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.     

深度填埋条件下堆体表面电势分布特征及漏洞定位机理

为研究运行期填埋场深度填埋条件下偶极子渗漏检测和漏洞定位的可行性,通过系统分析运行期填埋场的结构特征和漏洞特征,建立了偶极子检测的概念模型、控制方程和定解条件;基于Comsol Multiphysics高仿真数值模拟软件对上述问题进行有限元求解,并根据现场实测数据对模拟结果进行验证,最后利用该模型讨论了运行期填埋场偶极子漏洞检测和定位的可行性及影响因素.结果表明:数值模型模拟的特征点(极大值点和极小值点)与实际测量点位的y坐标(电势差分值)相对误差最大为24.95%,x坐标(距离)相对误差最大为3.40%,表明模型及其求解方法合理,可用于模拟实际的偶极子检测.在深度填埋(堆体厚度最大15 m)条件下,堆体表面电势差分信号降至mV级别,超出传统铜电极+万用表的检出限.受填埋深度影响,堆体表面电势分布特征与库底电势分布特征差异较大,电势峰值点位置相差达8.0 m,偶极子装置虽可检测出库底漏洞的存在,但是不能准确对其定位(x方向偏移2.0 m,y方向偏移8.0 m).此外,堆体表面的地形起伏会形成伪漏洞信号,干扰漏洞识别;沿测线方向平行移动电极,测线上的漏洞信号也会同时移动,并且关于实际漏洞位置对称.研究显示,在运行期填埋场条件下,传统偶极子漏洞定位方法(即直接根据测线上的异常信号进行漏洞定位)不再适用,但可以通过平行移动地表电极位置,观察地表电极移动过程中疑似漏洞信号的对称中心来进行漏洞定位.      

填埋场HDPE膜漏洞靶向电动修补技术影响因素

为突破当前HDPE膜漏洞修补技术操作复杂、成本高,且具有安全隐患的难题,探究靶向电动修补技术的工艺参数对修补效果的影响规律,开展了电极类型、电压大小、运行时间、膨润土浓度与分散剂/膨润土投加比例等单因素实验,并探索达到修补效果的最低工艺条件.结果表明,漏洞直径为5mm时,选用石墨电极、电压大小为50V、运行时间为2d、膨润土浓度为10g/L、分散剂/膨润土比例为30%时,修复后HDPE膜漏洞处的渗透系数达到9.41×10^-6cm/s,具有较好的修补效果;此外,通过建立修补溶液体系的Zeta电位与电动修补后漏洞处渗透系数的数学表征模型,为实际场景下的应用提供依据,当渗透系数达到1×10^-6cm/s所对应修补溶液的Zeta电位至少应为-42.11mV.     

碳化对焚烧飞灰“减污降碳”协同处置潜力研究

为探究我国不同地区生活垃圾焚烧飞灰“减污降碳”协同处置潜力,选取我国8个典型地区的飞灰为研究对象,采用加速碳化试验模拟飞灰长期填埋场景,通过重金属浸出试验探究碳化前后其重金属浸出浓度的变化情况,通过热重分析研究其对CO₂的实际吸收能力,同时基于Steinour方程研究2009—2021年我国飞灰对CO₂的理论吸收能力. 结果表明:通过浸出试验得知加速碳化后飞灰中重金属Zn、Cd的浸出浓度分别下降了10%~18%和9%~30%,其中上海市和河南省飞灰样品中Zn的浸出浓度已低于生活垃圾填埋场入场要求. 《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB 18485—2014)的发布实施导致飞灰中碱性成分占比上升,使得飞灰对CO₂的吸收潜能增至标准发布之前的约1.38倍. 以贵州省、上海市、山东省、北京市、广东省、辽宁省、河南省、天津市8个不同地区的飞灰样品为例,通过Steinour方程推算得到2020年我国飞灰对CO₂的理论吸收量达339.93×104 t,约占2020年我国碳排放总量的0.034%. 对上海市、北京市及河南省3个飞灰样品进行加速碳化试验,通过热重曲线得到飞灰在碳化前后CaCO₃分解段的失重率,进一步推算出2020年我国飞灰对CO₂的实际吸收量达16.34×104 t,占其理论吸收量的4.8%,飞灰对CO₂的实际吸收量小于其理论吸收量的主要原因是,在加速碳化过程中产生的碳酸钙及其他聚合物包裹飞灰,使外部CO₂难以进入飞灰内部. 研究显示,加速碳化对飞灰“减污”效果明显,但“降碳”效果仍需对碳化场景以及预处理过程的工艺参数进行优化,以期最大限度地提高飞灰对CO₂的实际吸收能力.      

