渗滤液对地下水污染的预测研究

垃圾填埋场渗滤液对地下水的影响评价较为复杂，一般除需要大量的资料外，还需要通过复杂的数学模型进行计算分析。这里主要根据降雨入渗量和垃圾填理场垃圾含水量估算渗滤液的产生量；从土壤的自净、吸附、弥散能力以及有机物降解能力等方面，定性和定量地预测垃圾填埋场渗滤液可能对地下水产生的影响。

（一）渗滤液产生量

渗滤液的产生量受垃圾含水量、垃圾填埋场所在区域降雨情况以及填埋作业区大小的影响；同时也受场区蒸发量、风力、场地地面情况、植被情况等因素的影响。最简单的估算方法是假设整个垃圾填埋场的剖面含水率在所考虑的周期内等于或超过其相应田间持水率，用水量平衡法进行计算。公式如下：

式中 Q—— 渗滤液的年产生量，m3/a；

Wp—— 年降水量；

R—— 年地表径流量，R＝C×Wp，C 为地表径流系数；

E—— 年蒸发量；

Aa—— 填埋场地表面积；

QL—— 垃圾产水量。

降水的地表径流系数C 与土壤条件、地表植被条件和地形条件等因素有关。表8.2 给出了用于计算垃圾填埋场渗滤液产生量的降水地表径流系数。

表8.2　降水地表径流系数

（二）渗滤液渗漏量

对于一般的固体废物堆放场、未设置衬层的垃圾填埋场，或者虽然底部为黏土层，渗透系数和厚度满足标准但无渗滤液收集和排放系统的简单填埋场，大部分渗滤液通过包气带土层渗漏进入地下水。

对于设有衬层、排水系统的垃圾填埋场，通过填埋场底部下渗的渗滤液渗漏量为：

式中 Q渗滤液—— 通过垃圾填埋场底部下渗的渗滤液渗漏量，cm3/s；

d—— 衬层的厚度，cm；

Ks—— 衬层的渗透系数，cm/s；

A—— 填埋场底部衬层面积，cm2；

hmax—— 填埋场底部最大积水深度，cm。

最大积水深度可用公式（8.10）计算。

式中 C—— C ＝ q渗滤液/Ks，其中q渗滤液为进入垃圾填埋场废物层的水通量（见图8.4），cm/s；

Ks—— 横向渗透系数，cm/s；

L—— 两个集水管间的距离，cm；

α—— 衬层与水面夹角。(www.xing528.com)

图8.4　渗滤液收集模型

显然，虽然垃圾填埋场衬层的渗透系数大小是影响渗滤液向下渗漏速率的重要因素，但并不是唯一因素。还必须评价渗滤液收集和排放系统的设计是否有足够高的效率，能有效排出垃圾填埋场底部的渗滤液，尽可能减少渗滤液积水深度。

就垃圾填埋场衬层的渗透系数取值来说，即使对于采用渗透系数分别为10−12cm/s 和10−7cm/s的高密度聚乙烯（HDPE）膜和黏土组成的复合衬层，也不能采用10−12cm/s 作为垃圾填埋场衬层渗透系数值进行评价，原因是高密度聚乙烯膜在运输、施工和填埋过程中不可避免地会出现细小的孔洞，甚至发生破裂等。确定这种复合衬层渗透系数的最简单方法，是用高密度聚乙烯膜上破损面积所占比例乘以下面黏土衬层的渗透系数。

（三）防治地下水污染的措施评价

固体废物，特别是危险废物和放射性废物最终处置的基本原则是合理地、最大限度地使其与环境隔离，减少有毒有害物质释放进入环境的速率和总量，将其对环境的影响降至最低程度。为此，通常采取的措施为工程防护屏障和地质防护屏障，其中地质防护屏障主要依赖天然环境地质条件。

不同固体废物有不同的安全处置期要求，生活垃圾填埋场的安全处置期在30~40 年，而危险废物填埋场的安全处置期通常大于100 年。

1.工程防护屏障评价

垃圾填埋场衬层系统是防止固体废物污染环境的关键工程防护屏障。根据渗滤液收集系统、防渗系统和保护层、过滤层的不同组合，填埋场衬层系统有不同的结构，如单层衬层系统、复合衬层系统、双层衬层系统和多层衬层系统等。要求的安全填埋处置时间越长，所选用的衬层就应该越好。应重点评价填埋场所选用的衬层（类型、材料、结构）防渗性能及其在固体废物的安全处置期内的可靠性；封闭渗滤液于填埋场之中，使其进入渗滤液收集系统；控制填埋场气体的迁移，使填埋场气体得到有组织的收集和释放；防止地下水进入填埋场中，增加渗滤液的产生量。

渗滤液穿透衬层所需的时间是用于评价垃圾填埋场衬层工程防护屏障性能的重要指标，一般要求应大于30 年。计算公式如下：

式中 d—— 衬层厚度，m；

v—— 地下水运移速度，m/a。

2.地质防护屏障评价

一般来说，在含水层中的砂、砾、裂隙岩层等地质介质对有害物质具有一定的阻滞作用，但这些矿物的吸附能力会因吸附量的增大而减弱。此外，地下水径流量的变化，影响阻滞作用，因而含水层介质不能被看作是良好的地质防护屏障。只有渗透性非常低的黏土、黏结性松散岩石和裂隙不发育的坚硬岩石才有足够的屏障作用。

包气带的地质防护屏障作用大小取决于介质对渗滤液中污染物阻滞能力和该污染物在地质介质中的物理衰变、化学或生物降解作用。当污染物通过厚度为L 的地质介质层时，其所需要的迁移时间（t*）为：

式中 v′—— 污染物运移速度；

Rd—— 污染物在地质介质中的滞留因子，无量纲。

所以，污染物穿透此地质介质层时的浓度为：

式中 c0，c—— 污染物进入和穿透此地质介质层前后的浓度；

k—— 污染物的降解或衰变速率常数。

显然，地质防护屏障作用可分为三种不同的类型：

（1）隔断作用。在不透水的岩石层内处置固体废物，地质介质可以将所处置的固体废物与环境隔断。

（2）阻滞作用。对于在地质介质中只被吸附的污染物，虽然其在此地质介质中的迁移速度小于地下水的运移速度，所需的迁移时间比地下水的运移时间长，但此地质介质层的作用仅是使该污染物进入环境的时间延长，所处置固体废物中的污染物最终仍会大量进入环境。

（3）去除作用。对于在地质介质中既被吸附，又会发生衰变或降解的污染物，只要该污染物在此地质介质层内有足够的停留时间，就可以使其穿透此地质介质层后的浓度达到所要求的浓度。