文摘

岩洞填埋场具有优越的地质条件的特点和强劲的风险可控性。在这项研究中,以第一个岩洞非传统类型固体废物填埋场在中国铀矿为例,结合矿区的水文地质条件和工程特点,地下水溶质运移模型的岩石洞穴类型非传统固体废物填埋了,确定了特征污染物,污染迁移规律总铬防渗屏障受损洞模拟和特征。结果表明,泄漏的污染物会影响地下水环境当垃圾填埋场的防渗屏障受损。污染羽流超过标准主要集中在垃圾填埋场内的地下水含水层地区,这是不太可能蔓延到外部环境。垂直的高浓度污染羽流主要是分布在垃圾填埋层。根据岩石洞穴垃圾填埋场的特点,建议应该分开围岩危险固体废物。研究结果可以提供技术指导对地下水环境预测和预防措施相同类型的项目。

1。介绍

城市化和工业化的不断发展,危险废物(HW)在中国继续生长过度生产。工业非传统固体废物的主要来源为中国大部分城市和地区(HW1,2]。根据环境统计2016 - 2019年的年度报告的生产和综合利用和处置工业非传统固体废物逐年增加,从2016年的5219.5万吨和4317.2万吨,2019年8126万吨和7539.3万吨,分别增长了55.7%和74.6%(2016 - 2019年国家生态环境统计公报,2020)。工业固体废物非传统腐蚀性的特点,毒性、易燃性、反应性、传染性。它有一个广泛的来源和复杂的组件3- - - - - -5]。HW全世界已成为一个重要的环境问题(6- - - - - -8]。非传统固体废物的处理不当会对大气环境造成潜在危害,土壤环境和水资源9]。非传统固体废物的处理技术包括综合利用、焚烧、安全填埋,其中非传统的安全填埋固体废物是危险废物的最终处置方法10]。

目前,非传统固体废物填埋场在中国通常与表面处理垃圾填埋场,洞穴和岩石非传统固体废物填埋场是第一个在中国。岩洞类型非传统固体废物填埋场已完成和硬质围岩作为非传统固体废物处置的外部自然屏障。废物处置将少受降雨的影响,温度和湿度的变化,减少渗滤液产生的可能性和方便垃圾填埋场室的全面监控和维护。非传统固体废物垃圾填埋场的环境风险主要是反映在泄漏的不透水层11]。渗滤液泄漏造成的地下水污染造成的损害不透水层的主要环境风险问题已经成为非传统固体废物填埋场及其周边地区(12- - - - - -14]。然而,地下水污染的风险评估和表征由于岩洞垃圾填埋场防渗层的渗流在中国并没有被研究过。

数值模型是解决许多环境问题的有效手段。模型,预测地下水动力学可以计算迁移路径和环境中污染物的浓度趋势概括水文地质和边界条件。萨瑟和Mahanta15)应用MODFLOW揭露含水层中砷的分布。五等人[16)使用一个数值模型来阐明废弃矿山地区地下水流模式。欢和别人17)计算了地下水硝酸盐污染风险基于建模方法。

本研究的目的是描述地下水污染的时空趋势带来的损害和连续泄漏的条件不透水层的第一个岩洞非传统类型的固体废物填埋场在中国铀矿。这项研究提供了一个基础的实现在垃圾填埋场地下水环境保护工程措施。

2。研究领域

2.1。非传统固体废物

岩石洞穴类型非传统固体废物填埋场的铀矿充满HW18(粉煤灰和焚烧残渣)根据国家危险废物目录》(NCHWs,在中国危险废物列表)。地下垃圾填埋场的填埋规模20000吨/年的身体和20775吨粉煤灰固化焚烧残渣凝固的身体。生产使用寿命是11年,第一年是基本建设时期。

2.2。自然地理

研究区域位于低山和丘陵衢州城,浙江。网站的中心位置是28°50 40′N和118°58′36 e .研究领域的高度是160∼600,和这一地区的地形北高南低。这个地区的地形广泛波动和覆盖着发达的植物。这个地区属于亚热带季风性气候,潮湿的气候,降水丰富。年平均降水量1763.7毫米,年蒸发量986.5毫米,年平均气温为17.3°C,最高温度为40.5°C,最低温度为-10.4°C。

