滲漏、擴散和降解作用下復合襯墊有機污染物運移解析模型.pdf

1、隨著我國的經(jīng)濟的發(fā)展，城鎮(zhèn)化進程的不斷加快，越來越多的城市面臨垃圾圍城。填埋處理是目前我國城市固體廢棄物處置的主要手段。填埋垃圾生物降解產(chǎn)生的滲濾液對地下水土環(huán)境造成了很大的威脅。而作為發(fā)揮填埋場“堵“功能的襯墊系統(tǒng)則是當今國內外學者研究的重要課題，其中有機污染物在復合襯墊中的運移規(guī)律、服役壽命評價方法以及不同類型復合襯墊防污性能的比較則是目前研究的重點和難點。
　　本文首先在前人研究基礎上總結了填埋場襯墊系統(tǒng)的組成和結構類型，論

2、述了污染物在土、土工膜(GM)和土工復合膨潤土墊(GCL)中的運移機理并統(tǒng)計了有機污染物在這三種材料中的滲透、擴散和吸附等相關參數(shù)的取值范圍。然后，在考慮土工膜滲漏、有機污染物通過土工膜的擴散以及粘土層中有機污染物的降解等作用下，針對GM/GCL或GM/壓實粘土襯墊(CCL)組成的兩層復合襯墊獲得了污染物通過其運移的滯后時間;針對GM、GCL和土質襯墊層(SL)組成三層的復合襯墊，建立了滲漏，擴散和降解作用下有機污染物在這類復合襯墊中運

3、移模型及其解析解。并根據(jù)得到的解析解，分析了滲濾液水頭，土工膜連接的褶皺長度，界面導水系數(shù)以及生物降解半衰期對復合襯墊防污性能的影響，比較了不同襯墊類型的防污性能，并基于解析解給出了基于擊穿時間的復合襯墊無量綱設計曲線，以期對填埋場復合襯墊的設計提供指導。
　　本研究主要內容包括：⑴在0.3m，1m，10m水頭作用下，GM/GCL很快（大約為14天）達到滯后時間，水頭和污染物的降解半衰期對其影響不大;對于GM/CCL，滲濾液水頭對

4、滯后時間的影響不如降解半衰期大，在其他條件相同的情形下水頭從0.3m增加到10m，滯后時間減少了0.1～6年，而污染物的半衰期從10年減少到1年，滯后時間減少了10～11年。⑵在GM/GCL/SL襯墊系統(tǒng)中，滲濾液水頭對污染物的剖面濃度曲線以及污染物的擊穿曲線有很大的影響。例如，在半無限邊界條件下，當連接的褶皺長度為1000m時，在0.6m深度處，滲濾液水頭從0.3米增大到10米時，其濃度增大到1.85倍，在零濃度的邊界條件下，當L=1

5、000m時，當滲濾液水頭從0m增大到10m，30年后底部累計通量增加17.8倍。GM層連接的褶皺長度對底部通量的影響較大，在零濃度邊界條件下，當hw=10m時，褶皺長度從100m增加到1000m時，20年后，通過底部的累計通量增加15.3倍。同時，褶皺長度對于底部時刻通量達到穩(wěn)定的時間也有影響，在零通量邊界條件下，滲濾液水頭hw為10m時，褶皺長度L=100m達到穩(wěn)態(tài)的時間是L=1000m的35倍。GM和GCL的界面導水系數(shù)在連接的褶皺

6、長度較小時(＜100m)對于復合襯墊系統(tǒng)層的溶質擊穿曲線的影響很小，在半無限邊界條件下，當L=100時，當導水系數(shù)θ從5.0×10-12 m2/s增大到1.0×10-10 m2/s時，1年后的底部濃度增大了1.35倍，而當L=1000m時，導水系數(shù)從5.0×10-12 m2/s增大到1.0×10-10 m2/s時，1年的底部濃度增大了18.4倍。⑶由GM/CCL組成的復合襯墊對地下水的保護水平較GM/GCL/SL復合襯墊系統(tǒng)在早期時更為

7、有效（當L=100 m，時間小于30年;當L=1000 m，時間小于6年），例如，當L=100m，10年后GM/GCL/SL底部濃度是GM/CCL底部濃度的約112倍。然而，在達到穩(wěn)定狀態(tài)下，GM/CCL復合襯墊系統(tǒng)的底部時刻通量較GM/GCL/SL復合襯墊系統(tǒng)的底部時刻通量更大，大約是它的7-8倍。⑷基于本文提出的復合襯墊無量綱設計曲線，對基于擊穿時間的GM/GCL/SL襯墊系統(tǒng)進行設計時，經(jīng)計算得出在0.3m和3m的水頭作用下，土質

8、襯墊層(AL)的厚度分別需要達到4.5m和5m時，該三層襯墊的二氯甲烷擊穿時間能滿足大于30年的要求;同樣，在0.3m和3m水頭作用下，GCL分別與2.5m，3m厚度的AL組成的下層復合襯墊能夠較好的防止有機污染物甲苯的運移，達到地下水飲用水規(guī)定年限內的擊穿時間要求。⑸本文獲得的復合襯墊滯后時間的解析模型和有機污染物在GM/GCL/SL組成的三層復合襯墊中的滲漏、擴散和降解解析模型能為填埋場設計工程師提供一個較為簡便的設計方法，并能用于