環(huán)境巖土工程學(xué)課件東南大學(xué)潘華良環(huán)境巖土工程學(xué)概論城市固體

1、第5章城市固體廢物的傳統(tǒng)處置方法上節(jié)課要點(diǎn)5.1概述q 20世紀(jì)60年代以前v 隨意排放、堆存、傾倒q 環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)v 安全處置。q固體廢物處置總的目標(biāo)是:廢物中的有害物質(zhì)現(xiàn)在和將來對(duì)于人類均不發(fā)生危害。q基本方法是通過多重屏障實(shí)現(xiàn)有效隔離v天然屏障v人工屏障天然屏障q地質(zhì)構(gòu)造q地質(zhì)環(huán)境v對(duì)有害物質(zhì)的阻滯作用。人工屏障q使固體廢物轉(zhuǎn)化為具有低浸出性和適當(dāng)機(jī)械強(qiáng)度的穩(wěn)定的物理化學(xué)形態(tài)；q廢物容器化；q處置場(chǎng)所內(nèi)各種輔助性工程屏障。海洋處置海洋處置是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家早期采用的途徑，特別是對(duì)有毒有害廢物，至今仍有一些國(guó)家采用。由于海洋保護(hù)法的制定，以及在國(guó)際上對(duì)海洋處置有很大爭(zhēng)議，其使用已受到越來

2、越多的限制。海洋處置海洋處置主要分為海洋傾倒與遠(yuǎn)洋焚燒兩種方法。海洋傾倒q 海洋傾倒是將固體廢棄物直接投入海洋的一種處置方法。q 海洋是一個(gè)龐大的廢棄物接受體，對(duì)污染物質(zhì)能有極大地稀釋能力。q 但納污容量、能力是有個(gè)界限的，并且海洋傾倒長(zhǎng)期影響必須作深入研究。開底駁海上違法傾廢，造成海洋污染遠(yuǎn)洋焚燒q是利用焚燒船將固體廢棄物進(jìn)行船上焚燒的處置方法。q廢物焚燒后產(chǎn)生的廢氣通過凈化裝置與冷凝器，冷凝液排入海中，氣體排入大氣，殘?jiān)鼉A入海洋。q這種技術(shù)適于處置易燃性廢物，如含氯的有機(jī)廢棄物。陸地處置q陸地處置陸地處置的方法有多種v土地填埋v土地耕作v深井灌注。土地填埋q是從傳統(tǒng)的堆放和填地處置發(fā)展起來

3、的一項(xiàng)處置技術(shù),是目前處置固體廢棄物的主要方法。q土地填埋處置種類很多，采用的名稱也不盡相同。v按填埋地形特征可分為山間填埋、平地填埋、廢礦坑填埋；v按填埋場(chǎng)的狀態(tài)可分為厭氧填埋、好氧填埋、準(zhǔn)好氧填埋；v按法律可分為衛(wèi)生填埋和安全填埋等。q隨填埋種類的不同其填埋場(chǎng)構(gòu)造和性能也有所不同。土地耕作q即利用表層土壤的離子交換、吸附、微生物降解以及滲濾水浸出、降解產(chǎn)物的揮發(fā)等綜合作用機(jī)制處置固體廢物的一種方法。q該技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、費(fèi)用適宜、設(shè)備易于維護(hù)、對(duì)環(huán)境影響很小、能夠改善土壤結(jié)構(gòu)、增長(zhǎng)肥效等優(yōu)點(diǎn)，主要用于處置含鹽量低、不含毒物、可生物降解的固體廢物。5.2深井灌注q深井灌注處置是將固體廢物液體

4、化，用強(qiáng)制措施注入到地下與飲用水和礦脈層隔開。q主要還是用來處置那些實(shí)踐證明難于破壞、難于轉(zhuǎn)化、不能采用其它方法處理或采用其它方法費(fèi)用昂貴的廢物。q目前，美國(guó)每年大約有3104t流體廢物采用深井灌注方法處置，其中11為危險(xiǎn)廢物。q廢物的預(yù)處理q場(chǎng)地的選擇q井的鉆探與施工q環(huán)境監(jiān)測(cè)等。預(yù)處理深井灌注處置前，需使廢物液化，形成真溶液或乳濁液。預(yù)處理q防止灌注后堵塞巖層孔隙，減少處置容量。q廢物中一些組分，與巖層中的流體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成沉淀，最后可能會(huì)堵塞巖層。v一般采用化學(xué)處理或固液分離的預(yù)處理方法，將上述組分去除或中和。v例如，難溶的堿土金屬碳酸鹽、硫酸鹽及氫氧化物沉淀，難溶的重金屬碳酸鹽，氫氧