2.3。研究区域的景观

建立水文地质概念模型研究领域的现场调查和钻探获得含水层结构信息。的水文地质信息网站如图1。

站点区域的地层主要是第四纪地层和火山岩和火山碎屑岩上侏罗纪Moshanshi形成。第四纪地层主要是人工填充和残余斜坡沉积厚度小。火山岩和火山碎屑岩主要是流纹岩,少量的绿色层。网站的geostructure位于长江淮河平台的结和华南褶皱系统。区域结构是主要趋势的缺点,包括Jiangshan-Shaoxing深断层和Datangdi错。该网站主要开发向北区形成和近断层(图形成2),断层延伸长度280∼2200米,宽度1米∼20米。角砾岩和骨折区主要是开发的错,充满了硅质、断层泥、高岭土。

2.4。水文地质

东部和西部边界的研究领域是Tongzikeng Xiaoqiuyuan河流,分别和表面水从南到北流。地下水在该网站可分为第四系孔隙潜水,基岩风化裂隙潜水、基岩裂隙水和构造裂隙水。第四系孔隙潜水是冲积层、残积层孔隙水和孔隙水的洪积物。冲积层的孔隙水和残积层主要分布在乐队Xiaoqiuyuan河沿岸。洪积层的孔隙水广泛分布在网站,和洪积层的厚度是0.5米——5.0米。

基岩风化裂隙地下水主要发生在强风化基岩,暴露在山脚下,地势低洼的地方,和峭壁。通常是混合与第四纪残积层孔隙潜水和洪积层形成一个潜水含水层与一个统一的地下水位。略(非)风化基岩是一个很好的防渗层。

基岩裂隙水主要分布在构造断裂带或岩体节理裂隙密集带多个构造运动,造成不均匀配水和流量为0.05 L / s∼0.62 L / s。构造裂隙水发生在构造裂隙含水区。该网站的主要构造裂隙含水区F1, F4, F6,贝利和Dachayuan fault-bearing区域,主要阻水的缺点。

大气降水是地下水的主要补给来源站点区域。地下水径流路径短,当地的充电和放电的特点。地下水流动遵循自然地形的山谷的底部,主要接触表面在降序弹簧。

3所示。方法

3.1。水文地质概念模型

根据区域水文地质条件在垃圾填埋场和敏感区域的分布,模拟范围确定如下:西方以Xiaoqiuyuan河为界,东界是Tongzikeng流,和南北是人为划定。北范围约300离开F1断层的中心,和南离Shuiduikeng范围约310米的错。模拟区域的总面积约为2.4公里²,构成一个相对完整的水文地质单元(图2)。

根据勘探钻孔的信息收集和实地调查,第四纪残积层和洪积物主要分布在两个翅膀的山脊和山坡上,用小厚度。火山岩和火山碎屑岩主要是强烈风化,中等风化,略(非)风化流纹岩。作为地下岩洞垃圾填埋场,垃圾填埋场的设计高程面积170∼185,和设计高程主要是略(非)风化流纹岩。因此,为了更好地研究渗滤液浓度的垂直变化非传统固体废物,垂直层结构可以分为三层。四元系统的第一层是填埋区域的顶板(海拔185米),第二层是垃圾填埋层的位置,170∼185,第三层是底板的垃圾填埋层110米海拔。

地下水含水层的非定常三维概念。蓄水层被认为是异类和各向异性。

研究区是丘陵,地形一般在北高南低。地下水流动方向和地形是一致的。因此,研究区南部的边界是广义的第二种类型的恒流源边界,北部边界广义第二类型的恒流流量边界,和东部和西部是广义的共同边界。此外,上限是降水量和蒸发量边界的水供应,和下边界以基岩为底部边界相对水障碍。

3.2。边界条件和污染源设置

边界条件反映了水和物质交换过程和强度之间的模型和外部系统,和合理的边界条件保证真实反映的物理模型18]。模型的边界特点是当地的地形和邻近水体。因此,边界设置如下。随着地形一般是北高南低,南边的模拟区域被设置为第二种类型的恒流源边界。北面是放电模拟区域的边界。东部和西部的河流是广义的常见的边界。降水供应和蒸发量边界上边界,底部和下边界以基岩为相对边界水障碍。域模型(包括边界条件和观测井)的位置如图2。

