城市生活垃圾的卫生填埋，本文主要内容关键词为：生活垃圾论文,填埋论文,卫生论文,城市论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
城市生活垃圾是人们生活中产生的综合废弃物，在收集、运输和处理、处置过程中，其本身含有的和产生的有害成分，会对大气、土壤和水体造成污染，不仅严重影响城市环境质量，而且威胁人们的身体健康。同时，随着城市人口的增加、城市规模的扩大和居民水平的提高，我国的城市垃圾产量也急剧增加。因此，对垃圾的处置刻不容缓。
垃圾处置方法中，常用的有简单堆放法、堆肥发酵法、卫生填埋法、焚烧发电法和回收综合利用资源化的方法。其中，卫生填埋法以其处理量大、成本低廉、适用范围广、无二次污染、环保效果显著和处置彻底等优点，在世界范围内被广泛采用。国家科委和建设部也将此法定为垃圾处置和处理的首选推广方法。
1 垃圾卫生填埋的研究及处置现状
1.1 国外研究现状及发展趋势
(1)前期阶段（20世纪40～50年代）：垃圾以简单的露天堆放为主，场址选择以交通方便为准则，较少考虑环境保护。
(2)初始阶段（20世纪60～70年代）：开始重视垃圾对环境的影响，主要表现在对场地的定性分析和评价上。
(3)地质环境影响的机理研究阶段（20世纪70年代后期～80年代中期）：其主要特点是着重对单个污染组分与地下水或地层中矿物组分相互作用机理的研究。
(4)全面系统化研究阶段（20世纪80年代后期开始至今）：对地质处置场研究更加全面、深入和系统，具体表现在：
①处置场设计更加系统和完善；
②场地地质环境效应研究综合化和系统化；
③地质处置场阻隔材料性能的研究日趋活跃；
④计算机人工智能系统引入该领域。
1.2 国内填埋的研究及处置现状
总体上，我国目前在该领域的研究水平相当于国外第二或第三阶段的研究水平，但某些研究成果已达到国外第四阶段的研究水平。
同时，自1991年9月建设部和科委正式把卫生填埋处置技术确定为我国近期推广的首选技术后，我国各大中城市陆续兴建了一些大、中型城市垃圾卫生填埋场，如深圳下坪生活垃圾填埋场、北京阿苏卫生生活垃圾填埋场、杭州天子岭垃圾填埋场、苏州七子山生活垃圾填埋场、四川绵阳市房楼村生活垃圾填埋场等。并且，建设部在2001年颁布了《城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准》和《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》，这必将促进垃圾卫生填埋在我国的大发展。
2 垃圾特性、垃圾填埋场功能与构造
2.1 垃圾特性
城市生活垃圾又称城市固体废弃物，它的构成特性与地理条件、经济发展水平、居民消费水平、消费结构以及城市居民燃气化率等因素有关。我国城市垃圾在产量迅速增加的同时，垃圾的构成及特性也发生了很大的变化。
国家建设部标准定额研究所对1996年我国直辖市垃圾成分的调查表明，城市生活垃圾中，有机成分约占总量的60%，无机物占40%。其中废纸、塑料、玻璃、金属、织物等回收物占总量的20%。见图1。
图1 1996年全国直辖市垃圾成分构成(%)
Fig.1 Chart of Waste Components in Some Metropolitans of China in 1996
垃圾成分对垃圾填埋场的设计和运行有着重要的影响，主要体现在垃圾成分不同埋填释放物就会出现很大的差异，同时对填埋场和稳定时间也会有很大的影响。
