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1、第十一章 固体废物最终处置技术第一节 固体废物处置的基本原理和原则 固体废物经过减量化和资源化处理后，剩余下来的无再利用价值的残渣，往往富集了大 量的不同种类的污染物质，对生态环境和人体健康具有即时性和长期性的影响，必须妥 善加以处置。安全、可靠地处置这些固体废物残渣，是固体废物全过程管理中的最重要 环节。固体废物处置方法有：地质处置和海洋处置。海洋处置包括深海投弃和海上焚烧。陆地 处置包括土地耕作、永久贮存或贮留地贮存、土地填埋、深井灌注和深地层处置等。其 中应用最多的是土地填埋处置技术。海洋处置现已被国际公约禁止，但地质处置至今仍 是世界各国最常采用的一种废物处置方法。1. 废物处置过程中
2、污染物质的迁移、转换 与废水和废气相比，固体废物中的污染物质具有一定的惰性和迟滞性，但是在长期的地 质处置过程中，由于本身固有的特性和外界条件的变化，加上水分的进入，必然会因发 生在固体废物中的一系列相互关联的各种物理、化学和生物过程，导致这些污染物质不 断释放出来，进入环境中。1.1 废物在处置过程中的反应(1) 生物反应 这是处置含有机物，特别是可降解有机物时，处置场中发生的最重要反应，其产物是气 体、水分和可溶解的有机物，最终结果是使所处置的有机废物逐渐达到稳定化。生物降解过程通常从好氧生物降解开始，产生的主要气体是C02,好氧降解只能持续短 时间。一旦废物中的氧气被耗尽，降解就变成厌氧
3、过程，有机物质被转变成 CO2、CH4、 少量的氨和硫化氢。此外，处置场内发生的许多化学反应也以生物作用为媒介。(2) 化学反应(a) 溶解/沉淀：进入处置场的水在废物层中渗透时，会将废物原存在的或生物转化产 生的可溶物质溶解出来，产生高浓度有机物和高盐份浓度的渗滤液(又称渗析液或滤出 液)；渗滤液中的某些盐类，在处置场内的某些区域因pH值变化等原因又会产生沉淀反 应。生物转化产物和其它化合物尤其是有机化合物通过溶解进入渗滤液具有特别重要的 意义，因为这些物质可以与渗滤液一起迁移出处置场。(b) 吸附/解吸：处置场产生的气体中的挥发性和半挥发性有机化合物、渗滤液中的有 机和无机污染物质，会被所
4、处置的废物和土壤所吸附；而在某些条件下，也会发生解吸 作用，使污染物进入气体或液体。(c) 脱卤/降解：有机化合物的脱卤作用和水解、化学降解作用；(d) 氧化还原：通过氧化还原反应影响金属和金属盐的可溶性；(e) 其他类型的化学反应：另外一些重要的化学反应发生在衬层土和某些有机化合物 之间，导致衬层结构和渗透性的改变，目前对这些化学反应的相互关系还没有完全弄清。( 3)物理反应处置场中发生的最为重要的物理反应包括：(a) 蒸发/汽化：废物中的水分、挥发性和半挥发性有机化合物通过蒸发汽化转入处置 过程所产生的气体中；(b) 沉降/悬浮：渗滤液中的悬浮和胶体物质在液相中所发生的重力作用；(c) 扩
5、散/迁移：气体在处置场中的横向扩散和向周围环境释放；渗滤液在处置场中的 迁移和进入覆土的下层；(d) 物理衰变：发生在自然界的自发现象，随着时间的推移而益明显。1.2 污染物释放、迁移途径及环境问题废物处置场实际上是一个生物化学或物理化学反应器，进入的是水分和废物，而流出的 是气体和渗滤液。当降雨和地表水通过渗透进入处置区时，污染物溶解并产生含污染物 质的渗滤液；而在被处置的废物达到稳定化之前，含污染物的气体会不断释放到环境中 去。从土地处置场内释放进入环境的渗滤液和气体中的污染物，在环境中的迁移途径如下图 所示。由此可能产生的环境问题有：污染水体、污染空气、污染土壤和产生环境卫生问 题。（1
