江蘇垃圾填埋場生態地質環境安全性評價及工程治理

楊 謙,戴俊成,張 芳,姚維軍

(江蘇省地質礦產調查研究所,江蘇 南京 210018)

江蘇垃圾填埋場生態地質環境安全性評價及工程治理

楊 謙,戴俊成,張 芳,姚維軍

(江蘇省地質礦產調查研究所,江蘇 南京 210018)

以生態地質環境系統安全為理論框架,以綜合指數法和層次分析法為技術支點,構建了垃圾填埋場生態地質環境模型和生態地質環境風險等級的判別方法。選擇了南京轎子山生活垃圾填埋場為典型實例,評價該場生態環境安全總體堪憂,且達到Ⅰ級紅色預警狀態。從地質分析入手,結合應用工程施工技術方法,參照相關規范,對填埋場進行污染治理方案設計。

垃圾填埋場;生態環境;安全性評價;工程治理;江蘇南京

0 引言

江蘇全省每天城市生活垃圾的產出量逾3.6萬 t,被分別集中填埋在 58個填埋場。此外,歷史上數以千處上億噸的“無底填埋垃圾”悄然“潛伏”在城市附近地下。日趨增多的生活垃圾不但增加了填埋場現存庫容壓力,而且大量的滲瀝液滲漏和甲烷氣體泄漏不斷突發滋事,破壞了生態環境,嚴重影響到城市居民的身心健康。據調查,江蘇所有垃圾填埋場 (點)均不同程度地存在污染問題,1/3填埋場對環境的污染十分嚴重,輕者使區域性地表水體產生惡化,重者危及到地下水源地的水質安全。較多的填埋場周邊地區水土測試顯示,已突破生態承載力的指標,生態后果與環境脅迫因素呈正相關趨同,生態風險評價出現了不安全預警狀態,工程治理迫在眉睫。

1 垃圾填埋場的污染現狀

1.1 歷史上“垃圾包圍城市”的局面造成三大后果

江蘇對城市垃圾的處置起步較晚,1993年,僅南京等少數城市開始實行垃圾集中填埋處理,2004年開始重視并對擴建填埋場采用衛生填埋技術實行無害化處理,2008年,全省約 70%的市、縣擴建或新建填埋場實現衛生填埋。從集中填埋到部分衛生填埋經歷了相當長的時間,在這一期間,各城市的垃圾處置基本上是利用城市周邊的礦山采石坑或低洼水塘進行分散填埋,形成了“垃圾包圍城市”的局面。現在看來,因此帶來的后果極為嚴重,一是這些垃圾填埋場如一顆顆“定時炸彈”,隨時有可能引發安全事故。如南京堯化門填埋場因甲烷爆炸引發火災,溧水美人山填埋場滲瀝液泄漏大范圍污染了農田。二是重污染填埋場直接影響了周邊地區的生態環境,由此產生的訴訟和民事糾紛正在呈現上升勢頭。如常州二案填埋場的混填垃圾污染引起訴訟糾紛,徐州雁群填埋場周邊居民集體上訪。三是由于缺乏對地質條件的論證,建場選址不當造成了一系列原生地質環境的改變。如南京轎子山填埋場附近的泉點水質惡化,深層地下水污染離子超標,地下水徑流區發生大面積的水質變化。

1.2 脆弱環境地質條件下重污染填埋場急待治理

垃圾污染程度主要由填埋量和填埋時間所決定。填埋垃圾產出含有毒有害物質的高濃度滲瀝液,快速入滲形成污染區核部的基本形態,隨著垃圾量增大,其污染暈前鋒不斷向前推移,擴大污染范圍。調查發現,重污染的垃圾填埋場其區域地質構造、地層分布、水文地質與工程地質條件均相對脆弱,是直接導致水土污染的首要因素。現已基本查明,全省具有不良環境地質問題的填埋場有以下 4類。

