城市垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)防滲層的安全設(shè)計(jì)

1、收稿日期:2002202216基金項(xiàng)目:鐵道部科技研究開發(fā)項(xiàng)目(2002Z003)作者簡(jiǎn)介:李啟彬(1969)男博士研究生.文章編號(hào):025822724(2003)0120064206城市垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)防滲層的安全設(shè)計(jì)李啟彬劉丹楊立中(西南交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院四川成都610031)摘要:在綜合考慮防滲層防滲性能、截污能力以及場(chǎng)址區(qū)環(huán)境容量3要素的基礎(chǔ)上以某填埋場(chǎng)為研究背景通過(guò)土柱實(shí)驗(yàn)確定填埋場(chǎng)主要污染物之一Cl在防滲層中運(yùn)移的相關(guān)

2、參數(shù)并根據(jù)填埋場(chǎng)水文地質(zhì)條件確定場(chǎng)址區(qū)地下水體的環(huán)境容量.研究表明防滲層上滲濾液水頭對(duì)填埋場(chǎng)中污染物進(jìn)入地下水環(huán)境的總量影響很大最后對(duì)填埋場(chǎng)防滲層進(jìn)行了設(shè)計(jì).關(guān)鍵詞:防滲安全設(shè)計(jì)污染控制填埋場(chǎng)中圖分類號(hào):X705文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ASafetyDesignofImperviousLinerofSolidWasteLfillLIQi2binLIUDanYANGLi2zhong(SchoolofEnvironmentalSci.Eng.South

3、westJiaotongUniversityChengdu610031China)Abstract:Thepermeabilityfiltrationcapacityoflinerscapacityofalfillsiteareinvestigatedtodesignsafeimperviouslinersofsolidwastelfill.ThepermeabilityofthemainpollutantClofasolidwaste

4、lfillisobtainedwithsoilcolumntest.Thecapacityofthelfillsiteisdeterminedbytakinggeologicalhydrogeologicalpropertiesofthesite.Itisshownthatthewaterheadofleachateontheimperviouslayeraffectsgreatlythetotalamountofpollutantsi

5、nfiltratingtoundergroundwater.Adesignofimperviouslayersfthesolidlfillispresentedasanexample.Keywds:seepagecontrolsafetydesignpollutioncontrollfill為有效控制城市垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)產(chǎn)生的滲濾液建設(shè)合格的防滲層是關(guān)鍵.目前廣泛采用的防滲層有2類一是土工膜一是粘土.前者防滲性能好但成本高后者作為自然資源

6、易得且經(jīng)濟(jì)通過(guò)對(duì)其合理設(shè)計(jì)和施工也可滿足相關(guān)要求作者就對(duì)其安全設(shè)計(jì)作一研究.在我國(guó)現(xiàn)有有關(guān)填埋場(chǎng)的法規(guī)中[12]對(duì)防滲層要求主要是滲透系數(shù)k≤1107cms但都沒(méi)有考慮防滲層的截污能力更談不上考慮場(chǎng)址區(qū)地下水體的環(huán)境容量問(wèn)題.在已有的文獻(xiàn)中同樣未將防滲層截污能力與防滲性能有效結(jié)合[3].本研究在綜合考慮防滲層防滲性能、截污能力以及場(chǎng)址區(qū)環(huán)境容量3要素基礎(chǔ)上以某填埋場(chǎng)為研究背景通過(guò)土柱模擬實(shí)驗(yàn)確定相關(guān)參數(shù)再根據(jù)場(chǎng)址區(qū)水文地質(zhì)特征確定環(huán)境容

7、量最后進(jìn)行該填埋場(chǎng)粘土防滲層的最終設(shè)計(jì).1土柱實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)分2組進(jìn)行土柱裝置采用259mm的無(wú)縫鋼管制成.第一組實(shí)驗(yàn)歷時(shí)103d采用成都洛帶黃色粘土其基本性質(zhì)見(jiàn)表1.實(shí)驗(yàn)采用成都長(zhǎng)安垃圾填埋場(chǎng)的滲濾液滲濾液與自來(lái)水按1∶4進(jìn)行稀釋.柱中土料按表2裝填.因粘土滲透性差實(shí)驗(yàn)時(shí)利用空壓機(jī)對(duì)滲濾液水箱加壓0.16MPa以縮短時(shí)間.第38卷第1期2003年2月西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)JOURNALOFSOUTHWESTJIAOTONGUNIVERSITYVo

