垃圾填埋場(chǎng)滲濾液對(duì)地下水的污染規(guī)律及防滲策略分析

浦燁楓

（上海申環(huán)環(huán)境工程有限公司，上海 200092）

1 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加速，城市生活垃圾也隨之增加，以某省為例，2005 年城市生活垃圾產(chǎn)生量為4.766×106t，2018 年，城市生活垃圾產(chǎn)生量增加至6.120 3×106t。有學(xué)者利用預(yù)測(cè)模型對(duì)成都市2020—2030 年間的垃圾產(chǎn)量進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)其生活垃圾產(chǎn)生量將逐年增加[1，2]。填埋是目前處理城市生活垃圾的主要方法之一，同時(shí)也是處理垃圾剩余物的最終處置方法。發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于垃圾填埋場(chǎng)的選址、設(shè)計(jì)等均有著十分嚴(yán)格的要求，而我國(guó)在此方面的工作開展較晚，垃圾填埋場(chǎng)多采用混合填埋法，即不對(duì)垃圾進(jìn)行分類，堆放在一起后統(tǒng)一處理，且大部分填埋場(chǎng)防滲層薄弱，無(wú)法有效防控環(huán)境污染。本文將從垃圾滲濾液的產(chǎn)生及危害出發(fā)，探討滲濾液污染地下水的規(guī)律，并根據(jù)實(shí)際情況給出垃圾滲濾液的污染控制措施，以及為垃圾填埋場(chǎng)滲濾液污染地下水的預(yù)防提供參考與指導(dǎo)。

2 垃圾滲濾液的產(chǎn)生及危害

垃圾滲濾液是指垃圾填埋場(chǎng)中的水分經(jīng)垃圾層與覆土層滲濾而形成的一種高濃度有機(jī)廢水，其成分復(fù)雜，含有大量有機(jī)物及重金屬類物質(zhì)。王坤[3]等學(xué)者以濟(jì)南最大生活垃圾填埋場(chǎng)作為研究對(duì)象，對(duì)滲濾液及周圍地下水進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示：滲濾液中共檢出11 種新興有機(jī)污染物，地下水中共檢出7 種新興有機(jī)污染物。由此可見，垃圾滲濾液造成的環(huán)境污染較嚴(yán)重。

隨著垃圾填埋場(chǎng)運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，垃圾滲濾液的性質(zhì)也會(huì)出現(xiàn)變化，目前，根據(jù)滲濾液性質(zhì)的不同，垃圾填埋場(chǎng)的穩(wěn)定化過(guò)程主要分為5 個(gè)階段，即初始調(diào)節(jié)階段、過(guò)渡階段、酸化階段、甲烷發(fā)酵階段及成熟階段[4]。

1）初始調(diào)節(jié)階段，垃圾填埋場(chǎng)中的垃圾被好氧微生物降解，生成二氧化碳與水，并釋放一定熱量。

2）過(guò)渡階段，垃圾填埋場(chǎng)中存在的氧氣被耗盡，形成厭氧環(huán)境，垃圾被兼性厭氧降解，生成氮?dú)馀c硫化氫，在此階段，滲濾液pH 降低。

3）在酸化階段，垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)不斷產(chǎn)生氫氣、二氧化碳、金屬離子等濃度持續(xù)升高，p H 降至最低后開始升高。

4）甲烷發(fā)酵階段，垃圾填埋場(chǎng)中氫氣含量降至最低，甲烷菌開始將氫氣與有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為甲烷，金屬離子、有機(jī)物等濃度降低，電導(dǎo)率降低，pH 升高。

5）成熟階段，垃圾填埋場(chǎng)中的垃圾被降解，組分基本降解完，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)已被排除，pH 呈偏堿性，滲濾液可生化性降低。

