1、第8章 废物处置的环境地质问题n8.1 概述概述n8.2 城市固体废物处置的环境地质问题城市固体废物处置的环境地质问题n8.3 有害的废弃物处置的环境地质问题有害的废弃物处置的环境地质问题 n8.4 放射性废弃物处置的环境地质问题放射性废弃物处置的环境地质问题n8.1 8.1 概述概述n世界上最大的废物处置场地为1500公顷在纽约的斯坦丁岛。闻名的夫雷什凯尔斯(Fresh kills)废物处置设备每天处理纽约市产生的约24000吨的市政和商业废物中的11000吨。这个废物场巳堆放了高出海平面数十米的垃圾。考虑这个场地始终每天将承受2万吨垃圾堆放，这洋此废物场终将会高出海平面150一200米以上
2、；城市垃圾堆成了一座小山，不幸的是。事情到此并没有结案，纽约市目前就没有地方堆放垃圾凯尔斯这样巨大的处置场地，在10至15年内将被填满而不能再装以后的垃圾。n最终堆放质量标准：固体废物具有最终堆放质量标准：固体废物具有类似于类似于地壳组分的性质地壳组分的性质或在它们进入环境不会显或在它们进入环境不会显著改变环境质量，不必采用任何技术处理。著改变环境质量，不必采用任何技术处理。8.2 8.2 城市固体废物处置的环境地质问题城市固体废物处置的环境地质问题n一、城市固体废弃物特征一、城市固体废弃物特征n城市废弃物主要由残剩食品、庭院垃圾、废纸、城市废弃物主要由残剩食品、庭院垃圾、废纸、废塑料、棉毛织
3、物、木块、炉灰、废金属、碎废塑料、棉毛织物、木块、炉灰、废金属、碎玻璃、建筑废料等组成，一半以上是废纸、庭玻璃、建筑废料等组成，一半以上是废纸、庭院垃圾。发达国家可回收物品比例较高，发展院垃圾。发达国家可回收物品比例较高，发展中国家可回收物品比例较低。中国家可回收物品比例较低。n我国及发展中国家城市废物特点：无机物多于我国及发展中国家城市废物特点：无机物多于有机物，不可燃废物多于可燃性废物，动物性有机物，不可燃废物多于可燃性废物，动物性废物比重低于植物性废物；无机成分、炉灰占废物比重低于植物性废物；无机成分、炉灰占有极大份量。有极大份量。二、城市废弃物的处置n对城市固体废物的处理工艺主要分3类
4、：以破碎为主的处理方法、以焚烧为主的处理方法、以资源回收为主的处理方法。n对固体废物处置的方法概括为：就地处置、堆肥、焚化、露天废物场、卫生填埋填埋 焚化的优点：处理量大、无害化程度高；有热能回收；焚化的优点：处理量大、无害化程度高；有热能回收；它能使大体积可燃废物变成非常细小的灰尘留在处理它能使大体积可燃废物变成非常细小的灰尘留在处理场；可燃性废物可用来作为补充燃料发电。场；可燃性废物可用来作为补充燃料发电。缺点：对废物低位热值有一定要求，一般要求低位热缺点：对废物低位热值有一定要求，一般要求低位热值大于值大于4127kJ/kg,需要巨额经济开支，高维修费用，需要巨额经济开支，高维修费用，还
5、需将不燃物移到别处处理。焚烧烟气净化难度大，还需将不燃物移到别处处理。焚烧烟气净化难度大，造成大气污染。造成大气污染。美国有数百座焚化工厂，每天烧掉十万吨的废物。美国有数百座焚化工厂，每天烧掉十万吨的废物。n卫生填埋场选好后，在堆置之前就要监测卫生填埋场选好后，在堆置之前就要监测地下水的运动，堆置以后对淋滤及气体监地下水的运动，堆置以后对淋滤及气体监测。测。来自固体废物处置场有害的废物污染来自固体废物处置场有害的废物污染可从可从6 6条途径进入环境条途径进入环境：n土壤中挥发分如甲烷、氨气、硫化氢、土壤中挥发分如甲烷、氨气、硫化氢、氮气可能进入大气层。氮气可能进入大气层。n重金属如重金属如Pb
