基于病毒防护的填埋场隔离距离研究

为研究渗滤液中致病性病毒对填埋场隔离距离的影响,提出一种基于系统健康风险目标的建模方法,用于确定地下水梯度、水力传导系数和包气带厚度对隔离距离的影响,基于线性剂量-效应模型和可接受的感染风险[<10^-4/（人·a）]推导确定了饮用水肠道病毒浓度限值,通过耦合渗漏源强模型-以及水流和病毒在包气带中的纵向迁移转化和含水层中的水平迁移转化模型,构建了污染物泄露-迁移-降解的解析模型,并基于Monte-Carlo模拟表征解析模型中参数的不确定性.选择某典型生活垃圾填埋场开展案例研究,结果表明,在砂含水层中为44~564m,在砾石含水层中为91m~2.39km,在粗砾石含水层中为1.74~27.29km;地下水梯度从0.001变化到0.05,导致最高梯度处的隔离距离比最低梯度大10~20倍;当包气带厚度从1m增加到10m时,隔离距离可缩短到10m以内.隔离距离的确定需根据具体的安全防护要求和水文地质条件确定.     

危险废物填埋场地下水污染风险评价中指标权重计算方法优化比选

为了探究适用于危险废物填埋场地下水污染风险评价的指标权重计算方法,选用层次分析法、熵权法、层次分析-熵权法进行计算,并通过我国37家危险废物填埋场地下水污染风险评价结果与地下水中苯浓度的拟合验证对权重计算方法进行分析比选.结果表明:①3组权重计算结果中,含水层渗透系数和包气带渗透系数均为最重要的指标,危险废物填埋场所处地层介质类型是影响地下水污染风险最显著的因素.在建设危险废物填埋场时,选址需优先关注含水层及包气带介质类型,必要时应采取更高性能的防渗技术手段;②3组场地风险指数（R）和污染指数（C）线性拟合R2值排序为层次分析-熵权法（R2=0.84）>层次分析法（R2=0.75）>熵权法（R2=0.51）,因此采用层次分析-熵权法得出的危险废物填埋场地下水污染风险评价结果与实际污染状况匹配度更高,构建的风险评价方法更能准确预测地下水污染风险;③当各指标权重由大到小依次加和至总权重为0.96时,层次分析-熵权法可包含12项指标,且权重分配更为均衡,不易受到单个指标缺失的影响,由此建立的综合指数计算方法更加可靠.研究显示,层次分析-熵权法是更适用于危险废物填埋场地下水污染风险评价的指标权重计算方法,构建的污染风险评价方法结果准确、易操作,在一定程度上可为危险废物填埋场地下水污染的风险评价及运行管理提供支持.      

填埋场环境下HDPE膜老化特性及其对周边地下水污染风险的影响

为研究危险废物填埋场环境下防渗系统HDPE膜（高密度聚乙烯膜）材料老化规律及其对渗滤液产生、渗漏和区域地下水环境的影响,通过HDPE膜缺陷现场检测及室内老化性能测试,获取了HDPE膜初始缺陷特征参数（漏洞密度）和缺陷演化特征参数（老化起始时间和半衰期）,并以上述参数作为输入,综合运用HELP模型（填埋场水文过程评估模型）与Landsim模型（填埋场地下水污染风险模拟模型）对HDPE膜老化条件下的渗滤液产生、渗漏和地下水污染过程进行模拟预测.结果表明:①现场条件下HDPE膜在第2年开始老化,第8年达到半衰期.②HDPE膜老化导致漏洞数量和渗透系数增加,进而导致渗滤液渗漏量增加,地下水污染风险逐渐增加.短期（0~5 a）内,地下水超标概率为0,污染风险较小;中期（5~10 a）内,距离填埋场200 m内污染超标概率污染≥ 80%,污染风险较大,但400 m外的污染概率为0,污染风险较小;就长期（>10 a）而言,距离填埋场1 000 m处,污染超标概率达100%,地下水污染风险极大.填埋场现场条件下,防渗材料劣化及老化过程较实验室条件更为迅速,导致渗滤液长期渗漏、地下水污染风险加剧,因此建议加强填埋场设计和运行中HDPE膜抗老化研究,保障危险废物填埋场长期安全运行.      