5、化物沉淀以及氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的沉淀等。q防止沉淀的另一種方法是先向井中注入緩沖劑，把廢液和巖層液體隔離開來。如一定濃度的鹽水等。1.場(chǎng)地選擇q(1)處置區(qū)必須位于地下飲用水源之下。q(2)有不透水巖層把注入廢物的地層隔開，使廢物不致流到有用的地下水源和礦藏中。q(3)有足夠的容量，面積較大，厚度適宜，孔隙率高。q(4)有足夠的滲透性，且壓力低，能以理想的速率和壓力接受廢液。q(5)地層結(jié)構(gòu)及其原來含有的流體與注入的廢物相融，或者花少量的費(fèi)用就可以把廢物處理到相融的程度。2.鉆探與施工q深井灌注處置井的結(jié)構(gòu)要比石油井復(fù)雜而嚴(yán)密。q套管，止水1-井蓋；2-充滿生物殺傷劑和緩蝕液的環(huán)形通道;3-表面

6、孔；4、7-水泥；5-表面套管；6-保護(hù)套管；8-注入通道；9-密封環(huán)；10-保護(hù)套管安裝深度；11-石灰石或白云巖處置區(qū)；12、14-油頁(yè)巖；13、16-石灰石；15-可飲用水層(砂)；17-可飲用水層(礫石)。q凡與廢物接觸的器材，都應(yīng)與廢物的相融。q井內(nèi)灌注管道與保護(hù)套管之間的環(huán)形空間須采用殺菌劑和緩蝕劑進(jìn)入可滲透性的巖層中地層條件要求q適宜的地層主要有石灰?guī)r層、白云巖層和砂巖層。v在石灰?guī)r或白云巖層處置廢物，容納廢液的主要依據(jù)是巖層溶隙，以及斷裂層和裂縫（巖溶含水層、裂隙含水層）。v對(duì)于在砂巖層處置，廢液的容納主要依靠孔隙。q深井灌注處置系統(tǒng)還要求廢物與建筑材料、巖層問的液體以及巖層本

7、身具有相融性。q深井灌注處置方法已有40多年的發(fā)展歷史，是對(duì)環(huán)境影響較小、適用范圍較廣的一種處置方法。q但也有人持不同意見，認(rèn)為這種方法缺乏遠(yuǎn)見，擔(dān)心深井一旦泄露，將導(dǎo)致蓄水層的污染。q深井灌注處置方法的適用范圍較廣，不論是一般廢物還是危險(xiǎn)廢物都可采用此法。q一般將適于深井灌注處置廢物分為無機(jī)廢物和有機(jī)廢物兩大類。q深井灌注方法主要是用來處置那些經(jīng)過實(shí)踐證明難于破壞、難于轉(zhuǎn)化、不能采用其他方法處理或者采用其他方法費(fèi)用昂貴的廢物，如高放射性廢物。表 5.1 美國(guó)工業(yè)廢物深井灌注處置情況 工業(yè)工業(yè) 井?dāng)?shù)井?dāng)?shù) () 工業(yè)工業(yè) 井?dāng)?shù)井?dāng)?shù) () 礦業(yè)(9.4) 石油煉制 51 19.1 金屬 2 0.7