6、Pb Cr Fe Cr Fe保留在土壤中保留在土壤中n可溶解物质如卤化物、硫化物进入地下可溶解物质如卤化物、硫化物进入地下水系统。水系统。n有害的废物污染可从有害的废物污染可从6 6条途径进入环境条途径进入环境：n地表径流可能携带淋滤产物将他们运移地表径流可能携带淋滤产物将他们运移对哦地表水中对哦地表水中n作物与植被有选择地吸收重金属和其他作物与植被有选择地吸收重金属和其他有害物质，进入食物链。有害物质，进入食物链。n含有毒物质的植物根等通过土壤耕作重含有毒物质的植物根等通过土壤耕作重新回到环境中。新回到环境中。n6 6、综合利用法、综合利用法n实现固体废物资源化、减量化。废物的分类和分离获得
7、有用物质，隔离有害组分。n三、选择填埋场的地质环境因素：三、选择填埋场的地质环境因素：n场地地下水潜水面应较深（低于场地基底场地地下水潜水面应较深（低于场地基底10-15米）包气带岩性透水性差，基底岩石裂隙不发育米）包气带岩性透水性差，基底岩石裂隙不发育在地表水补给地表水的河谷区在地表水补给地表水的河谷区n在废弃采石坑及表层粘性土很薄的基岩地区，在废弃采石坑及表层粘性土很薄的基岩地区，应禁止固体废物的排放。应禁止固体废物的排放。n不放在可供饮用水的含水层地区不放在可供饮用水的含水层地区n场地地形稍高，排水条件较好场地地形稍高，排水条件较好n选择粘土、致密页岩作废物掩埋介质，若在基选择粘土、致密
8、页岩作废物掩埋介质，若在基岩中填埋，基岩顶层需有岩中填埋，基岩顶层需有10米以上厚度不透水层米以上厚度不透水层n排除下例地区：活动断层带、洪水路线、海岸排除下例地区：活动断层带、洪水路线、海岸高灾害区、低洼湿地、专用含水层的补给区。高灾害区、低洼湿地、专用含水层的补给区。n侵蚀、滑坡、崩塌、泥石流等灾害最少侵蚀、滑坡、崩塌、泥石流等灾害最少8.3 8.3 有害的废弃物处置的环境地质问题有害的废弃物处置的环境地质问题 n新的化学化合物的发明快速的增加，单在美国每年就有近1000种新化学物进入市场目前总计50，000种化学物品在市场出售。在美国近35，000种化学品被划为确定的或可能的对人体健康有
9、害，每年产生数百吨有害化学废物。无控垃圾场的化学废物可以几种方式污染土壤和地下水源。化学废物可能不是放在地表就是埋在处置场。最终障碍物做腐蚀或出现漏洞，污染了地表、土壤和地下水。2、安全填埋将废物限制在一个特定的位置，控制从垃圾中排出的淋滤产物。收集和处理淋滤产物。（运至水处理厂）n3、废物的土地利用n生物降解废物n4、地表人工湖n人工挖掘和自然地形用于盛装有害液体废物，可用人造物和塑料作堤坝。配有有害废物的曝气净化坑和污泥留池。常渗漏引起地下水污染，水蒸汽也造成空气污染。有害废物的设备已被禁止装液态废物。5、深井处置、深井处置n深井处置问题：伴随液态废物深井处置出现的几个问题已有报道。最著名
10、的是科罗拉多州丹佛附近的落基山中阿尔森纳尔（Arsenal)的废液注入引起地震（发生在1962-1963年间）。注入带是在深部3-6公里的构造片麻岩，增加的液体压力明显启动沿构造带的运动。科罗拉多西部、德克萨斯、犹他州的油田也发生类似地震。在Inglewood油田由于为了第二次回收将液体注进油田造成科罗拉多西部断层开始活动，引起Baldwin Hille水库倒塌。6、焚化有害化学废物、焚化有害化学废物8.4 8.4 放射性废弃物处置的环境地质问题放射性废弃物处置的环境地质问题n一、放射性废弃物与危害一、放射性废弃物与危害n放射性废料是危害极大的废料，其所独有的隐蔽性特点已造成了最紧迫而又棘手的
11、废枓处理问题。n存放在华盛顿汉福特的23m3强放射性废料只要把3.78 m3散布在全世界，那么每一个人受的放射性幅射都会达到危险水平,有些放射性废料的危害性将持续好几千年。放射性废弃物与危害放射性废弃物与危害n放射性废料，根据其放射性可分成三类，低放低放射性，中放射性和高放射性。射性，中放射性和高放射性。n即使排除了长命的放射性同位素，不管是凝固还是埋藏或是放入桶中扔人海底，低放射性废料仍会稀释并进入环境稀释并进入环境。1975年，美国核能总署负责将来自欧洲的4500吨低放射性废料处理在大西洋中法国以西1300km处。此处原来已经埋藏了3.5万吨废料,到2000年，美国约有2800104 m3
