徐 亞,能昌信,劉玉強(qiáng),楊金忠,劉景財(cái),董 路*

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徐 亞1,2,3,能昌信1,2,劉玉強(qiáng)1,2,楊金忠1,2,3,劉景財(cái)1,2,董 路1,2*

(1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100012；2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院固體廢物污染控制技術(shù)研究所,北京 100012；3.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院,北京 100875)

通過(guò)系統(tǒng)分析危險(xiǎn)填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)功能,結(jié)合安全壽命周期的定義,對(duì)危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)的安全壽命周期進(jìn)行了定義.在此基礎(chǔ)上,通過(guò)文獻(xiàn)查閱和理論推導(dǎo)確定了描述危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)主要單元性能衰減的老化模型,并結(jié)合課題組開(kāi)發(fā)的滲漏環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析模型,建立了危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)的安全壽命評(píng)估模型,并選擇中部某危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)進(jìn)行了案例研究.結(jié)果表明:隨著防滲材料老化以及導(dǎo)排層淤堵,滲濾液滲漏量將逐漸增加,其安全貯存功能將逐漸喪失,并逐漸達(dá)到其安全壽命周期.僅就本案例而言,該填埋場(chǎng)的安全壽命周期為385a;對(duì)安全壽命周期相關(guān)參數(shù)的敏感性分析表明,浸出濃度與填埋場(chǎng)安全壽命周期呈負(fù)相關(guān),包氣帶厚度和含水層厚度與安全壽命周期呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.79、0.99和0.72,這說(shuō)明包氣帶厚度對(duì)安全壽命周期影響更大,其次為浸出濃度,最后為含水層厚度;應(yīng)加強(qiáng)填埋場(chǎng)相關(guān)單元老化模型研究,開(kāi)展其他因素對(duì)填埋場(chǎng)安全壽命周期的影響,進(jìn)一步完善危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)安全壽命周期評(píng)價(jià)理論和方法.

健康風(fēng)險(xiǎn)；安全壽命周期；滲濾液滲漏；老化

近年來(lái),危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)作為危險(xiǎn)廢物安全處置的重要手段和設(shè)施在全國(guó)范圍內(nèi)大量建設(shè)[1-2].通過(guò)封場(chǎng)覆蓋系統(tǒng)、預(yù)處理、防滲系統(tǒng)以及地質(zhì)屏障等多層防護(hù),危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)能在一定時(shí)期內(nèi)有效防止危險(xiǎn)廢物中有害組分向環(huán)境的擴(kuò)散,達(dá)到危險(xiǎn)廢物安全處置的目的[3-7].研究表明,作為危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)的主要功能單元,保證危險(xiǎn)廢物得到安全處理的封場(chǎng)覆蓋系統(tǒng)、導(dǎo)排系統(tǒng)和防滲系統(tǒng),其性能是會(huì)逐漸老化的.針對(duì)填埋場(chǎng)導(dǎo)排系統(tǒng)淤堵[8-9]的研究表明,導(dǎo)排管在運(yùn)行一段時(shí)間后將發(fā)生淤賭,導(dǎo)排介質(zhì)的滲透系數(shù)也將發(fā)生10倍甚至以上的衰減.對(duì)土工防滲材料的研究[10-13]也表明,溫度變化、紫外線照射,化學(xué)腐蝕等都會(huì)造成HDPE膜防滲性能會(huì)逐漸衰減,漏洞數(shù)量會(huì)逐漸增多.另外對(duì)等固化材料的研究也表明,水泥、石灰等材料對(duì)有害組分的固化和穩(wěn)定化作用也會(huì)隨時(shí)間衰減[14].上述文獻(xiàn)研究表明,危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)中的防滲系統(tǒng)、封場(chǎng)覆蓋系統(tǒng)、導(dǎo)排系統(tǒng)、固化材料性能等都會(huì)隨著時(shí)間衰減,防止危險(xiǎn)廢物中的有毒有害組分逸散(至土壤和地下水環(huán)境中)的能力會(huì)逐漸降低.而另一方面,區(qū)別于生活垃圾填埋場(chǎng),危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)中有毒有害組分以重金屬污染物為主[15],其降解行為較弱,有毒有害特性將長(zhǎng)時(shí)間存在.因此一旦上述功能單元老化,危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)中有毒有害組分將向周邊環(huán)境介質(zhì)遷移,污染土壤和地下水,進(jìn)而對(duì)周邊居民構(gòu)成飲水安全問(wèn)題.