6、）渗滤液对水体的污染问题 渗滤液的无控释放会导致处置场附近地表水和地下水的严重污染。含有高浓度有机污染 物和还原态金属的的渗滤液和含无机溶液进入地表水体后，将大量消耗水中氧气，最终 导致水体需氧生物的死亡。如果渗滤液中含有生物降解的有机物时，这些有机物将在水体中存在相当时间。当这种 有机物进入食物链后就会对水生生物产生育害影响。虽然单独某种有机化合物对水生生 物的影响可以进行估计或预测。但对多种有机物的综合影响却难以估计。此外，温度、 pH 和溶解氧的浓度等对某些水生生物的毒性程度都有一些影响。如果饮用水井或灌溉井穿过污染的渗滤液层或渗滤液进入地表水体，则可能会发生对环 境和公众健康不利的影响
7、。地表水也可能被来自处置场地的径流所污染。（2）气态污染物的污染问题 废物中产生并释放出的气体以及随风载带出的污染颗粒物，可能携带有微量浓度的致癌 有机化合物，均可能污染大气，产生健康和环境问题。此外，处置场内产生气体的无控 制扩散迁移会使这些气体扩散到远离填埋场的地方。由于这种气体中通常含有高浓度的 甲烷气体和低浓度的臭味气体，如硫化氢等，故会产生臭味，并出现潜在的危害。 生长在处置场地的植被也可能由于废物粘附到叶子上以及摄取重金属和其它化学物质 而受到污染。（3）环境卫生问题 对处置场的管理不善会产生卫生方面的问题，导致疾病传播。2 固体废物处置原则 固体废物的最终安全处置原则大体上可归纳
8、为： （1）区别对待、分类处置、严格管制危险废物和放射性废物 固体质物种类繁多，危害特性和方式，处置要求及所要求的安全处置年限均各有不同。 就废物最终安全处置的要求而言，可根据所处置固体废物对环境危害程度的大小和危害 时间的长短，大体上将其分为以下六类：（a）对环境无有害影响的惰性固体废物：如未受污染的天然松散或坚硬岩石、建筑废 物以及带有相对融熔状态的矿物材料（如未自炼焦炉熔渣），即使在水的长期作用后对周 围环境也无有害影响。（b）对环境有轻微的、暂时的影响的固体废物：如矿业固体废物、电厂的粉煤灰、钢 渣、类似于融熔状态的废物（情性物质）等，废物中所含有的这类污染物质虽可释放，但 对水域和周
9、围环境的污染是轻微的、暂时的、程度上是可容忍的。（c）在一定时间内对环境有较大影响的固体废物：如城市生活垃圾，在废物中的有机 组分达到稳定化之前会不断产生渗滤液和释放出有害气体，对环境有较大影响。（d）在较长时间内对环境有较大影响的固体废物：如大部分工业固体废物，（例如来自 烟气脱硫后的石膏）。（e）在很长时间内对环境有严重影响的固体废物：如危险废物，其废物中所含的特殊 化学物质成分、有害程度强或有毒的废物。它可容纳来自手工业和工业的特殊废物，按其物质成分提出特殊要求。(f) 在很长时间内对环境和人体健康有严重影响的废物：如因其有害性质(例如易溶和 难分解的物质成分)必须封闭处理的特殊废物、易
10、爆物质或高水平放射性废物。 因此，应根据不同废物的危害程度与特性，区别对待，分类管理。( 2)最大限度地将危险废物与生物圈相隔离原则固体废物，特别是危险废物和放射性废物最终处置的基本原则是合理地、最大限度地使 其与自然和人类环境隔离，减少有毒有害物质释放进入环境的速率和总量，将其在长期 处置过程中对环境的影响减至最小程度。( 3 )集中处置原则固体废物污染环境防治法把推行危险废物的集中处置作为防治危险废物污染的重要 措施和原则。对危险废物实行集中处置，不仅可以节约人力、物力、财力，利于监督管 理，也是有效控制乃至消除危险废物污染危害的重要形式和主要的技术手段3 多层屏障原则 要完全做到使所处置
11、的废物与生态环境相隔离，阻断处置场内废物与生态环境相联系的 通道；绝对不让生态环境中的水分等物质进入处置场引发所处置废物产生生物、化学和 物理变化导致产生渗滤液和气体；避免所产生的渗滤液和气体中的迁移性污染物质释放 到生态环境中来，是非常困难的。为达上述目的所依赖的天然环境地质条件，称为天然防护屏障，所采取工程措施则称为 工程防护屏障。当代固体废物，特别是危险废物的处置，在设计上采用如图所示的三道 防护屏障组成的多重屏障原理。废物屏障系统：根据填埋的固体废物性质进行预处理：如固化或惰性化。密封屏障系统： 利用人为的工程措施将废物封闭，使废物渗滤液尽量少地突破密封屏障，向外溢出。其 密封效果取决