基于Landsim的填埋场长期渗漏的污染风险评价

介绍了Landsim模型的基本理论及其填埋场防渗系统、导排系统长期性能变化的表征方式,在此基础上提出了填埋场长期渗漏风险的表征方式..通过Landsim和HELP模型的耦合,弥补了Landsim模型中堆体入渗计算过于简单的缺陷.运用耦合的Landsim-HELP模型评价了西南地区某危险废物填埋场的长期渗漏的地下水污染风险.结果表明,该耦合模型可以准确的评价填埋场性能变化条件下的渗漏量及其对应概率;该填埋场在短期内(1~3a)地下水被污染的概率风险较小(￡0.33),而在长期内(34a)被污染的风险较大(30.68).建议在制定填埋场的设计和运行标准时需考虑防渗膜、导排管等重要单元长期性能的变化,从而减小其长期渗漏造成的地下水污染风险.     

简易垃圾填埋场渗滤液地下水溶质运移数值模拟

简易垃圾填埋场防渗措施薄弱,渗滤液易发生渗漏污染土壤,随着时间的累积通过包气带进入含水层对地下水水质安全构成威胁。以西南山区凉山州某简易垃圾填埋场为研究对象,利用Visual MODFLOW软件建立了该简易垃圾填埋场及其周围地下水渗流场和溶质运移数值模型,通过MT3DMS模块模拟垃圾渗滤液在不同渗漏工况下地下含水层中高锰酸盐指数(COD_(Mn))和氨氮(NH~+_4-N)的运移规律,并预测垃圾填埋场封场5年和10年后地下水中COD_(Mn)和NH~+_4-N浓度的变化情况。结果表明:该简易垃圾填埋场在HDPE土工膜上漏洞率为0.5、GCL黏土出现轻微开裂现象时,填埋场区下方地下水中COD_(Mn)在5年后的超标范围为972 m~2,中心污染物浓度为4.0 mg/L,地下水中NH~+_4-N在10年后的超标范围为12 500 m~2,中心污染物浓度为1.0 mg/L;在HDPE土工膜上漏洞率为1.0、GCL黏土出现严重开裂现象时,填埋场区下方地下水中COD_(Mn)在5年后的超标范围为36 261 m~2,中心污染物浓度为20 mg/L,地下水中NH~+_4-N在10年后的超标范围为19 083 m~2,中心污染物浓度为3.5 mg/L。该研究可为渗滤液污染的有效防治以及地下水监测方案的制定提供理论依据。     

某危险废物填埋场地下水污染预测及控制模拟

以某危险废物填埋场为研究对象,在收集其水文地质资料基础上,运用Visual Modflow建立填埋场地下水水流和溶质运移耦合模型,对填埋场防渗层发生渗漏后,渗滤液中Cr6+在地下水中的运移过程以及地面硬化、防渗墙和排水沟3种污染控制措施对污染羽阻隔效果进行模拟预测.结果表明,Cr6+随地下水流方向运移形成污染羽,10 a后污染羽到达水塘边界,运移距离约为1 450 m,但随后10～20 a之间污染羽扩散范围没有明显扩大;地表硬化后,20 a内污染羽未扩散至水塘边界;防渗墙设置到上层含水层底部时,监测井Cr6+浓度高于未设置防渗墙时浓度,设置到下层含水层底部时,Cr6+浓度与设置于上层含水层时监测结果相反;排水沟日排水量达到2 642 m3时能有效控制污染羽扩散,20 a后污染羽尚未污染监测井;地表硬化与排水沟组合控制污染物扩散,效果最佳,同时排水沟日排水量可减少为1 878 m3.因此,当填埋场发生渗漏时,建议采用设置排水沟与周边地表硬化组合的地下水污染控制措施.     