由此可見(jiàn),危險(xiǎn)廢物安全填埋場(chǎng)其安全壽命是有限的,超過(guò)一定周期安全填埋場(chǎng)將不再“安全”. 因此對(duì)填埋場(chǎng)進(jìn)行安全壽命周期評(píng)價(jià),并依此指導(dǎo)后續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)管理行動(dòng)有著重要的實(shí)踐意義.所謂安全壽命周期,是指一項(xiàng)安全設(shè)施,經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、施工和使用,直到喪失其必要的安全功能而需要進(jìn)行新的投資為止的過(guò)程[16-17].在廢物填埋領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)外學(xué)者也開(kāi)展了一些安全壽命周期的相關(guān)研究.如Fady等[12]對(duì)作為填埋場(chǎng)人工襯墊(HDPE膜)的老化特征研究、王殿武[11]對(duì)土工布性能隨時(shí)間的變化進(jìn)行了研究、Fleming等[9]對(duì)導(dǎo)排層滲透系數(shù)的變化進(jìn)行了研究.然而上述研究基本還停留在對(duì)填埋場(chǎng)某個(gè)單元老化性能的研究上,將危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)作為一個(gè)整體,并對(duì)其安全防護(hù)性能變化及安全壽命周期的研究未見(jiàn)報(bào)道.

本研究通過(guò)系統(tǒng)分析填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)功能,結(jié)合安全壽命周期的定義,對(duì)危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)的安全壽命周期進(jìn)行了定義.在此基礎(chǔ)上,通過(guò)文獻(xiàn)查閱和理論推導(dǎo)確定了描述危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)主要單元性能衰減的老化模型,結(jié)合課題組構(gòu)建的滲漏環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分析模型,并通過(guò)耦合衰減模型和滲漏風(fēng)險(xiǎn)分析模型,建立了危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)的安全壽命評(píng)估模型.

1 研究方法

1.1 填埋場(chǎng)安全壽命周期定義及表征方式

目前沒(méi)有針對(duì)危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)安全壽命周期的定義.在航空動(dòng)力學(xué)等研究領(lǐng)域,安全壽命周期一般定義為一項(xiàng)安全設(shè)施,經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、施工和使用,直到喪失其必要的安全功能而需要進(jìn)行新的投資為止的過(guò)程[16-17].對(duì)于危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)而言,其安全功能就是隔斷危險(xiǎn)廢物中重金屬等有害組分向環(huán)境和人體遷移的途徑,從而達(dá)到危險(xiǎn)廢物安全處置的目的,結(jié)合其他領(lǐng)域?qū)Π踩珘勖芷诘亩x,本研究定義危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)的安全壽命周期為從其試運(yùn)行開(kāi)始,至其失去安全防護(hù)能力(對(duì)滲濾液中的有害組分)的過(guò)程.

假設(shè)點(diǎn)p位于危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)安全防護(hù)距離處,p處地下水中污染物的濃度為(),當(dāng)危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)防滲和導(dǎo)排能力下降導(dǎo)致p處污染物濃度()隨時(shí)間升高,并在時(shí)刻超過(guò)該類(lèi)污染物的人體健康濃度閾值CL,此時(shí)的值極為危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)的安全壽命周期(圖1).據(jù)此,填埋場(chǎng)的安全壽命可用下式表述:

式中:SL為-危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)安全壽命周期;為時(shí)間,以危廢填埋場(chǎng)開(kāi)始運(yùn)行為時(shí)間坐標(biāo)軸的坐標(biāo)原點(diǎn);CL 為某類(lèi)污染物的人體健康閾值;()為時(shí)刻安全防護(hù)距離處的污染物濃度.

如已知安全防護(hù)距離處的污染物濃度過(guò)程曲線,就可以根據(jù)該污染物的健康閾值濃度確定其安全壽命周期.那么關(guān)鍵的問(wèn)題是計(jì)算安全防護(hù)距離p處的污染物濃度隨時(shí)間變化過(guò)程曲線及其的健康閾值濃度CL.