滲濾液的產(chǎn)生受眾多因素的影響，垃圾降解時(shí)產(chǎn)生的水、雨水、地下水等均可作為滲濾液中水分的來(lái)源，水量變化較大，且無(wú)任何規(guī)律，同時(shí)，滲濾液中含有大量有機(jī)物及重金屬類物質(zhì)，濃度較高，流動(dòng)較為緩慢，滲漏過(guò)程較長(zhǎng)，從而給垃圾填埋場(chǎng)周圍環(huán)境中存在的地下水造成了嚴(yán)重污染。不合格的垃圾填埋場(chǎng)相當(dāng)于一個(gè)巨大的污染源，污染持續(xù)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年至數(shù)百年不等，而一旦土壤及地下水遭受污染，利用當(dāng)前科學(xué)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行凈化的難度很大，費(fèi)用極為昂貴，并且嚴(yán)重破壞了附近民眾的日常生活及生產(chǎn)環(huán)境。

3 滲濾液污染地下水的規(guī)律

對(duì)垃圾填埋場(chǎng)地下水污染進(jìn)行數(shù)值模擬及研究，滲濾液污染地下水的規(guī)律總結(jié)如下：

1）垃圾填埋場(chǎng)的穩(wěn)定化過(guò)程階段不同，垃圾降解速率不同，滲濾液污染組分濃度也存在差異。在垃圾被填埋后的初始調(diào)節(jié)、過(guò)渡及其他階段，由于易生物降解組分較多，垃圾降解的速度最快，降解過(guò)程中釋放的污染物濃度最高，對(duì)周圍環(huán)境造成的有機(jī)污染、氮污染也最為嚴(yán)重。

2）隨著垃圾填埋時(shí)間的增長(zhǎng)，地下水污染范圍會(huì)不斷擴(kuò)大。在垃圾被填埋后，滲濾液造成的污染會(huì)持續(xù)增加，地下水的流動(dòng)會(huì)使污染范圍擴(kuò)大，但擴(kuò)大速度會(huì)逐漸降低。

3）滲濾液中污染物組分濃度越高，地下水流速度越快，則對(duì)地下水造成的污染問(wèn)題越嚴(yán)重，污染范圍也越大。滲濾液中污染物組分是造成地下水污染的源頭，其濃度越高，則代表會(huì)對(duì)更大量級(jí)、范圍的地下水產(chǎn)生污染，而地下水流速度越快，則代表污染物會(huì)被更快傳播，增加了污染范圍及污染范圍擴(kuò)張速度。

4 垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的污染控制措施

4.1 頂部覆蓋層

頂部覆蓋層指的是在垃圾填埋場(chǎng)使用完后，于其頂部覆蓋一層材料，如由黏土、電廠灰、黏膠劑等混合而成的材料，保證該材料滲透系數(shù)低于10 cm/s，使雨水等垃圾填埋場(chǎng)之外存在的水分入滲量低于36 mm/s，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)的水量的有效控制。然而，由于垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)垃圾層與覆蓋層的滲透系數(shù)差異較大，中間容易形成一層非飽和層，具備較高的土水吸力，導(dǎo)致入滲率高于設(shè)計(jì)滲透系數(shù)，從而引發(fā)覆蓋層龜裂，易被人為破壞，因此，頂部覆蓋層可有效抑制蚊蠅滋生及惡臭氣體的傳播，但無(wú)法完全阻止地表水滲入垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)。

4.2 垃圾分層填埋

進(jìn)行填埋時(shí)可對(duì)垃圾進(jìn)行分層，即在完成一部分垃圾的填埋操作后，立即對(duì)該部分垃圾進(jìn)行覆蓋，而后對(duì)剩余垃圾繼續(xù)進(jìn)行相同操作，從而使不同層的垃圾之間存在一定厚度的覆蓋夾層。垃圾分層填埋能夠有效控制蚊蠅滋生，大大降低滲濾液的產(chǎn)生量，進(jìn)而降低對(duì)周圍環(huán)境的污染。