8、l.38No.1Feb.2003?19942007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.值得一提的是粉質(zhì)粘土中加入8%成都粘土的B1柱雖然密度僅1.50gcm3但其滲透系數(shù)卻比含水量相同、密度為1.57gcm3的純粉質(zhì)粘土土柱低了近一半達(dá)到了2107cms以下.據(jù)此若繼續(xù)增加粘土含量或加大壓實(shí)密度則可使其k≤107cms[67].這就為那些天然土層

9、滲透性達(dá)不到防滲要求的填埋場(chǎng)提供了一種補(bǔ)救途徑即在當(dāng)?shù)赝寥乐屑尤胍欢ū壤恼惩恋炔牧虾笤儆糜诜罎B層施工就可以滿足防滲要求.2.2滲出液COD濃度變化圖3和圖4分別是成都粘土土柱和粉質(zhì)粘土土柱的滲出液中COD濃度的變化曲線實(shí)驗(yàn)期間輸入土柱的滲濾液COD平均濃度ρCOD為1500mgL.圖3粘土柱滲出液COD濃度ρCOD變化趨勢(shì)圖4粉質(zhì)粘土柱滲出液COD濃度ρCOD變化趨勢(shì)Fig.3TheCODconcentrationofclaycolu

10、mnFig.4TheCODconcentrationofsyclayeffluentleachatevs.timecolumneffluentleachatevs.time試驗(yàn)開始時(shí)2組實(shí)驗(yàn)土柱滲出液COD濃度均呈下降態(tài)勢(shì)然后逐漸攀升最后達(dá)到基本穩(wěn)定.因?qū)嶒?yàn)土柱中固有有機(jī)物的滲出初期滲出液COD濃度較高.隨著實(shí)驗(yàn)進(jìn)行土柱中固有有機(jī)物的滲出量逐漸衰減表現(xiàn)為滲出液COD濃度逐漸降低.此后由于土中固有有機(jī)物對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響越來(lái)越小而土料對(duì)有機(jī)

11、物的吸附、絡(luò)合逐漸達(dá)到飽和加之水動(dòng)力彌散作用的影響各土柱滲出液中有機(jī)污染物濃度又開始逐漸升高.而從實(shí)驗(yàn)開始之日起土柱中固有微生物獲得足夠的營(yíng)養(yǎng)、食物和水分后就開始迅速繁衍消耗越來(lái)越多的有機(jī)物使得土柱滲出液中有機(jī)污染物濃度不會(huì)增至滲濾液輸入濃度水平.而當(dāng)微生物的繁衍到一定程度后受土柱內(nèi)空間、營(yíng)養(yǎng)和食物等方面的影響和限制其種群和數(shù)量就會(huì)穩(wěn)定在一定的水平微生物消耗的有機(jī)物量也會(huì)維持在一定的范圍內(nèi)最終使土柱滲出液中有機(jī)污染物濃度達(dá)到基本穩(wěn)定.對(duì)

12、比2組模擬土柱實(shí)驗(yàn)結(jié)果可發(fā)現(xiàn)粘土對(duì)滲濾液COD的凈化能力比粉質(zhì)粘土強(qiáng)較厚的土層、壓實(shí)時(shí)含水量較高的土層也有利于滲濾液中有機(jī)污染物的去除.2.3滲出液中Cl濃度變化圖5和圖6分別是Cl在成都粘土土柱和粉質(zhì)粘土土柱中的運(yùn)移變化曲線.對(duì)比圖5和圖6可看出Cl突破粘土所需的時(shí)間比突破粉質(zhì)粘土所需的時(shí)間長(zhǎng)因而粘土比粉質(zhì)粘土更能阻滯Cl在土層中的遷移越密的土層越能阻滯Cl的遷移越厚的土層越不利于Cl的遷移土層壓實(shí)時(shí)較最優(yōu)含水量高的含水量也不利于Cl

13、的遷移.在防滲層土2水系統(tǒng)中污染物的阻滯和遷移主要受物理、化學(xué)和生物作用機(jī)理的影響[8].對(duì)Cl遷移產(chǎn)生影響的主要因素是水動(dòng)力彌散其它象化學(xué)反應(yīng)、吸附等對(duì)其中運(yùn)移影響甚小而Cl又是垃圾填埋場(chǎng)滲濾液中一種主要無(wú)機(jī)污染物一些文獻(xiàn)還將其作為防滲層風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)的控制要素[910].在一維地下水系統(tǒng)中如果忽略彌散系數(shù)與時(shí)間、空間的關(guān)系保守性物質(zhì)的運(yùn)移方程可表征為[11]D52C5x2v5C5xW″=5C5t(1)式中:C為污染物濃度mgLD為污染物彌