垂直HDPE膜安装过程的电学破损检测方法

针对柔性垂直防渗帷幕的结构特点和场地条件,参考水平防渗系统破损检测的偶极子方法,提出了适用于柔性垂直防渗帷幕HDPE铺设过程破损检测的改进的方法和装置——缆式电法。结果表明,当HDPE垂直膜两侧施加高压直流电时,漏洞附近介质电势有明显异常,可以通过检测电势定位漏点位置。基于现场实验数据对模拟漏洞检测结果进行验证,最后基于验证后的数据讨论了缆式电法在柔性垂直防渗帷幕渗漏检测方面的可行性和影响因素,得出以下主要结论:缆式电法通过检测HDPE膜表面电势的异常点(极小值点)对漏洞位置进行定位,它能够对漏洞进行准确定位,定位精度在0.1 m以内,有效检测距离大于1 m;供电电极和检测传感器到膜的距离越近,漏洞信号越明显,越容易判断漏洞及其所在位置;检测传感器间距越小,漏洞信号越明显,越容易判断漏洞及其所在位置,检测漏点处偏离实际漏点位置的距离越小。     

基于FFT的垃圾填埋场低频交流检测法的研究

为了解决填埋场高压直流检测法稳定性较差、精确度较低的问题,文章提出了基于FFT(fast Fourier transformation,离散傅氏变换的快速算法)的低频交流电信号填埋场渗漏检测方案,可以提高垃圾填埋场实时检测系统的检测精度,大大减少由电压不稳定性带来的误判和漏判。对其检测原理进行了分析,通过在中国环境科学院内模拟实验与贵州榕江填埋场现场试验,对传统的高压直流检测方案与低频交流检测方案进行了对比。结果表明:当信号频率为1~10 Hz之间时,基于FFT的低频交流信号填埋场渗漏检测方案可行,抗干扰能力更强,检测电压稳定性更强,准确度更高,并且可以提高检测精度。     

填埋场渗漏条件下的漏洞电阻特征与影响因素

复杂填埋环境下,HDPE膜(高密度聚乙烯膜)漏洞处电阻率特征及其影响因素、影响机制不明,制约了电法精准量化渗漏量在填埋领域的应用.基于防渗层渗漏电法检测原理,采用模拟渗漏装置和填埋场等效电路模型探析激励电压(20～200 V)、漏洞半径(1.0～12.5 mm)和渗滤液电阻率(0.68～2.60Ω·m)等关键因素对测量总电阻和漏洞电阻的影响规律和机制.结果表明：漏洞半径对于测量总电阻的影响呈幂函数趋势,在漏洞半径小于4 mm、激励电压在20～40 V区间时,测量总电阻稳定性较差,而漏洞半径大于4 mm、激励电压大于40 V时,测量总电阻稳定性较好;漏洞电阻随渗滤液电阻率变化明显且与渗滤液电阻率呈线性关系,表明渗滤液电阻率是影响漏洞电阻的主要因素之一.研究显示,测量总电阻、渗滤液电阻率与漏洞半径之间存在显著相关关系,受实际场地条件差异的影响,不同填埋场地关系模型存在差异,可通过现场试验构建以测量总电阻和渗滤液电阻率为变量的漏洞半径表征关系模型,扩大基于电法的渗漏量化精准评估方法的适用范围.     

