垃圾填埋场渗滤液对地下水的污染规律及防渗策略分析

浦烨枫

（上海申环环境工程有限公司，上海 200092）

1 引言

近年来，随着我国城市化进程的不断加速，城市生活垃圾也随之增加，以某省为例，2005 年城市生活垃圾产生量为4.766×106t，2018 年，城市生活垃圾产生量增加至6.120 3×106t。有学者利用预测模型对成都市2020—2030 年间的垃圾产量进行评估，发现其生活垃圾产生量将逐年增加[1，2]。填埋是目前处理城市生活垃圾的主要方法之一，同时也是处理垃圾剩余物的最终处置方法。发达国家对于垃圾填埋场的选址、设计等均有着十分严格的要求，而我国在此方面的工作开展较晚，垃圾填埋场多采用混合填埋法，即不对垃圾进行分类，堆放在一起后统一处理，且大部分填埋场防渗层薄弱，无法有效防控环境污染。本文将从垃圾渗滤液的产生及危害出发，探讨渗滤液污染地下水的规律，并根据实际情况给出垃圾渗滤液的污染控制措施，以及为垃圾填埋场渗滤液污染地下水的预防提供参考与指导。

2 垃圾渗滤液的产生及危害

垃圾渗滤液是指垃圾填埋场中的水分经垃圾层与覆土层渗滤而形成的一种高浓度有机废水，其成分复杂，含有大量有机物及重金属类物质。王坤[3]等学者以济南最大生活垃圾填埋场作为研究对象，对渗滤液及周围地下水进行检测，结果显示：渗滤液中共检出11 种新兴有机污染物，地下水中共检出7 种新兴有机污染物。由此可见，垃圾渗滤液造成的环境污染较严重。

随着垃圾填埋场运行时间的增长，垃圾渗滤液的性质也会出现变化，目前，根据渗滤液性质的不同，垃圾填埋场的稳定化过程主要分为5 个阶段，即初始调节阶段、过渡阶段、酸化阶段、甲烷发酵阶段及成熟阶段[4]。

1）初始调节阶段，垃圾填埋场中的垃圾被好氧微生物降解，生成二氧化碳与水，并释放一定热量。

2）过渡阶段，垃圾填埋场中存在的氧气被耗尽，形成厌氧环境，垃圾被兼性厌氧降解，生成氮气与硫化氢，在此阶段，渗滤液pH 降低。

3）在酸化阶段，垃圾填埋场内不断产生氢气、二氧化碳、金属离子等浓度持续升高，p H 降至最低后开始升高。

4）甲烷发酵阶段，垃圾填埋场中氢气含量降至最低，甲烷菌开始将氢气与有机酸转化为甲烷，金属离子、有机物等浓度降低，电导率降低，pH 升高。

5）成熟阶段，垃圾填埋场中的垃圾被降解，组分基本降解完，营养物质已被排除，pH 呈偏碱性，渗滤液可生化性降低。

渗滤液的产生受众多因素的影响，垃圾降解时产生的水、雨水、地下水等均可作为渗滤液中水分的来源，水量变化较大，且无任何规律，同时，渗滤液中含有大量有机物及重金属类物质，浓度较高，流动较为缓慢，渗漏过程较长，从而给垃圾填埋场周围环境中存在的地下水造成了严重污染。不合格的垃圾填埋场相当于一个巨大的污染源，污染持续时间可长达数十年至数百年不等，而一旦土壤及地下水遭受污染，利用当前科学技术对其进行净化的难度很大，费用极为昂贵，并且严重破坏了附近民众的日常生活及生产环境。

3 渗滤液污染地下水的规律

对垃圾填埋场地下水污染进行数值模拟及研究，渗滤液污染地下水的规律总结如下：

1）垃圾填埋场的稳定化过程阶段不同，垃圾降解速率不同，渗滤液污染组分浓度也存在差异。在垃圾被填埋后的初始调节、过渡及其他阶段，由于易生物降解组分较多，垃圾降解的速度最快，降解过程中释放的污染物浓度最高，对周围环境造成的有机污染、氮污染也最为严重。