12、低放射性废料.到2020年，美国放射性废弃物数量将达11000吨。二、放射性废弃物主要特点二、放射性废弃物主要特点n具有不同程度放射性，过量辐射危害人体健康；n潜在危害期长：核废物常含多种半衰期长短不一的放射性核素，要使放射性废物衰变到无害的程度，至少要至少要10-20个半衰期个半衰期，即中低放废物要求300-500年年的安全期，高放废物至少要一万年的安全期一万年的安全期；n强放热性：高放液体废物初始温度极高，如不冷却，对生物圈威胁严重。n较强烈的腐蚀性：废液呈强酸性或强碱性。三、放射性废物处置的原则三、放射性废物处置的原则n放射性废物处置：放射性废物处置：是指将放射性废物永久地永久地放在洞穴
13、、地下储存库或其他场所洞穴、地下储存库或其他场所，通过多重屏障实通过多重屏障实现有害物质与生物圈的有效隔离，现有害物质与生物圈的有效隔离，即对废物进行即对废物进行“最终安全处置最终安全处置”。n最终安全处置：最终安全处置：采取某些措施使废物永远从生物采取某些措施使废物永远从生物圈中除去，永远不对人类安全构成危害的一种处圈中除去，永远不对人类安全构成危害的一种处置。置。n原则：在废物的放射性强度衰变到原则：在废物的放射性强度衰变到类似于地壳组类似于地壳组分的性质分的性质或在它们进入环境不会显著改变环境质或在它们进入环境不会显著改变环境质量之前，与水源及人的生活环境相隔绝，不发生量之前，与水源及人
14、的生活环境相隔绝，不发生核废物扩散事故。核废物扩散事故。四、放射性废物的处理四、放射性废物的处理n在安全处置之前，必须进行必要的处理。n对固体放射性废物，常用处理方法：n去污：化学药剂擦洗、喷镀或电解法去污。n包装：使用气密性容器等。n切割、压缩、焚烧、熔融、粉碎等。n对液体放射性废物主要进行固化处理，即把水泥、沥青、石膏、塑料、水玻璃等凝结剂同放射性废液混合固化；或在放射性液中加入硅酸钠、粘土等添加剂一起烧结固化。五、放射性废液的处置五、放射性废液的处置n放射性废液放射性废液:低放废液低放废液（3.7105）;稀释分散法，即将经过预处理其放射性比活度低于阀值的低放废液直接向天然水中排放；n中
15、放废液中放废液（3.7105-3.7109）：浓缩处理后，将浓缩液固化成固化体处置，而净化液直接排入天然水体。n高放废液高放废液3.7109Bq/L ：浓缩固化后，与其他固体废物一样处置。n中、低放废液也可直接处置于岩土体中。中、低放废液也可直接处置于岩土体中。n浅层渗入法：浅层渗入法：排入地表沟槽内。排入地表沟槽内。n深地层注入法：深地层注入法：将液体废物注入孤立的深含水将液体废物注入孤立的深含水层内，使之长期被禁锢于地下。（要求地下处层内，使之长期被禁锢于地下。（要求地下处置主岩厚度较大，地质构造稳定，地下水运动置主岩厚度较大，地质构造稳定，地下水运动速率不大速率不大)n深地层固化法：深地
16、层固化法：n深地层固化法：深地层固化法：在弱透水的岩层的一定深度范在弱透水的岩层的一定深度范围（围（5001000m)内的钻孔中用高压水使围岩内的钻孔中用高压水使围岩产生裂隙，将废液与粘土、水泥和其他添加剂产生裂隙，将废液与粘土、水泥和其他添加剂混合成灰浆，用高压泵注入到钻孔中，借助压混合成灰浆，用高压泵注入到钻孔中，借助压力使其沿裂隙面扩散，扩展延伸至一定范围后力使其沿裂隙面扩散，扩展延伸至一定范围后快速固结在自身造成的岩石裂隙中，永久地固快速固结在自身造成的岩石裂隙中，永久地固化在深部岩层中。长期与生物隔绝，使其衰变化在深部岩层中。长期与生物隔绝，使其衰变到无害水平的安全处置目的。到无害水
