防渗浆材的组成与配方的优化研究

2.1.3　垃圾填埋场渗沥液的危害

在垃圾填埋过程中,往往把大量有毒有害物质与生活垃圾一起混合填埋,集中了多种有害成分。实践表明,如果垃圾卫生填埋场的防渗系统失效,将造成垃圾渗沥液对周围地下水、地表水、土壤及生命的严重危害。据美国国家环保局统计,美国已有填埋场中有3/4的填埋场对周围的地质环境产生了比较明显的污染作用;加拿大调查的填埋场中有80%的填埋场由于渗漏对周围地下水环境造成了一定程度的污染;其他发达国家早期建成的填埋场也对周围环境造成了类似的污染;我国从20世纪80年代建设杭州天子岭垃圾卫生填埋场开始,全国已有许多城市建设了垃圾卫生填埋场,但由于受经济条件和施工技术水平的制约,已建成的垃圾卫生填埋场由于防渗系统失效导致垃圾渗沥液污染地下水的情况时有报道。如吉林通榆一垃圾场污染地下水源,县城建局投资100多万元用于重建垃圾场,并打深井取水;吉林某工业废渣堆放场发生渗漏,导致几十平方千米范围内1 800眼水井遭污染报废,花费540余万元修建的一条深18m、长800 m的防渗墙仅能使污染得到缓解,而不可能完全阻隔污水渗漏;黑龙江佳木斯的140多万吨工业、生活垃圾堆放场,渗漏后发生硝酸基荃和酚严重污染,导致全市最大水源地第六水厂报废;2002年,北京市市政管委会委托一个研究小组对北京市的阿苏卫、北神树等几个大型垃圾填埋场周边的地下水质进行检测,结果发现由垃圾填埋场渗漏出来的有毒物质已经污染到地表30 m以下的地下水;沈阳市曾对35处填埋场中的10处进行钻探取样,分析垃圾断层样品和地下水质后发现:地下水质恶化,污染严重,水混浊发臭,水中均检出厌氧大肠杆菌。哈佛大学的研究也证明,填埋场周围地表水及附近水溪中Cr,Pb,Co,Hg等有害离子含量明显升高,有的超标上百倍。垃圾填埋渗漏污染后患无穷,它使土壤中的微生物死亡,变得无分解能力,使土壤盐碱化、毒化,甚至无法耕种;被污染土壤中的寄生虫、致病菌等病原体能使人体致病。有些地区的稻田土壤因掺入含镉废渣而被污染,致使稻米含镉量超标,无法食用等。

另外,我国由于城市生活垃圾处理起步较晚,在1990年前全国城市垃圾处理率还不足2%。所以许多城市的垃圾堆放场和填埋场,在今后几年至十几年内将会填满而面临封场。特别是随着城市规模和范围的不断扩大,以前的许多垃圾堆放场位置由郊区变为城区,甚至一些垃圾堆放场地将变为住宅用地。旧垃圾堆放场不仅存在对大气和水体的长期污染及填埋气体发生火灾和爆炸的危险,必须做安全处置,而且旧垃圾堆放场和填埋场生态恢复和污染控制也是全面提高垃圾处理水平面临的重要任务之一。

垃圾填埋场污染环境的突出问题是渗沥液渗漏污染问题,这一问题一直被国内外研究人员所重视。对渗沥液渗漏污染最直接的控制方法是建立有效的防渗系统,将渗沥液特别是其中的有害污染物严格控制在一定的独立水文地质单元体内,同时建立渗沥液处理设施进行处理,使其达到污水排放标准再排放,避免污染周围地下水、地表水和土壤。所以防渗系统的有效性一方面取决于其是否能有效阻止渗沥液渗漏;另一方面取决于其能否有效阻止渗沥液中污染物向外迁移,同时还能有效阻止地下径流进入垃圾填埋场,避免在填埋库区产生更多渗沥液。

