填埋場滲濾液污染地下水問題實(shí)例分析

1、第19卷增刊2004 年6月地球科學(xué)進(jìn)展ADVANCE IN EARTH SCIENCESVol.19 Suppl.J un.，20041001-8166 ）增-0185-04 文章編號：（2004填埋場滲濾液污染地下水問題實(shí)例分析蔡金傍，朱亮，段祥寶21；2.河海大學(xué)水文水資源及環(huán)境學(xué)院，江蘇南京210098 ）（1.南京水利科學(xué)研究院，江蘇南京210029摘要：結(jié)合工程實(shí)例敘述了填埋場場址選擇和防滲處理設(shè)施，建立針對填埋場地下水污染問題的預(yù)測模型，利用該預(yù)測模型對填埋場滲濾液污染地下水進(jìn)行計算與分析，結(jié)果表明，選擇合適的填埋場不僅工程措施簡單，工程投資少，而且對地下水的污染甚微，能更好滿足

2、填埋要求。關(guān)鍵詞：填埋場；選址；滲濾液；地下水污染；監(jiān)測方法P641文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A中圖分類號：0引言填埋工程是有控制地處理固體廢棄物的一種方法，填埋場的設(shè)計應(yīng)根據(jù)填埋場地的地形地貌、水文地質(zhì)條件和所填埋處理廢物的特性等具體情況確定，因而在建設(shè)填埋場時應(yīng)著重考慮填埋場地的選址，并根據(jù)填埋場地采取相應(yīng)的防滲措施，同時對填埋場地下水污染進(jìn)行預(yù)測與監(jiān)測，確保填埋場能夠安全運(yùn)行。本文結(jié)合工程實(shí)例，敘述填埋場場址選擇、場內(nèi)防滲設(shè)施以及滲濾液污染地下水的計算分析。在運(yùn)輸過程中對環(huán)境的影響；廢河道土層主要為k5×10 粘土和砂土二元結(jié)構(gòu)，河底為粉質(zhì)細(xì)砂，m / d，透水性大，極易形成地下水污染通道

3、，又由于該區(qū)域天然地下水高于填埋場底部，地下水容易利用砂土的滲透性和虹吸作用向廢渣場內(nèi)滲透流動，從而造成場內(nèi)滲濾液增多，更嚴(yán)重的是廢渣產(chǎn)生的有害滲濾液隨水的流動而造成地下水污染，因此需要在底部和周邊設(shè)防滲墊層；由于填埋深度有限，因而平面面積加大，受地表水和降雨影響大，雨水匯集面積大，滲濾液較多，同時還需排泄地下水，因此污水處理量大，運(yùn)行費(fèi)用高；地基承載力弱，需作地基處理；河道位于低洼平原地帶，居民密集，有引用水源，對居民影響較大；占地面積大，河床填2，mkm ，需60萬m，河道寬20 需30 不埋深度為8m，滿足要求。km ，（2）廢白云石礦坑。該礦坑距工廠1.5 距km ，長江5.0 礦坑位

4、于山的頂部，三面為比較陡峭開1工程實(shí)例萬長江下游江邊上某工廠年產(chǎn)濕廢渣7.93m，55。廢渣中主要有呈灰褐色，含水率50 3害物質(zhì)為六價鉻，含量約占4，另外還含有碳、氫氧化鈣等物質(zhì)。據(jù)估算，建成后的填埋場每天產(chǎn)生207 滲濾液，mmg / L。其中Cr濃度約為3.5 1.1填埋場場址選擇36采剖面，一面為礦石運(yùn)輸通道。礦坑周圍層層山體簇?fù)?，極其穩(wěn)定，山體植被稀少，無農(nóng)業(yè)種植和自然公園及自然保護(hù)區(qū)等。礦坑四周為丘陵地帶，遠(yuǎn)離居民區(qū)，對居民影響小，且不會造成生態(tài)環(huán)境破壞。利用該礦坑填埋廢渣，填埋場受地表水、降雨的影響較小，收集的滲濾液少，處理費(fèi)用低。利用天然深坑，工程量少，巖基承載力強(qiáng)，無須地基處

