张小平《固体废物污染控制工程》笔记和课后习题(含考研真题)详解(固体废物的最终处置技术)【圣才出品】

第10章 固体废物的最终处置技术

10.1 复习笔记

【知识框架】

【重点难点归纳】

一、概述

1．固体废物处置的基本原理和处置原则

（1）废物处置过程中污染物的释放与迁移 固体废物处置的基本原理和处置原则 概述 地质屏障的防护性能

固体废物陆地处置的基本方法

自然衰减型填埋场

填埋场的基本构造和类型 全封闭型填埋场

半封闭型填埋场

填埋场垃圾的降解过程

填埋场固液相、液气相反应的特点

填埋场中的生物降解行为 卫生填埋场内的微生物种类

影响固体废物降解的因素 渗滤液的组成及特征 渗滤液的来源 控制渗滤液产生量的工程措施 渗滤液的产生及控制 渗滤液产生量计算 渗滤液的处理方法 渗滤液处理方法的选择 填埋场气体组成特征

填埋场气体的产生方式

填埋场气体的产生与控制 填埋场气体的运动

填埋场气体处理系统

填埋场气体利用技术

矿化垃圾

矿化垃圾的开采与利用 矿化垃圾的使用

矿化垃圾的处理 固体废物的最

终处置技

术

①废物在处置过程中的反应

a．生物反应

第一，好氧。

处置场中发生的生物降解过程，首先进行的是好氧生物反应，降解有机物产生CO2，此后进入厌氧消化降解过程。

第二，厌氧。

填埋场的好氧过程只维持很短时间，废物中的氧一经耗尽，就开始进入厌氧降解过程，通过厌氧发酵将有机物转化为CO2、CH4和少量的NH3、H2S等。

b．化学反应

第一，溶解／沉淀。

废物中原有的或经生物转化产生的可溶性物质，因雨水等进入处置场的废物层溶解，产生高浓度有机物和高盐分浓度的渗滤液，渗滤液中的某些盐类，因pH值变化等原因会产生沉淀。

第二，吸附／解吸。

处置场产生的某些挥发性和半挥发性有机化合物，以及渗滤液中的有机和无机污染物，被固体废物和土壤吸附，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中。

第三，脱卤／降解。

有机化合物的脱卤、水解、化学降解。

第四，氧化还原。

金属和金属盐的氧化还原作用。

c．物理反应

第一，蒸发／气化。

废物中的水分、挥发性和半挥发性有机化合物通过蒸发、气化转入处置过程所产生的气体中。

第二，沉降／悬浮。

渗滤液中的胶体物质，因重力的作用沉降或悬浮。

第三，扩散／迁移。

如气体在处置场中的横向扩散和向周围环境的释放；渗滤液的迁移或渗入覆土的下层。

②污染物释放、迁移途径

当降雨和地表水通过渗透进入处置区时，一方面污染物溶解产生渗滤液；另一方面废物在达到稳定化之前，含污染物的气体会不断释放到环境中。处置场释放到环境中的渗滤液和气体污染物经迁移、转化造成水体污染、空气污染和土壤污染。

图10-1 处置场污染物的迁移过程

（2）固体废物的处置原则

①区别对待、分类处置、严格管理的原则；

②将危险废物与生物圈相隔离的原则；

③集中处置原则。

（3）多重屏障原理

①将污染物释放速率减至最小的措施

a．将联系固体废物与环境的通道数量减至最少，也就是将环境中渗入处置场内的水分减至合适的限度；

b．尽可能将处置场内污染物与环境相联系的通道降到最少，使污染物释放的速度减至

最小。

②屏障系统

利用天然环境地质条件而采取的措施，称为天然防护屏障；采取的工程措施称为工程防护屏障。

图10-2 防护屏障示意图

a．废物屏障系统

根据废物的性质进行预处理，包括固化或惰性化处理，以减轻废物的毒性或减少渗滤液中有害物质的浓度。

b．密封屏障系统

利用人为的工程措施将废物封闭，使废物的渗滤液尽量少地突破密封屏障而向外溢出。

c．地质屏障系统

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，良好的地质屏障系统的要求是：

第一，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；

第二，与地表水和地下水的动力联系较少，可减少地下水的入浸量和渗滤液进入地下水的渗流量；

第三，从长远上讲，能避免或降低污染物的释出速率。

2．地质屏障的防护性能

（1）介质的渗透性及水的运移速度

①土壤的渗透性及水通量

土壤的渗透性是指空气或水通过土壤的难易程度。渗透性通常用水通量q来表示，水通量是指单位时间流过的距离，即水通过地质介质的流动通量。

q＝K·i

上式称为达西公式。式中，q为达西通量或水通量，cm·s-1；i为水力坡度，cm·cm-1；K为渗透系数或渗透率，cm·s-1。地质介质的渗透系数K是决定地下水运移速度和污染物迁移速度的重要参数，土壤结构越紧密，K越小。

②水的运移速度

土壤孔隙中水的运动速度ν与孔隙的大小及数量有关，即

式中，εe为土壤的有效孔隙率，cm3·cm-3。

（2）污染物的迁移及吸附滞留

①污染物的迁移速度

式中，R d为污染物在地质介质中的滞留因子，无量纲。

式中，ρb为土壤的堆积容重（干），g·cm-3；k d为污染物在土壤／水中的吸附平衡分配系数，mL·g-1。

②地质介质对污染物的吸附阻滞作用

a．各种污染物被土壤吸附而阻滞的能力，可用土壤的阳离子交换容量（CEC）表示，CEC越大，腐殖质和黏土含量越高，则滞留荷电组分的能力越强。

b．影响废物组分在土壤中迁移的主要因素有土壤的种类或结构、土壤的渗透性、土壤的阳离子交换容量（CEC）。这三者的关系如图10-3所示。

图10-3 介质层渗透性与吸附能力的关系

（3）污染物在土壤中的降解

①生物降解作用

土壤中的有机污染物可被微生物分解而转化。有机物污染物被生物降解后，浓度衰减的表达式为

c（t）＝c0exp（-kt）

式中，k为反应速率常数，s-1；c0为初始浓度；c（t）为t时刻的浓度。

②地质介质的屏障作用

地质介质的阻滞能力，包括污染物在地质介质中的物理衰变、化学反应和生物降解作用。

设地质介质的厚度为L（m），则污染物通过所需的时间（迁移时间）为

式中，ν′为污染物的迁移速率；ν为水的运动速度；R d为污染物在地质介质中的滞留因子。

污染物通过某些地质介质层后，其浓度衰减可示为