氰渣豁免处置情景下的地下水污染与健康风险

以典型危险废物-氰渣为例,选择华北地区9座处置氰渣的一般工业固废填埋场（NISWL）作为研究对象,通过系统采样、浸出特征分析和过程模型模拟等方法预测了氰渣在NISWL豁免处置条件下的地下水污染特征和健康风险及长期演化规律.结果表明,除NISWL A和NISWL B外,其余7座NISWL由于填埋工程材料老化长期渗漏导致的暴露浓度分别超过地下水III类水质限值0.64~29倍;健康风险主要来自As的致癌危害、T-CN的非致癌危害,分别超过风险可接受水平31~270倍和17.2~305.5倍.究其原因主要是氰渣中氰化物降解慢,导致残留毒性较大、浸出浓度较高,HDPE膜劣化后渗漏后污染严重,健康风险较高.基于风险管控的入场浸出毒性控制研究表明,不同NISWL的T-CN入场浓度控制限值存在差异,分布在1.15~3.25mg/L之间,且均严格于《黄金行业氰渣污染控制技术规范》（HJ 943-2018）规定限值（5mg/L）.说明入场浸出浓度限值制定应考虑填埋场工程材料老化导致的长期风险,制定更严格的入场浓度控制限值;风险大小受场地规模、区域气象水文及地质等因素影响,因此入场浸出浓度控制限值还应综合考虑上述差异,分区分类确定.     

危险废物填埋场渗滤液初始浓度表征模拟研究

渗滤液初始浓度(C0L)是计算填埋场渗漏污染物源强的重要参数之一,由于填埋场构造复杂,其在运行过程中很难获取,因此在计算填埋场环境风险数学的模型常用浸出浓度(CL)代替C0L。本研究以典型危险废物固化飞灰为代表,开展了优势污染物Cr在不同模拟高度(h)土柱和不同浸取剂pH条件下土柱溶出模拟试验研究,通过对比不同时间段内不同体积浸出液中的总Cr浓度(CCr0),定义了表征C0L对应的采样体积数,探讨C0L的影响因素中其与h、pH的相关关系。研究结果表明浸取液的pH在3~7范围内时C0L没有明显规律性,C0L随h增大而增大,并且根据实验数据初步建立了C0L和h、pH之间的简单数学关系模型。     

危险废物浸出毒性的理论基础研究

浸出毒性是危险废物毒性特性鉴别的重要指标.美国危险废物毒性特性鉴别标准是针对工业固体废物与生活垃圾共处置产生的污染特性而制定的,其主要保护目标是地下水;日本针对产业废物投海和进入管理型填埋场处置,分别制定了危险废物浸出毒性鉴别标准,其保护目标分别是海洋和普通填埋场地下水.目前中国的浸出毒性标准缺乏完整的理论基础,没有明确阐明固体废物鉴别目的,浸出项目不全.针对美国和日本等的废物浸出毒性鉴别理论基础和方法进行了比较研究,分析了中国危险废物污染特性、污染途径和环境效应,通过模拟工业废物进行不规范处置且受酸雨影响条件下毒性物质浸出向地下水渗滤迁移的过程,以此作为模型确定浸出毒性的浸取方法.     

典型荧光示踪剂在包气带中的迁移、吸附特性

为研究荧光示踪剂在包气带土壤中的迁移-吸附特性，指导填埋场渗漏检测过程的示踪剂选择、投加和采样.采用土柱实验、参数反演手段，研究3种典型荧光示踪剂在包气带中的吸附、滞后和穿透规律，确定其迁移表征方法、表征参数和最佳模型.结果表明：在土壤有机碳相对较高和较低时，分别可用非线性平衡和线性平衡模型准确拟合罗丹明B在其中的穿透数据，而非线性平衡模型同时准确拟合了荧光素和荧光素钠在两种有机碳土壤中的穿透数据.基于最优反演模型，在低有机碳土壤中示踪剂迁移参数为：罗丹明B、荧光素和荧光素钠的分配系数分别为84.99，1.80，1.48cm³/g，滞后因子分别为393.27，8.18，7.81，吸附容量分别为6.14×10^-3，0.15×10^-3，0.14×10^-3mg/g，均出现罗丹明B>荧光素>荧光素钠的顺序.荧光素钠在包气带中迁移时固相吸附浓度最小、迁移速率最快、吸附消耗量最小，建议在进行填埋场渗漏示踪中选用.     