5、理，投資少。礦區(qū)骨架構(gòu)造為向南傾的單斜構(gòu)造，均為巖脈充填，礦坑主要由侏羅紀(jì)沉積巖形成，巖層主要為白擬選的填埋場地有廢河道洼地和廢白云石礦坑，選址時分別從工程地質(zhì)與水文地質(zhì)、工程措施、廢渣運(yùn)輸、環(huán)境影響等方面對它們進(jìn)行了比較選擇，比較結(jié)果如下：（1）河道洼地。該河道為廢棄運(yùn)河道，距工廠7.0 km ，km ，3 km 。作為場址，距長江3.0 河道長2存在以下問題：擬選河道洼地不能較好解決廢渣2004-04-10.收稿日期：861地球科學(xué)進(jìn)展第19卷云巖，局部夾灰質(zhì)白云巖條帶和白云質(zhì)灰?guī)r，其底下為300m厚的天然白云巖巖層。礦坑地下水的平均深度為地下埋深260 m，水位比較穩(wěn)定，無須排泄地下水。

6、經(jīng)現(xiàn)場踏勘，坑底及邊坡的白云巖較為完整，風(fēng)化程度不高，防滲性能好，防滲處理較簡單。為準(zhǔn)確了解坑底及上部裂隙發(fā)育帶天然巖層（白云巖）的滲透性，便于污染預(yù)測，對礦坑進(jìn)行壓水試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1。表1廢白云石礦坑壓水試驗(yàn)結(jié)果單位吸水量試驗(yàn)地點(diǎn)漏水量總壓力值試段長度滲透系數(shù)Q（ l / min ）S（m）L（m）（l / min m2）K（ m / d）山頂孔第次3.60 ×10130.05 2.40 ×10 32.07 ×10 3山頂孔第次0.73530.55 4.20 ×10 33.62 ×10 3山頂孔第次6.954 0.05 3.47 

7、5;10 23.00 ×10 2塘底孔第次1.13 ×10263.05 3.60 ×10 53.10 ×10 5塘底孔第次2.17 ×10268.056.40×1055.50×10 5礦坑可使用的填埋容積為487 萬m3，每年產(chǎn)生的廢渣為7.93 萬m3，則填埋場的填埋年限約為60年，滿足填埋要求。經(jīng)過上述比較分析可知，選擇廢白云石礦坑作為廢渣填埋場地，具有工程量小，投資少，不容易造成地下水及地表水污染等優(yōu)點(diǎn)，因此該填埋場最后選用廢白云石礦坑。1.2工程措施（1）防滲措施。礦坑底下的天然巖層防滲性能好，是天然的防滲層，同時滿

8、足地基強(qiáng)度的要求，不需要設(shè)置防滲層。礦坑的側(cè)面局部風(fēng)化裂隙比較發(fā)育，采用注漿和噴漿處理，即可達(dá)到防滲要求。（2）地下排水。在填埋物和覆蓋層之間鋪設(shè)一層排水層或一系列多孔管，使已經(jīng)透過表面覆蓋層的雨水通過排水層進(jìn)入收集系統(tǒng)排走。（3）導(dǎo)流設(shè)施。為了收集和導(dǎo)出滲濾液，需要在填埋場底部鋪設(shè)約40c m 厚的礫石層作為導(dǎo)流層，同時在導(dǎo)流層底部設(shè)置導(dǎo)流管和盲溝。2填埋場地下水污染的預(yù)測與監(jiān)測2.1填埋場污染預(yù)測模型為了保證填埋場建好后能夠安全運(yùn)行，需要對滲濾液污染地下水進(jìn)行預(yù)測，這對填埋場的設(shè)計具有重要的指導(dǎo)作用并且可以預(yù)知將來滲濾液污染地下水的情況。滲濾液污染地下水的水流模型可采用飽和非飽和滲流模型1