目前在填埋场中采用水平防渗衬层和垂直防渗墙两种防渗系统。以黏土垫层和土工膜等构成的水平防渗技术具有施工透明度高、质量易于监控等优势。但这种水平防渗系统一旦投入使用则不具有修复性,且造价较高;而利用垂直防渗墙在填埋场中建立垂直防渗系统,具有工程造价低、易修复等特点。所以一些发达国家几乎在所有的填埋场工程中都采用了垂直隔离墙技术。采用灌浆帷幕、高压喷射灌浆板墙、深层搅拌桩墙及地下连续墙等技术方法形成垂直隔离体系,是新建垃圾填埋场垂直防渗和既有垃圾场防渗治理的重要技术。但目前用于垃圾填埋场垂直防渗技术基本都是借用了水利工程、地质工程及土木工程中的防渗技术与方法,很少有人针对垃圾填埋场渗沥液防渗漏进行防渗浆材与工艺的研究,尚未形成垃圾填埋场渗沥液防渗漏的理论与技术,所以针对垃圾填埋场渗漏防治开展低渗透性、对污染物具有阻滞性能的浆材与工艺方法的研究是非常有意义的,也是迫切需要解决的课题。

2.1.4　垃圾卫生填埋及防渗作用的研究现状

英国早在20世纪30年代就开始对城市垃圾卫生填埋技术进行研究,接着美国在20世纪40年代开始采用生活垃圾卫生填埋技术,随之德国、日本等国也相继开展了该技术的研究。但早期研究多侧重于垃圾填埋处理的无害化,对场址选择也主要是考虑地形地貌等地质因素以及交通运输等地理因素。进入20世纪60年代,由于能源危机的冲击,人们开始研究垃圾处理的资源化,也逐步开始关注填埋场场址水文地质和工程地质条件的分析与评价,逐步在填埋场的规划、设计、施工和管理等方面积累经验,并开发出相应的成套技术与设备,使垃圾卫生填埋技术趋于成熟。

自1972年“人类环境会议”在斯德哥尔摩召开后,环境问题便引起全世界的重视,垃圾填埋作为潜在的污染源,对环境的影响开始受到更大关注,其中以渗沥液对地下水的污染防治为主的地质环境保护尤为突出,地质环境效应的研究在世界上越来越得到重视,研究的范围和深度也在不断扩大。近年来,各国学者在垃圾填埋的最优化设计和对填埋场的边坡稳定性评价、库底黏土衬里的压实渗透性和渗沥液特殊成分对下覆黏土渗透性的影响等方面进行了研究。

我国垃圾填埋场的建设和研究均落后于国外。1989年,我国《城市生活垃圾卫生填埋技术标准》（CJJ 17—88)正式颁布实施,1990年杭州天子岭垃圾卫生填埋场正式建成并投入使用,这是国内第一座通过正规设计的比较完善的垃圾卫生填埋场。自此我国的垃圾卫生填埋工作进入了一个新的发展阶段。

近年来随着环境保护越来越受到重视,本领域的研究也越来越热。国内一些科研单位和学者开展了垃圾填埋场防渗作用的研究工作。如中南大学开展了黏土固化注浆帷幕对渗沥液的阻渗机理与环境效应方面研究工作,主要研究了黏土固化注浆帷幕对污染物的吸附性能和吸附机理,得出了黏土固化注浆帷幕对污染物的Freundlich吸附模式,分析污染物在黏土固化注浆帷幕中的迁移与转化机理,建立了污染物在黏土固化注浆帷幕中运移的水动力模型。浙江大学开展了城市生活垃圾填埋场中水分运移规律、渗沥液垂直防渗帷幕的渗漏分析,并指出应根据垃圾堆体边坡稳定性分析确定各填埋阶段警戒水位,在运营过程应监控垃圾堆体中渗沥液水位。河海大学开展了污泥掺入生活垃圾后的力学特性试验研究,说明污泥和垃圾混合后的强度比垃圾土的强度低,比污泥的强度高,且改善了污泥的强度特性,随着污泥掺量的增加,边坡安全系数会先提高后降低,考虑降解产气对边坡稳定的影响,安全系数会降低15%～20%。此外,中国矿业大学开展了填埋场渗漏实时检测系统的研制工作。成都理工大学开展了改性成都黏土预处理垃圾渗沥液的研究。同济大学开展了填埋场中水泥土屏障对金属离子的隔离效果研究。中国科学院武汉岩土力学研究所等开展了垃圾填埋场防渗浆材实验研究工作。

垃圾填埋场防渗是控制渗沥液污染周围地下水和土壤的重要措施,所以要对填埋场进行防渗处理,一方面防止渗沥液渗入地下,污染地下水;另一方面防止地下水渗入填埋场,造成渗沥液水量的大幅度增加。根据垃圾填埋场防渗设施（或材料)铺设方向的不同,可将填埋场防渗系统分为垂直防渗和水平防渗,根据所用防渗材料的来源不同,又可将水平防渗进一步分为自然防渗和人工防渗两种,其分类如下。