長(zhǎng)春市某垃圾填埋場(chǎng)污染源帶反應(yīng)阻截方案設(shè)計(jì)研究

文_劉玫君 阮冬梅 潘明浩 張淑靜 吉林大學(xué)新能源與環(huán)境學(xué)院

近年來(lái)，隨著國(guó)民生活水平的不斷提升，尤其是城市化的迅速發(fā)展，各種成分復(fù)雜的城市垃圾問題逐漸加劇。秉持著減量化、無(wú)害化和資源化的原則，市政部門通常采用衛(wèi)生填埋的方式進(jìn)行處理，但是垃圾填埋場(chǎng)在解決城市垃圾的同時(shí)，也會(huì)給周圍環(huán)境和地下水帶來(lái)不利的影響，這其中垃圾滲濾液產(chǎn)生的污染尤為顯著。它是一種組分特別復(fù)雜的廢水，包括壓實(shí)、生物降解等技術(shù)處理垃圾后生成的廢水以及滲入垃圾場(chǎng)內(nèi)的雨水和地表水。滲濾水一般呈現(xiàn)酸性，有時(shí)具有極強(qiáng)的腐蝕性，加之其濃度較高、滲透速度較慢，滲漏持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，一旦其進(jìn)入地表以下，就會(huì)嚴(yán)重污染地下水和周圍的土壤。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于垃圾填埋場(chǎng)的地下水污染的修復(fù)已經(jīng)有了較多的研究。要想對(duì)污染場(chǎng)地很好地進(jìn)行修復(fù)，關(guān)鍵是找到合適的修復(fù)技術(shù)，而對(duì)于此類污染，從源頭處理是較為有效的辦法，即對(duì)污染源進(jìn)行阻截，從而防止其在土壤介質(zhì)和地下水環(huán)境中進(jìn)一步的擴(kuò)散。文中選定研究區(qū)是長(zhǎng)春市某垃圾填埋場(chǎng)污染場(chǎng)地，運(yùn)用GMS地下水流場(chǎng)模擬軟件對(duì)水位及COD在地下環(huán)境中的擴(kuò)散分布過程進(jìn)行模擬，并針對(duì)污染源進(jìn)行阻截技術(shù)的篩選，選用可滲透反應(yīng)墻技術(shù)（PRB）對(duì)此垃圾滲濾液污染場(chǎng)地進(jìn)行污染源阻截方案設(shè)計(jì)，對(duì)工程加以經(jīng)濟(jì)性方面的評(píng)價(jià)，并為垃圾填埋場(chǎng)污染治理工程提供理論依據(jù)。

1 污染場(chǎng)地概況

1.1 污染場(chǎng)地地質(zhì)條件

長(zhǎng)春市某垃圾填埋場(chǎng)污染場(chǎng)地位于長(zhǎng)春某一河流階地上，階地二元結(jié)構(gòu)明顯，地層條件以第4系松散沉積物為主。污染場(chǎng)地東側(cè)有一南北向河流，污染場(chǎng)地位于河流的西側(cè)，目標(biāo)場(chǎng)地長(zhǎng)700m，寬400m，區(qū)域地貌總體呈現(xiàn)出西高東低。污染場(chǎng)地地下0.5m以上為耕植土壤，0.5～10m為砂層，10m以下為基巖。

1.2 污染場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

目標(biāo)場(chǎng)地地下環(huán)境自然含水層的介質(zhì)孔隙度為0.25；地下環(huán)境中的介質(zhì)的密度為1.5g/cm3，地下自然含水層的水平滲透系數(shù)為1.2m/d；含水層的飽和厚度為8m；包氣帶厚度2.5m；地下水流速為0.3m/d。

根據(jù)該場(chǎng)地的背景條件可知，該垃圾填埋場(chǎng)所在區(qū)域的地形平緩，水文地質(zhì)條件有利于接收大氣降水入滲補(bǔ)給以及淺表地下水蒸發(fā)。除此之外，由于垃圾填埋場(chǎng)地處郊區(qū)，人工活動(dòng)很少會(huì)對(duì)地下水流場(chǎng)產(chǎn)生影響。

1.3 污染場(chǎng)地地下水污染狀況

通過實(shí)地調(diào)查，了解到該垃圾填埋場(chǎng)防滲層破損，導(dǎo)致滲濾液泄露，進(jìn)而污染周邊的地表及地下環(huán)境。該污染場(chǎng)地內(nèi)的污染物以有機(jī)污染物（COD）為主。污染源為一個(gè)長(zhǎng)1000m，寬500m，深度約為15m的垃圾填埋場(chǎng)。由于該垃圾填埋場(chǎng)污染場(chǎng)地地形平緩，降水入滲以及蒸發(fā)條件較好且人工活動(dòng)少，地下環(huán)境很少被人為擾動(dòng)，COD滲入地下環(huán)境中的面積較大，地下水中COD污染源長(zhǎng)度為200m，寬度為80m，污染源處COD的最大濃度為1000mg/L，污染源前緣地下水中的COD的濃度為10mg/L。此外，污染物泄漏時(shí)，對(duì)周邊的地下水位產(chǎn)生了一定的抬升作用。

2 PRB反應(yīng)墻設(shè)計(jì)

PRB反應(yīng)墻適用范圍較廣，它既可設(shè)于污染源處用于減少污染物的遷移， 也可設(shè)于污染源下游，用來(lái)保護(hù)下游水體。此技術(shù)對(duì)目標(biāo)場(chǎng)地的影響最小，在阻截工程的運(yùn)行過程中對(duì)地下環(huán)境和污染場(chǎng)地的日常工作都只有極小的影響。同時(shí)，從場(chǎng)地可應(yīng)用性分析：該垃圾填埋場(chǎng)所選地區(qū)地勢(shì)較為平緩，地質(zhì)條件易于地表水入滲。并且這個(gè)目標(biāo)場(chǎng)地所在地區(qū)是水文地質(zhì)條件都滿足PRB技術(shù)的應(yīng)用條件。因此，本次設(shè)計(jì)采用地下可滲透反應(yīng)墻修復(fù)技術(shù)。