9、：xk（xzk（zk（）（c（）SstS dc（）sd（1）式中：（x，z），滲透系數(shù)k（）為體積含水量的函數(shù)，、n、c（）、Ss分別為壓力水頭、孔隙率、比水分容量和單位貯存量。當(dāng)飽和度Sw1時，c（）0，上式為飽和滲流基本方程式。初始條件和邊界條件為：（x，z，0）0（x，z）（x，z）（x，z，t）1（1x，z，t）nx，z，t）r2（2x，z，t）（x，z）1I2，1Y2滲濾液在滲漏作用下污染遷移影響地下水的水質(zhì)模型為4：ctxDcxxxDcccxzzzDzzzDzxxxcVx）zcV2）R（2）c（x，z，0）c0（x，z）（x，z）c（x，z，t）1c1（x，z，t）cnx，z，t）

10、r2c2（x，z，t）（x，z）1I2，1Y2D式中：D為彌散系數(shù)張量，DxxDxzDD，C、R、V分xzzz別為污染物濃度、源匯項和流速；2.2填埋場污染監(jiān)測填埋場地下水污染應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測工作。目前常用的監(jiān)測方法有地球物理法和傳統(tǒng)打鉆取樣分析法，前者具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它能夠從地面遙測地下介質(zhì)特性的三維變化，因而它的效率高，成本低，此外它的探測范圍廣，更具有代表性。在填埋場污染監(jiān)測中常用的地球物理方法有電（磁）法、磁測、地質(zhì)雷達(dá)和地震法等。地震折射法可以探測填埋場的底界面、查明淺部未固結(jié)沉積的厚度和基巖面起伏，非滲透性基巖面的凹陷對污染的滲入液和滲濾液起到控制作用。地震反射法主要適用于探測填埋場的地

11、質(zhì)構(gòu)造，如確定含水層的位置、厚度和延伸以及探測對地下水污染液體起導(dǎo)向作用的斷層。磁法探測一般要求地下含有鐵磁性物質(zhì)。地質(zhì)雷達(dá)的監(jiān)測效果主要取決于地下物質(zhì)介電常數(shù)的差異，不過介質(zhì)中粘土含量和含水量的變化對雷達(dá)結(jié)果會產(chǎn)生干撓。2.3滲濾液污染地下水計算分析（1）填埋場滲漏量計算分析。填埋場所在地區(qū)日降雨量最大為262.5 mm （1972 年），連續(xù)降雨天數(shù)增刊蔡金傍等：填埋場滲濾液污染地下水問題實(shí)例分析 871為17天，因此從安全角度出發(fā)，考慮填埋場受降雨入滲影響廢渣全部飽和，廢渣的透水性一般為2×106×10 m / d。滲濾液經(jīng)白云巖滲入地下水，m / d。根據(jù)壓水試驗(yàn)白

12、云巖的透水性達(dá)10建立巖石和廢渣兩層在內(nèi)的二維滲流數(shù)學(xué)模型5110.00128 /mJx如圖1所示；單寬滲量q（dm），0.2，Jz0.15，kJx 5×10 ×0.210 從而Vx m / d，Vz0.75 10 ×555m / d。即（1）式，其邊界條件為：30 m廢渣頂面hm處深層地下水位m渣場外1000 200，m 。m填埋場可堆放高度為60 坑底高程為30時，m若填埋場60年堆放高程至30 占地面積277 600 m，m，礦坑頂部寬40 以二維計算結(jié)果來估77600/40 計整個填埋場的滲漏總量為0.00128 ×2.56 /d。m應(yīng)用二維滲流

13、有限元法計算程序1計算，結(jié)果圖1廢礦坑填埋場滲漏計算等勢線分布深層地下水的m廢渣滲濾液滲入巖層，對200。實(shí)際上巖層透水性小，m從礦浸潤影響范圍為500 所示，從圖2中可以看出，當(dāng)?shù)叵滤秀t的控制標(biāo)準(zhǔn)mg / L時，則地下水污染影響水平范圍為為0.05300 以內(nèi)，m 以內(nèi)，m垂直影響范圍100 均在非飽和坑底至地下水位間為非飽和帶，滲漏量較計算值還。要?。?）滲濾液中有害物質(zhì)對地下水的污染影響分mg / L，析。廢棄物浸水后鉻的控制濃度為1.5 模擬帶內(nèi)，因此填埋場滲濾液的下滲不會對地下水造成污染。2.4廢河道洼地計算分析在滲漏作用下鉻的污染遷移影響地下水程度。5，10 巖石的彌散度取為10

