环境岩土工程学课件-东南大学-潘华良环境岩土工程学概论-5城市固体

第5章城市固体废物的传统处置方法上节课要点5.1概述20世纪60年代以前随意排放、堆存、倾倒环境保护意识的增强安全处置。固体废物处置总的目标是:废物中的有害物质现在和将来对于人类均不发生危害。基本方法是通过多重屏障实现有效隔离天然屏障人工屏障天然屏障地质构造地质环境对有害物质的阻滞作用。人工屏障①使固体废物转化为具有低浸出性和适当机械强度的稳定的物理化学形态；②废物容器化；③处置场所内各种辅助性工程屏障。海洋处置海洋处置是工业发达国家早期采用的途径，特别是对有毒有害废物，至今仍有一些国家采用。由于海洋保护法的制定，以及在国际上对海洋处置有很大争议，其使用已受到越来越多的限制。海洋处置海洋处置主要分为海洋倾倒与远洋焚烧两种方法。海洋倾倒海洋倾倒是将固体废弃物直接投入海洋的一种处置方法。海洋是一个庞大的废弃物接受体，对污染物质能有极大地稀释能力。但纳污容量、能力是有个界限的，并且海洋倾倒长期影响必须作深入研究。开底驳海上违法倾废，造成海洋污染远洋焚烧是利用焚烧船将固体废弃物进行船上焚烧的处置方法。废物焚烧后产生的废气通过净化装置与冷凝器，冷凝液排入海中，气体排入大气，残渣倾入海洋。这种技术适于处置易燃性废物，如含氯的有机废弃物。陆地处置陆地处置陆地处置的方法有多种土地填埋土地耕作深井灌注。土地填埋是从传统的堆放和填地处置发展起来的一项处置技术,是目前处置固体废弃物的主要方法。土地填埋处置种类很多，采用的名称也不尽相同。按填埋地形特征可分为山间填埋、平地填埋、废矿坑填埋；按填埋场的状态可分为厌氧填埋、好氧填埋、准好氧填埋；按法律可分为卫生填埋和安全填埋等。随填埋种类的不同其填埋场构造和性能也有所不同。土地耕作即利用表层土壤的离子交换、吸附、微生物降解以及渗滤水浸出、降解产物的挥发等综合作用机制处置固体废物的一种方法。该技术具有工艺简单、费用适宜、设备易于维护、对环境影响很小、能够改善土壤结构、增长肥效等优点，主要用于处置含盐量低、不含毒物、可生物降解的固体废物。5.2深井灌注深井灌注处置是将固体废物液体化，用强制措施注入到地下与饮用水和矿脉层隔开。主要还是用来处置那些实践证明难于破坏、难于转化、不能采用其它方法处理或采用其它方法费用昂贵的废物。目前，美国每年大约有3×104t流体废物采用深井灌注方法处置，其中11％为危险废物。5.2.1深井灌注的程序废物的预处理场地的选择井的钻探与施工环境监测等。预处理深井灌注处置前，需使废物液化，形成真溶液或乳浊液。预处理防止灌注后堵塞岩层孔隙，减少处置容量。废物中一些组分，与岩层中的流体发生化学反应生成沉淀，最后可能会堵塞岩层。一般采用化学处理或固液分离的预处理方法，将上述组分去除或中和。例如，难溶的碱土金属碳酸盐、硫酸盐及氢氧化物沉淀，难溶的重金属碳酸盐，氢氧化物沉淀以及氧化还原反应产生的沉淀等。防止沉淀的另一种方法是先向井中注入缓冲剂，把废液和岩层液体隔离开来。如一定浓度的盐水等。1.场地选择(1)处置区必须位于地下饮用水源之下。(2)有不透水岩层把注入废物的地层隔开，使废物不致流到有用的地下水源和矿藏中。(3)有足够的容量，面积较大，厚度适宜，孔隙率高。(4)有足够的渗透性，且压力低，能以理想的速率和压力接受废液。(5)地层结构及其原来含有的流体与注入的废物相融，或者花少量的费用就可以把废物处理到相融的程度。2.钻探与施工深井灌注处置井的结构要比石油井复杂而严密。套管，止水1-井盖；2-充满生物杀伤剂和缓蚀液的环形通道;3-表面孔；4、7-水泥；5-表面套管；6-保护套管；8-注入通道；9-密封环；10-保护套管安装深度；11-石灰石或白云岩处置区；12、14-油页岩；13、16-石灰石；15-可饮用水层(砂)；17-可饮用水层(砾石)。凡与废物接触的器材，都应与废物的相融。