進(jìn)行垃圾分層填埋時(shí)，覆蓋夾層所用材料可以采用黏土、建筑渣土或其他合成材料，垃圾層填埋厚度在2～3 m，壓實(shí)后覆蓋夾層厚度在0.2～0.3 m，或直接鋪設(shè)薄膜作為覆蓋夾層。

1）當(dāng)夾層材料選擇為黏土滲透系數(shù)較小的材料時(shí)，滲濾液在各層間的滯留時(shí)間會(huì)得到延長(zhǎng)，從而使厭氧降解過(guò)程更加充分，實(shí)現(xiàn)滲濾液的自我凈化，進(jìn)而降低滲濾液濃度，避免對(duì)周圍環(huán)境造成更大污染。

2）當(dāng)夾層材料選擇為建筑渣土?xí)r，能較好地解決城市建筑廢物處置問(wèn)題，提高建筑廢渣利用率，同時(shí)，由于建筑廢渣顆粒較大，透氣性較好，能夠提高滲出率，避免微生物繁殖后堵塞孔隙，從而使好氧降解過(guò)程更加充分，加速垃圾填埋場(chǎng)的穩(wěn)定化過(guò)程。

3）當(dāng)夾層材料選擇為聚乙烯、聚氯乙烯及其他人工合成材料時(shí)，由于人工合成材料具有質(zhì)量較輕、運(yùn)輸量較小、適應(yīng)變形能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使施工更為便捷，提升了施工速度，但同時(shí)也會(huì)增加費(fèi)用。

4.3 地表水、地表入滲水與地下徑流導(dǎo)排

為有效控制垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)的水量，可構(gòu)建防洪排水系統(tǒng)，即在垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流壩、截洪溝，在垃圾填埋場(chǎng)上方放置引流設(shè)備，在下方設(shè)置導(dǎo)流系統(tǒng)，從而將地表水等從垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)排出。防洪排水系統(tǒng)的構(gòu)建需因地制宜，由專業(yè)人員根據(jù)垃圾填埋場(chǎng)周圍的地質(zhì)情況及當(dāng)?shù)亟邓闆r選擇排水方式，將地面降水盡快引流至其他地方，減少垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)的入滲量。

4.4 帷幕防滲

目前，對(duì)于污染較為嚴(yán)重的垃圾填埋場(chǎng)，除了采取頂部覆蓋層、垃圾分層填埋及其他措施外，還可根據(jù)其實(shí)際情況采取側(cè)面防滲措施，即進(jìn)行柔性地下防滲灌漿工作。傳統(tǒng)地下防滲灌漿主要以水泥為主，在松散地層構(gòu)建而成的防滲帷幕較厚，易脆裂，而采用粉噴膨潤(rùn)土構(gòu)建而成的防滲帷幕具有較好的防脆裂性能，且不受厚度、長(zhǎng)度及其他因素的限制，該技術(shù)較為成熟，在垃圾填埋場(chǎng)的改造工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

4.5 底層集排系統(tǒng)

為最大限度地降低滲濾液對(duì)地下水及周圍環(huán)境造成的污染，可在垃圾填埋場(chǎng)底層安裝集排裝置，用于收集和排除滲濾液，并將收集到的滲濾液送至污水處理廠處理，或回灌于垃圾填埋場(chǎng)使其再次經(jīng)歷生物降解過(guò)程，達(dá)到自我凈化的目的。集排系統(tǒng)的工作性能高低直接影響到滲濾液對(duì)地下水造成污染的嚴(yán)重程度，一般而言，集排系統(tǒng)在安裝時(shí)，應(yīng)于垃圾填埋場(chǎng)底部鋪設(shè)一層粗砂作為導(dǎo)流層，厚度應(yīng)根據(jù)垃圾填埋層的規(guī)模及預(yù)估滲濾液量而定，粗砂鋪設(shè)的導(dǎo)流層底部應(yīng)修建排水溝，放置導(dǎo)流管以對(duì)滲濾液進(jìn)行導(dǎo)流，導(dǎo)流管管徑應(yīng)根據(jù)滲濾液量而定，導(dǎo)流管管材應(yīng)選擇具有較強(qiáng)抗老化、抗腐蝕的材料，且保證其阻力系數(shù)較小、表面較為光滑。

