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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

北极星水处理网  来源:武汉科技大学  作者:向锐 雷国元等  2019/7/23 9:09:13  我要投稿  
所属频道: 水处理  关键词:渗滤液渗漏 地下水污染 固废填埋 

三、主要结论与讨论

选择典型距离处的暴露点进行风险分析,包括50m (厂界内)、100、200和400m (厂界外)、800m (防护范围处)和 1000m (防护范围外),模拟了短期(3~5a)、中期(5~10 a)和长期(10~100a)的渗滤液渗漏和地下水污染情况,并基于上述老化试验参数和其他模型参数,利用Landsim模型模拟。

渗漏量随时间的变化规律图5分别模拟了短期、中期和长期渗漏强度随时间的变化情况,在初始时刻渗漏量接近0,这是因为该填埋场设置有多层粘土衬垫,其渗透系数很小,渗漏液穿过粘土衬垫需要经历较长的时间。模拟结果显示在短期内,渗漏量骤增,P-95%(95%分位值)时渗漏速率变化最大,2a增至9m3/天;中期渗透速率增 加量逐渐减小,渗漏量依然在增加;30a 后渗漏量达到最大,渗漏速率趋于稳定. 这是因为随着入渗时间的延长,堆体中渗滤液的储量逐渐增加,防渗膜上的饱和水位升高,进而导致水力压头升高,渗漏强度也会逐渐增加。

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图6为不同时间渗漏强度的累计频率分布。从图6可以看出,短期内渗漏强度的增长不明显,而在中期渗漏强度较短期有近1倍的增长,至100a渗漏强度增加更加明显,较短期有近4倍增长,较中期也有近 2~3 倍增长。

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以图7中累积频率达到0.5时为例,第3年和5年的渗漏速率分别为6.0和7.8m3/d. 而第10年为11.3m3/d,增长近1倍。至100a,渗漏速率为32.5m3/d,较之短期与中期有大幅增长。

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地下水污染风险图7为不同暴露点处, ρ(As)随时间的变化。P-50%(50%分位值)为平均风险水平下的污染物浓度预测值, 选择该值进行分析以反应一般情况下填埋场渗漏对地下水的影响。

从图8可以看出,短期内所有厂界外点位(1000、800、400、200 和100m)的峰值ρ(As)极小,几乎为0 mg/L. 而在距离50m处,第5年的P-50%也仅为0.0001 mg/L,200m处, ρ(As)虽有波动,但是都远低于 GB/T14848—2017《地下水质量标准》 III类水质标准,环境风险可以接受中期而言(见图7),1000和800 m处地下水中ρ(As)为10-8和10-13mg/L, 低于 GB/T14848—2017III 类水质标准;400m处ρ(As)极低(0.0001mg/L);200、100m处ρ(As)分别为0.135 和 0.413mg/L,已超出GB/T14848—2017III类水质标准;50m处ρ(As)达到0.60 g/L,超过GB/T14848 —2017III类标准限值近12倍。

进一步考虑填埋场主要单元老化条件下的长期风险,从图7可以看出,在第22年,距离1000m处 (防护范围外)的地下水ρ(As)的50%分位值均超过III类III类水质标准;800m处(防护范围处)地下水ρ(As) 的50%分位值在19a超过III类III类水质标准。

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图7为考虑填埋长期性能老化条件下,不同暴露点处As峰值浓度的累计频率分布。假设相关标准中污染组分i的标准限值是CLi,暴露点的污染组分i的浓度累计频率分布为 F(Ci),则暴露点处浓度超标的概率P可以通过式(1)计算。

P=P(Ci≥CLi)=1-F(Ci) (1)

根据式(1)结合图8计算可得ρ(As)的超标概率(见表3)。由表3可见:短期内,厂界外所有模拟点位(100、 200、400、800 和 1000m),地下水中目标污染物 ρ(As)均为0,风险可忽略;厂界内模拟点位(50m) ρ(As) 不为0,但其超过III类III类水质标准的概率为0,表明风险很小;中期内,在考虑填埋场长期性能老化的情况下,200m内模拟点位目标污染物As的超标概率大于80%;厂界内距离填埋场边界50m处目标污 染物As 的超标概率更高达97%;但在防护范围外(800m以上)及400~800m之间的模拟点位,超标概率为0;长期内,各个模拟点位,包括距离最远的1000 m 处地下水中As超标的概率达到100%,污染风险大。

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进一步考虑填埋场主要单元老化条件下的长期风险,从图7可以看出,在第22年,距离1000m处 (防护范围外)的地下水ρ(As)的50%分位值均超过III类III类水质标准;800m处(防护范围处)地下水ρ(As) 的50%分位值在19a超过III类III类水质标准。

不确定性分析利用过程模型进行风险评估容易受到不确定性因素的影响,其中最重要的是模型参数的不确定性。如EPACMTP模型中含水层孔隙度都具有很大的空间变异性。此外,HELP模型中的降雨量在填埋场规模上的空间变异性较小,具有很强的时间变异性,各变量的概率分布在上文中确定(见表 1)。考虑参数不确定性的影响,计算得到ρ(As)的累计频率分布,以及不同分位值(P-5%、P-10%、P-50%、P-90%和P-95%) 对应的质量浓度。不确定性可以用P-95%与P-50%的比值来表征,根据图7中的数据计算得到不同时期(短、 中和长期)的不确定性分别为1、1~2 和 1~3。可见,在不同时期不确定性对结果的影响不同:短期内污染物浓度极小,对结果基本无影响;中期影响增大,50m处P-95%与P-50%的污染物浓度最大相差1倍,400m及更远处,影响较小,污染物浓度相差不大;长期影响较大,而且随着时间的增长,逐渐增大,P-95%与P-50%的污染物浓度最大可相差2倍。

三、主要结论

a)短期内,渗漏量骤增,P-95%(95%分位值)时渗漏速率变化最大;中期渗透速率增加量逐渐减小,渗 漏量依然在增加;30a后渗漏量达到最大,渗漏速率趋于稳定;短期内渗漏强度的增长缓慢,而在中期渗漏强度较短期有近1倍的增长,至长期渗漏强度增加更加明显,较短期有近4倍增长,较中期也有近2~3倍增长。

b)在短期内导致地下水被污染的风险较小(超标概率为0);在中期内,距离填埋场200m内污染风险较大(超标概率≥80%),但400m外的污染概率为0;而在长期内,距离填埋场最远的1000m的污染概率达100%, 地下水受到严重污染。

c)现场检测数据和Landsim模型评价结果显示,填埋场防渗材料劣化及老化等长期性能变化对地下水污染风险存在影响,长期渗漏会导致1000m 以内地下水将全部污染,因此,在填埋场的设计和运行中有必要考虑防渗膜等重要单元长期性能的变化。


原标题: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

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