12、于密封材料品质、设计水平和施工质量保证。地质屏障系统：包括场地的地质基础、外围和区域综合地质技术条件。地质屏障的防护 作用取决于地质介质对污染物质的阻滞性能和污染物质在地质介质中的降解性能。 良好的地质屏障应达到下述要求： 土壤和岩层较厚、密度高、均质性好、渗透性低、含有对污染物吸附能力强的矿物成分； 与地表水和地下水的水动力联系较少，可减少地下水的入浸量和渗滤液进入地下水的渗 流量；从长远上，能避免或降低污染物质的释出速度。 地质屏障系统决定“废物屏障系统”和“密封屏障系统”的基本结构。如果经查明地质屏障 系统性质优良，对废物有足够强的防护能力，则可简化这两道屏障系统的技术措施。所 以地质屏
13、障系统制约了固体废物处置场工程安全和投资强度。4. 地质屏障的防护性能 地质屏障对有害物质的防护性能取决于地质屏障的岩石性质、水文地质特征以及污染物 本身的物理化学性质。对地质屏障防护能力的评价，首先要了解处置场释放出的污染物 在地质介质中的迁移速度和去除机制。场地土壤的特性以及发生的生化反应均会影响废 物组份或反应产物的迁移特性。例如，pH值偏高或偏低的废物可在某些土壤中被中和， 无机组份被转化为低迁移性毒物，有机化合物可以被降解等。(1) 土壤的性质土壤由具有孔隙的固体物质构成，这些固体物质含有来自磷岩石的矿物质颗粒和动植物 腐烂后生成的有机物质。微生物也属于有机物成分之一，上层土壤中的有
14、机物大约占固 体物质的1%10%。土壤孔隙中充满了空气、水以及溶解的无机物和有机物。 土壤的性质随所处的位置和时间而变化。 土壤的结构取决于所含矿物颗粒的大小。含砂量大于 70%（重量）的土壤称之为砂质土壤，而粘土含量大于 35%的土壤称为粘土。 （2）土壤的渗透性质及水运移（a）土壤渗透性。指空气和水通过土壤的难易程度。渗透性一般用单位时间所流过的 距离来表示（cm/s）。下表列出了通用的渗透性分级。地质介质的渗透系数，是决定地 下水运移速度和污染物迁移速度的重要参数。通常，土壤结构越紧密，渗透性越小。（b）水通量 土壤水通过地质介质的流动通量。通常用达西公式来计算：q = K - i（6-
15、1-1）式中：q=达西通量，cm/s； K=渗透系数，cm/s； i=水力坡度，cm/cm。（c）水的运移速度土壤孔隙中水的运动和孔隙的性质及数量有关，其运移速度可用下式确定（6-1-2）式中，qe所为土壤的有效空隙度，cm3/cm3。（ 3 ）吸附、滞留与污染物迁移（a）污染物的迁移速度 污染物在地质介质中的迁移是由于地下水的运动速度，污染物与地质介质之间的吸附 / 解吸、离子交换、化学沉淀/溶解、和机械过滤等多种物理化学反应共同作用所致，其迁 移路线与地下水的运移路线基本相同，而迁移速度v则与地下水的运移速度v有下述关 系：v二 v/R式中， Rd 为污染物在地质介质中的滞留因子，无量纲。
16、如果污染物在地下水-地质介质 中的吸附平衡为线性关系，可用下式确定：R 二 1 + bKdq deR 二 1 + bKdq d式中：pb=土壤堆积容重（干），g/cm3； *小=污染物在土壤-水体系中的吸附平衡分配系 数， ml/g。（b）地质介质对污染物迁移阻滞作用土壤中有机质（腐殖质）和粘土颗粒带负电荷，其数量随pH值的升高而增加。由于这 种现象，正电荷离子（阳离子），如铵、铅、钙、锌、铜、汞、铬dll）、镁、钾等可被 粘土和腐殖质含量高的土壤所吸附滞留；而负电荷（阴离子）则难以被吸附，阴离子金 属（Cr4-, As，Se） 一般只有在低pH值时才被吸附，而活性很高的硝酸盐和氯化物NO3- 和 C1- 等则不能为土壤所滞留，将随土壤中的水一起迁移。一些有机物，特别是微量有机物，