底層集排系統(tǒng)的應(yīng)用主要是為了盡可能將滲濾液收集并排走，從而最大限度降地滲濾液流入地下水的液量，因此，在對(duì)底層集排系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注重其結(jié)構(gòu)的可靠性、安全性及經(jīng)濟(jì)性，需要進(jìn)行全面的科學(xué)論證，確保其符合環(huán)保理念，否則會(huì)加重地下水污染。

4.6 底部襯層

目前，于垃圾填埋場(chǎng)底部及四周鋪設(shè)襯層是防滲的主要手段，能有效防止未被及時(shí)排走的滲濾液滲漏。襯層作為預(yù)防滲濾液對(duì)地下水造成污染的最后屏障，其設(shè)計(jì)方案及所用材料的質(zhì)量至關(guān)重要。

1）襯層鋪設(shè)不限層數(shù)，國(guó)外垃圾填埋場(chǎng)鋪設(shè)底部襯層的案例中最多可達(dá)4 層，一般而言，兩層襯層即可滿足基本的防滲需求，即使增加層數(shù)也無(wú)法徹底阻斷滲漏。

2）襯層材料分為天然防滲材料與人工合成防滲材料，其中，天然防滲材料主要為黏土，具有滲透系數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)，可采用一層或多層壓實(shí)黏土，而人工合成防滲材料主要為塑料薄膜、土工膜及牛毛氈等與黏土的復(fù)合材料，防滲能力較強(qiáng)，但費(fèi)用較高。國(guó)外還將有機(jī)黏土作為垃圾填埋場(chǎng)底部襯層的防滲材料使用，對(duì)于有機(jī)物含量較高的滲透液，可較好地去除有機(jī)物，有效提升防滲效果。

3）在垃圾填埋場(chǎng)匯水口處可修筑防滲帷幕，避免垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)的滲濾液水平遷移，對(duì)垃圾填埋場(chǎng)周圍土壤造成污染，例如，利用黏土固化漿液修筑防滲工程，可獲得較好的效果。

4）垃圾填埋場(chǎng)滲濾液中存在較高濃度的有機(jī)物及重金屬離子，在進(jìn)行底部襯層的設(shè)計(jì)與鋪設(shè)時(shí)應(yīng)將其納入考慮范圍，在防滲的同時(shí)降低其對(duì)材料的損壞，避免防滲漏洞的出現(xiàn)，提高防滲效果。

5 結(jié)語(yǔ)

垃圾填埋場(chǎng)的出現(xiàn)是為了解決城市生活垃圾堆積問(wèn)題，但在垃圾降解過(guò)程中，經(jīng)垃圾層與覆土層滲濾而形成的一種高濃度有機(jī)廢水含有大量有機(jī)物及重金屬類物質(zhì)，會(huì)對(duì)地下水及周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。且隨著垃圾填埋時(shí)間的增長(zhǎng)，地下水污染范圍會(huì)逐漸擴(kuò)大，滲濾液中污染物組分濃度越高，地下水流速度越快，對(duì)地下水造成的污染問(wèn)題越嚴(yán)重，應(yīng)采取必要措施預(yù)防滲漏，如設(shè)置垃圾填埋場(chǎng)頂部覆蓋層、地表水及地下徑流的導(dǎo)排、帷幕防滲措施、設(shè)置底層集排系統(tǒng)、設(shè)置底部襯層等，除上述防滲措施外，還需強(qiáng)化城市垃圾分類處理，并制定完善的法律法規(guī)，以減少地下水污染。