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.      

垂直防渗帷幕渗漏条件下示踪剂迁移模拟

为研究抽水-示踪联合检测垂直柔性污染阻隔屏障（VFBS）渗漏的可行性、灵敏度和影响因素,构建了相应的概念模型.利用等效渗透系数（EHC）方法耦合井筒-含水层水流运动,在此基础上利用多物理场仿真数值模型模拟了人工水力诱导下示踪剂通过VFBS缺陷的穿透过程和规律.结果表明：在抽水诱导下,VFBS两侧形成人为的水力压差加速了示踪剂穿过漏洞的速度.但整体上,穿过漏洞的示踪剂仍然是极少部分,大部分示踪剂围绕注入井分布.在典型条件下（漏洞深度2.2m、大小0.5m、注入浓度1000μg/L和流速1L/h）,示踪剂在对侧监测井中于第4d检出,第5d达到峰值.漏洞越深,峰值浓度越低,检出时间越长.深度增至4m以上时,示踪剂无法在对侧检出.以典型条件中4m漏洞深度为例,漏洞水平位置的偏移也会降低峰值浓度,偏移4m时,示踪剂无法在对侧检出;投加浓度越大,峰值浓度越大,但峰值时间不变,浓度小于2000μg/L时,示踪剂无法检出;漏洞尺寸越大,峰值浓度越大,均在第6d达到峰值浓度,但均不能检出,预测漏洞边长至少为1.07m时,示踪剂方可在对侧检出.总体上,按照对示踪剂穿透过程影响大小排序：水平偏移距离 > 漏洞深度 > 漏洞大小 > 投加浓度.     

退役工业固废填埋场地再利用的全寿命环境风险特征

通过现场采样和过程模型模拟等方法研究了典型退役工业固废填埋场地（DISWL）原位开发条件下的健康风险及长期演化规律.结果表明,经过近20a的浸出和降解,86%的废物浸出浓度依然处于有害水平,70%的废物不宜直接作为建设用地土壤.直接作为建筑用地开发利用条件下,由于DISWL的性能退化会导致有害组分的浸出和渗漏增加,由此导致地下水水质超标概率经历从无（短期）到有（中期,个别物质如总氰化物T-CN和易释放氰化物F-CN）,再到后期的较大概率超标（T-CN和F-CN）的渐变过程;同时,场地利用过程的健康风险也逐步增加,来自于As的致癌风险和自于T-CN的非致癌风险,分别超过风险可接受水平的81~179倍和55.32~224.3倍.上述结果提示DISWL场地开发再利用的风险评估和管控策略应重点考虑长期风险.对于长期风险不可接受的场地,通过降低废物中毒性物质的浸出浓度可实现长期风险可接受,并提出了相应浸出浓度限值的计算框架和方法.     

基于深度卷积神经网络的场地污染非线性反演方法

提出了将Sobel边缘检测算子与深度卷积神经网络（CNN）算法结合的方法（E-ConvNet），用于污染场地的ERT反演过程.通过Sobel算子提取污染区域视电阻率数据的边缘特征作为CNN的先验信息，提高E-ConvNet的计算效率及识别精度.在5种理论模型（单异常体、双异常体及含双异常体的层状结构）和现场实例上测试了E-ConvNet算法的性能，并与最小二乘算法（LS）比较.测试结果表明：E-ConvNet能够准确识别污染处的面积、位置及阻值，其识别精度和计算效率均优于LS.E-ConvNet的单异常识别准确率为81.8%~84.9%，而LS则仅为9.6%~36.2%；多异常识别准确率为68.6%~84.4%，LS仅为2.8%~27.6%；E-ConvNet用时约为112~190ms，LS耗时为6000~7000ms.因此，在污染场地调查工作中，E-ConvNet能够准确高效地反演出污染区域的位置及范围，为开展后续评估/修复工作提供技术支持.     

铬污染土壤电阻率特性及其影响因素研究

为了研究电阻率法用于土壤环境监测的可行性,本文采用SoilMillerBox法进行铬污染土壤的电阻率影响因素实验,依据实验数据建立了污染土壤电阻率与三因素（铬污染物含量、含水率、土壤孔隙比）之间的关系模型,并于模拟污染场地中利用电阻率层析成像法对其进行验证.结果表明,根据三因素正交实验得到影响污染土壤电阻率变化的主次因...     