1.2 污染物濃度計(jì)算模型

1.2.1 ERAMLL模型介紹 地下水中的污染物濃度隨時(shí)間變化過(guò)程采用中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院固體廢物污染控制技術(shù)研究所開(kāi)發(fā)的危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)滲漏環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析模型(ERAMLL)進(jìn)行計(jì)算[18-19].該模型是滲濾液產(chǎn)生模型、滲漏模型、側(cè)向?qū)拍Ｐ?、污染物組分在包氣帶和地下水含水層中遷移轉(zhuǎn)化模型的風(fēng)險(xiǎn)綜合分析系統(tǒng),其求解方法綜合考慮地表降水和徑流過(guò)程、地表入滲水的堆體滲漏和導(dǎo)排、堆體淋溶、以及滲濾液通過(guò)過(guò)粘土、土工膜和復(fù)合襯墊的滲漏、以及滲濾液滲漏后污染組分在包氣帶和地下水中的遷移轉(zhuǎn)化等地表地下水流和溶質(zhì)運(yùn)移過(guò)程.

1.2.2 老化模型 危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)的安全壽命周期的主要受其防護(hù)單元性能衰減的影響:隨著防滲層防滲性能減弱和導(dǎo)排層導(dǎo)排能力降低,滲濾液的滲漏量增加,地下水中污染物濃度會(huì)逐漸增加,最終達(dá)到人體健康濃度閾值.體現(xiàn)在模型上,則是ERAMLL模型中相關(guān)參數(shù)值的變化,包括: HDPE膜滲透系數(shù)gm增加,HDPE膜上漏洞密度增大,導(dǎo)排層滲透系數(shù)d減小.

文獻(xiàn)[20]認(rèn)為在滲濾液腐蝕、紫外線照射等影響下,HDPE膜的滲透系數(shù)會(huì)從250a左右開(kāi)始增大,至1000年其防滲能力將與黏土相當(dāng).假定HDPE膜滲透系數(shù)隨時(shí)間線性增加,第250a時(shí)滲透系數(shù)為1′10-13cm/s,第1000年時(shí)滲透系數(shù)等于黏土滲透系數(shù)(1′10-7cm/s),那么HDPE膜的滲透系數(shù)可表達(dá)成時(shí)間的函數(shù)關(guān)系式:

gm()= 1.33×10-10×(250) (2)

式中:gm()為時(shí)刻HDPE膜的滲透系數(shù),cm/s.

文獻(xiàn)[20]認(rèn)為,HDPE膜上漏洞在第100年開(kāi)始增加,每250年增加一倍,同樣可近似表達(dá)成下述冪函數(shù)關(guān)系式:

式中:()為時(shí)刻的漏洞密度,個(gè)/hm2;0為初始漏洞密度,個(gè)/hm2.

導(dǎo)排層滲透系數(shù)隨滲濾液特性、導(dǎo)排顆粒級(jí)配特性等許多因素影響,計(jì)算過(guò)程非常復(fù)雜,本文采用文獻(xiàn)[21]介紹的簡(jiǎn)化模型進(jìn)行描述:

d()=(4)

式中:d()為時(shí)刻導(dǎo)排層滲透系數(shù),cm/s;d0為其初始滲透系數(shù),cm/s;waste為導(dǎo)排層上方垃圾層的滲透系數(shù),cm/s.

1.2.3 EMAMLL模型和老化模型的耦合 EMAMLL模型中計(jì)算滲漏量時(shí)假設(shè)HDPE膜滲透系數(shù)gm,HDPE膜上漏洞密度以及導(dǎo)排層滲透系數(shù)d均不隨時(shí)間發(fā)生變化,滲漏為穩(wěn)態(tài)下滲.而老化模型假設(shè)上述參數(shù)均隨時(shí)間變化,為實(shí)現(xiàn)兩者的耦合,需要將模擬時(shí)間以Δ為步長(zhǎng)進(jìn)行,在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)假設(shè)gm、和d均不發(fā)生變化;而每增加一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng),則根據(jù)公式重新計(jì)算gm、和d值,并將其代入ERAMLL模型計(jì)算污染物濃度.