垃圾填埋场填埋室,由掩埋道路,发展和交通道路、渗滤液收集槽,地下水和挖掘水流入储罐先后分为5区1∼区(图2)。根据《危险废物填埋污染控制标准”(19),垃圾填埋场采用严格的防渗结构组成的钢筋混凝土壳和灵活的人造衬里。从下到上,岩石基础,钢筋混凝土、防渗混凝土斜坡层,观察层,复合地理网,防护层土工布,HDPE防渗层、保护层土工布,渗滤液导流层卵石等。完整的防渗膜可以发挥良好的作用,防止渗滤液中的污染物。然而,在非传统固体废物处置的过程,垃圾填埋场的操作条件,不透水层将不可避免的被击穿损坏,张力裂缝,和老化,导致圆孔类型和裂纹类型的伤害。受损的防渗结构的防水效果的污染物将会大大削弱,这是容易地下水污染风险(20.]。

根据调查结果在中国垃圾的脆弱性密度和相关案例(21),它是确定的脆弱性密度不透水层30孔/ 4047米²,每个洞是一个圆孔,直径10厘米。通过受损的孔渗滤液流入地下水计算 在哪里问是在单位时间内的渗流破坏洞(m³/ d);K代表土工布的水力传导系数值(m / d);一个是漏孔的面积(m²);J是垂直向上的水力梯度。

土工布的渗透系数是1×10⁻⁴∼10⁻³cm / s。估计极端条件下,水力传导率被定义为1×10⁻³厘米/秒,J= 1.0。泄漏面积计算根据洞直径10厘米,渗滤液流和单一洞问单洞= 0.0067 m³/ d。根据垃圾室的面积和掩埋巷道在每个垃圾填埋区、不透水层的地方可能受损的估计。渗滤液流在每一个区域如下:问区1 = 0.16 m³/天,问区2 = 0.62 m³/ d区问区3 = 1.53 m³/天,问区4 = 3.21 m³/天,问区5 = 1.37米³/ d,它被添加到模型的形式来源。

的固体废物填埋场与Cr6丰富⁺、总铬、汞、Cd、铅、镍等重金属元素。预测因素的识别表所示1。控制限制进入垃圾填埋区域是取自“危险废物填埋污染控制标准》

3.3。流动的数学模型和大规模运输

商业专业软件开发的加拿大滑铁卢水文地质Inc-Visual MODFLOW-was用于本研究估算地下水污染运输。软件建立地下水流模型,利用三维有限差分数值模拟的应用程序模块(23,24]。根据上面的水文地质概念模型,建立了研究区地下水渗流数学模型 在H₀是初始的头部(m);H是地下水位高度(米);K代表渗透系数的值(m / d);µ是特定的产量;米含水层厚度(m);xy和z坐标变量(m);W是垂直水交替强度(m³/ d·米²);问是第二种类型的单位宽度渗流边界(m²/ d);n第二种类型的边界外法线方向;Г₂第二种类型的边界;和计算区域的范围。

基于MT3DMS溶质传输模块、特征污染物的污染物运输法是模拟和预测的情况下连续泄漏。在这项研究中,不考虑吸附和化学反应。只对流弥散效应被认为是,污染物传输模拟是进行基于地下水流数值模型。在这个模拟使用的溶质输运方程 在哪里n是中等孔隙度;C是组件的质量分数(mg·L⁻¹);t是时间;Dij水动力弥散系数张量(m²·d⁻¹);Vi是地下水渗流速度张量(m·d⁻¹);O计算面积;C₀是初始质量分数分布(mg·L⁻¹);qs的体积流量的源和汇,单位体积含水层;Cs是组件的质量分数来源和沉水(mg·L⁻¹)。

3.4。模型建设和校准

5 m×5 m的矩形网格用于细分建模区域。整个模拟区域沿南北方向分为324行和364列沿东西方向。有97455个有效的细胞,代表实际的面积2.4平方公里。垂直,整个模拟区域分为三层,和计算区域分为292365活跃的单位空间。图3显示网格的垂直切面。2000年1:在研究区域地形图数字化形式高程数据。高程点提取后,异常点是消除,模拟区域的原始高程数据。在此基础上,克里格空间插值方法是进一步用于生成数字高程模型(25),满足精度要求建立地下水流数值模型(图4)。

控制模型预测的准确性的主要因素是水文地质参数和溶质运移参数,现场水文地质试验得到的和类似岩性调查数据。有限匹配模型的各种参数的值如表所示2的值,包括液压导率(K)和每一层的出水量。