海滨危废填埋场与水源缓冲距离要求及调控

针对海滨地区特殊水文地质条件下危废填埋场(HWL)缓冲距离需求不明的问题,建立了污染物释放、渗漏及其在地下介质中迁移转化的多过程模拟模型以预测渗漏条件下污染物的稀释衰减,同时结合基于风险的安全用水限值的确定,构建了缓冲距离计算框架模型,并选择某海滨场地开展案例研究. 结果表明:①不同类型污染物所需要的稀释衰减倍数(RDAF)不同,由于渗滤液中2,4-二氯苯酚(2,4-D)初始浓度大、毒性强,需稀释衰减2 250倍,而重金属镍(Ni)和锌(Zn),只需分别稀释衰减34和135倍. ②不同污染物的稀释衰减对距离的依赖程度不同,导致实现相同的RDAF需要的缓冲距离也不同,有机物的稀释衰减倍数对距离更为敏感,因此,尽管2,4-D的RDAF最大,但缓冲距离仅为92 m;反之,Ni的缓冲距离达755 m,而由于Zn的RDAF更大,其缓冲距离高达2 070 m. ③综合考虑所有污染物,案例危废填埋场的缓冲距离需要达到2 070 m,若进一步考虑参数不确定性并保障95%置信水平下的安全用水要求,缓冲距离需在3 000 m以上. 最后,针对敏感水源与危废填埋场实际距离不能满足所需缓冲距离的情景,提出了通过固化稳定化等预处理手段优化调控缓冲距离的方法,以Zn为例,通过预处理将废物中Zn的浸出浓度从120 mg/L分别降至108、72、49、31、19 mg/L时,可将缓冲距离从2 070 m分别调控至2 000、1 600、1 200、800、400 m. 研究显示,海滨地区危废填埋场对缓冲距离的需求远高于内陆平原型场地,但可通过调控废物入场的浸出浓度实现对缓冲距离的调控.      

填埋场渗漏风险评估的三级PRA模型及案例研究

在对填埋场渗滤液渗漏的环境风险进行系统分析的基础上,基于层次化风险评价,构建了填埋场渗漏风险评估的三级PRA模型,其中第1级概率风险评价模型(PRA)评价填埋场渗漏风险,第2级PRA评价地下水污染风险,第3级PRA评价人体健康风险.为定量研究不确定性因素对风险评价结果的影响,采用Monte Carlo方法研究三级PRA模型中参数的不确定性;采用事故树方法研究防渗层破损事故的不确定性.应用三级PRA模型评价了西南地区某危险废物填埋场渗滤液渗漏的环境风险,通过与实测数据和EPACMTP模型的比较,验证了该模型模拟结果的准确性. 第1级PRA评价结果显示,该填埋场渗漏量大于可接受渗漏量的概率为0.85,表明渗漏风险较大;第2级PRA评价结果指出,自第28年起渗滤液污染地下水的概率逐渐增大,在第47年污染概率等于1.00,主要污染物为Ni和Pb;第3级PRA评价结果表明,被污染的地下水将对填埋场周边居民构成健康危害,主要危害物为Pb,正常情况下其非致癌危害商为1.05;在不利条件下(降水量大、漏洞多、水文地质条件利于污染物扩散),非致癌危害商为1.34.      

填埋场井筒效应及其对污染监测井监测效果的影响

构建了填埋场渗漏条件下,含水层-监测井系统水流和污染物运移的代表性概念模型.利用等效渗透系数法描述双重介质系统中的水流运动和水头分布,而多孔介质溶质运移的ADE方程和管流的一维溶质运移方程被分别用来模拟污染物在含水层和井孔中的迁移和分布,最终形成了描述渗滤液渗漏条件下监测井-含水层系统中污染物迁移分布的控制方程.基于Fortan平台,编制了该方程的有限差分求解程序,应用该程序模拟分析了填埋场渗漏条件下,地下水监测井内部及周边水流和溶质的运动、井筒存在对水流和溶质运移的影响.结果表明：井筒效应影响井孔周边的局部地下水流场和浓度场,导致井孔内下部区域污染物浓度增大,井筒外一定区域浓度减小;井筒效应的影响随着径距增加而减小,当径距大于2倍含水层厚度时,井筒效应导致的监测误差最大不超过20%.井径对井筒效应的影响较为复杂,并非单调增加.在本案例中,井径小于0.1m时,井筒效应随着井径增大而增大;反之,当井径大于0.1m后,井筒效应导致的监测误差随着井径增大而减小.含水层渗透系数和比单位弹性贮水系数越大,井筒效应的影响越小.因此具有强渗透性且孔隙度更大的卵、砾石含水层中,井筒效应的影响更小;而对于弱渗透性或中等渗透性的砂土、砂黏土含水层,井筒效应对监测效果的影响更大.     