14、0則橫向彌散系數(shù)Dl100 10 ×2對于廢河道填埋場滲漏同樣可用（1）式模型求得數(shù)值解，河道表層覆蓋土（粉質(zhì)粘土）的透水性k10 m / d，k10 m / d，k1 m / d，廢渣 粉質(zhì)細(xì)砂3 /m m計算得單寬滲量0.51 （dm）。若以底寬20 km ，30 計，則填埋60萬hm需30 總滲量0.51 ××331015 000 m/d，滲漏量較大。若考慮底面和周邊k10 m / d，均設(shè)置防滲墊層，取 計算得單寬滲量23m/d，7.5 10 縱向彌散系數(shù)DT×2221m/d，則可歸結(jié)為（2）式的定解問題，其邊界條件為：C01.5 mg / L

15、礦坑Cz，0）0 （±，C0）0 （x，±，利用剖面二維水流場模型中求出的Vx和Vz，代入（2）式求解，可得近似解：0.06 m/30 10 1800 （dm），總滲量0.06 ××m/d。由污染運(yùn)移方程，求得污染物在地下水運(yùn)移600 m，影響范圍在500 較廢礦坑填埋場影響范圍大。33珔 CC z，t（x，）/C0xpDxx x0）V（z z0）r r0）Vx（ V（z r式中VrZ軸的鉻污染最終運(yùn)移過程如圖2計算出沿X、該填埋場選用廢白云石礦坑是比較合理的，其工程措施簡單，工程投資少，而且由于巖石比較新鮮，透水性極小，滲濾液對地下水的污染甚微，能夠滿

16、足填埋要求，確保填埋場的安全運(yùn)行。881地球科學(xué)進(jìn)展第19卷圖2廢礦坑污染運(yùn)移過程3結(jié)論填埋場選址要，注重工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件的選擇。選擇合適的填埋場地不但工程措施簡單、工程費(fèi)用低，而且可以很好地滿足填埋要求，確保填埋場的安全運(yùn)行。填埋場應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做好防滲設(shè)施，以免對地下水造成污染。同時加強(qiáng)填埋場地下水污染的數(shù)模預(yù)測和監(jiān)測工作，數(shù)模預(yù)測對填埋場的設(shè)計及施工具有重要的指導(dǎo)作用；地球物理法探測可以用來監(jiān)測治理過程和評價治理效果，也為填埋場的管理與安全運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)。References 參考文獻(xiàn)（ ）：1毛昶熙，段祥寶，等.滲流數(shù)值計算與程序應(yīng)用M.南京：河1999.海大學(xué)出版社，2王秉忱

17、等主編.地下水水質(zhì)模型M.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出1985.版社，3鐘振洋等.垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)J.城市環(huán)境與城市生態(tài)，1999 ，1245-49.（2）：Duan Xiangbao. Numerical Modeling and Optim al Estimationof 4t he Transportofthe Groundwater Pollution ournal of Hy-J.J draulic Dynamics ，1997 ，273-279.CASE STUDY OFLANDFIL L LEACHATEP OLLUTIO NIN GROUNDWATER CAIJ in - bang ，

18、ZHULia ng ，DUANX ia ng- baoNan jing Hydraulic Research Institute ， Nan jing （1.121210029 ， China ；2. Collegeof Water Resources and Environment Hehai University ， Nan jing 210098 ，China ， ）Abstract ：Inthe form of practical engineering exam ple ， this paper narrates the site selection and fac ilities g uarding against seepage oflandfill. Inthis paper ， the predictive modelon groundwater pollutio nmade by landfill was made here. Finally ， by use of thisnumerical model the groundwater pollution in the landfillwas calculated ， a nd analyzed by the practicalengineering exa mple. The resultsshow th