8、 石料及混凝土 1 0.4 煤 1 0.4 金屬加工 16 6.0 石油和天然氣提煉 17 6.4 金屬冶煉 3 1.1 非金屬物質(zhì) 5 1.9 機(jī)械業(yè) 1 0.4 制造業(yè)(80.5) 6 2.2 照相業(yè) 3 1.1 食品 3 1.1 其他(10.1) 27 1.1 化學(xué)及有關(guān)產(chǎn)品 131 49.1 q深井灌注的最大使用者是化學(xué)、石油化工和制藥工業(yè)，它們所擁有的井?dāng)?shù)占現(xiàn)有井?dāng)?shù)的50，q其次是煉油廠和天然氣廠q金屬工業(yè)居第三位。q此外，食品加工、造紙也占有一定的比例。q深井灌注方法具有廣泛的適應(yīng)性。q深井灌注處置操作可分為兩步：v一是預(yù)處理v二是灌注。o 在控制的壓力下進(jìn)行，灌注速率一般為0.3

9、4m3min。q深井灌注系統(tǒng)需配置有連續(xù)記錄監(jiān)測(cè)裝置。在深井灌注管道和保護(hù)套管處設(shè)置有壓力監(jiān)測(cè)器，以檢驗(yàn)管道和套管是否發(fā)生泄漏，如出現(xiàn)故障，應(yīng)立即停止操作。q深井灌注處置的費(fèi)用與生物處理的費(fèi)用相近。5.3土地填埋q固體廢物的土地填埋技術(shù)在大多數(shù)國(guó)家已成為固體廢物最終處置的一種主要方法。v它是從傳統(tǒng)的堆放和填埋處置發(fā)展起來的一項(xiàng)最終處置技術(shù)。q早在公元前10003000年古希臘米諾亞 (米諾斯)文明時(shí)期，克里特島的首府康諾索斯就曾把垃圾分層覆土，埋人大坑之中。土地填埋處置的種類q地形特征可分為：山間填埋、峽谷填埋、平地填埋、廢礦坑填埋；q狀態(tài)：厭氧性填埋、好氧性填埋、準(zhǔn)好氧性填埋和保管型填埋；q

10、水文、氣象條件：干式填埋、濕式填埋和干濕混合填埋；q固體廢物污染防治法規(guī)：一般固體廢物填埋和工業(yè)固體廢物填埋。q通常把土地填埋處置方法及場(chǎng)地也相應(yīng)分為四類。v惰性廢物填埋v衛(wèi)生土地填埋v工業(yè)廢物土地填埋v安全土地填埋表 5.2 土地填埋處置的分類 分類分類 處置廢物的種類處置廢物的種類 安全土地填埋 A 組：有害廢物，還可處置 B、C、D 組廢物 工業(yè)土地填埋 B 組：工業(yè)廢物，還可處置 C、D 組廢物 衛(wèi)生土地填埋 C 組：城市廢物，還可處置 D 組廢物 惰性填埋 D 組：惰性廢物 1.惰性廢物填埋q惰性廢物填埋是土地填埋處置一種最簡(jiǎn)單的方法。v它實(shí)際上是把建筑廢石等惰性廢物直接埋入地下。v

11、填埋方法分淺埋和深埋兩種。2.衛(wèi)生土地填埋q衛(wèi)生土地填埋是處置一般固體廢物，而不會(huì)對(duì)公眾健康及環(huán)境安全造成危害的一種方法，主要用來處置城市垃圾；3.工業(yè)廢物土地填埋q工業(yè)廢物土地填埋適于處置工業(yè)無害廢物，因此，場(chǎng)地的設(shè)計(jì)操作原則不如安全土地填埋嚴(yán)格，下部土壤的滲透率僅要求為10-5cms。4.安全土地填埋q安全土地填埋是一種改進(jìn)的衛(wèi)生土地填埋方法，還稱為化學(xué)土地填埋和安全化學(xué)土地填埋。q安全土地填埋主要用來處置有害廢物，因此，對(duì)場(chǎng)地的建造技術(shù)要求更為嚴(yán)格。如襯里的滲透系數(shù)要小于10-8cms，浸出液要加以收集和處理，地表徑流要加以控制等。q此外，還有一種土地填埋處置的方法，即淺地層埋藏方法，這