海滨垃圾填埋场渗滤液污染土壤的复电阻率特性

为了解渗滤液污染土壤的复电阻率特性及其与海水入侵所造成的电特性差异,指导海滨场地的污染探测,设计了黏土和砂土两种土壤,在水饱和情况下通入不同浓度的渗滤液,测量复电阻率的幅值和相位响应;在砂土中通入与渗滤液电阻率相同的模拟海水,对比海水入侵与渗滤液污染所造成的相位差异.结果表明:受渗滤液污染土壤的复电阻率变化明显,0.1 Hz下被2%渗滤液（渗滤液体积占溶液总体积比例为2%）污染的土壤中,与背景值相比,黏土的幅值和相位分别降低了78%和70%,砂土的幅值和相位分别降低了66%和33%,且渗滤液浓度越高,幅值和相位的值就越小;而对于电阻率背景值较低的土壤（如海水入侵场地或地下水-海水交错带区域）,通入渗滤液后,其复电阻率参数没有明显变化.对比海水入侵与渗滤液污染,受渗滤液污染较轻的土壤的相位略高于海水入侵污染土壤,而当渗滤液浓度较高时,二者几乎没有区别.研究显示,正常条件下,复电阻率法对渗滤液污染的反映灵敏,有较好的指示意义,其参数变化主要与孔隙水中金属离子的含量和双电层极化有关;而在天然低电阻率背景条件下,渗滤液污染引起的电阻率变化很小,但相位变化较为明显,这种相位的变化有可能被识别出来.      

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.     

SRT影响MBR污泥体系去除污染物动力学研究

利用Eckenfelder公式得出了MBR系统中不同污泥停留时间底物降解速率和氨氮的去除速率,结果表明在对数增长阶段和减数增长阶段,SRT为17 d时,对有机底物的降解速率和氨氮的去除速率都高于SRT为8、27、37和42 d的污泥系统对两者的去除,说明SRT对MBR污泥系统的活性有较大影响,确定排泥时间应综合考虑污泥活性、污泥产量和膜通量等因素.     

危险废物暂存库渗漏风险规避措施与实践

为了减少危险废物暂存库的环境风险,在项目实施中增设渗漏检测系统,通过对暂存库防渗膜进行长期的实时检测,规避了因暂存库渗漏造成的环境风险,使单层混凝土结构的暂存库实现了双层混凝土结构的遮断型填埋场才具有的渗漏检测和修补功能.渗漏检测的信息通过GSM网络进入Intemet进行数据交换,将检测信息传递到环境管理部门,提高了监督管理的水平.渗漏检测以2个检测电极间充满渗出液时电阻发生突变的特点作为HDPE膜渗漏的判据,结合渗出液的化学成分来判断渗漏的种类,利用TC35I无线模块通过GSM网进入Internet进行数据交换,实现了危险废物暂存库渗漏的网络化监测.利用HDPE膜的绝缘性提出了用偶极子检测HDPE膜漏洞的定位方法,为修补漏洞创造条件.并指出检测电压随漏洞大小、偶极子间距、贮存库液体的电阻率、供电电压的增加而增高,随偶极子距HDPE膜的距离、偶极子移动方向到漏洞的距离、暂存库液体的深度的增加而减小.     

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.     

填埋场长期渗漏的环境风险评价方法与案例研究

填埋场的长期渗漏是由于防渗膜老化、导排层淤堵等原因,导致填埋场封场后渗滤液渗漏量增加的现象. 为分析渗滤液长期渗漏对填埋场环境风险的影响,采用Landsim-HELP耦合模型进行渗漏源强计算和污染组分迁移转化计算. 在此基础上,以致癌风险和非致癌风险为渗滤液渗漏的环境风险表征,采用剂量-效应模型对风险值进行计算. 最终构建了基于Landsim-HELP耦合的填埋场长期渗漏的环境风险评价模型,并将其用于山西省某工业固体废物填埋场渗漏风险研究. 结果表明:①短期(0~100 a)内,在CLTP(考虑长期性能衰减)和NCLTP(不考虑长期性能衰减)情景下,渗滤液渗漏的环境风险无明显差异, 并且二者的风险值均低于可接受风险水平;而长期(>100~1 000 a)状态下,2种情景的风险值差别较大,其中CLTP情景下的风险为NCLTP情景下的7倍左右,并且主要体现为Cr(Ⅵ)的致癌风险(10-4). 采用Monte Carlo方法分析风险结果的不确定性,其中Cr(Ⅵ)致癌风险值的不确定性为6.7,Cr(Ⅵ)和TCr的非致癌风险评价结果的不确定性分别为2.3、2.1.