1.3 閾值濃度確定方法

污染物對(duì)人體的健康影響包括致癌效應(yīng)和非致癌效應(yīng)[22-24],對(duì)于致癌效應(yīng)污染物其閾值濃度采用式(5)[25]計(jì)算:

式中:RCca為致癌效應(yīng)污染物的閾值濃度,mg/L; BW為暴露人群的平均體重,kg,取60;ATca、EFca、EDca分別為致癌效應(yīng)平均時(shí)間、暴露頻率和暴露期,d、d/a和a,取26280、350和24;CR為地下水?dāng)z入量,L/d,取2;SFO為經(jīng)口攝入致癌斜率因子,kg體重d /mg污染物.

對(duì)于非致癌效應(yīng)污染物,其閾值濃度采用式(6)[25]計(jì)算:

式中:RCnca為非致癌效應(yīng)污染物的閾值濃度,mg/L; ATnca為非致癌效應(yīng)平均時(shí)間,d;RfDO為經(jīng)口攝入致癌斜率因子,mg污染物/(kg體重×d)

對(duì)于既具有致癌效應(yīng)又具有非致癌效應(yīng)的污染物,其閾值濃度取RCca和RCnca中的較小值.

2 案例研究

2.1 填埋場(chǎng)概況

案例研究中的危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)位于中部某內(nèi)陸省份,填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)庫(kù)容為27.4萬(wàn)m3,庫(kù)底面積約2.5hm2,填埋高度約11m(地面以下6m地面以上5m).根據(jù)該填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)劃,擬處理的危險(xiǎn)廢物主要為含鋅廢物、無(wú)機(jī)氟化物和含鉻廢物,因此將Zn、F和Cr作為目標(biāo)污染物,以其健康風(fēng)險(xiǎn)為填埋場(chǎng)安全壽命周期評(píng)估依據(jù).

根據(jù)該填埋場(chǎng)的水文地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告,場(chǎng)區(qū)地質(zhì)穩(wěn)定性好,無(wú)活動(dòng)斷裂,地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單.填埋場(chǎng)庫(kù)底下方依次為13m左右的非飽和土層、15m左右的潛水含水層以及隔水層.最近的居民點(diǎn)距場(chǎng)區(qū)邊界約800m(可視為安全防護(hù)距離),因此可將場(chǎng)區(qū)水文地質(zhì)概念模型及暴露點(diǎn)概化如圖3.

2.2 模型輸入?yún)?shù)

模型輸入?yún)?shù)包括以下幾類(lèi):地表入滲參數(shù)、填埋場(chǎng)結(jié)構(gòu)及滲濾液濃度參數(shù)、老化模型參數(shù)以及多孔介質(zhì)水流和溶質(zhì)運(yùn)移參數(shù),其中老化模型參數(shù)見(jiàn)式(2)~式(4),其他參數(shù)見(jiàn)表1所示.

