江苏垃圾填埋场生态地质环境安全性评价及工程治理

杨 谦,戴俊成,张 芳,姚维军

(江苏省地质矿产调查研究所,江苏 南京 210018)

江苏垃圾填埋场生态地质环境安全性评价及工程治理

杨 谦,戴俊成,张 芳,姚维军

(江苏省地质矿产调查研究所,江苏 南京 210018)

以生态地质环境系统安全为理论框架,以综合指数法和层次分析法为技术支点,构建了垃圾填埋场生态地质环境模型和生态地质环境风险等级的判别方法。选择了南京轿子山生活垃圾填埋场为典型实例,评价该场生态环境安全总体堪忧,且达到Ⅰ级红色预警状态。从地质分析入手,结合应用工程施工技术方法,参照相关规范,对填埋场进行污染治理方案设计。

垃圾填埋场;生态环境;安全性评价;工程治理;江苏南京

0 引言

江苏全省每天城市生活垃圾的产出量逾3.6万 t,被分别集中填埋在 58个填埋场。此外,历史上数以千处上亿吨的“无底填埋垃圾”悄然“潜伏”在城市附近地下。日趋增多的生活垃圾不但增加了填埋场现存库容压力,而且大量的渗沥液渗漏和甲烷气体泄漏不断突发滋事,破坏了生态环境,严重影响到城市居民的身心健康。据调查,江苏所有垃圾填埋场 (点)均不同程度地存在污染问题,1/3填埋场对环境的污染十分严重,轻者使区域性地表水体产生恶化,重者危及到地下水源地的水质安全。较多的填埋场周边地区水土测试显示,已突破生态承载力的指标,生态后果与环境胁迫因素呈正相关趋同,生态风险评价出现了不安全预警状态,工程治理迫在眉睫。

1 垃圾填埋场的污染现状

1.1 历史上“垃圾包围城市”的局面造成三大后果

江苏对城市垃圾的处置起步较晚,1993年,仅南京等少数城市开始实行垃圾集中填埋处理,2004年开始重视并对扩建填埋场采用卫生填埋技术实行无害化处理,2008年,全省约 70%的市、县扩建或新建填埋场实现卫生填埋。从集中填埋到部分卫生填埋经历了相当长的时间,在这一期间,各城市的垃圾处置基本上是利用城市周边的矿山采石坑或低洼水塘进行分散填埋,形成了“垃圾包围城市”的局面。现在看来,因此带来的后果极为严重,一是这些垃圾填埋场如一颗颗“定时炸弹”,随时有可能引发安全事故。如南京尧化门填埋场因甲烷爆炸引发火灾,溧水美人山填埋场渗沥液泄漏大范围污染了农田。二是重污染填埋场直接影响了周边地区的生态环境,由此产生的诉讼和民事纠纷正在呈现上升势头。如常州二案填埋场的混填垃圾污染引起诉讼纠纷,徐州雁群填埋场周边居民集体上访。三是由于缺乏对地质条件的论证,建场选址不当造成了一系列原生地质环境的改变。如南京轿子山填埋场附近的泉点水质恶化,深层地下水污染离子超标,地下水径流区发生大面积的水质变化。

1.2 脆弱环境地质条件下重污染填埋场急待治理

垃圾污染程度主要由填埋量和填埋时间所决定。填埋垃圾产出含有毒有害物质的高浓度渗沥液,快速入渗形成污染区核部的基本形态,随着垃圾量增大,其污染晕前锋不断向前推移,扩大污染范围。调查发现,重污染的垃圾填埋场其区域地质构造、地层分布、水文地质与工程地质条件均相对脆弱,是直接导致水土污染的首要因素。现已基本查明,全省具有不良环境地质问题的填埋场有以下 4类。

①断层破碎基底渗漏型：场地处于断层交汇地段,基底地层岩性为富水地层且岩石破碎,节理裂隙发育有利于地下水的循环。渗沥液渗入地下径流系统,造成含水层或地下水源地水质污染。②砂砾石地层扩散污染型：填埋场利用采砂 (石)坑来填埋垃圾,下伏地层结构松散、厚度大、透水性强 (k=0.3cm/s),在无任何防渗措施情况下,任其渗沥液向四周和底部扩散运移。③高地冲沟直泻型：填埋场选建在高岗冲沟地形之上,出口坡度较大,每当雨季山洪携带渗沥液顺势而下,形成地表产流,直泻下游地区,地表水、地下水、土壤均遭受灭顶之灾。④低洼沟塘弥散型：场地地面标高低于区域平均标高,多为利用废弃砖瓦厂取土坑或低洼水塘。大量垃圾堆放后抬升了地面,反成了垃圾高地,垃圾污水渗入地下,补给地下水并逐步向四周扩散,形成片状或带状污染区。

