丹陽北莊生活垃圾填埋場地下水污染分析

張洪玲,蔡金傍,李維新

(環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所,江蘇南京 210042)

丹陽北莊生活垃圾填埋場地下水污染分析

張洪玲,蔡金傍,李維新

(環(huán)境保護部南京環(huán)境科學研究所,江蘇南京 210042)

建立了針對生活垃圾填埋場地下水污染問題的數(shù)學預測模型,以丹陽北莊生活垃圾填埋場工程為例,預測和分析了北莊生活垃圾填埋場滲濾液對地下水的污染。

生活垃圾填埋場;滲濾液;地下水污染模擬

目前,發(fā)達國家 69%～73%的城市垃圾是用衛(wèi)生填埋法處置,我國的垃圾衛(wèi)生填埋始于 20世紀80年代,盡管城市垃圾衛(wèi)生填埋場有許多優(yōu)勢,但在其填埋階段以及填埋場封場后都會產生滲濾液,并不同程度影響填埋場周圍地區(qū)地下水。本文結合丹陽北莊生活垃圾填埋場工程實例,建立針對填埋場地下水污染問題的數(shù)學預測模型,并對填埋場封場后滲濾液污染地下水進行預測和分析。

1 填埋場概況

丹陽市北莊生活垃圾填埋場位于丹陽市區(qū)西側北莊村聯(lián)興大隊,距離中心城區(qū) 7 km。填埋場總占地面積 67147m2,填埋垃圾總量為 58萬 m3。填埋場北與麥溪張巷村隔香草河相望,南靠麥溪肇莊村,東鄰麥溪北莊村及十里長溝。垃圾堆體平面投影呈梯形,北側緊靠丹陽—行宮公路,道路北側為香草河(寬度約 40m);東側 30m外為利民河。

北莊生活垃圾填埋場自 1992年投入使用以來,一直沿用至 2006年丹陽市毛甲衛(wèi)生填埋場建成為止。北莊生活垃圾填埋場沒有防滲措施、滲濾液導排及處理系統(tǒng)、填埋氣體導排系統(tǒng),日常填埋作業(yè)為簡易填埋,覆蓋措施不到位,存在揚塵、飄浮物、臭氣、蠅、鼠等污染,垃圾堆體坡腳有滲濾液聚集現(xiàn)象,對當?shù)丨h(huán)境影響較大。

2008年,丹陽市按國家規(guī)范要求對北莊生活垃圾填埋場進行封場,盡可能修復生態(tài),減少對環(huán)境的影響。封場工程主要包括圍堤、垂直防滲墻、垃圾堆體修整、滲濾液導排及處理、填埋氣體導排收集、終場覆蓋、雨水導排、終場利用及景觀等。

2 填埋場地下水污染預測

2.1 預測模型

滲濾液污染地下水的水流模型采用飽和—非飽和滲流模型[1]:

式中:(x,z)?Ω;透系數(shù)k(ψ)為體積含水量的函數(shù);ψ、n、c(ψ)、Ss分別為壓力水頭、孔隙率、比水分容量和單位貯存量。當飽和度Sw=1時,c(ψ)=0,上式為飽和滲流基本方程式。

初始條件和邊界條件為:

滲濾液在滲漏作用下污染遷移影響地下水的水質模型為[2]:

2.2 模型計算方法

應用有限元法求解公式 (1)及相應定解條件,本次滲流計算采用二維滲流計算程序 UNSST2(Unsteady Seepage&Stability,2-D)。該程序可以用來研究各類型石壩、閘壩地基、渠道滲漏和礦坑排水及灰壩尾礦壩等滲流問題,也可用來研究庫水位上升、下降情況下的非穩(wěn)定滲流,同時還可用于壩坡穩(wěn)定性計算。計算中土體透水性均概化為非均質各向異性,滲流量計算采用中斷面法。

2.3 計算參數(shù)及計算斷面劃分

根據(jù)填埋場地質勘察報告,北莊垃圾填埋場在埋深 20m以上可分為四層,現(xiàn)自上而下分別為素填土、粉土、淤泥質粉質粘土及粉質土。各層如下:素填土為灰色,松散狀態(tài),填料以粉質粘土為主,層厚一般為 0.9～3.0m;粉土為黃色,稍密,飽和,搖振反應中等,無光澤反應,干強度低,韌性低,層厚 0.5～1.8m,Ps采用值為 2.6MPa;淤泥質粉質粘土為灰色,飽和,流塑,局部夾淤泥質粉土,搖振反應無,干強度中等,韌性中等,Ps采用值為 0.7MPa,層厚8.0～20.0m;粉質粘土為灰黃色,可塑,局部夾粉土,稍有光澤,搖振反應無,干強度中等,韌性中等, Ps采用值為 2.6MPa。該土層本次勘察未見底。