非正规填埋场渗漏的层次化环境风险评价模型及案例研究

通过系统分析非正规填埋场建设、运行和封场的工艺工程及其环境特征,将其渗漏风险的发生过程划分为3个阶段,针对不同阶段采用不同风险评价模型:采用水均衡模型和Monte Carlo方法研究渗滤液的渗漏风险;采用基于Darcy定律和Fick定律的溶质运移方程和Monte Carlo方法研究地下水的污染风险;采用剂量-效应模型评价受渗滤液污染地下水的人体健康风险,最终构建了非正规填埋场渗漏风险评价的层次化风险评价模型.应用该模型评价了西北地区某非正规填埋场的环境风险.结果表明:1第1层次的风险评估结果能较好的表征第2层次和第3层次风险的大小,其结果可作为是否进行后续风险评价的判断依据;2仅就本填埋场而言,若采用层次化风险评价模型,可大幅节约风险评价所需的时间成本(95%)和工程成本(96.5%);3案例表明该填埋场渗漏量超过可接受渗漏量的概率为0,渗漏风险极小;渗滤液的渗漏对地下水影响很小,污染风险为0;该填埋场渗滤液中存在的六价铬和总铬的非致癌危害商均低于10-2,健康风险水平很小;综合考虑,该填埋场的环境风险较小,无需采取工程措施对其进行治理或搬迁.     

应用磁异常信号监测填埋体位移的技术研究

在比较填埋场内部位移监测方法的基础上,提出利用增强填埋场内目标体所产生的磁异常信号(磁通量密度,以ΔT计)观测填埋体位移的方法. 建立正演模型,研究目标体磁异常信号的理论曲线变化特征及其在不同环境条件下的信号变化规律. 对ΔT实测值分析表明,填埋场环境背景值(-100～100 nT)并不会掩盖特征目标体磁异常信号的最大理论值(724.31～2 804.24 nT),确定了该方法的可行性. 模拟表明,在规定目标体大小、磁化强度的条件下,当目标体埋深为1～2 m时,其水平位置定位误差≤0.02 m,竖直位置定位误差≤0.09 m,证实了磁测定位方法具有良好的应用前景.      

危废填埋场导排层淤堵的时空分布特征

导排层淤堵导致的渗滤液水位过高是引发危险废物填埋场环境安全事故的主要原因之一,研究危险废物填埋场导排层淤堵规律,揭示其时空变化特征和主要影响因素具有重要的意义.本研究采用重庆某危险废物填埋场渗滤液原样作为导排流体,以卵石为导排颗粒,选择垂向Column装置模拟实际危险废物填埋场的淤堵特征和规律.对无反滤层装置的淤堵实验研究表明:时间上,导排层淤堵呈现出明显的阶段特征,初期(0~2 个月)孔隙度较为稳定,中期(3~4月)孔隙度缓慢下降,后期(5~6月)孔隙度急剧下降;空间上,越靠近入水口(0~10cm),淤堵越严重;时间越长不同高度处淤堵差异越明显.对不同反滤层装置淤堵的比较研究表明:反滤层的存在有利于控制淤堵物的产生,且土工布反滤层的效果好于细颗粒反滤层;反滤层存在条件下,导排系统的整体导排能力下降(60cm水头压力下的导排流量仅为无反滤层条件下的1/2).因此在导排层上方安置反滤层时需谨慎考虑.     

基于环境风险的危险废物填埋场安全寿命周期评价

通过系统分析危险填埋场的设计功能,结合安全寿命周期的定义,对危险废物填埋场的安全寿命周期进行了定义.在此基础上,通过文献查阅和理论推导确定了描述危险废物填埋场主要单元性能衰减的老化模型,并结合课题组开发的渗漏环境风险分析模型,建立了危险废物填埋场的安全寿命评估模型,并选择中部某危险废物填埋场进行了案例研究.结果表明:随着防渗材料老化以及导排层淤堵,渗滤液渗漏量将逐渐增加,其安全贮存功能将逐渐丧失,并逐渐达到其安全寿命周期.仅就本案例而言,该填埋场的安全寿命周期为385a;对安全寿命周期相关参数的敏感性分析表明,浸出浓度与填埋场安全寿命周期呈负相关,包气带厚度和含水层厚度与安全寿命周期呈正相关,相关系数分别为-0.79、0.99和0.72,这说明包气带厚度对安全寿命周期影响更大,其次为浸出浓度,最后为含水层厚度;应加强填埋场相关单元老化模型研究,开展其他因素对填埋场安全寿命周期的影响,进一步完善危险废物填埋场安全寿命周期评价理论和方法.     

介质层振动信号时域分析及其在填埋场漏洞修

钻探灌浆修补技术是填埋场防渗层漏洞修补的重要发展方向,难点是如何准确地控制和判断钻头到达填埋场防渗层(即卵石保护层)而不会破坏其下面的HDPE膜. 利用采集仪对钻头在防渗层不同介质层中的振动加速度信号进行采集,分别采用波形幅度分析法、循环绝对值求和法及分段均方根法对数据进行了分析. 结果表明:①波形幅度分析法能够明显区分垃圾层和卵石层;②循环绝对值求和法与分段均方根法也可区分垃圾层和卵石层,但存在约1 s的时间误差或0.5 cm的距离误差,该误差在允许的范围内. 3种不同时域分析方法的对比显示,波形幅度分析法简单直观,其他2种分析方法能够直观地反映信号的包络趋势,据此敏感地反映信号的突变情况和加速度幅度大小在单位时间内的概率分布,进而可以灵活地控制钻机.