对城市生态环境安全来说,这些重污染填埋场都处在未经防护、没有治理的高风险状态,亟待治理。

2 垃圾填埋场生态地质环境安全性评价的基本模型

2.1 垃圾填埋场生态环境研究范畴

生态地质环境是从环境地质学的观点出发,强调地质环境与自然生态环境、社会经济环境相互关系的作用,把三者的演变机制看作一个动力系统。“生态地质环境”在人类生存环境中起着基础性作用和主导作用,地质环境是生态环境的载体。垃圾填埋场的生态环境研究从根本上要依赖于地质环境的研究,而物质组成、地质结构、动力机制则是时空条件下的决定因素。

2.2 垃圾填埋场生态环境安全性评价模型

生态环境安全是从生态环境风险分析发展而来的,两者有着密不可分的联系。从美国环保局提出的《生态风险评价大纲》和美国国家科学院的《生态风险评价问题》的标准来看,生态风险评价可以理解为系统受一个或多个协迫因素影响作用后所引起的不利的生态后果可能性,它表征了系统安全状况受胁迫的程度,即系统受到的胁迫值越大,其发展向不利于健康状态进行的可能性越大,则安全性越小。2.2.1 安全性评价 垃圾填埋场生态地质环境安全系统可以通过生态地质环境风险、生态地质环境健康、生态地质环境服务三者关系建立起来。评价层由风险状态指标、健康状态指标、服务状态指标组成,决定因子的遴选力求能揭示填埋场现状本质,对每一因子仅作二分法判断,即可接受或不可接受、健康或不健康、正常或不正常,且分别记作“+”和“-”。二级决定因子的判断可根据实际情况再进行单项评价或综合评价。判断结果全为“+”,则该评价层为“+”;其中某项决定因子为“-”,则该评价层为“-”,即可判断该填埋场是不安全的,且该项决定因子是造成不安全的主要因素之一 (表 1)。评价综合归类后形成安全或不安全 5种类型 (表 2)。

表1 填埋场生态环境安全性评价指标体系

表2 生态地质环境安全评价表

①安全型：生态地质风险可承受、生态地质环境处于健康状态、期望的地质服务可维持。②胁迫不安全型：地质环境处于健康状态、服务基本可以维持、受外界胁迫影响大、承受较大风险。③结构不安全型：外力影响胁迫性环境可以承受、生态服务可维持、但地质环境处于不健康状态。④功能不安全型：地质环境和胁迫性环境均没有问题、但提供环境服务方面存在问题。⑤复合不安全型：同时两种或两种以上因子引起生态环境不安全,危害程度大,必须采取治理或防范措施。

2.2.2 风险等级判断 复合不安全型填埋场具有高风险等级,而风险等级的判断可以表征所处的预警状态。采用极差标准化的方法,将指标的标准化值和综合指数值转换为等级值,建立评判集与标准化值的概念关联,来判断风险等级。也可以采用综合法来评判等级 (表 3)。

表3 生态地质环境风险等级评判表

3 垃圾填埋场污染治理技术方法

①隔离措施。在污染地下水与未被污染地下水之间建立隔离带,阻止污染物的进一步扩散。工程应用一般使用防渗墙、竖向隔离墙、深度搅拌桩墙、灌浆帷幕、高压旋喷板墙等垂直隔离措施,可以有效地截断污染物的水平运移通道。

②地下曝气。被渗沥液污染的地下水中有机物含量较高,可以采用生化法净化,一般采用预埋曝气管的方式使饱和带或曝气带中的溶解氧含量提高。

③反应墙或反应井。在污染水流经过的地段采用可渗透反应墙,或在污染地段的地下水体内打净化井,并在其中加入能与污染物发生反应的物质或具有吸附性的物质,使之反应或被吸附而净化地下水。