12、種方法主要用來處置低放廢物。q土地填埋處置具有工藝簡(jiǎn)單，成本較低，適于處置多種類型固體廢物的優(yōu)點(diǎn)。q目前，采用較多的土地填埋方法是衛(wèi)生土地填埋、安全土地填埋和淺地層處置法。1.概述q衛(wèi)生土地填埋是處置垃圾而不會(huì)對(duì)公眾健康及環(huán)境造成危害的一種方法。v通常是每天把運(yùn)到土地填埋場(chǎng)的廢物在限定的區(qū)域內(nèi)鋪散成4075cm的薄層，然后壓實(shí)以減少?gòu)U物的體積，并在每天操作之后用一層厚1530cm的土壤覆蓋、壓實(shí)，廢物層和土壤覆蓋層共同構(gòu)成一個(gè)單元，即填筑單元。具有同樣高度的一系列相互銜接的填筑單元構(gòu)成一個(gè)升層。完成的衛(wèi)生土地填埋場(chǎng)是由一個(gè)或多個(gè)升層組成的。當(dāng)土地填埋場(chǎng)達(dá)到最終的設(shè)計(jì)高度之后，再在該填埋層之上覆

13、蓋一層90120cm的土壤，壓實(shí)后就得到一個(gè)完整的衛(wèi)生土地填埋場(chǎng)。衛(wèi)生土地填埋場(chǎng)剖面圖示于圖5.2。q衛(wèi)生土地填埋主要分為v厭氧填埋v好氧填埋v準(zhǔn)好氧填埋q好氧填埋實(shí)際上類似于高溫堆肥，其主要優(yōu)點(diǎn)v能夠減少降解水分；v分解的速度快，產(chǎn)生高溫。好氧填埋比厭氧填埋在體積上縮小近50，提高填埋場(chǎng)的使用壽命。v分解溫度高，可達(dá)60以上(厭氧27)，對(duì)消滅大腸桿菌等致病微生物是十分有利的。v結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，配備供氧設(shè)備，增加了施工難度，造價(jià)高q目前，世界上已經(jīng)建成或正在建成的大型衛(wèi)生土地填埋場(chǎng)，廣泛應(yīng)用的是厭氧填埋，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，施工費(fèi)用低，同時(shí)還可回收甲烷氣體。2. 填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)劃程序q

14、包括v場(chǎng)地的選擇v環(huán)境影響評(píng)價(jià)v場(chǎng)地的設(shè)計(jì)、建造與施工v填埋操作v封場(chǎng)場(chǎng)地的維護(hù)及監(jiān)測(cè)等。q衛(wèi)生土地填埋方法主要有v平面法v溝壑法v斜坡法q三種類型。1.平面法2.溝壑法3.斜坡法q國(guó)外預(yù)壓緊固體廢物的填埋方法。v方法是先將固體廢物壓實(shí)，然后按填埋方法進(jìn)行填埋。v這種填埋法不需每日用土壤覆蓋，在分級(jí)多層的填埋作業(yè)中，較下一層可在其上卸滿經(jīng)過壓實(shí)的廢物而脫離裸露狀態(tài)，在達(dá)到最后的填埋高度后再鋪上土壤覆蓋層，準(zhǔn)備場(chǎng)地作其他應(yīng)用。這種作業(yè)可以不考慮氣味和碎片的吹揚(yáng)問題q據(jù)報(bào)道，這種填埋方法的最終密度要比未經(jīng)處理的大35。q衛(wèi)生土地填埋法工藝簡(jiǎn)單，操作方便，處置量大，費(fèi)用較低，它既消納處置了垃圾，又可

15、根據(jù)城市地形地貌特點(diǎn)將填埋場(chǎng)開發(fā)利用。5.4安全土地填埋q安全土地填埋是在衛(wèi)生土地填埋技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起采的，是一種改進(jìn)了的衛(wèi)生土地填埋。q安全土地填埋場(chǎng)的結(jié)構(gòu)與安全措施比衛(wèi)生土地填埋場(chǎng)更為嚴(yán)格。q地址遠(yuǎn)離城市和居民q必須有嚴(yán)密的人造或天然襯墊v土壤、襯墊滲透席殊小于10-8cms；q配備嚴(yán)格的淋洗液收集、處理及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；q設(shè)置完善的氣體排放和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；q廢物在處置前進(jìn)行穩(wěn)態(tài)化預(yù)處理，填埋后更為安全。 2.安全土地填埋的廢物種類q危險(xiǎn)廢物q不應(yīng)處置易燃性廢物、反應(yīng)性廢物、揮發(fā)性廢物和大多數(shù)液體、半固體及污泥；q不應(yīng)處置互不相融的廢物，以免混合以后發(fā)生爆炸，產(chǎn)生或釋出有毒、有害氣體或煙霧。3.安全