17、平的安全处置目的。n深地层固化法是一种安全、经济处置中低放废深地层固化法是一种安全、经济处置中低放废液的理想方法。液的理想方法。n将液体废物直接注入深地层作最终安全处置的处置场地应具备的条件：n地质构造稳定n处置主岩层应有一定的厚度和范围n处置岩层的上、下盘为不透水岩层，而且与其他含水层无水力联系。n处置岩层为不透水层或不流动的地下水潜水盆。n处置岩层不含可开采利用的资源。六、放射性固体废物的处置六、放射性固体废物的处置n放射性固体废物的处置分放射性固体废物的处置分地质处置和非地质处地质处置和非地质处置。置。n非地质处置：宇宙处置和核素擅变。非地质处置：宇宙处置和核素擅变。n核素擅变：核素擅变
18、：把高放废物中钢系核素、长寿命裂变把高放废物中钢系核素、长寿命裂变产物和活化产物核素分离出来，制成燃料元件送产物和活化产物核素分离出来，制成燃料元件送到反应堆去燃烧或者制成靶子放到加速器上去轰到反应堆去燃烧或者制成靶子放到加速器上去轰击散裂，转变成短寿命核素或稳定同位素，减少击散裂，转变成短寿命核素或稳定同位素，减少高放废物地质处置负担和长期风险，并可能更好高放废物地质处置负担和长期风险，并可能更好地利用铀矿资源。地利用铀矿资源。 地质处置地质处置n地质处置：地质处置：运用地质学理论和方法，寻找满足要求的放射性废物处置场所，将核废物置于由技术系统、岩石力学系统和地质系统组成的多重屏蔽系统储存库
19、内，使核废物在安全期内与生物圈环境隔离。地质处置方法地质处置方法n1、地面处置n处理铀尾矿最流行方法。在居民稀少地段，选择干涸湖塘或洼地，将铀尾矿堆放其中，最后在尾矿堆顶覆盖厚层粘土、砂砾，植树种草，降低雨水的侵蚀和尾矿砂中氡射气的向外逸散。2 2、浅地层处置、浅地层处置n广泛采用处置低放废物。n深度一般在50m以内。任务是在废物可能堆人类造成不可接受的时间范围内（300-500年),将废物中放射性核素限制在处置场范围，防止核素扩散。n处置工程有近地表处置和混凝土沟壕浅埋。n我国环保局对浅地层处置的环境地质条件要我国环保局对浅地层处置的环境地质条件要求：求：n地震及区域稳定地震及区域稳定n地质
20、构造及岩性：地质构造简单，断裂裂地质构造及岩性：地质构造简单，断裂裂隙不发育，处置层岩性均匀面积广厚度大、隙不发育，处置层岩性均匀面积广厚度大、渗透率低，具较高吸附和离子交换能力。渗透率低，具较高吸附和离子交换能力。n工程地质要求：避免崩塌滑坡区、泥石流工程地质要求：避免崩塌滑坡区、泥石流区、岩溶发育区、淤泥软土区等。区、岩溶发育区、淤泥软土区等。n水文地质要求：水文地质简单；最高地下水文地质要求：水文地质简单；最高地下水位距处置单元底板应有一定距离；无影响水位距处置单元底板应有一定距离；无影响地下水稳定因素对露天水源无污染等。地下水稳定因素对露天水源无污染等。3 3、地下深处置、地下深处置n
21、竖井竖井坑道处置：坑道处置：n钻孔处置：钻孔处置：n竖井竖井坑道坑道大口径钻孔联合处置：大口径钻孔联合处置：n深岩硐处置：深岩硐处置：4 4、海洋处置法、海洋处置法n海洋投弃法：海洋投弃法：n滨海基岩中暗竖井滨海基岩中暗竖井- -坑道处置法：坑道处置法：n海床处置法：海床处置法：n海岛处置法。海岛处置法。n5、冰盖处置法、冰盖处置法6、岩石融化处置法。、岩石融化处置法。七、适宜处置放射废物的岩石类型七、适宜处置放射废物的岩石类型n存放放射性废物的主岩须具有这些性质：n1、水渗透性较小，岩石孔隙度较小、含水量较小、节理和裂隙小。n2、具较强的离子交换能力和对放射性核素的吸附能力，有效阻止放射性核