④人工补给或抽水。采用人工补给方法加快被污染地下水的稀释和自净作用,或使用抽水方法将污水抽走,然后用洁净的水回灌。

成立商务英语教研室，组建商务英语教学团队，是合理利用人才的重要手段。在年龄上合理搭配，由经验丰富的老教师带动年轻教师，形成良好的竞争氛围。商务英语专业授课教师大部分应该具有硕士及以上学位和讲师以上职称，还应该有一定比例的双师型教师、海归教师和外教。其中，双师型教师同时具有教师任职资格和所教专业相关的执业资格［6］，并有实际工作经历，能够更好地将理论和实践结合，不断丰富和更新教学内容，使之符合实际岗位要求；海归教师和外教不仅可以教授难度系数大的课程，还可以给整个团队带来国际先进的教学理念和方法。

⑤水力截获。人为在地下水径流上形成一定的水力坡降,并在该处挖沟渠,从而将浮于上面的不溶污染物质去除。

⑥原位生物修复技术。利用微生物的生物降解作用对被污染的含水层,在原位进行现场处理,使其转变为无害物质。

上述垃圾渗沥液的处理技术各有优缺点和适用范围。对于不同地质条件、不同污染性质的情况应综合比较其安全性、经济性和处理效果,优化选择,以最少的投资取得最大的环境效益。此外,所有渗沥液防治的方法之间也是相互关联、相互影响的,例如原位生物修复技术既可以修复地下水质,也可以修复土壤。所以在解决垃圾填埋场治理的实际过程中,应根据具体情况具体分析,灵活应变,方能事半功倍。

在充分分析填埋场环境地质条件的基础上,结合不同的工程技术方法,针对性地设计治理方案,是一种低成本高效益、标本兼治的有效法方法。

4 轿子山垃圾填埋场环境安全性评价及工程治理实例

4.1 生态地质环境安全性评价

南京轿子山填埋场是一处重污染且亟待治理的特例,其重要性表现在：一是它的规模将成为全省之最,目前库容490万 t,2015年计划再扩容730万 t。二是污染不但造成窦村一带地表水体和民用井水质量恶化,而且电子学校深井水质反映,污染物质已渗入深层地下水导水断层,对南京市东郊水源地构成威胁。三是它的西部毗邻地域又将成为拟建青龙山填埋场地。

选取“南京市生活垃圾处置现状调查评价与选址建议 (调查阶段报告)”中水土污染分析数据和填埋场适宜性评价因子等相关资料,进行生态环境安全性评价。综合生态环境安全性评价指标体系中的对应指标,并对照“生态地质环境安全评价表”(表2),决定因子层中的第 1、第 2、第 4项为复合型不安全 (且第 2、第 4项环境健康、环境风险、环境服务评价均为负值),第 3项为胁迫型不安全,第 5项为结构型不安全,第 6项为安全,综合评价为复合型不安全,对照“生态地质环境等级评判表”,环境风险等级判别为Ⅰ级,达红色重警状态。

4.2 污染治理方案

4.2.1 地质分析 轿子山填埋场位于南京市江宁区沧波门窦村西,宁杭公路以南,青龙山西北麓山前洼地。在区域地质构造上处于宁镇山脉弧形弯转地段,构造应力相对集中。沿整个青龙山脉垂直发育了一系列张扭性北西向断裂,这些断裂既是地质应力释放点,又是地下水的导水、控水构造线 (水线、水网),来自青龙山脉的大气降水和深部含水层间水平侧向补给的地下水,将通过这些导水、控水构造向仙鹤门水源地补给。填埋场内有一条“徐轿逆掩断层”,经钻孔揭露和物探证实从 1号库南部通过。上盘地层为三叠系中统薛家村组 (T2x)灰岩夹角砾岩,风化面呈肉红色。下盘为三叠系中统黄马青组(T2h)杂色粉砂岩。该断层后期被北西向断层切割 ,交汇处可见石英闪长斑岩岩体小面积分布。

填埋场地层上覆第三系 Q3-4残坡积、冲洪积松散沉积物,埋藏并出露浅层地下水,下部为三叠T2x-h系碳酸盐岩,埋藏着丰富的深层地下水资源。从水质动力模型来看,松散岩类孔隙含水层组地下水污染模型为三维各向同性的水质弥散数值模型,而基岩裂隙含水层组地下污染的数值模拟方法是应用节理岩体概化为 EPM模型的数据,对应渗流物与应力物耦合的力学模型。从地质构造上看,填埋场的污染明显受地质构造控制,北西向断裂和徐金断裂交汇点是软弱结构面,是污染的主要通道。浅层地下水与深层地下水有着十分密切的水力联系,来自青龙山脉的大气降水可以直接入渗补给深层地下水。