2.2 垃圾填埋场的功能
日本的废弃物最终处理场指南中指出“填埋处理是用不影响生活环境的保护方法，将废弃物适当地处存，同时利用自然界的代谢功能将其稳定化、无害化。”也就是说，一个标准的卫生填埋场应具有贮留垃圾、隔断垃圾与外界环境的水力联系，以及水、气和垃圾本身处理的三大功能。前两功能是很早就被人们了解的功能，最后的功能是最新被人们了解的，所谓的“生物发生器”(Bio-reactor Landfilling)，即利用填埋层作为有机物降解的生物反应器，处理填埋场产生的含高浓度有机物渗沥液和使垃圾的有机物迅速降解。
2.3 填埋场的构造
填埋场构造这一概念是由日本学者根据其研究成果提出来的。根据填埋层内部状况和运行条件，填埋场构造分为五类：①厌氧性填埋；②每日覆土的厌氧性卫生填埋；③底部设渗沥液集排水管的改良型厌氧性卫生填埋；④设有通气、集排水装置的半好氧性填埋；⑤强制通入空气的好氧型填埋。
③和④的主要区别是是否利用渗沥液集排水管向填埋层中自然通风。③产生沼气，可以引出燃烧发电、产热，使垃圾中的有机能量得到利用；但其产生的渗沥液中有机物含量高，难以处理，而且垃圾稳定所需时间较长，封场后仍需要较长时间维护管理。④正好相反，易稳定，渗沥液中有机物浓度在较短的时间内达到较低的水平，并趋于稳定，但无法产生沼气或其中甲烷浓度过低，没有收集利用的价值。
3 垃圾填埋场的规划、选址及勘察
垃圾填埋场规划选址是填埋场工程中重要的技术环节，主要表现在安全和经济两大方面。从安全方面考虑，应防止填埋场对周围环境的污染。从经济角度考虑，要通过选址使工程造价最低。因此，选址在填埋场工程中具有突出的重要意义。
3.1 填埋场的规划、选址
3.1.1 规划、选址的基本准则①规划、选址应以合理的技术、经济方案，减少投资，保护环境；②场址选择应排除土地利用法规定限制地段，且具备有利的交通条件；③场地地形：其坡度应有利于填埋场施工和其他配套建筑设施的布置；④考虑对地表水域的保护；⑤考虑对居民区的影响，场址至少应位于居民区1km以外或更远（德国标准），避免噪音、恶臭影响；⑥场址地基渗透系数
，且具有一定厚度，否则应进行人工防渗；⑦场地基础应位于地下水最高水位标高至少1m以上（德国标准），及地下水主要补给区范围之外；⑧场地应位于不利的自然地质现象（如滑坡、倒石堆等）的影响范围之外；⑨覆盖土应较易取得，且场址具有充足可使用面积的地方，满足长远发展规划的需要。
3.1.2 选址技术方法流程
图2 选址技术方法流程图
Fig.2 Flow Chart of Selection Technology
3.2 填埋场的勘察
填埋场勘察的技术方面应根据场地勘察控制等级采用不同的技术方法和精度，确定不同的勘察内容。勘察技术方法主要有以下一些：区域综合地质调查；综合物探技术勘察；钻探技术方法；土工试验与专门实验技术方法
4 填埋场中的垃圾渗沥液
4.1 渗沥液的产生、影响因素及产生率估算
渗沥液是水或其他液体与废弃物作用产生的一种液体。它主要是由降水和填埋场中废弃物挤出的孔隙液体而产生的，易腐烂的废弃物分解也产生其他液体。它是包含一定溶解物质或悬浮物质的污液。见图3。
图3 填埋场渗沥液的产出
Fig.3 Output of Leachate
影响渗沥液的因素主要有以下几个：①降水量；②地表水的侵入；③遮蔽条件；④顶盖设计；⑤气候因素。