22、素和裂变产物。n3、具较好的导热性、抗辐射性。n4、岩体大，即使核素泄漏，在岩石中迁移距离大，到达生物圈时已衰变成无害水平。岩石类型岩石类型优点优点缺点缺点岩盐岩盐致密、均质，可塑性强，阻滞致密、均质，可塑性强，阻滞作用强；不含水，孔隙度低，作用强；不含水，孔隙度低，热导率较大；具裂隙自封闭能热导率较大；具裂隙自封闭能力；侵蚀能力小；易开凿地下力；侵蚀能力小；易开凿地下处置库处置库易蠕变；高度熔解；吸易蠕变；高度熔解；吸收辐射线；岩盐是矿产收辐射线；岩盐是矿产花岗岩花岗岩分布广，规模大，均一，强度分布广，规模大，均一，强度大孔隙度小，含水低，导热性、大孔隙度小，含水低，导热性、热稳定性、抗辐射
23、性较好，有热稳定性、抗辐射性较好，有滞留作用滞留作用存在节理、裂隙；断层。存在节理、裂隙；断层。玄武岩玄武岩非常致密，孔隙度极低，导热非常致密，孔隙度极低，导热性能好，熔化温度高，强度大性能好，熔化温度高，强度大发育垂直柱状节理、渗发育垂直柱状节理、渗透性较强，阻滞核素迁透性较强，阻滞核素迁移能力有限移能力有限凝灰质岩凝灰质岩非常致密，孔隙度极低，规模非常致密，孔隙度极低，规模大，强度大，有较强吸附能力，大，强度大，有较强吸附能力，渗透性较差渗透性较差沉积粘土岩沉积粘土岩分布广，渗透性较差，可塑性分布广，渗透性较差，可塑性耐火性好，较强离子交换能力耐火性好，较强离子交换能力和吸附能力，易保持封
24、闭体系和吸附能力，易保持封闭体系裂隙较发育，岩性不均，裂隙较发育，岩性不均，强度低，不利于地下工强度低，不利于地下工程建造，出露较浅程建造，出露较浅八、选址的环境地质原则n浅部处置：处置前的地质、地貌、气候研究和处置后的实测、预测与对策研究。n深部处置：区域水文地质、工程地质、地球化学等研究核废物深部处置库址影响因素核废物深部处置库址影响因素影响因素影响因素特征因素特征因素地下条件地下条件处置地段深度，岩石特征，岩层厚、展布、延续性、处置地段深度，岩石特征，岩层厚、展布、延续性、均匀性，上覆和下伏层、侧翼性质和展布均匀性，上覆和下伏层、侧翼性质和展布地质构造地质构造岩层产状、断裂与节理，底辟作
25、用岩层产状、断裂与节理，底辟作用围岩的物理化围岩的物理化学性质学性质渗透率、孔隙率、溶解度，气液包体，岩石力学和塑渗透率、孔隙率、溶解度，气液包体，岩石力学和塑性特点，热梯度、热水反应，热导和比热，吸附力，性特点，热梯度、热水反应，热导和比热，吸附力，水矿化度，辐射效应水矿化度，辐射效应水文和水文地水文和水文地质质地表水、地下水、产状、形式和容量及成分地表水、地下水、产状、形式和容量及成分未来的自然条未来的自然条件件水文变化、抬升和下降，地震，岩浆活动，气候地形水文变化、抬升和下降，地震，岩浆活动，气候地形变化变化地质和工程的地质和工程的简略条件简略条件已有钻孔和山地工程，钻井、竖井、平巷和土
26、方工程，已有钻孔和山地工程，钻井、竖井、平巷和土方工程，废石处置，废物运输，处置库设计施工，处置库运行废石处置，废物运输，处置库设计施工，处置库运行的安全和稳定性。的安全和稳定性。社会条件社会条件潜在资源，土地价值与利用，居民分布等等潜在资源，土地价值与利用，居民分布等等判断题n下例地方哪些可作废弃物卫生填埋地址：下例地方哪些可作废弃物卫生填埋地址：n石灰岩或高裂隙岩石场地和大多数砂石坑。石灰岩或高裂隙岩石场地和大多数砂石坑。n沼泽地区，没有适当的排水系统阻止废物进入沼泽地区，没有适当的排水系统阻止废物进入永久性水域。永久性水域。n干燥粘土坑干燥粘土坑n平坦地区，在含水层以上有足够厚的不渗透层平坦地区，在含水层以上有足够厚的不渗透层存在。存在。n洪积平原洪积平原n在犬牙交错地形区，最好场地建在集水沟的源在犬牙交错地形区，最好场地建在集水沟的源头。（答案：头。（答案： ）