①斷層破碎基底滲漏型：場地處于斷層交匯地段,基底地層巖性為富水地層且巖石破碎,節理裂隙發育有利于地下水的循環。滲瀝液滲入地下徑流系統,造成含水層或地下水源地水質污染。②砂礫石地層擴散污染型：填埋場利用采砂 (石)坑來填埋垃圾,下伏地層結構松散、厚度大、透水性強 (k=0.3cm/s),在無任何防滲措施情況下,任其滲瀝液向四周和底部擴散運移。③高地沖溝直瀉型：填埋場選建在高崗沖溝地形之上,出口坡度較大,每當雨季山洪攜帶滲瀝液順勢而下,形成地表產流,直瀉下游地區,地表水、地下水、土壤均遭受滅頂之災。④低洼溝塘彌散型：場地地面標高低于區域平均標高,多為利用廢棄磚瓦廠取土坑或低洼水塘。大量垃圾堆放后抬升了地面,反成了垃圾高地,垃圾污水滲入地下,補給地下水并逐步向四周擴散,形成片狀或帶狀污染區。

對城市生態環境安全來說,這些重污染填埋場都處在未經防護、沒有治理的高風險狀態,亟待治理。

2 垃圾填埋場生態地質環境安全性評價的基本模型

2.1 垃圾填埋場生態環境研究范疇

生態地質環境是從環境地質學的觀點出發,強調地質環境與自然生態環境、社會經濟環境相互關系的作用,把三者的演變機制看作一個動力系統。“生態地質環境”在人類生存環境中起著基礎性作用和主導作用,地質環境是生態環境的載體。垃圾填埋場的生態環境研究從根本上要依賴于地質環境的研究,而物質組成、地質結構、動力機制則是時空條件下的決定因素。

2.2 垃圾填埋場生態環境安全性評價模型

生態環境安全是從生態環境風險分析發展而來的,兩者有著密不可分的聯系。從美國環保局提出的《生態風險評價大綱》和美國國家科學院的《生態風險評價問題》的標準來看,生態風險評價可以理解為系統受一個或多個協迫因素影響作用后所引起的不利的生態后果可能性,它表征了系統安全狀況受脅迫的程度,即系統受到的脅迫值越大,其發展向不利于健康狀態進行的可能性越大,則安全性越小。2.2.1 安全性評價 垃圾填埋場生態地質環境安全系統可以通過生態地質環境風險、生態地質環境健康、生態地質環境服務三者關系建立起來。評價層由風險狀態指標、健康狀態指標、服務狀態指標組成,決定因子的遴選力求能揭示填埋場現狀本質,對每一因子僅作二分法判斷,即可接受或不可接受、健康或不健康、正常或不正常,且分別記作“+”和“-”。二級決定因子的判斷可根據實際情況再進行單項評價或綜合評價。判斷結果全為“+”,則該評價層為“+”;其中某項決定因子為“-”,則該評價層為“-”,即可判斷該填埋場是不安全的,且該項決定因子是造成不安全的主要因素之一 (表 1)。評價綜合歸類后形成安全或不安全 5種類型 (表 2)。

表1 填埋場生態環境安全性評價指標體系

表2 生態地質環境安全評價表

①安全型：生態地質風險可承受、生態地質環境處于健康狀態、期望的地質服務可維持。②脅迫不安全型：地質環境處于健康狀態、服務基本可以維持、受外界脅迫影響大、承受較大風險。③結構不安全型：外力影響脅迫性環境可以承受、生態服務可維持、但地質環境處于不健康狀態。④功能不安全型：地質環境和脅迫性環境均沒有問題、但提供環境服務方面存在問題。⑤復合不安全型：同時兩種或兩種以上因子引起生態環境不安全,危害程度大,必須采取治理或防范措施。

2.2.2 風險等級判斷 復合不安全型填埋場具有高風險等級,而風險等級的判斷可以表征所處的預警狀態。采用極差標準化的方法,將指標的標準化值和綜合指數值轉換為等級值,建立評判集與標準化值的概念關聯,來判斷風險等級。也可以采用綜合法來評判等級 (表 3)。

表3 生態地質環境風險等級評判表

3 垃圾填埋場污染治理技術方法

①隔離措施。在污染地下水與未被污染地下水之間建立隔離帶,阻止污染物的進一步擴散。工程應用一般使用防滲墻、豎向隔離墻、深度攪拌樁墻、灌漿帷幕、高壓旋噴板墻等垂直隔離措施,可以有效地截斷污染物的水平運移通道。

