丹阳北庄生活垃圾填埋场地下水污染分析

张洪玲,蔡金傍,李维新

(环境保护部南京环境科学研究所,江苏南京 210042)

丹阳北庄生活垃圾填埋场地下水污染分析

张洪玲,蔡金傍,李维新

(环境保护部南京环境科学研究所,江苏南京 210042)

建立了针对生活垃圾填埋场地下水污染问题的数学预测模型,以丹阳北庄生活垃圾填埋场工程为例,预测和分析了北庄生活垃圾填埋场渗滤液对地下水的污染。

生活垃圾填埋场;渗滤液;地下水污染模拟

目前,发达国家 69%～73%的城市垃圾是用卫生填埋法处置,我国的垃圾卫生填埋始于 20世纪80年代,尽管城市垃圾卫生填埋场有许多优势,但在其填埋阶段以及填埋场封场后都会产生渗滤液,并不同程度影响填埋场周围地区地下水。本文结合丹阳北庄生活垃圾填埋场工程实例,建立针对填埋场地下水污染问题的数学预测模型,并对填埋场封场后渗滤液污染地下水进行预测和分析。

1 填埋场概况

丹阳市北庄生活垃圾填埋场位于丹阳市区西侧北庄村联兴大队,距离中心城区 7 km。填埋场总占地面积 67147m2,填埋垃圾总量为 58万 m3。填埋场北与麦溪张巷村隔香草河相望,南靠麦溪肇庄村,东邻麦溪北庄村及十里长沟。垃圾堆体平面投影呈梯形,北侧紧靠丹阳—行宫公路,道路北侧为香草河(宽度约 40m);东侧 30m外为利民河。

北庄生活垃圾填埋场自 1992年投入使用以来,一直沿用至 2006年丹阳市毛甲卫生填埋场建成为止。北庄生活垃圾填埋场没有防渗措施、渗滤液导排及处理系统、填埋气体导排系统,日常填埋作业为简易填埋,覆盖措施不到位,存在扬尘、飘浮物、臭气、蝇、鼠等污染,垃圾堆体坡脚有渗滤液聚集现象,对当地环境影响较大。

2008年,丹阳市按国家规范要求对北庄生活垃圾填埋场进行封场,尽可能修复生态,减少对环境的影响。封场工程主要包括围堤、垂直防渗墙、垃圾堆体修整、渗滤液导排及处理、填埋气体导排收集、终场覆盖、雨水导排、终场利用及景观等。

2 填埋场地下水污染预测

2.1 预测模型

渗滤液污染地下水的水流模型采用饱和—非饱和渗流模型[1]:

式中:(x,z)єΩ;透系数k(ψ)为体积含水量的函数;ψ、n、c(ψ)、Ss分别为压力水头、孔隙率、比水分容量和单位贮存量。当饱和度Sw=1时,c(ψ)=0,上式为饱和渗流基本方程式。

初始条件和边界条件为:

渗滤液在渗漏作用下污染迁移影响地下水的水质模型为[2]:

2.2 模型计算方法

应用有限元法求解公式 (1)及相应定解条件,本次渗流计算采用二维渗流计算程序 UNSST2(Unsteady Seepage&Stability,2-D)。该程序可以用来研究各类型石坝、闸坝地基、渠道渗漏和矿坑排水及灰坝尾矿坝等渗流问题,也可用来研究库水位上升、下降情况下的非稳定渗流,同时还可用于坝坡稳定性计算。计算中土体透水性均概化为非均质各向异性,渗流量计算采用中断面法。

2.3 计算参数及计算断面划分

根据填埋场地质勘察报告,北庄垃圾填埋场在埋深 20m以上可分为四层,现自上而下分别为素填土、粉土、淤泥质粉质粘土及粉质土。各层如下:素填土为灰色,松散状态,填料以粉质粘土为主,层厚一般为 0.9～3.0m;粉土为黄色,稍密,饱和,摇振反应中等,无光泽反应,干强度低,韧性低,层厚 0.5～1.8m,Ps采用值为 2.6MPa;淤泥质粉质粘土为灰色,饱和,流塑,局部夹淤泥质粉土,摇振反应无,干强度中等,韧性中等,Ps采用值为 0.7MPa,层厚8.0～20.0m;粉质粘土为灰黄色,可塑,局部夹粉土,稍有光泽,摇振反应无,干强度中等,韧性中等, Ps采用值为 2.6MPa。该土层本次勘察未见底。

渗流计算时把填埋场的地层划分为 3层,即第1层为素填土层;第 2层为包含粉土和淤泥质粉质粘土单元土体的地层;第 3层为粉质粘土层。其中第 1、3层的渗透系数参考附近地区相同土料的试验值而定,垂直防渗墙的渗透系数参考同类工程取值,丹阳北庄填埋场各层所采用的渗透系数指标见表1,计算断面如图 1a所示。

表1 北庄填埋场各层土渗透系数

2.4 网格布置及计算工况

根据填埋场址土层分布特点,计算断面上剖分结点数为 588个,剖分三角形单元 1056个,断面剖分网格见图 1b。

3 预测结果分析

3.1 渗流量计算结果

香草河和利民河水位比填埋场场底高程高,且周围地下水水位高程也较高,因此将有部分地下水通过地层进入填埋场,其计算结果见表 2和图 2。

表2 北庄填埋场渗流量计算结果

从表 2可以看出,地下水将通过地层进入北庄垃圾填埋场,其中丰、平、枯水期每年进入填埋场的水量分别 227.81m3、180.65m3和 125.23m3。

图2 丰、平、枯水期填埋场渗流自由面及等势线

3.2 渗滤液中有害物质对地下水污染分析

依据建立的数学模型模拟分析在渗流作用下高锰酸盐指数和 NH3-N的污染迁移影响地下水程度。丹阳北庄生活垃圾填埋场下土层横向弥散系数Dx=3.4×10-3m2/d,纵向弥散系数Dz=1.3× 10-3m2/d,填埋场底部长度X0=150m。

利用剖面二维水流场模型中求得水平方向渗透流速Vx=8.15×10-5m/d,垂直方向渗透流速Vz= 2.05×10-5m/d。

把二维水流场模型中求得水平方向渗透流速代入 (2)式求解,可得近似解[3]:

计算出沿x、z轴的 CODMn和NH3-N污染最终运移过程如图 3所示。从图 3中可以看出,填埋场地下水中 CODMn污染影响水平范围为 400m以内,垂直影响范围 650m以内;填埋场地下水中NH3-N污染影响水平范围为 400m以内,垂直影响范围为600m以内。

图3 北庄填埋场地下水污染分布

综上所述,丹阳北庄生活垃圾填埋场封场后渗滤液对地下水污染影响水平范围为 400m以内,垂直影响范围 650m以内。

4 结语

生活垃圾填埋场渗滤液危害大,若不采取措施对其进行控制将产生二次污染,使卫生填埋场失去应有的价值和意义。解决渗滤液的污染问题,除了必须对填埋场渗滤液进行控制,尽量减少渗滤液的产生量外,还应加强填埋场地下水污染数值模拟分析,为填埋场的防渗处理提供参考依据,对防止渗滤液渗漏污染地下水具有重要意义。

[1]毛昶熙,段祥宝,李祖贻.渗流数值计算与程序应用[M].南京:南京河海大学出版社,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.地下水水质模型 [M].沈阳:辽宁科学技术出版社, 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

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07528-005)

2011-06-13;

2011-09-11

张洪玲 (1976-),女,吉林省舒兰市人,硕士,主要从事水污染控制研究。E-mail:eia1901zhl@yahoo.com.cn