井内灌注管道与保护套管之间的环形空间须采用杀菌剂和缓蚀剂进入可渗透性的岩层中地层条件要求适宜的地层主要有石灰岩层、白云岩层和砂岩层。在石灰岩或白云岩层处置废物，容纳废液的主要依据是岩层溶隙，以及断裂层和裂缝（岩溶含水层、裂隙含水层）。对于在砂岩层处置，废液的容纳主要依靠孔隙。深井灌注处置系统还要求废物与建筑材料、岩层问的液体以及岩层本身具有相融性。深井灌注处置方法已有40多年的发展历史，是对环境影响较小、适用范围较广的一种处置方法。但也有人持不同意见，认为这种方法缺乏远见，担心深井一旦泄露，将导致蓄水层的污染。5.2.2适于深井灌注废物的种类深井灌注处置方法的适用范围较广，不论是一般废物还是危险废物都可采用此法。一般将适于深井灌注处置废物分为无机废物和有机废物两大类。深井灌注方法主要是用来处置那些经过实践证明难于破坏、难于转化、不能采用其他方法处理或者采用其他方法费用昂贵的废物，如高放射性废物。表5.1美国工业废物深井灌注处置情况工业井数(％)工业井数(％)矿业(9.4％)石油炼制5119.1金属20.7石料及混凝土10.4煤10.4金属加工166.0石油和天然气提炼176.4金属冶炼31.1非金属物质51.9机械业10.4制造业(80.5％)62.2照相业31.1食品31.1其他(10.1％)271.1化学及有关产品13149.1深井灌注的最大使用者是化学、石油化工和制药工业，它们所拥有的井数占现有井数的50％，其次是炼油厂和天然气厂金属工业居第三位。此外，食品加工、造纸也占有一定的比例。深井灌注方法具有广泛的适应性。5.2.3操作与监测深井灌注处置操作可分为两步：一是预处理二是灌注。o在控制的压力下进行，灌注速率一般为0.3～4m3／min。深井灌注系统需配置有连续记录监测装置。在深井灌注管道和保护套管处设置有压力监测器，以检验管道和套管是否发生泄漏，如出现故障，应立即停止操作。深井灌注处置的费用与生物处理的费用相近。5.3土地填埋5.3.1概述固体废物的土地填埋技术在大多数国家已成为固体废物最终处置的一种主要方法。它是从传统的堆放和填埋处置发展起来的一项最终处置技术。早在公元前1000～3000年古希腊米诺亚(米诺斯)文明时期，克里特岛的首府康诺索斯就曾把垃圾分层覆土，埋人大坑之中。土地填埋处置的种类地形特征可分为：山间填埋、峡谷填埋、平地填埋、废矿坑填埋；状态：厌氧性填埋、好氧性填埋、准好氧性填埋和保管型填埋；水文、气象条件：干式填埋、湿式填埋和干湿混合填埋；固体废物污染防治法规：一般固体废物填埋和工业固体废物填埋。通常把土地填埋处置方法及场地也相应分为四类。惰性废物填埋卫生土地填埋工业废物土地填埋安全土地填埋表5.2土地填埋处置的分类分类处置废物的种类安全土地填埋A组：有害废物，还可处置B、C、D组废物工业土地填埋B组：工业废物，还可处置C、D组废物卫生土地填埋C组：城市废物，还可处置D组废物惰性填埋D组：惰性废物1.惰性废物填埋惰性废物填埋是土地填埋处置一种最简单的方法。它实际上是把建筑废石等惰性废物直接埋入地下。填埋方法分浅埋和深埋两种。2.卫生土地填埋卫生土地填埋是处置一般固体废物，而不会对公众健康及环境安全造成危害的一种方法，主要用来处置城市垃圾；3.工业废物土地填埋工业废物土地填埋适于处置工业无害废物，因此，场地的设计操作原则不如安全土地填埋严格，下部土壤的渗透率仅要求为10-5cm／s。4.安全土地填埋安全土地填埋是一种改进的卫生土地填埋方法，还称为化学土地填埋和安全化学土地填埋。安全土地填埋主要用来处置有害废物，因此，对场地的建造技术要求更为严格。如衬里的渗透系数要小于10-8cm／s，浸出液要加以收集和处理，地表径流要加以控制等。此外，还有一种土地填埋处置的方法，即浅地层埋藏方法，这种方法主要用来处置低放废物。土地填埋处置具有工艺简单，成本较低，适于处置多种类型固体废物的优点。