②地下曝氣。被滲瀝液污染的地下水中有機物含量較高,可以采用生化法凈化,一般采用預埋曝氣管的方式使飽和帶或曝氣帶中的溶解氧含量提高。

③反應墻或反應井。在污染水流經過的地段采用可滲透反應墻,或在污染地段的地下水體內打凈化井,并在其中加入能與污染物發生反應的物質或具有吸附性的物質,使之反應或被吸附而凈化地下水。

④人工補給或抽水。采用人工補給方法加快被污染地下水的稀釋和自凈作用,或使用抽水方法將污水抽走,然后用潔凈的水回灌。

成立商務英語教研室，組建商務英語教學團隊，是合理利用人才的重要手段。在年齡上合理搭配，由經驗豐富的老教師帶動年輕教師，形成良好的競爭氛圍。商務英語專業授課教師大部分應該具有碩士及以上學位和講師以上職稱，還應該有一定比例的雙師型教師、海歸教師和外教。其中，雙師型教師同時具有教師任職資格和所教專業相關的執業資格［6］，并有實際工作經歷，能夠更好地將理論和實踐結合，不斷豐富和更新教學內容，使之符合實際崗位要求；海歸教師和外教不僅可以教授難度系數大的課程，還可以給整個團隊帶來國際先進的教學理念和方法。

⑤水力截獲。人為在地下水徑流上形成一定的水力坡降,并在該處挖溝渠,從而將浮于上面的不溶污染物質去除。

⑥原位生物修復技術。利用微生物的生物降解作用對被污染的含水層,在原位進行現場處理,使其轉變為無害物質。

上述垃圾滲瀝液的處理技術各有優缺點和適用范圍。對于不同地質條件、不同污染性質的情況應綜合比較其安全性、經濟性和處理效果,優化選擇,以最少的投資取得最大的環境效益。此外,所有滲瀝液防治的方法之間也是相互關聯、相互影響的,例如原位生物修復技術既可以修復地下水質,也可以修復土壤。所以在解決垃圾填埋場治理的實際過程中,應根據具體情況具體分析,靈活應變,方能事半功倍。

在充分分析填埋場環境地質條件的基礎上,結合不同的工程技術方法,針對性地設計治理方案,是一種低成本高效益、標本兼治的有效法方法。

4 轎子山垃圾填埋場環境安全性評價及工程治理實例

4.1 生態地質環境安全性評價

南京轎子山填埋場是一處重污染且亟待治理的特例,其重要性表現在：一是它的規模將成為全省之最,目前庫容490萬 t,2015年計劃再擴容730萬 t。二是污染不但造成竇村一帶地表水體和民用井水質量惡化,而且電子學校深井水質反映,污染物質已滲入深層地下水導水斷層,對南京市東郊水源地構成威脅。三是它的西部毗鄰地域又將成為擬建青龍山填埋場地。

選取“南京市生活垃圾處置現狀調查評價與選址建議 (調查階段報告)”中水土污染分析數據和填埋場適宜性評價因子等相關資料,進行生態環境安全性評價。綜合生態環境安全性評價指標體系中的對應指標,并對照“生態地質環境安全評價表”(表2),決定因子層中的第 1、第 2、第 4項為復合型不安全 (且第 2、第 4項環境健康、環境風險、環境服務評價均為負值),第 3項為脅迫型不安全,第 5項為結構型不安全,第 6項為安全,綜合評價為復合型不安全,對照“生態地質環境等級評判表”,環境風險等級判別為Ⅰ級,達紅色重警狀態。

4.2 污染治理方案

4.2.1 地質分析 轎子山填埋場位于南京市江寧區滄波門竇村西,寧杭公路以南,青龍山西北麓山前洼地。在區域地質構造上處于寧鎮山脈弧形彎轉地段,構造應力相對集中。沿整個青龍山脈垂直發育了一系列張扭性北西向斷裂,這些斷裂既是地質應力釋放點,又是地下水的導水、控水構造線 (水線、水網),來自青龍山脈的大氣降水和深部含水層間水平側向補給的地下水,將通過這些導水、控水構造向仙鶴門水源地補給。填埋場內有一條“徐轎逆掩斷層”,經鉆孔揭露和物探證實從 1號庫南部通過。上盤地層為三疊系中統薛家村組 (T2x)灰巖夾角礫巖,風化面呈肉紅色。下盤為三疊系中統黃馬青組(T2h)雜色粉砂巖。該斷層后期被北西向斷層切割 ,交匯處可見石英閃長斑巖巖體小面積分布。