16、土地填埋場(chǎng)地設(shè)計(jì)原則及注意問題q(1)處置場(chǎng)的容量應(yīng)足夠大 q(2)處置系統(tǒng)能滿足全天候操作要求；q(3)處置場(chǎng)地所在地區(qū)的地質(zhì)條件、環(huán)境適宜，可長(zhǎng)期使用；q(4)符合相關(guān)規(guī)定以及危險(xiǎn)廢物土地填埋處置標(biāo)準(zhǔn)。q安全土地填埋場(chǎng)地設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的主要問題是v廢物處置前的預(yù)處理；v由天然或人造襯墊或淋洗液收集及監(jiān)測(cè)設(shè)施所構(gòu)成的地下水保護(hù)系統(tǒng)；v場(chǎng)地及其周圍地表水的控制管理。4.安全土地填埋場(chǎng)的基本設(shè)施q根據(jù)場(chǎng)地的地形、水文、地質(zhì)等條件以及填埋的特點(diǎn)，土地填埋方案主要分為以下三種：v1.人造托盤式v2.天然洼地式v3.斜坡法1.人造托盤式2.天然洼地式q天然洼地式填埋場(chǎng)地是利用天然的地形條件，如天然峽谷、

17、采石場(chǎng)坑、露天礦坑、山谷、凹地等構(gòu)成盆地狀容器的三個(gè)邊，在其中處置固體廢物。3.斜坡法q1.淋洗液的來源和產(chǎn)生量v安全土地填埋，淋洗液主要來自廢物本身含水、地下水、降水及地表徑流。v通常廢物本身含水很少，特別是在處置前進(jìn)行脫水或穩(wěn)態(tài)化預(yù)處理，則廢物本身含水可以忽略；v如果場(chǎng)地的選址合理，填埋場(chǎng)底部遠(yuǎn)在地下水位之上，同時(shí)設(shè)置防滲襯墊，則地下水滲入問題也可忽略。v因此淋洗液的主要來源是降水和地表徑流水。q淋洗液的產(chǎn)生量可根據(jù)填埋場(chǎng)水的收支平衡關(guān)系來確定。2.地下水保護(hù)系統(tǒng)q保護(hù)地下水可以從兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)：一個(gè)方面是在選擇場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)按照?qǐng)龅剡x擇標(biāo)準(zhǔn)合理選址；另一方面是從設(shè)計(jì)、施工方案以及填埋方法上來實(shí)

18、現(xiàn)。采用防滲的襯里，建立淋洗液收集監(jiān)測(cè)處理系統(tǒng)等。(1)襯墊材料的選擇q適于作土地填埋場(chǎng)的襯墊材料主要分為：v無機(jī)材料-有黏土、水泥等；v有機(jī)材料-有瀝青、橡膠、聚乙烯、聚氯乙烯等；v混合襯墊材料-有水泥瀝青混凝土、土混凝土等(2)襯墊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則q襯墊系統(tǒng)是地下水保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分，它除具有防止淋洗液泄漏外，還具有包容廢物、收集淋洗液、監(jiān)測(cè)淋洗液的作用，因此必須精心設(shè)計(jì)3.襯墊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)q襯墊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要有3種：v無淋洗液收集系統(tǒng)的天然襯墊系統(tǒng)；v具有淋洗液收集系統(tǒng)的單襯墊系統(tǒng)；v具有淋洗液收集系統(tǒng)的雙襯墊系統(tǒng)。(1)無淋洗液收集系統(tǒng)的天然襯墊系統(tǒng)q天然襯墊系統(tǒng)只有在場(chǎng)地的土壤、水文地質(zhì)條件均滿足土地填埋場(chǎng)選擇標(biāo)準(zhǔn)的條件下，并且自然蒸發(fā)量要超過降水量50cm的情況下，才能使用。對(duì)于天然襯墊系統(tǒng)，一旦