表1 模型計(jì)算所需的主要參數(shù)Table 1 Summary of main input parameters

續(xù)表1

參數(shù)取值*來(lái)源 填埋場(chǎng)結(jié)構(gòu)及滲濾液特性參數(shù)庫(kù)底面積(hm2)2.5實(shí)測(cè) 最終填埋高度(m)11實(shí)際調(diào)查 ③滲濾液中污染物濃度(mg/L)鋅75文獻(xiàn)[26] 無(wú)機(jī)氟化物100文獻(xiàn)[26] 鉻2.5文獻(xiàn)[26] 主導(dǎo)排管坡度(%)5實(shí)際調(diào)查 主導(dǎo)排層厚度(m)0.3實(shí)際調(diào)查 主導(dǎo)排層初始滲透系數(shù) (cm/s)0.1實(shí)際調(diào)查 次導(dǎo)排管坡度(%)5實(shí)際調(diào)查 次導(dǎo)排層厚度(mm)6.3實(shí)際調(diào)查 ①次導(dǎo)排層滲透系數(shù)(cm/s)0.1實(shí)際調(diào)查 ②防滲層結(jié)構(gòu)雙人工襯層實(shí)際調(diào)查 漏洞密度(個(gè)/hm2)11實(shí)測(cè) 防滲膜初始滲透系數(shù)(cm/s)1′10-13實(shí)際調(diào)查 天然基礎(chǔ)層厚度(m)0.6實(shí)際調(diào)查 天然基礎(chǔ)層滲透系數(shù)(cm/s)1′10-7實(shí)際調(diào)查 多孔介質(zhì)水流和溶質(zhì)運(yùn)移參數(shù)包氣帶厚度(m)13實(shí)際調(diào)查 包氣帶滲透系數(shù)(cm/s)5.79′10-4實(shí)際調(diào)查 包氣帶縱向彌散度(m)實(shí)際調(diào)查 含水層厚度(m)15實(shí)際調(diào)查 含水層滲透系數(shù)(cm/s)2.66′10-2實(shí)際調(diào)查 水力坡度(%)實(shí)際調(diào)查 含水層孔隙度實(shí)際調(diào)查 縱向彌散度(m)文獻(xiàn)[26] 橫向彌散度(m)1文獻(xiàn)[26]

注*:①考慮到經(jīng)過(guò)主導(dǎo)排層過(guò)濾以后,滲濾液中淤堵物質(zhì)減少,次導(dǎo)排層淤堵可能相應(yīng)減小,因此不考慮次導(dǎo)排層的淤堵;②次防滲層和主防滲層采用同樣的HDPE膜,其滲透參數(shù)和老化參數(shù)與主防滲層一致;③滲濾液中污染物濃度取《危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》[26]中入場(chǎng)廢物的控制限值濃度

2.3 閾值濃度確定

目標(biāo)污染物的致癌效應(yīng)和非致癌效應(yīng)根據(jù)《污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則(HJ 25.3- 2014)》[25]確定,若導(dǎo)則中相關(guān)污染物存在致癌毒性參數(shù),則認(rèn)為其對(duì)人體的健康影響為致癌效應(yīng),否則不考慮其致癌效應(yīng);同理,對(duì)于非致癌效應(yīng)亦如是.最終確定Zn和無(wú)機(jī)氟化物為非致癌效應(yīng),鉻為致癌效應(yīng)和非致癌效應(yīng),其毒性參數(shù)值如下表所示.

表2 污染物毒性參數(shù)Table 2 Toxicity parameters of target contaminants

根據(jù)表2中的毒性參數(shù),以及式(5)和(6)分別計(jì)算得到Zn、無(wú)機(jī)氟化物和Cr的閾值濃度分別為2.35,0.31,0.03mg/L.

3 結(jié)果與討論

3.1 安全壽命周期確定

利用EMAMLL模型和老化模型計(jì)算得到安全防護(hù)距離處地下水井中污染物的濃度,結(jié)合2.3節(jié)計(jì)算得到的不同污染物的閾值濃度,就可以得到基于不同防護(hù)對(duì)象(污染物)的危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)安全壽命周期,見(jiàn)圖4.從圖4a可以看出,以防止Zn對(duì)人體的健康危害為目標(biāo),那么該填埋場(chǎng)的安全壽命周期是625a;而圖4b說(shuō)明,以F對(duì)人體的健康危害為防護(hù)目標(biāo),那么該填埋場(chǎng)的安全壽命周期是385a,同理可以確定以防止Cr對(duì)人體的健康危害為目標(biāo),該填埋場(chǎng)的安全壽命周期是470a.從保護(hù)人體健康角度,應(yīng)取上述三者中的最小值,即385a為安全壽命周期.