渗沥液数量主要依赖于难以预测的降水量。填埋场在工作条件下和封闭条件下淋滤液产生的速率相差很大，渗沥液数量的计算方法也是不同的：
(1)工作条件下渗沥液产生速率的方程（不考虑地表径流）
其余符号同前。
4.2 污染质在土体中的传输
目前，国内外很多垃圾填埋场都是通过铺设防渗垫层来截住垃圾填埋场的污染源，使其不流入地表水、土壤和地下水中，并且大多数的填埋场设计规程中将渗透系数的最低值视作评价粘土防渗垫层或其它防渗性能极为重要的参数，这是以Darcy（达西）定律为理论依据的。
但是，事实证明这个最低的标准已不再满足填埋场指定运行期必须阻止垃圾组分经防渗垫层运移的要求。由于多数填埋工程仅符合这个最低计算标准，却经常发现污染物在不透水的土壤中扩散。这就已经涉及到污染质在土中的传输的问题。
一般说来，污染质通常有两种传输方式，即对流与扩散。扩散(Diffusion)是指溶质沿浓度梯度方向运动，即使渗沥液不向土体渗透，污染质仍会迁移。对于低渗透性的地质介质，扩散是溶质传输的主要方式之一。另一种传输方式是对流，污染质将借渗沥液的渗透而流动。
4.3 污染质对土体的影响
4.3.1 污染质中有机成分对土体的影响土体中的孔隙液体与粘土矿物的相互作用是由吸附作用与阳离子交换等原因而引起。当污染质中的有机成分侵入粘土一水体系时，随时间推移，在扩散双电子层中的水分和其他阳离子可能被有机质替换。有机质分子与水的胶结强度完全不同。有机质的导电常数也小于水的电解质常数值，因此在土体结构方面会引起一些改变。由于土的强度、变形和渗透性质受土体结构形态的影响，因此土的性质会由于结构的变化而改变。有机质进入土结构中的层间空隙导致土体膨胀，也将导致剪切强度和渗透性降低。
有机酸能溶解粘土矿物，这是因为质子替换粘土表面的吸附离子以及能用氢置换铝、镁与硅的缘故。
4.3.2 污染质中的无机成分对土体的的影响无机质土壤的粘性成分对其工程性质有一定影响，土体中化学变化或孔隙液体的电解质浓度对水力传导有影响。单价的离子有较大的水化半径，能导致较大的层间空隙与较大的粘土颗粒扩散层。粘土矿物对阳离子的亲和力随离子价数增加而增加。离子交换会影响双电子层厚度从而改变土的结构和体积并引发裂纹及宏观空洞。
4.4 渗沥液的处理
目前，国内外正不断深入地进行渗沥液处理技术的研究。渗沥液是一种危害较大的高浓度有机废水，不仅水质成分复杂，且其水量及污染物的深度随垃圾组成、填埋方式，以及不同的季节和气候有明显的变化.是一种处理难度较大的废水。
迄今为止，国内外对垃圾渗沥液比较成熟的处理方法主要有：生物处理法，其中包括厌氧一好氧处理法，AB法（即吸附絮凝一生物氧化处理法），生物氧化塘法，还有活性炭吸附法等。王罗春等人还提出利用填埋场的生物“滤床”功能，通过回灌处理渗沥液。针对上述方法处理的问题，还有人提出了采用一种新型的复合型无机高分子混凝剂——聚硫氧化铁铝，应用亚滤技术作深度处理。
5 防渗材料及渗沥液处理系统
5.1 防渗材料
填埋场防渗衬层系统是填埋场必不可少的设施之一。其作用是将填埋场内外隔绝，控制渗沥液排放进入粘土及地下水和阻止外界水进入垃圾填埋层增大渗沥液的产量。这一系统的组成有各种各样的材料，但目前通用的主要有两种：粘土和人工合成材料。粘土除天然粘土外，还有改良土（如改良膨润土）；而人工合成材料虽然有许多种，但目前最常用的是高密度聚乙烯(HDPE)。实际上，在国外大部分填埋场建设中所选用的衬层系统是复合衬层，即用粘土（人工或天然）层和人工合成材料层复合而成一个完整的衬层系统。我国也正在向该方向发展，并已建造了几座该类型的卫生填埋场。