2）随着垃圾填埋时间的增长，地下水污染范围会不断扩大。在垃圾被填埋后，渗滤液造成的污染会持续增加，地下水的流动会使污染范围扩大，但扩大速度会逐渐降低。

3）渗滤液中污染物组分浓度越高，地下水流速度越快，则对地下水造成的污染问题越严重，污染范围也越大。渗滤液中污染物组分是造成地下水污染的源头，其浓度越高，则代表会对更大量级、范围的地下水产生污染，而地下水流速度越快，则代表污染物会被更快传播，增加了污染范围及污染范围扩张速度。

4 垃圾填埋场渗滤液的污染控制措施

4.1 顶部覆盖层

顶部覆盖层指的是在垃圾填埋场使用完后，于其顶部覆盖一层材料，如由黏土、电厂灰、黏胶剂等混合而成的材料，保证该材料渗透系数低于10 cm/s，使雨水等垃圾填埋场之外存在的水分入渗量低于36 mm/s，从而实现对垃圾填埋场内的水量的有效控制。然而，由于垃圾填埋场内垃圾层与覆盖层的渗透系数差异较大，中间容易形成一层非饱和层，具备较高的土水吸力，导致入渗率高于设计渗透系数，从而引发覆盖层龟裂，易被人为破坏，因此，顶部覆盖层可有效抑制蚊蝇滋生及恶臭气体的传播，但无法完全阻止地表水渗入垃圾填埋场内。

4.2 垃圾分层填埋

进行填埋时可对垃圾进行分层，即在完成一部分垃圾的填埋操作后，立即对该部分垃圾进行覆盖，而后对剩余垃圾继续进行相同操作，从而使不同层的垃圾之间存在一定厚度的覆盖夹层。垃圾分层填埋能够有效控制蚊蝇滋生，大大降低渗滤液的产生量，进而降低对周围环境的污染。

进行垃圾分层填埋时，覆盖夹层所用材料可以采用黏土、建筑渣土或其他合成材料，垃圾层填埋厚度在2～3 m，压实后覆盖夹层厚度在0.2～0.3 m，或直接铺设薄膜作为覆盖夹层。

1）当夹层材料选择为黏土渗透系数较小的材料时，渗滤液在各层间的滞留时间会得到延长，从而使厌氧降解过程更加充分，实现渗滤液的自我净化，进而降低渗滤液浓度，避免对周围环境造成更大污染。

2）当夹层材料选择为建筑渣土时，能较好地解决城市建筑废物处置问题，提高建筑废渣利用率，同时，由于建筑废渣颗粒较大，透气性较好，能够提高渗出率，避免微生物繁殖后堵塞孔隙，从而使好氧降解过程更加充分，加速垃圾填埋场的稳定化过程。

3）当夹层材料选择为聚乙烯、聚氯乙烯及其他人工合成材料时，由于人工合成材料具有质量较轻、运输量较小、适应变形能力较强等优点，使施工更为便捷，提升了施工速度，但同时也会增加费用。

4.3 地表水、地表入渗水与地下径流导排

为有效控制垃圾填埋场内的水量，可构建防洪排水系统，即在垃圾填埋场内设置导流坝、截洪沟，在垃圾填埋场上方放置引流设备，在下方设置导流系统，从而将地表水等从垃圾填埋场内排出。防洪排水系统的构建需因地制宜，由专业人员根据垃圾填埋场周围的地质情况及当地降水情况选择排水方式，将地面降水尽快引流至其他地方，减少垃圾填埋场内的入渗量。