滲流計算時把填埋場的地層劃分為 3層,即第1層為素填土層;第 2層為包含粉土和淤泥質粉質粘土單元土體的地層;第 3層為粉質粘土層。其中第 1、3層的滲透系數(shù)參考附近地區(qū)相同土料的試驗值而定,垂直防滲墻的滲透系數(shù)參考同類工程取值,丹陽北莊填埋場各層所采用的滲透系數(shù)指標見表1,計算斷面如圖 1a所示。

表1 北莊填埋場各層土滲透系數(shù)

2.4 網(wǎng)格布置及計算工況

根據(jù)填埋場址土層分布特點,計算斷面上剖分結點數(shù)為 588個,剖分三角形單元 1056個,斷面剖分網(wǎng)格見圖 1b。

3 預測結果分析

3.1 滲流量計算結果

香草河和利民河水位比填埋場場底高程高,且周圍地下水水位高程也較高,因此將有部分地下水通過地層進入填埋場,其計算結果見表 2和圖 2。

表2 北莊填埋場滲流量計算結果

從表 2可以看出,地下水將通過地層進入北莊垃圾填埋場,其中豐、平、枯水期每年進入填埋場的水量分別 227.81m3、180.65m3和 125.23m3。

圖2 豐、平、枯水期填埋場滲流自由面及等勢線

3.2 滲濾液中有害物質對地下水污染分析

依據(jù)建立的數(shù)學模型模擬分析在滲流作用下高錳酸鹽指數(shù)和 NH3-N的污染遷移影響地下水程度。丹陽北莊生活垃圾填埋場下土層橫向彌散系數(shù)Dx=3.4×10-3m2/d,縱向彌散系數(shù)Dz=1.3× 10-3m2/d,填埋場底部長度X0=150m。

利用剖面二維水流場模型中求得水平方向滲透流速Vx=8.15×10-5m/d,垂直方向滲透流速Vz= 2.05×10-5m/d。

把二維水流場模型中求得水平方向滲透流速代入 (2)式求解,可得近似解[3]:

計算出沿x、z軸的 CODMn和NH3-N污染最終運移過程如圖 3所示。從圖 3中可以看出,填埋場地下水中 CODMn污染影響水平范圍為 400m以內,垂直影響范圍 650m以內;填埋場地下水中NH3-N污染影響水平范圍為 400m以內,垂直影響范圍為600m以內。

圖3 北莊填埋場地下水污染分布

綜上所述,丹陽北莊生活垃圾填埋場封場后滲濾液對地下水污染影響水平范圍為 400m以內,垂直影響范圍 650m以內。

4 結語

生活垃圾填埋場滲濾液危害大,若不采取措施對其進行控制將產生二次污染,使衛(wèi)生填埋場失去應有的價值和意義。解決滲濾液的污染問題,除了必須對填埋場滲濾液進行控制,盡量減少滲濾液的產生量外,還應加強填埋場地下水污染數(shù)值模擬分析,為填埋場的防滲處理提供參考依據(jù),對防止?jié)B濾液滲漏污染地下水具有重要意義。

[1]毛昶熙,段祥寶,李祖貽.滲流數(shù)值計算與程序應用[M].南京:南京河海大學出版社,1999.

[2]Duan Xiangbao.Numerical modeling and optimal estimation of the transport of the groundwater pollution[J].Journal of Hydraulic Dynamics,1996,8(4):273-279.

[3]王秉忱.地下水水質模型 [M].沈陽:遼寧科學技術出版社, 1985.

Study of Beizhuang domestic waste landfill site pollution in groundwater

A predictive modelon groundwaterpollution made by domestic waste landfill site was made.In the form of practical engineering example,the groundwater pollution made by leachate of Beizhuang domestic waste landfill site was predicted and analyzed.

dom estic waste landfill site;leachate;groundwater pollution s imulat ion〗

X703.1

B

1674-8069(2011)05-013-03

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2008ZX07528-005)

2011-06-13;

2011-09-11

張洪玲 (1976-),女,吉林省舒蘭市人,碩士,主要從事水污染控制研究。E-mail:eia1901zhl@yahoo.com.cn