城市生活垃圾填埋场风险分析

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　　摘要：城市生活填埋过程中可能会产生环境风险，主要包括火灾爆炸、渗滤液污染、边坡失稳和恶臭污染等。对各种环境风险事故作了一定的分析与探讨，总结归纳了风险成因、危害及影响因素等，并指出了城市垃圾填埋场环境风险预防措施今后发展的方向。
　　关键词：城市垃圾填埋场；环境风险事故；环境风险评价
　　
　　Risk Analysis on Municipal Solid Waste Landfill
　　
　　HUI Yuan1,2，JIANG Yonghai2，XI Beidou2
　　(1. Shenyang University of Aeronautics and Astronautics, Liaoning Shenyang 110136; 2.Laboratory of Urban Environmental Systems Engineering, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012)
　　
　　Abstract: In the landfill process of municipal solid waste may have environmental risks, including fire, explosion, leachate pollution, slope instability and odor pollution. This article gives an analysis based on the discussion of all the environmental risk accidents, and also summarized the causes of risk, hazard and effect factors. Finally the development direction of the preventive steps for landfill environmental risk is pointed out.
　　Key words：municipal solid waste；landfill；risk analysis
　　
　　1. 引言
　　城市生活垃圾是指在城市日常生活或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的固态、半固态废弃物。随着自然资源的开发利用和社会文明、经济的发展，城市生活垃圾的产生量急剧增加。据报导，全世界每天新增城市垃圾469.49万t，人均日产垃圾0.81kg，垃圾产生量的年平均增长速度高达8.24%。我国城市生活垃圾的产生量更是大于10%的速度持续增长，历年垃圾堆存量已达66亿吨，占用耕地超过5亿平方米。因此，垃圾处理或处置就成了亟待妥善解决的问题。纵观世界，城市垃圾处理方法很多，如堆肥法、焚烧法、填埋法、蚯蚓床法、热解法等。其中，卫生填埋法由于成本低廉，处置彻底，能达到垃圾无害化和资源化，成为当前国际上应用最为普遍，技术最成熟最终处理方式，也是目前乃至今后相当长时间内，我国绝大多数地区处理城市生活垃圾不可替代的主要手段。我国生活垃圾中约有70%采用卫生填埋的方式进行处置。
　　据建设部统计，截至2006年底，我国共建有生活垃圾填埋场372座，处理能力达7103万吨。虽然我国的垃圾填埋场建立了较完善的废物接收、贮存和预处理系统、防渗和渗滤液收集系统以及覆盖和填埋气导排系统，并采取了一系列环境保护工程措施，但仍可能会发生多种风险事故，如贮存、预处理车间发生渗漏，渗滤液渗漏污染地下水，填埋场边坡失稳、崩塌以及填埋气火灾爆炸等。风险事故一旦发生，必然会对周围环境造成严重污染，危害人群健康。因此，研究生活垃圾填埋场处置过程，分析填埋场中可能发生的各种风险事故，对填埋场风险事故的防范和人群健康的保护具有重要意义。
　　