4.4 帷幕防渗

目前，对于污染较为严重的垃圾填埋场，除了采取顶部覆盖层、垃圾分层填埋及其他措施外，还可根据其实际情况采取侧面防渗措施，即进行柔性地下防渗灌浆工作。传统地下防渗灌浆主要以水泥为主，在松散地层构建而成的防渗帷幕较厚，易脆裂，而采用粉喷膨润土构建而成的防渗帷幕具有较好的防脆裂性能，且不受厚度、长度及其他因素的限制，该技术较为成熟，在垃圾填埋场的改造工程中得到了较为广泛的应用。

4.5 底层集排系统

为最大限度地降低渗滤液对地下水及周围环境造成的污染，可在垃圾填埋场底层安装集排装置，用于收集和排除渗滤液，并将收集到的渗滤液送至污水处理厂处理，或回灌于垃圾填埋场使其再次经历生物降解过程，达到自我净化的目的。集排系统的工作性能高低直接影响到渗滤液对地下水造成污染的严重程度，一般而言，集排系统在安装时，应于垃圾填埋场底部铺设一层粗砂作为导流层，厚度应根据垃圾填埋层的规模及预估渗滤液量而定，粗砂铺设的导流层底部应修建排水沟，放置导流管以对渗滤液进行导流，导流管管径应根据渗滤液量而定，导流管管材应选择具有较强抗老化、抗腐蚀的材料，且保证其阻力系数较小、表面较为光滑。

底层集排系统的应用主要是为了尽可能将渗滤液收集并排走，从而最大限度降地渗滤液流入地下水的液量，因此，在对底层集排系统进行设计时，应注重其结构的可靠性、安全性及经济性，需要进行全面的科学论证，确保其符合环保理念，否则会加重地下水污染。

4.6 底部衬层

目前，于垃圾填埋场底部及四周铺设衬层是防渗的主要手段，能有效防止未被及时排走的渗滤液渗漏。衬层作为预防渗滤液对地下水造成污染的最后屏障，其设计方案及所用材料的质量至关重要。

1）衬层铺设不限层数，国外垃圾填埋场铺设底部衬层的案例中最多可达4 层，一般而言，两层衬层即可满足基本的防渗需求，即使增加层数也无法彻底阻断渗漏。

2）衬层材料分为天然防渗材料与人工合成防渗材料，其中，天然防渗材料主要为黏土，具有渗透系数小的优点，可采用一层或多层压实黏土，而人工合成防渗材料主要为塑料薄膜、土工膜及牛毛毡等与黏土的复合材料，防渗能力较强，但费用较高。国外还将有机黏土作为垃圾填埋场底部衬层的防渗材料使用，对于有机物含量较高的渗透液，可较好地去除有机物，有效提升防渗效果。

3）在垃圾填埋场汇水口处可修筑防渗帷幕，避免垃圾填埋场内的渗滤液水平迁移，对垃圾填埋场周围土壤造成污染，例如，利用黏土固化浆液修筑防渗工程，可获得较好的效果。

4）垃圾填埋场渗滤液中存在较高浓度的有机物及重金属离子，在进行底部衬层的设计与铺设时应将其纳入考虑范围，在防渗的同时降低其对材料的损坏，避免防渗漏洞的出现，提高防渗效果。

5 结语

垃圾填埋场的出现是为了解决城市生活垃圾堆积问题，但在垃圾降解过程中，经垃圾层与覆土层渗滤而形成的一种高浓度有机废水含有大量有机物及重金属类物质，会对地下水及周围环境造成严重的污染。且随着垃圾填埋时间的增长，地下水污染范围会逐渐扩大，渗滤液中污染物组分浓度越高，地下水流速度越快，对地下水造成的污染问题越严重，应采取必要措施预防渗漏，如设置垃圾填埋场顶部覆盖层、地表水及地下径流的导排、帷幕防渗措施、设置底层集排系统、设置底部衬层等，除上述防渗措施外，还需强化城市垃圾分类处理，并制定完善的法律法规，以减少地下水污染。