目前，采用较多的土地填埋方法是卫生土地填埋、安全土地填埋和浅地层处置法。5.3.2卫生土地填埋1.概述卫生土地填埋是处置垃圾而不会对公众健康及环境造成危害的一种方法。通常是每天把运到土地填埋场的废物在限定的区域内铺散成40～75cm的薄层，然后压实以减少废物的体积，并在每天操作之后用一层厚15～30cm的土壤覆盖、压实，废物层和土壤覆盖层共同构成一个单元，即填筑单元。具有同样高度的一系列相互衔接的填筑单元构成一个升层。完成的卫生土地填埋场是由一个或多个升层组成的。当土地填埋场达到最终的设计高度之后，再在该填埋层之上覆盖一层90～120cm的土壤，压实后就得到一个完整的卫生土地填埋场。卫生土地填埋场剖面图示于图5.2。卫生土地填埋主要分为厌氧填埋好氧填埋准好氧填埋好氧填埋实际上类似于高温堆肥，其主要优点能够减少降解水分；分解的速度快，产生高温。好氧填埋比厌氧填埋在体积上缩小近50％，提高填埋场的使用寿命。分解温度高，可达60℃以上(厌氧27℃)，对消灭大肠杆菌等致病微生物是十分有利的。结构比较复杂，配备供氧设备，增加了施工难度，造价高目前，世界上已经建成或正在建成的大型卫生土地填埋场，广泛应用的是厌氧填埋，它的优点是结构简单、操作方便，施工费用低，同时还可回收甲烷气体。2.填埋场设计规划程序包括场地的选择环境影响评价场地的设计、建造与施工填埋操作封场场地的维护及监测等。5.3.3卫生土地填埋方法卫生土地填埋方法主要有平面法沟壑法斜坡法三种类型。1.平面法2.沟壑法3.斜坡法国外预压紧固体废物的填埋方法。方法是先将固体废物压实，然后按填埋方法进行填埋。这种填埋法不需每日用土壤覆盖，在分级多层的填埋作业中，较下一层可在其上卸满经过压实的废物而脱离裸露状态，在达到最后的填埋高度后再铺上土壤覆盖层，准备场地作其他应用。这种作业可以不考虑气味和碎片的吹扬问题据报道，这种填埋方法的最终密度要比未经处理的大35％。卫生土地填埋法工艺简单，操作方便，处置量大，费用较低，它既消纳处置了垃圾，又可根据城市地形地貌特点将填埋场开发利用。5.4安全土地填埋5.4.1概述安全土地填埋是在卫生土地填埋技术基础上发展起采的，是一种改进了的卫生土地填埋。安全土地填埋场的结构与安全措施比卫生土地填埋场更为严格。地址远离城市和居民必须有严密的人造或天然衬垫土壤、衬垫渗透席殊小于10-8cm／s；配备严格的淋洗液收集、处理及监测系统；设置完善的气体排放和监测系统；废物在处置前进行稳态化预处理，填埋后更为安全。2.安全土地填埋的废物种类危险废物不应处置易燃性废物、反应性废物、挥发性废物和大多数液体、半固体及污泥；不应处置互不相融的废物，以免混合以后发生爆炸，产生或释出有毒、有害气体或烟雾。3.安全土地填埋场地设计原则及注意问题(1)处置场的容量应足够大(2)处置系统能满足全天候操作要求；(3)处置场地所在地区的地质条件、环境适宜，可长期使用；(4)符合相关规定以及危险废物土地填埋处置标准。安全土地填埋场地设计时应注意的主要问题是废物处置前的预处理；由天然或人造衬垫或淋洗液收集及监测设施所构成的地下水保护系统；场地及其周围地表水的控制管理。4.安全土地填埋场的基本设施5.4.2填埋方案根据场地的地形、水文、地质等条件以及填埋的特点，土地填埋方案主要分为以下三种：1.人造托盘式2.天然洼地式3.斜坡法1.人造托盘式2.天然洼地式天然洼地式填埋场地是利用天然的地形条件，如天然峡谷、采石场坑、露天矿坑、山谷、凹地等构成盆地状容器的三个边，在其中处置固体废物。3.斜坡法5.4.3地下水保护系统1.淋洗液的来源和产生量安全土地填埋，淋洗液主要来自废物本身含水、地下水、降水及地表径流。通常废物本身含水很少，特别是在处置前进行脱水或稳态化预处理，则废物本身含水可以忽略；如果场地的选址合理，填埋场底部远在地下水位之上，同时设置防渗衬垫，则地下水渗入问题也可忽略。