張洪玲,蔡金傍,李維新

(環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所,江蘇南京 210042)

丹陽(yáng)北莊生活垃圾填埋場(chǎng)地下水污染分析

張洪玲,蔡金傍,李維新

(環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所,江蘇南京 210042)

建立了針對(duì)生活垃圾填埋場(chǎng)地下水污染問(wèn)題的數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)模型,以丹陽(yáng)北莊生活垃圾填埋場(chǎng)工程為例,預(yù)測(cè)和分析了北莊生活垃圾填埋場(chǎng)滲濾液對(duì)地下水的污染。

生活垃圾填埋場(chǎng);滲濾液;地下水污染模擬

目前,發(fā)達(dá)國(guó)家 69%～73%的城市垃圾是用衛(wèi)生填埋法處置,我國(guó)的垃圾衛(wèi)生填埋始于 20世紀(jì)80年代,盡管城市垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)有許多優(yōu)勢(shì),但在其填埋階段以及填埋場(chǎng)封場(chǎng)后都會(huì)產(chǎn)生滲濾液,并不同程度影響填埋場(chǎng)周?chē)貐^(qū)地下水。本文結(jié)合丹陽(yáng)北莊生活垃圾填埋場(chǎng)工程實(shí)例,建立針對(duì)填埋場(chǎng)地下水污染問(wèn)題的數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)模型,并對(duì)填埋場(chǎng)封場(chǎng)后滲濾液污染地下水進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析。

1 填埋場(chǎng)概況

丹陽(yáng)市北莊生活垃圾填埋場(chǎng)位于丹陽(yáng)市區(qū)西側(cè)北莊村聯(lián)興大隊(duì),距離中心城區(qū) 7 km。填埋場(chǎng)總占地面積 67147m2,填埋垃圾總量為 58萬(wàn) m3。填埋場(chǎng)北與麥溪張巷村隔香草河相望,南靠麥溪肇莊村,東鄰麥溪北莊村及十里長(zhǎng)溝。垃圾堆體平面投影呈梯形,北側(cè)緊靠丹陽(yáng)—行宮公路,道路北側(cè)為香草河(寬度約 40m);東側(cè) 30m外為利民河。

北莊生活垃圾填埋場(chǎng)自 1992年投入使用以來(lái),一直沿用至 2006年丹陽(yáng)市毛甲衛(wèi)生填埋場(chǎng)建成為止。北莊生活垃圾填埋場(chǎng)沒(méi)有防滲措施、滲濾液導(dǎo)排及處理系統(tǒng)、填埋氣體導(dǎo)排系統(tǒng),日常填埋作業(yè)為簡(jiǎn)易填埋,覆蓋措施不到位,存在揚(yáng)塵、飄浮物、臭氣、蠅、鼠等污染,垃圾堆體坡腳有滲濾液聚集現(xiàn)象,對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境影響較大。

2008年,丹陽(yáng)市按國(guó)家規(guī)范要求對(duì)北莊生活垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行封場(chǎng),盡可能修復(fù)生態(tài),減少對(duì)環(huán)境的影響。封場(chǎng)工程主要包括圍堤、垂直防滲墻、垃圾堆體修整、滲濾液導(dǎo)排及處理、填埋氣體導(dǎo)排收集、終場(chǎng)覆蓋、雨水導(dǎo)排、終場(chǎng)利用及景觀等。

2 填埋場(chǎng)地下水污染預(yù)測(cè)

2.1 預(yù)測(cè)模型

滲濾液污染地下水的水流模型采用飽和—非飽和滲流模型[1]:

式中:(x,z)?Ω;透系數(shù)k(ψ)為體積含水量的函數(shù);ψ、n、c(ψ)、Ss分別為壓力水頭、孔隙率、比水分容量和單位貯存量。當(dāng)飽和度Sw=1時(shí),c(ψ)=0,上式為飽和滲流基本方程式。

初始條件和邊界條件為:

滲濾液在滲漏作用下污染遷移影響地下水的水質(zhì)模型為[2]:

2.2 模型計(jì)算方法

應(yīng)用有限元法求解公式 (1)及相應(yīng)定解條件,本次滲流計(jì)算采用二維滲流計(jì)算程序 UNSST2(Unsteady Seepage&Stability,2-D)。該程序可以用來(lái)研究各類(lèi)型石壩、閘壩地基、渠道滲漏和礦坑排水及灰壩尾礦壩等滲流問(wèn)題,也可用來(lái)研究庫(kù)水位上升、下降情況下的非穩(wěn)定滲流,同時(shí)還可用于壩坡穩(wěn)定性計(jì)算。計(jì)算中土體透水性均概化為非均質(zhì)各向異性,滲流量計(jì)算采用中斷面法。

2.3 計(jì)算參數(shù)及計(jì)算斷面劃分

根據(jù)填埋場(chǎng)地質(zhì)勘察報(bào)告,北莊垃圾填埋場(chǎng)在埋深 20m以上可分為四層,現(xiàn)自上而下分別為素填土、粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及粉質(zhì)土。各層如下:素填土為灰色,松散狀態(tài),填料以粉質(zhì)粘土為主,層厚一般為 0.9～3.0m;粉土為黃色,稍密,飽和,搖振反應(yīng)中等,無(wú)光澤反應(yīng),干強(qiáng)度低,韌性低,層厚 0.5～1.8m,Ps采用值為 2.6MPa;淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土為灰色,飽和,流塑,局部夾淤泥質(zhì)粉土,搖振反應(yīng)無(wú),干強(qiáng)度中等,韌性中等,Ps采用值為 0.7MPa,層厚8.0～20.0m;粉質(zhì)粘土為灰黃色,可塑,局部夾粉土,稍有光澤,搖振反應(yīng)無(wú),干強(qiáng)度中等,韌性中等, Ps采用值為 2.6MPa。該土層本次勘察未見(jiàn)底。