该模型校准,提高模拟的可靠性。人工试错法标定方法被用来实现校准。预测的输出流场与实测水位数据来验证模型的合理性26- - - - - -28]。较小的值的标准误差估计,模型预测越接近实际观测值,模型精度越高。七个地区水文地质钻孔用于识别和修正。结果如图所示5。图6显示水位拟合的相关系数为0.998,证明了拟合效果很好。在模式识别、研究区域的地下水初始流场,如图7。

4所示。结果与讨论

根据垃圾填埋场的设计寿命,特征污染物传输模拟垃圾填埋场的20年。图8和图9显示总铬的迁移和扩散后的垃圾填埋场地下水的第一,第五,第十,二十年。表3列出了仿真结果的污染羽流污染迁移距离和面积总铬在上述时间点。

后的第一年,五年,十年,二十年,预计总铬的最大浓度为0.2 mg / l, 0.45 mg / l, 0.6 mg / l和0.8 mg / l,分别的情况下连续泄漏的污染物,也没有采取了预防措施,超过第三类标准的要求限制在地下水质量标准。最大浓度主要分布在垃圾填埋场。在飞机上,地下水的污染羽流沿着流动方向。第一年之后,在每个垃圾填埋场污染羽流区基本上是围绕关键来源,和扩散面积小。从5年到20年,污染羽的点源为中心,横向迁移距离增加,污染羽的面积增加。20年后,垃圾填埋场的污染羽流区3区4区5穿过Dachayuan和Xishansi出错的网站,和其他错误更少受到污染的影响。20年的连续泄漏后,区域地下水质量超过标准在每一个垃圾填埋场面积0.03平方米,0.07平方米,0.16平方米,0.27平方米和0.18平方米,分别和最大迁移污染羽流中心的距离是158.48米,180.82米,253.57米,396.20米和419.97米。在仿真期间,总铬污染羽流的过度范围主要集中在垃圾填埋场内的地下含水层地区,过度范围不迁移到表面的水,和周围的渗滤液对地下水环境的影响很小。

垂直,没有前防水层设置非传统模型的固体废物中,渗滤液是在直接接触顶部和侧壁围岩。由于对流和弥散,不透水层损伤会导致污染物产生具体影响垃圾填埋层的上部和下部含水层。由于围岩的渗透系数小,上部和下部含水层中污染物浓度的垃圾填埋层低,和高浓度污染羽流仍主要分布在垃圾填埋层。

5。结论和建议

本文建立了水文地质数值模型第一洞类型非传统固体废物填埋在中国铀矿,揭示地下水污染的风险下连续渗滤液泄漏。结果证明以下结论。

对于连续泄漏孔污染物渗滤液的不透水层,没有采取预防措施,总铬污染的扩散范围逐渐扩大仿真周期时间。由于轻微泄漏污染物和小含水层的渗透系数,结合工程布局方案,污染羽流的过度范围主要集中在填埋区域内的地下含水层,迁移距离很短,站外环境和扩散的可能性是微乎其微。因此,没有在网站对地下水环境的影响。垂直,高浓度污染羽主要分布在垃圾填埋层,小的上部和下部含水层影响垃圾填埋层。

在建设和非传统固体废物填埋的垃圾填埋场,建设和垃圾填埋场进行严格按照相关的标准和指导方针,确保不透水层的完整性,减少地下水污染的风险由不透水层的损伤引起的。岩洞类型非传统固体废物填埋仍然是在中国第一例。本研究证明它是可行的使用岩洞类型工业危险废物安全填埋,具有一个特定的参考意义的实现在未来类似的项目。

根据岩石洞穴的特征类型非传统固体废物填埋场,减少的可能性,污染物对地下水环境的影响,建议建立固体废物和之间的空间隔离室墙,如HDPE防水层顶部和一个特定的保护池和室壁之间的差距。巡回检查和垃圾填埋场的渗滤液监控加强垃圾填埋场和操作期间。(29日]。

数据可用性

数据可从相应的作者。

的利益冲突

WW, CH,毫升,LS,受雇于第四研究和设计工程公司。其余作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

作者的贡献

CH、LG和WW导致范本;CH和变化导致了数据管理;CH和ML导致了正式的分析;LG导致资金收购;CH和WW导致调查;CH, WW, LS,导致方法论;CH, WW,导致数值模拟;CH导致可视化;CH导致写作初稿;WW, LG, YZ,毫升,LS,导致审查和编辑。

确认

作者还要感谢中国浙江衢州工业公司的技术支持。金融支持中国国家重点研究和发展项目的(2018 yfe0123000)。