城市垃圾填埋场地下渗滤液迁移模拟及电性响应

城市垃圾填埋后,降水或地下水往往对垃圾产生淋滤作用,使得垃圾中的污染物溶解或悬浮于渗滤液中,易造成二次污染,因此,检测渗滤液污染范围成为了亟需解决的问题.以武汉市长山口垃圾填埋场渗滤液为研究对象,基于地下介质的物理和化学性质变化特征,采用高密度电阻率测深法监测受污染区域范围及扩散规律,利用化学元素分析方法探究产生电性差异的原因,开展不同时空的渗滤液迁移监测物理模拟研究.结果表明:①同体积的不同液体（填埋场渗滤液、自来水）在迁移过程中,在同一时刻相同位置渗滤液污染的土壤视电阻率明显比自来水浸入的小得多,其量值为自来水的1/5左右.②通过对渗滤液样品的导电粒子分析发现,污染土壤出现的较低电阻率主要是渗滤液中存在的多种导电粒子所引起.③渗滤液扩散过程可以分为2个阶段.渗漏初期,污染液主要是作横向迁移,此时采用电阻率测深法可有利于快速检测出渗漏点位置并加以防治,从而减少损失;渗漏中后期,渗漏点周围土壤含水饱和,渗滤液加速向下迁移并扩散至深部原始地层.研究显示,电阻率测深法可有效地监测渗滤液迁移、划分和评价土壤污染程度.      

AOD渣中铬的连续淋溶特性及其动力学模型的构建

为评价AOD(氩氧脱碳炉)渣的淋溶毒性,采用连续20 d的静态淋溶试验,研究了中性和酸性淋溶液对AOD炉渣中Cr(铬)淋溶特性的影响,以累积溶出率构建了Cr淋溶动力学模型. 结果表明:在连续淋溶过程中,淋溶液pH(9.6~11.5)始终保持碱性,DO(溶解氧)基本处于饱和状态,淋溶液还原性呈降低趋势;随着淋溶时间的延长,淋溶液中Cr6+、TCr和Cr3+的累积溶出率呈增加趋势,不同初始淋溶液pH(2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0)下,连续淋溶20 d时Cr6+、TCr和Cr3+的累积溶出率分别是淋溶2 d时的10.1~22.2、7.5~15.6、6.3~17.1倍;与中性和弱酸性淋溶液相比,连续淋溶20 d,酸性较强的淋溶液中Cr6+、TCr和Cr3+的累积溶出率分别为其3.1~6.6、1.6~3.2和1.8~2.1倍;与短期静态淋溶相比,连续淋溶增加了淋溶液总量,尽管ρ(Cr)变化较小,但TCr累积溶出率显著增加;双常数速率、抛物线和指数模型均可拟合淋溶液中Cr6+、TCr和Cr3+的累积溶出率,其中,抛物线模型的相关系数均在0.99以上,是最佳模型. AOD渣中Cr的连续淋溶动力学模型的构建可为不锈钢渣中Cr的淋溶毒性及其生态风险评价奠定试验和理论基础.      