5.1.1 粘土塑性指数Ip大于10且粒径小于0.002mm的土被定义为粘土，它是土衬层中最重要的成分。粘土衬层在设计的要求必须具有一定的防渗能力。根据达西定律，穿过衬层的渗沥液流速与衬层的渗透率、渗沥液积水位成正比，而与衬层厚度成反比。因此，衬层厚度和衬层材料的防渗能力是两个最主要的指标。各国对粘土衬层的渗透率基本要求，一般应小于等于
，但对厚度要求不同，发达国家要求更严格一些。
5.1.2 人工合成材料人工合成的渗透系数低于
的聚合物防渗膜（塑料防渗膜），可用以阻止渗沥液向粘土和地下水扩散。目前已应用的聚合物防渗膜有很多种，HDPE由于其耐化学腐蚀能力强、制造工艺成熟、易于现场焊接，并积累了比较成熟的工程实施经验而成为最广泛地应用于填埋场的防渗衬层材料。
5.1.3 复合衬层复合衬层是由两种防渗材料上下紧密相贴而形成的防渗层。常用的是粘土与HDPE膜组成的复合衬层。研究表明，这种复合衬层的防渗效果明显优于同样组成的双衬层，这可由达西定律解释，其构造如图4。
图4 复合衬层的构造
Fig.4 Structure of Composite Liners
近几年来，美国发展了几种叫土工聚合粘土衬垫(GCL)的薄预制粘土铺盖，并被建议代替衬垫和覆盖系统中的压实土层。土工聚合粘土衬垫是将膨润土夹在土工织物中间或连接在土工膜上混合制成的，它们能利用轻型设备安装，这可尽量减小对下卧层的损害，同时也易铺设在边坡上。
5.2 渗沥液处理系统
渗沥液处理系统除了传统的集排水功能（即渗沥液量的控制）外，还可包括气体导流功能和一些其它功能。作为一个完整的填埋场渗沥液处理系统应包括防渗层、覆盖层（包括表面水排除系统）、渗沥液集排水系统、地下水集排水系统、雨水集排水系统、贮存构筑物和渗沥液处理设施等。这样既隔绝了渗沥液与周围环境的联系，又便于将渗沥液集中处理，从而达到保护环境的目的。
6 填埋中的垃圾力学
垃圾力学，主要是研究垃圾材料的强度和变形特性，建立垃圾填埋场稳定和变形分析方法，为垃圾处理和垃圾处理场（厂）的设计施工等奠定理论基础。填埋中所涉及的垃圾力学问题主要有：
6.1 填埋沉降
垃圾沉降的机理相当复杂，垃圾填埋场所表现出来的极度非均匀性和大空隙程度决不亚于土体。固体废弃物的沉降包括主固结沉降和长历时的次固结沉降。填埋场地基总沉降包括弹性沉降、主固结沉降和次固结沉降三部分。
6.2 填埋场稳定分析
在垃圾填埋过程中除了需保护周边地下水和大气不产生严重污染外，还应注意在填埋的废弃物中以及经过填埋场地基和沿衬垫系统发生的稳定破坏现象。其中衬垫系统的破坏最受关注。因为一旦衬垫被破坏，填埋场的渗沥液就可能进入周围土体及地下水中。造成新的环境污染。
7 填埋场的管理
填埋场成功运行的关键是要对填埋场进行合理的管理。其管理包括行政管理和现场管理两部分。行政管理是指填埋场规定和规章的制定、财务管理、填埋场长远规划、制定日常操作计划和环境检测的一系列的工作。现场管理是指从垃圾进场、称重、摊铺、压实、覆盖以及渗沥液和填埋气的收集、处理、环境检测的一系列过程的实施。
8 结论
应该说，我国垃圾填埋场为保护我们的生存环境发挥着重大作用，但是，由于卫生填埋工程起步较晚，目前还存在不少问题，如，填埋场的选址、设计建设、运行管理、环境监测等。因此，应加强各方面的技术和经验交流，促进我国垃圾填埋场这项造福于民的环保事业健康发展。