滲流計(jì)算時(shí)把填埋場(chǎng)的地層劃分為 3層,即第1層為素填土層;第 2層為包含粉土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土單元土體的地層;第 3層為粉質(zhì)粘土層。其中第 1、3層的滲透系數(shù)參考附近地區(qū)相同土料的試驗(yàn)值而定,垂直防滲墻的滲透系數(shù)參考同類(lèi)工程取值,丹陽(yáng)北莊填埋場(chǎng)各層所采用的滲透系數(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1,計(jì)算斷面如圖 1a所示。

表1 北莊填埋場(chǎng)各層土滲透系數(shù)

2.4 網(wǎng)格布置及計(jì)算工況

根據(jù)填埋場(chǎng)址土層分布特點(diǎn),計(jì)算斷面上剖分結(jié)點(diǎn)數(shù)為 588個(gè),剖分三角形單元 1056個(gè),斷面剖分網(wǎng)格見(jiàn)圖 1b。

3 預(yù)測(cè)結(jié)果分析

3.1 滲流量計(jì)算結(jié)果

香草河和利民河水位比填埋場(chǎng)場(chǎng)底高程高,且周?chē)叵滤桓叱桃草^高,因此將有部分地下水通過(guò)地層進(jìn)入填埋場(chǎng),其計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 2和圖 2。

表2 北莊填埋場(chǎng)滲流量計(jì)算結(jié)果

從表 2可以看出,地下水將通過(guò)地層進(jìn)入北莊垃圾填埋場(chǎng),其中豐、平、枯水期每年進(jìn)入填埋場(chǎng)的水量分別 227.81m3、180.65m3和 125.23m3。

圖2 豐、平、枯水期填埋場(chǎng)滲流自由面及等勢(shì)線

3.2 滲濾液中有害物質(zhì)對(duì)地下水污染分析

依據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型模擬分析在滲流作用下高錳酸鹽指數(shù)和 NH3-N的污染遷移影響地下水程度。丹陽(yáng)北莊生活垃圾填埋場(chǎng)下土層橫向彌散系數(shù)Dx=3.4×10-3m2/d,縱向彌散系數(shù)Dz=1.3× 10-3m2/d,填埋場(chǎng)底部長(zhǎng)度X0=150m。

利用剖面二維水流場(chǎng)模型中求得水平方向滲透流速Vx=8.15×10-5m/d,垂直方向滲透流速Vz= 2.05×10-5m/d。

把二維水流場(chǎng)模型中求得水平方向滲透流速代入 (2)式求解,可得近似解[3]:

計(jì)算出沿x、z軸的 CODMn和NH3-N污染最終運(yùn)移過(guò)程如圖 3所示。從圖 3中可以看出,填埋場(chǎng)地下水中 CODMn污染影響水平范圍為 400m以?xún)?nèi),垂直影響范圍 650m以?xún)?nèi);填埋場(chǎng)地下水中NH3-N污染影響水平范圍為 400m以?xún)?nèi),垂直影響范圍為600m以?xún)?nèi)。

圖3 北莊填埋場(chǎng)地下水污染分布

綜上所述,丹陽(yáng)北莊生活垃圾填埋場(chǎng)封場(chǎng)后滲濾液對(duì)地下水污染影響水平范圍為 400m以?xún)?nèi),垂直影響范圍 650m以?xún)?nèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

生活垃圾填埋場(chǎng)滲濾液危害大,若不采取措施對(duì)其進(jìn)行控制將產(chǎn)生二次污染,使衛(wèi)生填埋場(chǎng)失去應(yīng)有的價(jià)值和意義。解決滲濾液的污染問(wèn)題,除了必須對(duì)填埋場(chǎng)滲濾液進(jìn)行控制,盡量減少滲濾液的產(chǎn)生量外,還應(yīng)加強(qiáng)填埋場(chǎng)地下水污染數(shù)值模擬分析,為填埋場(chǎng)的防滲處理提供參考依據(jù),對(duì)防止?jié)B濾液滲漏污染地下水具有重要意義。

[1]毛昶熙,段祥寶,李祖貽.滲流數(shù)值計(jì)算與程序應(yīng)用[M].南京:南京河海大學(xué)出版社,1999.

[2]Duan Xiangbao.Numerical modeling and optimal estimation of the transport of the groundwater pollution[J].Journal of Hydraulic Dynamics,1996,8(4):273-279.

[3]王秉忱.地下水水質(zhì)模型 [M].沈陽(yáng):遼寧科學(xué)技術(shù)出版社, 1985.

Study of Beizhuang domestic waste landfill site pollution in groundwater

A predictive modelon groundwaterpollution made by domestic waste landfill site was made.In the form of practical engineering example,the groundwater pollution made by leachate of Beizhuang domestic waste landfill site was predicted and analyzed.

dom estic waste landfill site;leachate;groundwater pollution s imulat ion〗

X703.1

B

1674-8069(2011)05-013-03

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專(zhuān)項(xiàng)(2008ZX07528-005)

2011-06-13;

2011-09-11

張洪玲 (1976-),女,吉林省舒蘭市人,碩士,主要從事水污染控制研究。E-mail:eia1901zhl@yahoo.com.cn