北京大学环境工程概论_第七章__固体废物-3

（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。
表 2 渗透性分级
分级 非常快 快 稍快 中速 稍慢 慢 非常慢
渗透系数（cm/s） ＞7×l0 -3 3.5×l0 -3～7× l0-3 1.7×l0 -3～3.5× l0-3 0.6×l0 -3～1.7× l0-3 1.4×l0 -4～6× l0-4 3.5×l0-5～14.10-5 ＜3.5×l0-5
土 壤 的 CEC 可 用 每 100g 土 壤 的 毫 克 当 量 数 （Meq/100g）来表示，其大小随土壤中粘土的种类 和含量以及有机质的含量而变化。纯腐殖质的CEC 为200Meq／100g，而蒙脱土和高岭土的CEC分别为 90Meq／100g和80Meq／100g。大多数土壤的CEC在 10～30Meq／100g之间。
脱卤/降解：有机化合物的脱卤作用和水解、化学降解 作用；
氧化还原：影响金属和金属盐的可溶性。
其他反应：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理反应包括：
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；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；扩散/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；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。
土壤中颗粒物大小是不会变化的，除非经剧烈的 物理或化学方法处理过。故土壤颗粒大小的级配 比例（即土质结构）是土壤的基本性质。表中还 给出了砾石、砂、淤泥以及粘土的粒径。
结构 大孔 较大孔 中等孔 较小孔 小孔
土壤的结构分类和常用术语
常用木语 砂质上、砂质壤土 亚砂土、细亚砂土 非常细亚砂土、沪姆土、淤泥 亚粘土、砂质亚粘土、淤泥砂亚粘土 砂质粘土、泥砂粘上、粘上
渗透率（cm/h） 〉5 1.6～5 1.6～5 0.5～1.6 <0.1～0.5
② 介质的渗透性及水运移
A. 土壤渗透性
土壤渗透性是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）。表2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。如表3所示，砂、砾、裂隙岩层含 水层是强渗透性岩石，会使渗滤液自处置场流出 或地下水流入处置场；只有渗透性非常低的粘土、 粘结性松散岩石和裂隙不发育的坚硬岩石有足够 的屏障作用。
2. 化学反应
在处置场中发生的主要化学反应包括：
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；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。
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。
（4）多重屏障原理
地质屏障系统 密封屏障系统 废物屏障系统
废物处置的三道屏障系统
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。所以地质屏障系 统制约了固体废物处置场工程安全和投资强度。
土地填埋处置的分类
土地填埋处置的种类很多，采用的名称也不尽相 同。按填埋场地形特征可分为山间填埋、峡谷填 埋、平地填埋、废矿坑填埋；按填埋场地水文气 象条件可分为干式填埋、湿式填埋和干、湿式混 合填埋：按填埋场的状态可分为厌氧性填埋、好 氧性填埋、准好氧性填埋和保管型填埋，按固体 废物污染防治法规，可分为一般固体废物填埋和 工业固体废物填埋。在日本，工业固体废物填埋 又分为遮断型、管理型和安定型三种。比较科学 的分类，是根据所处置的废物种类，以及有害物 质释出所需控制水平进行来分类。
（1）固体废物处置的基本原理和原则
固体废物在长期处置过程中经历的生物、化学和 物理变化包括：
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CO2，好氧降解只能持续短时间。一旦 废物中的氧气被耗尽，降解就变成厌氧过程，有 机物质被转变成CO2、CH4、少量的氨和硫化氢。
表 3 地质介质的典型渗透系数值
岩性 砾石 砂(分选性好) 淤泥状砂 亚粘土(淤泥) 未风化的粘土 碳酸岩 砂岩 粘土岩
页岩 裂隙火成岩 无裂隙火成岩
渗透系数(m/s) 10-3～100 10-5～10-2 10-7～10-3 10-9～10-6 10-12～10-6 10-9～10-2 10-10～10-6 10-12～10-6
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。
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)。
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。
7.4 固体废物最终处置技术
7.4.1 地质处置方法 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。
10-13～10-9 10-8～10-2 10-14～10-10
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
(Darcy’s Law)来计算： q K i
式中：q=达西通量，cm/s；K=渗透系数，cm/s； i=水力坡度，cm/cm。
C. 水运移速度 土壤孔隙中水的运动和孔隙的性质及数量有关，
固体废物处置原则
（1）区别对待、分类处置、严格管制危险废物和放射性 废物：
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：
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
对环境有轻微的、暂时的影响的固体废物：如矿业固体 废物等，废物中所含有的这类污染物质虽可释放，但对 水域和周围环境的污染是轻微的、暂时的、是可容忍的。
v' v Rd
式中，Rd为污染物在地质介质中的滞留因子，无量纲。
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：
Rd
1
b e
Kd
式中：ρb=土壤堆积容重（干），g/cm3；kd=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（III）、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NO-3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，可坚固地被土壤表面吸附，其吸附分配 系数与土壤中的有机碳含量成正比。土壤的阳离 子交换容量（CEC）越大，则滞留荷电废物组份 的能力就越强。
其运移速度可用下式确定：
q v
e
式中，e所为土壤的有效空隙度，cm3/cm3。
③ 吸附滞留与污染物迁移
A. 污染物迁移
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：
（2）地质屏障的防护性能
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。
土壤的结构取决于所含矿物颗粒的大小。表中列 出了土壤基本的结构分类以及其他一些常用的参 数。根据定义，含砂量>70%（wt）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。
④ 地质介质屏障作用
污染物在地质介质中的去除作用大小取决于地质介 质对它的阻滞能力和该污染物在地质介质中的物理 衰变、化学或生物降解作用。当污染物通过厚度为 L(m)的地质介质层时，其所需要迁移时间（t*）为：
t* L L v' v Rd
所以污染物穿透此地质介质层时地下水中的浓度为：
C C0 exp( kt*)
7.4.2 土地处置的方法
1、概念及分类
地填埋处置是从传统的堆放和土地处置发展起来的一项 最终处置技术，不是单纯的堆、填、埋，而是一种按照 工程理论和土工标准，对固体废物进行有控管理的一种 综合性科学工程方法。