2.1 PRB的位置

通常，PRB布設(shè)在污染源下游，垂直地下環(huán)境中水流的方向。由于開挖以及填埋墻體需要工作人員的接觸和相應(yīng)的時(shí)間，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，要保證PRB放置位置與污染源有安全距離，從而保障工作人員的安全，并確保PRB最大程度地捕獲到污染源。

2.2 PRB的填充材料以及填充方式

PRB合適的填充介質(zhì)受多種條件的影響：①污染物的類別和濃度；②污染物同填充材料之間發(fā)生作用的機(jī)制；③受到污染的目標(biāo)場(chǎng)地的背景條件，包括水文地質(zhì)和生物化學(xué)條件；④填充介質(zhì)的安全性和環(huán)保性；⑤材料的物理性能，包括在水中的穩(wěn)定性以及在水里的傳導(dǎo)能力等；⑥材料的成本。

通過分析國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究，最終選擇以鐵粉和活性炭混合，作為PRB反應(yīng)墻的填充材料，用120目的鐵粉，并使活性炭、沸石和鐵粉的比例為1：1：2。

2.3 反應(yīng)墻類型

PRB的類型一般有連續(xù)墻型和漏斗通道型。連續(xù)墻型PRB只需在垂直地下水流向上設(shè)置反應(yīng)墻，而漏斗通道型PRB墻除了在垂直地下水流向上設(shè)置反應(yīng)墻之外，還要在墻的兩側(cè)設(shè)計(jì)防止地下水滲流的阻隔墻，阻隔墻一般為不透水屏障，如泥漿墻、帷幕灌漿或板樁。當(dāng)污染區(qū)域面積較小、含水層埋深較淺時(shí)，應(yīng)該首先選擇連續(xù)墻型PRB，因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且對(duì)地下水流場(chǎng)的不利擾動(dòng)很少；若目標(biāo)場(chǎng)地面積較大，含水層較厚時(shí)，應(yīng)該考慮漏斗通道型PRB墻。由于本次研究區(qū)污染源的面積適中，地下海水層埋深較淺，故采用結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的連續(xù)型PRB反應(yīng)墻，并采用活性炭、 鐵粉和沸石作為填充材料。

2.4 反應(yīng)墻的長(zhǎng)度、 高度、埋深及滲透系數(shù)

為了阻截更多污染源，防止地下水繞過PRB流動(dòng)，設(shè)計(jì)的PRB長(zhǎng)度通常會(huì)比污染源寬度長(zhǎng)，一般為污染羽長(zhǎng)度的1.2～1.5倍。在此次設(shè)計(jì)中，污染源是一個(gè)長(zhǎng)為200m，寬為80m的區(qū)域。本設(shè)計(jì)中取的PRB長(zhǎng)度為污染源寬度的1.3倍，即PRB長(zhǎng)度為104m。結(jié)合實(shí)際情況可知，PRB反應(yīng)墻的高度為12m，再加上后續(xù)要添加的U型墻單元，則PRB墻體的實(shí)際高度為12.5m。頂部在最高水位線以上1m。在該設(shè)計(jì)中，含水層的水平滲透系數(shù)為1.2m/d。因此PRB的滲透系數(shù)取水平滲透系數(shù)的2倍，即1.2×2=2.4m/d。

2.5 反應(yīng)墻厚度

在考慮了填充材料的孔隙度后，最后計(jì)算通過PRB的實(shí)際地下水流速是0.15m/d，并得出目標(biāo)污染物COD在反應(yīng)墻中停滯4.00d。反應(yīng)墻的厚度為地下水在反應(yīng)墻的流速與污染物停留時(shí)間的乘積。計(jì)算得其厚度為0.6m。由于在實(shí)際的修復(fù)過程中，修復(fù)效果常常會(huì)受到各種條件的限制，為了保證修復(fù)效果，通常在計(jì)算反應(yīng)墻厚度的時(shí)候要乘以一個(gè)安全系數(shù)。在本設(shè)計(jì)中，取安全系數(shù)為2，因此實(shí)際得到的反應(yīng)墻厚度為1.2m。

3 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合污染場(chǎng)地包括水文地質(zhì)條件在內(nèi)的所有背景資料，用GMS軟件進(jìn)行模擬分析，得出地下水等水位線圖，經(jīng)分析，該污染場(chǎng)地地勢(shì)和巖性條件均適合PRB技術(shù)的使用。利用GMS軟件的MODFLOW和MT3DMS組件模擬污染物濃度分布以及污染羽在地下環(huán)境中的移動(dòng)情況，結(jié)果顯示，歷時(shí)200d之后COD將會(huì)移動(dòng)到垃圾填埋場(chǎng)以外的區(qū)域。

對(duì)垃圾填埋場(chǎng)的環(huán)境水文狀況以及污染情況有了進(jìn)一步了解之后，選擇PRB技術(shù)對(duì)該垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行修復(fù)。在本設(shè)計(jì)中，反應(yīng)墻總長(zhǎng)，其中與COD反應(yīng)的材料是活性炭、零價(jià)鐵以及沸石和砂子的混合物，比例為1：2：1：4，PRB總厚1.2m，填料高度為12.5m。