安全防護(hù)距離處取水井中的污染物濃度是否超過(guò)其閾值濃度是判定填埋場(chǎng)是否達(dá)到安全壽命周期的依據(jù).從圖5可以看出,3種污染物(Zn、Cr和無(wú)機(jī)氟化物)的濃度變化過(guò)程均可劃分為3個(gè)階段:以Zn為例,第1個(gè)階段是污染物從庫(kù)底到取水井的穿透時(shí)間(BP),即污染物從防滲層滲漏后,經(jīng)過(guò)天然基礎(chǔ)層和包氣帶的截污以及在含水層中的擴(kuò)散后到達(dá)地下水取水井的過(guò)程,這1階段約70a 左右.第2階段為Zn濃度快速增加到相對(duì)穩(wěn)定的過(guò)程,時(shí)間區(qū)間為70~330a左右.快速增加階段為70~78a左右,這一階段是Zn從到達(dá)取水井后到擴(kuò)散平衡的過(guò)程.78~330a為Zn濃度保持相對(duì)穩(wěn)定的過(guò)程,雖然這一階段中雖然出現(xiàn)漏洞數(shù)量開(kāi)始增加(第100a)、土工膜滲透系數(shù)增加(第250a)以及導(dǎo)排層滲透系數(shù)減小等不利事件,但是Zn濃度并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的增加.其原因分析如下:根據(jù)公式3,漏洞密度呈冪指數(shù)增加,因此初期(100~250a)增加比較慢,后期(250a)增加比較快(圖6a).同時(shí)在250a以后土工膜滲透系數(shù)也開(kāi)始線性增加(圖6b),如此就導(dǎo)致滲漏量也在第250a左右快速增加(圖6b).但是取水井中污染物濃度對(duì)滲漏量快速增加的響應(yīng)有一個(gè)滯后時(shí)間(約等于穿透時(shí)間BP),該時(shí)間受天然基礎(chǔ)層和包氣帶厚度及滲透系數(shù)、地下水流速等參數(shù)影響,本案例中該時(shí)間約70a左右.

第3階段為330a以后,此時(shí)Zn濃度開(kāi)始再次快速增加,到1500a左右達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài).此時(shí)Zn濃度的快速增加正是由于漏洞數(shù)量和土工膜滲透系數(shù)增加,以及導(dǎo)排層滲透系數(shù)減小造成的.直至1500a左右,防滲膜已經(jīng)完全老化,而導(dǎo)排層滲透系數(shù)也不再減小,取水井中的Zn濃度才逐漸趨于平衡.

3.2 安全壽命周期的影響因素

危險(xiǎn)廢物填埋場(chǎng)的安全壽命周期受許多因素影響,如材料抗老化性能(土工膜防滲能力、導(dǎo)排層防淤堵能力)、滲濾液濃度和場(chǎng)址因素(包氣帶厚度和滲透系數(shù)、含水層厚度和滲透系數(shù))等.而材料老化性能通常很難控制,但滲濾液濃度可以通過(guò)控制浸出濃度限值進(jìn)行控制、場(chǎng)址因素也可以通過(guò)在填埋場(chǎng)選址階段進(jìn)行更改.選擇浸出濃度限值、包氣帶滲透系數(shù)和含水層厚度進(jìn)行研究,分析其對(duì)填埋場(chǎng)安全壽命周期的影響.

在保持其他參數(shù)不變的條件下,分別改變浸出濃度限值、包氣帶厚度和含水層厚度,計(jì)算相應(yīng)的安全壽命周期,并繪制安全壽命周期的關(guān)系曲線,見(jiàn)圖7.從圖7a可以看出,浸出濃度限值和安全壽命周期的關(guān)系可以擬合成冪函數(shù)曲線,R平方值為0.95,說(shuō)明擬合結(jié)果較為可靠.根據(jù)該擬合曲線,安全壽命周期將隨危險(xiǎn)廢物浸出濃度限值的減小而增大.同時(shí)相關(guān)分析結(jié)果表明,兩者呈顯著的負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)為-0.79.

圖7b中包氣帶厚度和安全壽命周期的關(guān)系曲線可近似擬合為二次函數(shù),2接近1,擬合結(jié)果非?？煽?根據(jù)該擬合曲線,可以推斷包氣帶厚度的增加將有效延長(zhǎng)填埋場(chǎng)的安全壽命周期.圖7c中,含水層厚度與安全壽命周期近似為對(duì)數(shù)關(guān)系,含水層厚度增加將導(dǎo)致安全壽命周期增加.尤其當(dāng)含水層厚度從5m增至10m時(shí),其增長(zhǎng)更為顯著.這意味著當(dāng)含水層厚度小于10m時(shí),填埋場(chǎng)安全壽命周期將大幅減小.相關(guān)分析表明,包氣帶厚度和含水層厚度與安全壽命周期呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.99和0.72,說(shuō)明包氣帶厚度對(duì)安全壽命周期的影響比含水層厚度的影響更大.