　　2. 生活垃圾填埋场风险分析
　　2.1 火灾爆炸
　　火灾爆炸是填埋场中常见的风险事故之一，导致其发生的罪魁祸首是填埋场本身所产生的填埋气体。我国城市生活垃圾年产生量约为1.5亿t，如果其中70%采用填埋处置方式，将会产生约460亿m3的垃圾填埋气体。大量的填埋气体若是不进行收集利用或者利用不当，发生泄露，引发火灾爆炸事故必将造成巨大的危害。
　　2.1.1 填埋场气体的组成
　　填埋场气体是城市生活垃圾填埋处理过程中，有机废物经厌氧降解产生的混合气体，其主要成分包括CH4、CO2、H2、N2和O2，还有一些微量气体，如H2S、NH3、庚烷、辛烷、氯乙烯等。其中CH4和CO2二者约占填埋气体的99.5%-99.9%，H2S和NH3等有毒的恶臭成分约占0.2%-0.4%。
　　2.1.2 填埋气火灾爆炸条件
　　填埋气爆炸一般需要具备三个条件：（1）适当的甲烷浓度：一般在5%-15%之间，当甲烷浓度为9.5%左右时爆炸最为强烈；（2）达到甲烷引火温度：甲烷的引燃温度一般为650-750℃。明火、电气火花、吸烟甚至撞击磨擦产生的火花等都可达到之一温度。（3）氧气浓度：填埋气爆炸界限与氧气浓度密切相关，氧气浓度增加，爆炸极限范围扩大，反之亦然，当氧气浓度降低到12%以下，甲烷混合气体失去爆炸性。
　　2.2.3 填埋气爆炸类型
　　2.2.3.1 物理爆炸
　　物理爆炸是由于填埋场中产生的甲烷在垃圾层中大量积聚，形成了强大的能量，当积聚的压力大于覆盖层压力时，在瞬间将垃圾以迅猛速度突出，发生减压的膨胀。发生物理爆炸事故，除垃圾产生甲烷是必要条件外，填埋的深度、覆盖层的厚度和层数，以及覆盖层的透气性都是影响爆炸的因素。当垃圾上覆盖土层或填埋深度增加，透气性受到影响，甲烷垂直扩散运动受到阻碍就会横向迁移，从而在垃圾中容易发生积累而增加爆炸的危险性。
　　2.2.3.2 化学爆炸
　　当大量释放与扩散的可燃性填埋气没有立即遇到火源时，这些可燃气体大量积聚，在相当大的空间范围内形成云状气团（层），并不断扩散；当遇到火源时，可能被点燃，发生化学爆炸。由于外界环境、火源特性不同，产生的爆炸也不同。填埋场气体的化学爆炸主要为闪火和蒸气云爆炸。化学爆炸必须同时满足前面提到的甲烷浓度、引火温度和氧气浓度三个条件。
　　2.2 渗滤液污染
　　填埋降解过程中会产生大量垃圾渗滤液。渗滤液其收集、防渗及处理过程中可能产生的渗漏是填埋场存在的最大潜在风险因素。垃圾填埋场渗漏污染的环境危害非常巨大，垃圾填埋场渗滤液渗入地下后，会使周围地层介质的物性发生变化，土壤被污染后，将会盐碱化、毒化，土壤中的寄生虫、致病菌等病原体能使人致病；还可能污染地下水，并最终进入人类的食物链，对整个生态环境系统造成严重破坏。
　　2.2.1 垃圾渗滤液的来源
　　垃圾渗滤液，是垃圾发酵分解后产生的液体和溶解于其中的溶解性、悬浮性物质已经外来水分混合而成的一种含有高浓度悬浮物和有机或无机成分的液体。垃圾渗滤液主要来源于三个方面，一是填埋区周边降水、地下水及地表排水的渗入；二是垃圾填埋后由于微生物的厌氧分解作用而产生的液体；三是废弃物的本身持水，当垃圾受压、发生降解时其中固体含量减少，有机物转化为无机物，使垃圾持水能力下降，导致部分初始含水释放。
　　2.2.3 垃圾渗滤液环境污染
　　2.2.3.1 渗滤液污染地表水

　　垃圾渗滤液属高浓度难降解有机废水，成分复杂，毒性强，直接接触对于植被及人畜均存在较大的危害风险，是潜在的地表水污染风险源。垃圾渗滤液一旦通过渗透或其他方式进入下游用水区，会影响地表水水体，给周围人畜饮水、农田或果树生在带来严重危害。此外，还容易形成下游地表径流，对周边更大范围内的地表水体造成危害。
　　2.2.3.2 渗滤液污染地下水
　　垃圾渗滤液污染地下水的主要途径是通过包气带下渗进入地下水含水层，由于其浓度高，流动缓慢，渗漏持续时间长，即使是在填埋场封场后仍是地下水的最主要污染源。渗滤液对地下水的污染影响程度因填埋场水文地质条件不同而存在差异，一般情况下，防渗能力强的地区，渗滤液对地下水的影响较小。此外，不同污染物的影响程度也有所不同，一部分污染物能够被表层的土壤有效地阻留而积累下来，而另一部分污染物则渗透到深层土壤，进入到含水层的饱和区对地下水造成污染，如各种有机物及部分重金属等。
