垃圾填埋場滲濾液對地下水的污染規(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，隨著我國城市化進程的不斷加速，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)測模型對成都市2020—2030 年間的垃圾產(chǎn)量進行評估，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，同時也是處理垃圾剩余物的最終處置方法。發(fā)達國家對于垃圾填埋場的選址、設(shè)計等均有著十分嚴(yán)格的要求，而我國在此方面的工作開展較晚，垃圾填埋場多采用混合填埋法，即不對垃圾進行分類，堆放在一起后統(tǒng)一處理，且大部分填埋場防滲層薄弱，無法有效防控環(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廢水，其成分復(fù)雜，含有大量有機物及重金屬類物質(zhì)。王坤[3]等學(xué)者以濟南最大生活垃圾填埋場作為研究對象，對滲濾液及周圍地下水進行檢測，結(jié)果顯示：滲濾液中共檢出11 種新興有機污染物，地下水中共檢出7 種新興有機污染物。由此可見，垃圾滲濾液造成的環(huán)境污染較嚴(yán)重。

隨著垃圾填埋場運行時間的增長，垃圾滲濾液的性質(zhì)也會出現(xiàn)變化，目前，根據(jù)滲濾液性質(zhì)的不同，垃圾填埋場的穩(wěn)定化過程主要分為5 個階段，即初始調(diào)節(jié)階段、過渡階段、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）過渡階段，垃圾填埋場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，生成氮氣與硫化氫，在此階段，滲濾液pH 降低。

3）在酸化階段，垃圾填埋場內(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，垃圾填埋場中氫氣含量降至最低，甲烷菌開始將氫氣與有機酸轉(zhuǎn)化為甲烷，金屬離子、有機物等濃度降低，電導(dǎo)率降低，pH 升高。

5）成熟階段，垃圾填埋場中的垃圾被降解，組分基本降解完，營養(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，垃圾降解時產(chǎn)生的水、雨水、地下水等均可作為滲濾液中水分的來源，水量變化較大，且無任何規(guī)律，同時，滲濾液中含有大量有機物及重金屬類物質(zhì)，濃度較高，流動較為緩慢，滲漏過程較長，從而給垃圾填埋場周圍環(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相當(dāng)于一個巨大的污染源，污染持續(xù)時間可長達數(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)對其進行凈化的難度很大，費用極為昂貴，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

對垃圾填埋場地下水污染進行數(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）垃圾填埋場的穩(wěn)定化過程階段不同，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，降解過程中釋放的污染物濃度最高，對周圍環(huán)境造成的有機污染、氮污染也最為嚴(yán)重。

2）隨著垃圾填埋時間的增長，地下水污染范圍會不斷擴大。在垃圾被填埋后，滲濾液造成的污染會持續(xù)增加，地下水的流動會使污染范圍擴大，但擴大速度會逐漸降低。

3）滲濾液中污染物組分濃度越高，地下水流速度越快，則對地下水造成的污染問題越嚴(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，則代表會對更大量級、范圍的地下水產(chǎn)生污染，而地下水流速度越快，則代表污染物會被更快傳播，增加了污染范圍及污染范圍擴張速度。

4 垃圾填埋場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之外存在的水分入滲量低于36 mm/s，從而實現(xiàn)對垃圾填埋場內(nèi)的水量的有效控制。然而，由于垃圾填埋場內(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，但無法完全阻止地表水滲入垃圾填埋場內(nèi)。

4.2 垃圾分層填埋

進行填埋時可對垃圾進行分層，即在完成一部分垃圾的填埋操作后，立即對該部分垃圾進行覆蓋，而后對剩余垃圾繼續(xù)進行相同操作，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，進而降低對周圍環(huán)境的污染。

進行垃圾分層填埋時，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，滲濾液在各層間的滯留時間會得到延長，從而使厭氧降解過程更加充分，實現(xiàn)滲濾液的自我凈化，進而降低滲濾液濃度，避免對周圍環(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題，提高建筑廢渣利用率，同時，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，從而使好氧降解過程更加充分，加速垃圾填埋場的穩(wěn)定化過程。

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，由于人工合成材料具有質(zhì)量較輕、運輸量較小、適應(yīng)變形能力較強等優(yōu)點，使施工更為便捷，提升了施工速度，但同時也會增加費用。

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內(nèi)的水量，可構(gòu)建防洪排水系統(tǒng)，即在垃圾填埋場內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流壩、截洪溝，在垃圾填埋場上方放置引流設(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，減少垃圾填埋場內(nèi)的入滲量。

4.4 帷幕防滲

目前，對于污染較為嚴(yán)重的垃圾填埋場，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)其實際情況采取側(cè)面防滲措施，即進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、長度及其他因素的限制，該技術(shù)較為成熟，在垃圾填埋場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地下水及周圍環(huán)境造成的污染，可在垃圾填埋場底層安裝集排裝置，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使其再次經(jīng)歷生物降解過程，達到自我凈化的目的。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，應(yīng)于垃圾填埋場底部鋪設(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)流管以對滲濾液進行導(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，在對底層集排系統(tǒng)進行設(shè)計時，應(yīng)注重其結(jié)構(gòu)的可靠性、安全性及經(jīng)濟性，需要進行全面的科學(xué)論證，確保其符合環(huán)保理念，否則會加重地下水污染。

4.6 底部襯層

目前，于垃圾填埋場底部及四周鋪設(shè)襯層是防滲的主要手段，能有效防止未被及時排走的滲濾液滲漏。襯層作為預(yù)防滲濾液對地下水造成污染的最后屏障，其設(shè)計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)，國外垃圾填埋場鋪設(shè)底部襯層的案例中最多可達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，可采用一層或多層壓實黏土，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，但費用較高。國外還將有機黏土作為垃圾填埋場底部襯層的防滲材料使用，對于有機物含量較高的滲透液，可較好地去除有機物，有效提升防滲效果。

3）在垃圾填埋場匯水口處可修筑防滲帷幕，避免垃圾填埋場內(nèi)的滲濾液水平遷移，對垃圾填埋場周圍土壤造成污染，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）垃圾填埋場滲濾液中存在較高濃度的有機物及重金屬離子，在進行底部襯層的設(shè)計與鋪設(shè)時應(yīng)將其納入考慮范圍，在防滲的同時降低其對材料的損壞，避免防滲漏洞的出現(xiàn)，提高防滲效果。

5 結(jié)語

垃圾填埋場的出現(xiàn)是為了解決城市生活垃圾堆積問題，但在垃圾降解過程中，經(jīng)垃圾層與覆土層滲濾而形成的一種高濃度有機廢水含有大量有機物及重金屬類物質(zhì)，會對地下水及周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。且隨著垃圾填埋時間的增長，地下水污染范圍會逐漸擴大，滲濾液中污染物組分濃度越高，地下水流速度越快，對地下水造成的污染問題越嚴(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。