填埋場地層上覆第三系 Q3-4殘坡積、沖洪積松散沉積物,埋藏并出露淺層地下水,下部為三疊T2x-h系碳酸鹽巖,埋藏著豐富的深層地下水資源。從水質動力模型來看,松散巖類孔隙含水層組地下水污染模型為三維各向同性的水質彌散數值模型,而基巖裂隙含水層組地下污染的數值模擬方法是應用節理巖體概化為 EPM模型的數據,對應滲流物與應力物耦合的力學模型。從地質構造上看,填埋場的污染明顯受地質構造控制,北西向斷裂和徐金斷裂交匯點是軟弱結構面,是污染的主要通道。淺層地下水與深層地下水有著十分密切的水力聯系,來自青龍山脈的大氣降水可以直接入滲補給深層地下水。

治理方案總體思路是“封閉污染源,截堵地下水徑流通道,抽水凈化儲水空間,恢復淺層地下水水質”,是工程治理與生態治理的組合方法。具體措施如下。

①防滲堵漏封閉污染源,控制淺層地下水進一步擴散。a在填埋場 2號、3號庫山坡下沿北西向斷層兩側布設 2排～3排注漿孔,進行壓密注漿阻止滲瀝液向下游泄漏。孔徑 φ48mm,間距 0.5m,深5m～10m,雙道呈三角形布設。水灰比 1∶1加 15%助凝劑,泵壓 0.5kg～2kg,飽和注漿。b在對門山與銅家山兩山之間的山口一線,平行布設 φ700mm雙軸深層攪拌樁 2排～3排,雙向搭接 200mm,樁長20mm～22mm進入基巖強風化面,用以封閉孔隙潛水層下游通道,阻隔污水下泄。

②截流封堵,斷層交匯點充填注漿,保護深層地下水免受污染。a在北西向主干斷裂兩側進行網狀填充式注漿,改變或減低斷層導水性能。鉆孔深至基巖 (10m～30m),孔徑 φ73mm,孔距 0.5m,順斷層走向 5排～6排呈梅花網狀布設。b在庫區兩邊徐金斷裂與北西向斷裂切割交匯處進行充填式注漿。注漿孔徑 φ48mm,孔距 0.5m,孔深 5m～10m,5排～6排呈網狀布設。水灰比 1∶1加 15%助凝劑,泵壓 0.5kg～2.0kg,飽和注漿。

③淺層地下水疏干置換。在上述方法實施后10d～15d,在竇村、東解村、中解村重度污染區均勻布設 7口～9口大口徑抽水井 (部分可采用民井),進行疏干式抽水,污水統一進入排污管道排至區外。成井深度 15m～30m,孔徑 φ800mm,井徑 φ360mm水泥管,全井下 0.3mm(60目)銅網過濾器,回填孔徑 φ5mm～7mm的綠豆砂。抽水設備可采用 30t/h電動潛水泵。該方法可以加快水質凈化,達到生態恢復的目的。

以上設計應在施工圖設計前進行工程地質勘查和物探,進一步了解地層結構參數和斷層精確方位,細化并修正后實施 (圖 1)。

圖1 轎子山垃圾填埋場地下水污染治理方案圖

5 結 語

雖然垃圾填埋場的生態環境安全性評價尚處在探索和初步研究階段,但生態地質環境系統理論已廣泛受到關注,評價模型中決定性因子的遴選突出了地質條件脅迫性的主導作用。垃圾填埋場的環境安全性評價已不再局限于靜態現狀的評價,而開始注重于生態環境動態發展過程的研究,這就要求把生態安全評價和風險預警結合起來,追求兼備評價、預警、預測的生態安全模型。同時,重污染填埋場的工程治理方法的研究應該圍繞生態地質環境為核心內容,從地質分析入手,結合工程技術方法進行方案設計。

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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;編輯：侯鵬飛

楊謙(1955—),男,研究員級高級工程師,水文地質工程地質專業.