灰场包气带环境影响预测方法研究——以新疆某电厂灰场为例

灰场在防渗不当或事故工况下,淋滤液的渗漏可能会对灰场包气带产生影响。以新疆某火电厂灰场的淋滤液渗漏情景为例,介绍了淋滤液渗漏对包气带影响的3种预测方法并进行对比分析。结果表明,两类解析法计算误差较大且存在各自适用条件,应优先采用数值法进行定量化预测。     

采用离石黄土原位修复煤矸石渗滤液污染地下水

为以较好的技术手段和较低的经济成本治理煤矸石淋滤液、矿坑废水对地下水的污染,通过土柱淋滤试验、PRB (permeable reactive barrier)模拟试验以及场地修复试验,对煤矸石淋滤液中重金属(Zn、Mn、Pb、Cr、Cu、Cd、Hg)及As的吸附性进行了研究. 土柱淋滤试验结果表明:离石黄土(粒径0.05~0.10mm)、亚砂土(粒径0.05~0.10mm)和细沙(粒径>0.10~0.25mm)对煤矸石淋滤液中的重金属(Zn、Mn、Pb、Cr、Cu、Cd、Hg)及As的吸附能力为离石黄土>亚砂土>细沙,其中离石黄土对As的分配系数为2.26L/kg.模拟槽试验表明,在地下水流速为0.20m/d、m(煤矸石):m(离石黄土)分别为5和7的情况下,淋滤液中的As能够全部被黄土墙吸附;m(煤矸石):m(离石黄土)为10时,部分As透过黄土墙向下游迁移. 5个月的场地修复试验表明,利用离石黄土作为PRB的吸附材料能够较好地去除地下水中的重金属(Zn、Mn、Pb、Cr、Cu、Cd、Hg)和As,厚约0.5m的离石黄土墙对被煤矸石淋滤液污染的地下水中Cr的去除率最高,达到70.97%,对Pb的去除率最低,为43.14%.      

垃圾填埋场渗滤液穿过垂直防渗帷幕的渗漏分析

为避免垃圾填埋场内的污染物对地下水造成污染,填埋场常采用垂直防渗帷幕.目前,我国南方的垃圾填埋场内渗滤液水位普遍较高,在高水头作用下污染物可能透过灌浆帷幕渗漏从而污染周边环境.分析了对流、扩散和吸附作用对污染物迁移的影响规律,以苏州七子山填埋场为例,分析了高水头作用下渗滤液透过防渗帷幕的渗漏,通过现场测试进行了验证,研究了灌浆帷幕渗透系数和灌浆深度对渗漏的影响.结果表明,在高渗滤液水位下,对流对污染物迁移起主导作用.实际工况下污染物穿过防渗帷幕需 19.5a,污染区域主要集中在场底含碎石粘土层中,目前污染物尚未渗漏至防渗帷幕下游,分析结果与现场实测结果一致;若防渗帷幕渗透系数能达到标准,则穿过防渗帷幕的时间将延长至填埋场稳定化之后,从而大大降低污染周边环境的可能性;但若帷幕灌浆深度不足,这一时间又将缩短至7a.防渗帷幕渗透系数和灌浆深度的控制对防止污染物向下游地区渗漏极为关键.     

焚烧飞灰协同去除垃圾渗滤液纳滤膜浓缩液中CODCr的特性研究

城市生活垃圾焚烧飞灰和垃圾渗滤液膜浓缩液的环境无害化处置已成为目前行业和政府管理部门亟待解决的难题.遵循“以废治废”的研究思路,利用填料柱开展了生活垃圾焚烧飞灰去除NF（纳滤）膜浓缩液中COD_Cr的特性研究,重点研究了不同淋滤速率（40、60、80 mL/h）、填料层厚度（5、15、25 cm）条件下NF膜浓缩液中COD_Cr随淋滤时间的去除效果.结果表明:NF膜浓缩液中COD_Cr的去除主要依靠飞灰的吸附、化学沉淀以及截留作用;淋滤速率对NF膜浓缩液中COD_Cr的去除效果影响很小,COD_Cr去除率随填料层厚度增加而增大;当填料层厚度为15 cm、淋滤速率为60 mL/h时,飞灰对垃圾渗滤液纳滤膜浓缩液中COD_Cr的去除效果总体达到最佳,且相应灰渣的含盐量以及Pb、Zn、Cu、Cd、Cr的浸出毒性均显著降低.研究显示,最佳条件下飞灰对NF膜浓缩液COD_Cr去除率可达40%以上.