填埋场渗漏条件下的漏洞电阻特征与影响因素

复杂填埋环境下,HDPE膜(高密度聚乙烯膜)漏洞处电阻率特征及其影响因素、影响机制不明,制约了电法精准量化渗漏量在填埋领域的应用.基于防渗层渗漏电法检测原理,采用模拟渗漏装置和填埋场等效电路模型探析激励电压(20～200 V)、漏洞半径(1.0～12.5 mm)和渗滤液电阻率(0.68～2.60Ω·m)等关键因素对测量总电阻和漏洞电阻的影响规律和机制.结果表明：漏洞半径对于测量总电阻的影响呈幂函数趋势,在漏洞半径小于4 mm、激励电压在20～40 V区间时,测量总电阻稳定性较差,而漏洞半径大于4 mm、激励电压大于40 V时,测量总电阻稳定性较好;漏洞电阻随渗滤液电阻率变化明显且与渗滤液电阻率呈线性关系,表明渗滤液电阻率是影响漏洞电阻的主要因素之一.研究显示,测量总电阻、渗滤液电阻率与漏洞半径之间存在显著相关关系,受实际场地条件差异的影响,不同填埋场地关系模型存在差异,可通过现场试验构建以测量总电阻和渗滤液电阻率为变量的漏洞半径表征关系模型,扩大基于电法的渗漏量化精准评估方法的适用范围.     

Pxrf土壤重金属检测的影响因素、模式与校正方法

针对便携式X射线荧光光谱（Pxrf）法测定土壤重金属检测精度不足的问题,提出一种以Pxrf测定值及场地参数的特性关系为基础的通用建模方法和流程,用以构建适用于各场地特性的Pxrf校正模型,以提高Pxrf的测量准确度.以北京某典型矿区污染场地为例开展研究,选取土壤中Pb、Sr、Cu、Fe、Mn、Zn 6种重金属,通过潜在相关因子（土壤有机质含量、含水率、实际污染物含量）及其不同数学变换形式（指数、对数、幂函数的数学变换）与Pxrf测定值的相关分析,识别显著影响Pxrf测定值的影响变量、影响程度及影响形式;基于影响因子识别结果,建立其与Pxrf的数学模型表达式,实现Pxrf测定值校正,准确值提高的目的.结果表明：Pb、Cu、Zn 3种重金属的Pxrf测量值与实际浓度呈现显著相关,相关系数值为0.75~0.82;重金属Sr、Fe、Mn相关系数值为0.25~0.52,其相关性稍差.含水率对Pxrf检测影响程度从小到大排列依次为Sr、Mn、Cu、Pb、Zn,相关系数值范围为0.1~0.7.所有重金属的Pxrf测量值受土壤有机质含量影响弱,相关系数均低于0.5.经模式变换后,重金属Zn、Pb、Cu的Pxrf测量值与实际浓度相关性呈增大趋势（增大了4%~13%）;其他重金属无显著变化.模型校验结果显示,Pb、Zn、Cu、Mn四种重金属的模型可用来提高该场地Pxrf法检测精度.相较于原始Pxrf测量值,可用模型中经校正后的Pxrf值的相对误差从32.4%~56.6%降至4%~29.9%.     

基于敏感性分析的危险废物填埋场工程和地质屏障参数优化

为优化危险废物填埋场地下水污染风险控制的工程/地质屏障参数,基于过程模型模拟-参数敏感性分析-参数优选的系统框架和方法,分析关键参数对于地下水中渗滤液所携带污染物浓度的影响和敏感性,基于分析结果推荐技术参数的取值区间和最低的技术参数要求.结果表明:①各参数对地下水污染风险的敏感性排序依次为导排支管间距>含水层厚度>导排层坡度>天然衬层渗透系数>导排层渗透系数>地下水流速.②当导排支管间距>25 m、导排层坡度 < 2%、导排层渗透系数 < 0.000 1 cm/s、天然衬层渗透系数>1×10-6 cm/s时,地下水污染风险急剧增大;反之,当导排支管间距 < 10 m、导排层坡度>3%、导排层渗透系数>0.01 cm/s、天然衬层渗透系数 < 5×10-7 cm/s时,对地下水污染风险的管控并无明显影响.③导排支管间距最低为25 m,但不宜 < 10 m,导排层坡度最低为2%,但不宜>3%,导排层渗透系数最低为0.01 cm/s,天然衬层渗透系数最低为1.0×10-6 cm/s.研究显示,现有标准中给出的参数取值具有合理性,但范围较广,应结合水文地质参数与填埋场参数确定.      

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.