　　2.2.3.2 渗滤液污染土壤
　　渗滤液发生渗漏污染都是首先进入填埋场周围土壤层，也会对土壤环境造成严重污染。垃圾堆体经降雨淋溶产生的大量渗滤液中含有的有害成分可能会改变土质和土壤结构，使土壤碱度增高，重金属富集，土质和土壤结构遭到破坏，影响土壤中的微生物活动，妨碍周围植物的根系生长，或在周围机体内积蓄，危害食物链。
　　2.3 边坡失稳
　　垃圾填埋体作为特殊土体，与一般土体一样也存在边坡稳定问题。尤其是在持续降雨之后，填埋场的边坡失稳的频繁发生。垃圾填埋堆坍塌，填埋渗滤液渗漏，严重污染周围环境，给国民经济造成不可挽回的损失。
　　2.3.1 填埋场边坡稳定性影响因素
　　影响填埋场边坡稳定性的主要因素包括：①持续一定时间的降雨入渗，这是最重要影响因素；②废弃物岩土工程特性；③边坡位置多层衬垫系统的工程特性及中间盖层土与最终盖层土的岩土工程特性；④填埋体边坡的几何特征；⑤渗滤液产生与迁移情况；⑥垃圾气体的产生与迁移情况。
　　2.3.2 垃圾填埋场边坡破坏形式
　　填埋场潜在的边坡破坏模式可分为6种：①边坡及坡底破坏；②衬垫系统从锚沟中脱出向下滑动；③沿固体废弃物内部破坏；④穿过垃圾和地基发生破坏；⑤沿衬垫系统的破坏； ⑥封顶和覆盖层的破坏。
　　2.3.3 降雨渗流作用对土坡稳定性的影响
　　降雨渗流作用对填埋场边坡稳定性具有重要影响，大部分填埋场边坡失稳通常是出现在降雨后，尤其是持续一定时间的强暴雨。发生降雨时，垃圾堆体含水率增加，达到饱和后产生大量渗滤液。渗滤液和雨水不断流出，冲刷带走垃圾中大量无粘性的细小颗粒，引起垃圾堆体内颗粒或群粒移动，致使边坡土体的强度下降，容重增大，坡面的安全系数减小，破坏了边坡稳定性，引起滑坡失稳，垃圾堆体滑塌。并非所有的降雨都能诱发滑坡，垃圾堆体的滑坡需要有一定的降雨量、降雨强度、降雨时间。
　　2.4 恶臭气体污染
　　填埋过程中发生的一系列物理、化学、微生物反应，产生的大量有恶臭、强刺激、易燃、易爆的填埋气体，其中H2S、NH3、CH3SH等属于典型的恶臭气体。恶臭污染是由于恶臭气体的存在而产生的一种感觉公害，它直接作用于嗅觉，使人产生厌恶，甚至中毒，危害人类健康。
　　2.4.1 填埋场主要恶臭气体
　　城市生活垃圾卫生填埋场内恶臭气体主要为各种硫化合物，包括H2S、NH3、CH3SH等。其中H2S为最重要的一种易挥发、无色的恶臭性气体，相对密度较大，越接近地面浓度越高。长期吸入会导致人体质变弱、抵抗力下降，易发生肠炎和心脏衰弱，神经紊乱、多发性神经炎等。如果H2S浓度过高，会使人中枢神经麻痹，导致窒息死亡。NH3是一种无色，而有强烈刺激性气味的气体，在水中的溶解度很高。NH3对上呼吸道有强烈刺激和腐蚀作用。
　　2.4.2 填埋场恶臭气体的来源
　　填埋场恶臭气体主要来源于垃圾填埋区和渗滤液处理区。填埋场由于填埋场填埋工艺的原因，从垃圾收集、压实、转运、垃圾填埋过程、最终封场、稳定等过程中，垃圾始终处于降解过程中，H2S、NH3等恶臭气体不断从填埋过程和填埋区放出。垃圾渗漏液处理过程中，伴随着大量有机、无机化合物的浓缩，各种恶臭气体会从中溢出。
　　
　　3. 结论
　　目前，我国城市生活垃圾产生量巨大，危害严重，主要采用填埋法处置。由于生活垃圾填埋过程中会产生大量填埋气和渗滤液，因此，卫生填埋场会对周围环境及人群健康产生极大风险。填埋场风险一般主要包括填埋气的恶臭污染、火灾爆炸、渗滤液渗漏污染及垃圾堆体边坡失稳、坍塌等。虽然大多数的垃圾填埋场位于市郊，并且为空旷场地，但是随着城市化进程的加快，不能轻视填埋场可能造成的事故灾害，应该针对填埋场本身的特征，制定安全管理措施并进行安全运行控制，这样可以避免造成财产的损失和人员的伤亡。
　　
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