机酸和其他小分子有机化合物通过水力冲刷作用变成悬浮物质而转移到水中，引起淋滤液中CODCr值的升高，说明有机物质能够在较长一段时间内逐渐降解溶于水，造成持久的污染环境。
淋滤液中无机组分含量很高并随淋滤过程的增长而明显减少，最后趋于基本稳定，这可以从SO2－4、Cl－及Cu2+含量的变化中看出。淋滤初期阶段，污染物组分浓度分别为1555.55mg/L、3756.55mg/L和57.71mg/L，其含量严重超标。以后随着垃圾中易溶盐的溶解，其含量逐渐减少，待水、土的各种化学作用基本上达到平衡时，淋滤液的污染组分便趋于稳定。
淋滤液的水化学类型从氯化物硫酸盐型转化为硫酸盐氯化物型。Cl－浓度从3756.55mg/L降到144.78mg/L，SO2－4浓度从1555.55mg/L降到151.29mg/L，这是因为淋滤水首先溶解垃圾中最易溶解的氯化物，对易溶的硫酸盐和难溶的碳酸盐溶解得较缓慢。
生活垃圾中含有一定量的重金属物质，经淋滤及各种酸化作用后进入淋滤液中。淋滤液中Cu、Pb、Zn、Mn、Hg含量较高，淋滤初期Cu和Zn的最高浓度分别达到680.08mg/L和610.92mg/L。
淋滤液组分的动态衰减过程实际上是一个复杂的波动衰减过程，每一次降雨都有一次衰减波动，每一年度至少有一个波动周期。垃圾体从开始堆积分解到最后分解完毕的全过程则是由若干年度波动周期组成的，其变化过程呈现出不断波动的特征，但其总体趋势与模拟淋滤试验基本一致。
因此，在垃圾填埋场的实际填埋过程中，不可避免地带来雨水渗入，虽导致淋滤液产生量增加，但另一方面可以降低污染物浓度，减轻处理难度;同时，由于淋滤液自身污染物的衰减，也使进入淋滤液处理场的污染物浓度值有所降低。
(4)污染物浓度预测
根据垃圾模拟淋滤试验结果，利用非确定模型中的非线性回归分析方法，对淋滤液中的COD、NH+4、SO2－4、Cl－等组分浓度及总硬度进行趋势预测(趋势线见图8.3至图8.7)，建立污染趋势预测模型(表8.6)。表8.6中，R代表校验系数，R越接近1，表明方程曲线拟合性越好，越接近实际情况。
图8.3 CODcr浓度衰减趋势预测
图8.4 NH+4浓度衰减趋势预测
图8.5 SO2－4浓度衰减趋势预测
图8.6 总硬度衰减趋势预测
图8.7 Cl浓度衰减趋势预测
表8.6 淋滤液组分浓度预测模型
根据预测模型，假设垃圾场上部未设防渗盖层，垃圾在完全暴露的情况下，可推算垃圾淋滤液污染物浓度随时间变化的自然衰减规律。
其中水、土比(W/S)与时间的关系式为:
环胶州湾地区城市建设地质环境调查评价
式中:ρ雨水———雨水密度，kg/m3;
h雨水———降雨量，m;
s———垃圾场面积，m2;
ρ垃圾———垃圾密度，kg/m3;
h垃圾———垃圾高度，m;
n———时间，a。
以青岛市多年平均降水量h雨水=0.7m，垃圾高度h垃圾=10m，ρ雨水=1000kg/m3，ρ垃圾经实测为586kg/m3，进行推测，首先确定初始年份W/S=0.119n，然后假设2006年垃圾场新进一批垃圾，在填埋5年、10年、15年、20年和30年后的淋滤液污染预测见表8.7。
表8.7 淋滤液组分浓度预测
根据预测结果可以看出，污染物对环境的污染是持续的。COD和NH+4浓度在预测30年后仍然很高，SO2－4浓度在19年后、总硬度在16年后可达到Ⅲ类地下水水质标准，Cl－浓度在23年左右达到地下水Ⅲ类标准，见表8.8。
表8.8 地下水水质Ⅲ类标准部分项目指标
8.2.3.3 结论
1)淋滤液中的多项污染物严重超标，即使在填埋多年后，其污染物浓度依然超过国家Ⅲ类地下水水质标准。
2)易溶污染物淋失较快，因而淋滤初期淋滤液中易溶污染物浓度较高;无机物较有机物更易于淋失。
3)以W/S为变量绘制出各污染组分的浓度变化，这样不仅克服了众多随机因素的影响，而且可以预测出污染组分趋于稳定时的W/S值，从而为相关部门采取相应的对策提供了依据。
4)针对小涧西垃圾场淋滤液作出的水质变化预测曲线与试验数据具有很强的相关性。预测模型包含了试验所得的绝大部分信息，揭示了污染组分变化的规律。
8.2.4 小涧西垃圾场环境影响分析
小涧西生活垃圾综合处置场的工程建设以及运行管理标准和质量都较高，但垃圾场还是对地表水、地下水和土壤产生了不良的影响，分别进行如下分析。
(1)地表水环境影响分析
桃源河是小涧西垃圾场的一条排污河流。对垃圾场排污口及桃源河进行了取样监测，排污口监测点1处(取样编号DB－6)、桃源河监测点5处分布于排污口的上、中、下游(取样编号DB－1至DB－5)，监测项目有pH值、NH+4浓度、CODcr浓度、重金属元素浓度等31项(表8.9)。
表8.9 桃源河及垃圾场排污口水质分析
监测结果表明，垃圾场排污口污水排放量不大，但污水中各污染物浓度较高，均超过生活垃圾场污染物排放标准数倍。这是因为，垃圾场污水处理厂处理能力为200m3/d，垃圾场渗滤液的最大产生量是500m3/d，大大超过了污水处理厂的处理能力。从桃源河背景值(DB－1)可以看出，Cl－浓度、总硬度、部分重金属浓度较高，废水排入河流后对河流水质基本上没有什么贡献。也就是说，在现有排放量和排放浓度的情况下，污染物是可以被河流容纳的，但河流的纳污能力跟污水排放量、浓度以及河流水量、流速有很大的关系。为了解垃圾场污水对河流的影响，应该做长期的监测。
(2)地下水环境影响分析
小涧西垃圾场区周围地下水为咸水，不适用于生活、农业和工业用水。通过监测比较发现，地下水质没有受到明显污染，原因是垃圾场基础土层的渗透系数小，另外场区基础、地沟及污水调节池均进行了防渗处理。
(3)土壤环境影响分析
通过对垃圾中转站以及垃圾场附近、排污口附近土壤取样的监测(表8.10)，发现土壤中Pb、Zn、Cr、Cu等重金属污染物浓度较高，说明土壤受垃圾场废水的影响。
表8.10 土壤污染监测数据