時(shí)間和經(jīng)費(fèi)所限,本文所采用的老化模型較為簡(jiǎn)單,只能粗略反應(yīng)相關(guān)單元的老化過(guò)程;同時(shí)最后的安全壽命周期分析僅考慮了3個(gè)參數(shù),進(jìn)一步研究中應(yīng)當(dāng)開(kāi)展填埋場(chǎng)結(jié)構(gòu)、防滲膜初始滲透系數(shù)和初始漏洞密度等參數(shù)對(duì)安全壽命周期的影響.

4 結(jié)論

4.1 隨著防滲材料老化以及導(dǎo)排層淤堵,填埋場(chǎng)滲濾液滲漏量將逐漸增加,其安全貯存功能將逐漸喪失,并逐漸達(dá)到其安全壽命周期.僅就本案例而言,該填埋場(chǎng)的安全壽命周期為385a.

4.2 基于不同防護(hù)對(duì)象(Zn、無(wú)機(jī)氟化物和Cr)計(jì)算的安全壽命周期不同,分別為625,385,470a.因此應(yīng)當(dāng)將無(wú)機(jī)氟化物作為重點(diǎn)控制和關(guān)注的污染物,通過(guò)減小其浸出濃度限值達(dá)到減小其人體健康風(fēng)險(xiǎn),增加填埋場(chǎng)安全壽命周期的目的.

4.3 對(duì)污染物浸出濃度限值、包氣帶厚度和含水層厚度的分析表明,浸出濃度與填埋場(chǎng)安全壽命周期呈負(fù)相關(guān),包氣帶厚度和含水層厚度與安全壽命周期呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.79、0.99和0.72,這說(shuō)明包氣帶厚度對(duì)安全壽命周期影響更大,其次為浸出濃度,最后為含水層厚度.

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* 責(zé)任作者, 研究員, donglu@craes.org.cn

Risk-based method to assess the safe life of hazardous waste landfill

XU Ya1,2,3, NAI Chang-xin1,2, LIU Yu-qiang1,2, YANG Jin-zhong1,2,3, LIU Jing-cai1,2, DONG Lu1,2*

(1.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China；2.Research Institute of Solid Waste Management, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China；3.College of Water Science, Beijing Normal university, Beijing 100875, China)., 2016,36(6)：1802~1809

Through systematic analysis on hazardous waste landfill’s (HWL) design function, the definition of Safety Life Cycle (SLC) of HWL was given with reference on the traditional definition of SLC. Base on this, the models describing the degradation process of HWL’s main functional units were determined by literature reviewing and theoretical analyzing. This models were then coupled with the ERAMLL (Environmental risk assessment model for the leachate leakage) to assess the SLC for HWL. A HWL in central area in China was selected as a case study, and the result reveals that: with the aging of geomembrane and clogging of drainage system, the leakage rate of leachate in HWL will increase with time. Its environment risk will increase, and the HWL will reach to its SLC. As far as this case is concerned, its SLC is about 385a; sensitivity analysis on relevant parameters indicates that the parameter of leaching concentration has negative relation with the SLC, while the thickness of vandose and aquifer has the positive relation with the SLC. Among them, parameter that has the greatest influence on SLC is vandose thickness with the coefficient of correlation equal to 0.99, and then are the limit value of leaching concentration and aquifer thickness with the coefficient of correlation equal to -0.79 and 0.72, correspondingly. Finally, this paper suggested that more effort should be paid to strengthen the research on aging models and the factors that influence the SLC in order to consummate the theory and method of SLC assessment.

health risk；safety life cycle；leachate leakage；aging

X705

A

1000-6923(2016)06-1802-08

徐 亞(1987-),男,湖南岳陽(yáng)人,北京師范大學(xué)水科學(xué)學(xué)院博士研究生,主要從事固體廢物填埋技術(shù)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究.發(fā)表論文15篇.

2015-11-06

國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2014BAL02B00);環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目(201209022);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61503219)