岩溶裂隙介质下危险废物填埋场地下水污染风险评估与防控策略研究

摘要

安全填埋作为目前危险废物末端处置的主要手段，其处置的环境风险主要为渗滤液泄漏污染地下水。由于渗滤液泄漏对地下水的危害表现出明显的长期性、潜伏性和不可逆转性，危险废物填埋场地下水环境风险研究受到了学术界的广泛关注。而在水污染防护性能较弱的岩溶裂隙地区，危险废物填埋场地下水污染风险管理与控制应更加严格。本文从填埋场全生命周期以及污染源-路径-受体的全过程管理角度出发，全面识别岩溶裂隙介质下危险废物填埋场地下水污染风险源;在此基础上，建立了一种基于情景分析的危险废物填埋场地下水污染风险评估方法，并以南方某岩溶裂隙介质下危险废物填埋场作为方法应用案例;从源头削减和污染路径阻断角度，提出了填埋场地下水污染防控的风险管理建议和应急措施。
　　本研究主要内容包括：⑴根据危险废物填埋场地下水污染风险源识别结果，建立了一种基于情景分析的危险废物填埋场地下水污染风险评估方法。该方法整合了LandSim-GMS耦合模型，实现了在填埋场地下水污染风险评估中考虑最终覆盖系统、防渗系统与渗滤导排系统耐久性的不确定性以及不同封场与后期维护方案的影响。⑵以南方某岩溶裂隙介质下危险废物填埋场为方法应用案例，评估结果表明:情景S1与S2下，该危险废物填埋场在12年运营期以及封场后30年内渗滤液渗漏量维持在一个相对稳定状态（置信度为95％，渗漏量为25.47 L·d-1），此后，由于填埋场相关维护管理停止，填埋场渗滤液水头急剧上升导致渗滤液渗漏量增加，并在8a内就达到峰值(置信度为95％，渗漏量峰值为435.90 L·d-1);在灾害情景S3下，渗滤液渗漏量为7950.16 L·d-1;最不利情景S2发生后的第10a，填埋场库区及周边地下水中Cr6+浓度最高将达到0.0087 mg·L-1，低于《地下水质量标准》Ⅱ类准限值，污染较小;情景S3发生后的第10a，填埋场库区及周边地下水中Cr6+浓度最高将达到0.329 mg·L-1，其污染范围约为400.3m2，远高于《地下水质量标准》Ⅴ类水准限值，地下水污染严重。⑶为了减少渗滤液渗漏，对我国典型危险废物填埋场采用的复合衬层进行渗漏分析与污染物运移预测，结果表明:复合衬层渗漏率主要受到复合衬垫界面接触条件，渗滤液水位以及缺陷类型的影响;当复合衬层的漏洞密度为20个·hm-2时，半径为5.64 mm的圆孔型缺陷其最大渗漏率为22.7 m3·a-1·hm-2;当单位面积裂缝长度为200m·hm-2时，宽度为2mm长度为1 m的裂缝型缺陷其最大渗漏率为42.5 m3·a-1· hm-2; Cd2+可作为重金属污染物击穿复合衬层的指示性污染物，其击穿时间最长为2.74 a，最短为1.38 a;通过改变土工膜下伏土壤衬层的性能或增加土壤衬层厚度可延缓污染物击穿时间;为减少渗滤液渗漏，在填埋场防渗系统施工工程中，应严格按照建设规范要求尽可能减少因施工产生的缺陷，在填埋场运营中，应严格控制渗滤液水位。⑷当已建成运行的危险废物填埋场发生了渗滤液渗漏或渗滤液中的污染物已经对地下水产生污染时，可以采用水力截获与垂直防渗的技术阻断污染路径达到控制污染羽的目的。但在布置抽注水井时要重点关注抽水引起的地面沉降问题。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 地下水污染风险概念

1．2．2 地下水污染风险评估方法

1．2．3 填埋场地下水污染风险评估研究

1．2．4 现有工作中有待进一步完善的方面

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

第二章 岩溶裂隙介质下危险废物填埋场地下水污染风险源识别

2．1 危险废物填埋场全生命周期

2．2 场地概念模型

2．2．1 危险废物填埋场防污障典型结构

2．2．2 污染源-路径-受体

2．3 填埋场地下水污染风险源识别

2．3．1 极端事故引发的填埋场防渗工程系统失效

2．3．2 填埋场防渗工程系统性能下降

2．3．3 填埋场封场后期维护方案影响

2．4 本章小结

第三章 基于情景分析的危险废物填埋场地下水污染风险评估方法研究

3．1．1 填埋场环境风险评估模型

3．1．2 现有模型优势与不足

3．2 基于情景分析的填埋场地下水污染风险评估模型构建

3．2．1 LandSim-GMS耦合模型

3．2．2 理论与控制方程

3．3 情景设置

3．4 本章小结

第四章 案例研究——岩溶裂隙介质下某危险废物填埋场地下水污染风险评估

4．1．1 填埋场概况

4．1．2 自然地理概况

4．1．3 区域地质构造

4．1．4 场区地质构造

4．1．5 地下水补径排关系

4．2．1 Landsim模型参数

4．2．2 不同情景下渗漏量

4．2．3 不同情景下非饱和带底部污染物浓度

4．3 填埋场地下水溶质运移数值模拟

4．3．1 研究区地下水流数值模拟

4．3．2 研究区地下水溶质运移数值模拟

4．3．3 不同情景下的预测

4．3．4 不确定性分析

4．4 本章小结

第五章 危险废物填埋场地下水污染防控策略研究

5．1．1 材料与方法

5．1．2 结果与分析

5．1．3 讨论

5．1．4 小结

5．2 危险废物填埋场地下水污染控制对策

5．2．1 水力截获技术

5．2．2 垂直防渗技术

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论著及取得的科研成果