治理方案总体思路是“封闭污染源,截堵地下水径流通道,抽水净化储水空间,恢复浅层地下水水质”,是工程治理与生态治理的组合方法。具体措施如下。

①防渗堵漏封闭污染源,控制浅层地下水进一步扩散。a在填埋场 2号、3号库山坡下沿北西向断层两侧布设 2排～3排注浆孔,进行压密注浆阻止渗沥液向下游泄漏。孔径 φ48mm,间距 0.5m,深5m～10m,双道呈三角形布设。水灰比 1∶1加 15%助凝剂,泵压 0.5kg～2kg,饱和注浆。b在对门山与铜家山两山之间的山口一线,平行布设 φ700mm双轴深层搅拌桩 2排～3排,双向搭接 200mm,桩长20mm～22mm进入基岩强风化面,用以封闭孔隙潜水层下游通道,阻隔污水下泄。

②截流封堵,断层交汇点充填注浆,保护深层地下水免受污染。a在北西向主干断裂两侧进行网状填充式注浆,改变或减低断层导水性能。钻孔深至基岩 (10m～30m),孔径 φ73mm,孔距 0.5m,顺断层走向 5排～6排呈梅花网状布设。b在库区两边徐金断裂与北西向断裂切割交汇处进行充填式注浆。注浆孔径 φ48mm,孔距 0.5m,孔深 5m～10m,5排～6排呈网状布设。水灰比 1∶1加 15%助凝剂,泵压 0.5kg～2.0kg,饱和注浆。

③浅层地下水疏干置换。在上述方法实施后10d～15d,在窦村、东解村、中解村重度污染区均匀布设 7口～9口大口径抽水井 (部分可采用民井),进行疏干式抽水,污水统一进入排污管道排至区外。成井深度 15m～30m,孔径 φ800mm,井径 φ360mm水泥管,全井下 0.3mm(60目)铜网过滤器,回填孔径 φ5mm～7mm的绿豆砂。抽水设备可采用 30t/h电动潜水泵。该方法可以加快水质净化,达到生态恢复的目的。

以上设计应在施工图设计前进行工程地质勘查和物探,进一步了解地层结构参数和断层精确方位,细化并修正后实施 (图 1)。

图1 轿子山垃圾填埋场地下水污染治理方案图

5 结 语

虽然垃圾填埋场的生态环境安全性评价尚处在探索和初步研究阶段,但生态地质环境系统理论已广泛受到关注,评价模型中决定性因子的遴选突出了地质条件胁迫性的主导作用。垃圾填埋场的环境安全性评价已不再局限于静态现状的评价,而开始注重于生态环境动态发展过程的研究,这就要求把生态安全评价和风险预警结合起来,追求兼备评价、预警、预测的生态安全模型。同时,重污染填埋场的工程治理方法的研究应该围绕生态地质环境为核心内容,从地质分析入手,结合工程技术方法进行方案设计。

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Ecological and geological environment safety evaluation and engineering harness ofwastes landfill in Jiangsu Province

YANG Qian,DA I Jun-cheng,ZHANG Fang,YAO W ei-jun

(Jiangsu Institute of Geology andMinerals Investigation,Nanjing 210018,China)

Based on the investigation of the present environmental situation of the urban wastes landfill in Jiangsu Province,the authors found a lot of the historical urban and unsheltered wastes had broken the peripheral ecological environment,severely polluted wastes landfillwas a big hidden trouble for urban ecological safety.Based on the frame of ecological environment safety,supported by the technologies of synthetic index and level analysis,the authors established a discriminance for the ecological and geological environmentmodel and ecological and geological environment risk grade.

Wastes landfill;Ecological environment;Safety evaluation;Engineering harness;Nanjing,Jiangsu

X171

A

1674-3636(2010)02-0214-06

10.3969/j.issn.1674-3636.2010.02.214

2009-08-24;

2009-09-02;编辑：侯鹏飞

杨谦(1955—),男,研究员级高级工程师,水文地质工程地质专业.