一种使用指示污染物预测填埋场防渗系统服役寿命的方法技术方案

本发明专利技术公开一种使用指示污染物预测填埋场防渗系统服役寿命的方法，通过计算COD击穿防渗系统的时间预测填埋场防渗系统服役寿命，具体包括如下步骤：1)对垃圾填埋场渗沥液进行了采样，检测渗沥液样品的CODcr指标；2)根据防渗系统的具体情况进行有限元计算，得到防渗垫层底部COD浓度随时间的变化；3)设定判断COD击穿填埋场防渗系统的致污浓度，防渗垫层底部COD浓度到达致污浓度的时间点为COD击穿填埋场防渗系统的时间。本发明专利技术方法无需大量的现场监测，也无需进行大量复杂的计算，成本低、简单易行，不仅可预测填埋场防渗系统服役寿命，还可为填埋场的设计和施工提供参考。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术属于填埋场防渗领域，涉及一种使用指示污染物预测填埋场防渗系统服役寿命的方法。
技术介绍
：目前我国城市固体废弃物的年产量高达2.4亿吨，并以每年8％～15％速度的高速增长，无论是产量还是增速，都居世界之首。大量的固废直接危害城市的安全和稳定。卫生填埋场由于技术门槛低，处理量大，是废弃物的最终处置手段，是现阶段垃圾的主要处理处置措施之一，占总处理量的90％以上。目前全国填埋场数量超过两万座，填埋处置污染控制是亟须解决的环境问题。为了防止填埋场渗沥液对地下环境造成污染和危害，一般在填埋场场底铺设人工防渗系统。为保证填埋场防渗系统工程的建设水平、可靠性和安全性，我国建设部发布的《生活垃圾卫生填埋防渗系统工程技术规范》CJJ113-2007对目前常用的各类填埋场防渗系统的设计和施工提出了严格的要求。但是我国的城市固废厨余量大、含水率高，渗沥液中的污染物种类繁多、成分复杂，即使按照规范铺设防渗系统，渗沥液中的污染物仍然会伴随渗沥液的渗透经过长时间的迁移-弥散穿越防渗系统，造成填埋场周边环境及地下水污染。所以，在对垃圾填埋场防渗系统进行安全评价时，填埋场防渗系统的服役寿命极为重要。然而，如何预测填埋场防渗系统的服役寿命，以什么标准判断渗沥液击穿防渗系统，目前尚无定论。根据现场调查研究发现，我国填埋场渗沥液中的污染物主要分为重金属、有机污染物和持久性有机污染物三大类，不同污染物的性质千差万别，不同污染物对环境的影响程度也不尽相同。在众多污染物同时穿越防渗系统进入地下水环境时，只要有一种污染物最早达到致害或致污浓度，地下水环境即被污染，可认为此时防渗系统已被击穿。能够最早达到致害或致污的污染物由于其致害或致污浓度可以用来判断防污屏障是否击穿，可定义为指示污染物。指示污染物击穿防渗系统的时间即可用于预测防渗系统的服役寿命。
技术实现思路
专利技术目的：针对目前评价填埋场防渗系统服役寿命困难的问题，本专利技术提供一种通过计算渗沥液污染物击穿防渗系统的时间预测填埋场防渗系统服役寿命的方法。技术方案：本专利技术以我国填埋场渗沥液中三类污染物的平均浓度作为初始浓度，根据我国现有规范规定的高密度聚乙烯(HDPE)土工膜单层防渗衬垫系统和双层防渗衬垫系统建立一维有限元计算模型，对三类污染物的击穿时间分别进行了数值计算，相比重金属污染物和持久性有机污染物，有机污染物(COD)达到致污浓度的时间最短，即有COD会最先击穿填埋场防渗系统，因此，COD可作为判别填埋场防渗系统是否被击穿的指示污染物，计算出的COD击穿防渗系统的时间即可作为防渗系统服役寿命的参考值。本专利技术提供一种使用指示污染物预测填埋场防渗系统服役寿命的方法，通过计算COD击穿防渗系统的时间预测填埋场防渗系统服役寿命，具体包括如下步骤：1)对垃圾填埋场渗沥液进行了采样，检测渗沥液样品的CODcr指标；所述渗沥液样品的COD指标按照国家标准《生活饮用水标准检验方法》GB5750—2006进行检测。2)根据防渗系统的具体情况进行有限元计算，得到防渗垫层底部COD浓度随时间的变化；所述有限元计算使用日本冈山大学Nishigaki将饱和-非饱和渗流与溶质迁移弥散耦合的计算程序(Dtransu-2D·EL:DENSITY DEPENDENT TRANSPORT ANALISYS SATURATED-UNSATURATED POROUS MEDIA-2DIMENSIONAL EULERIAN-LAGRANGIAN-METHOD)，该计算方法已在较多的地下水污染实际应用中得到验证，具体步骤为：2.1)根据防渗系统的具体情况建立有限元计算网格：所述有限元计算网格借助软件Ansys或者Microsoft Excel按照实际防渗系统的尺寸厚度设定节点的坐标、网格的形状大小，在特殊结构附近细化网格，并针对防渗系统的不同地层材料设定网格单元的材料编号；2.2)设置地层参数、污染物运移参数、初始条件及边界条件：所述地层参数包括不同地层材料的渗透系数、孔隙率、非饱和模型参数、弥散度，所述污染物运移参数，包括污染物扩散系数和表示吸附作用的阻滞因子，具体设置如表1所示：表1计算所用地层参数、污染物运移参数所述初始条件包括COD初始浓度和初始渗流水头，具体为：将防渗系统顶部的渗沥液收集和导排层中各节点的初始浓度设置为步骤1)中所检测的CODcr指标，其他地层中COD浓度设置为0，渗流初始水头根据实际情况而定；所述边界条件包括定浓度边界或变浓度边界以及定水头边界或变水头边界，视填埋场防渗系统的具体情况而定；所述时间步长和时间步数用于设定需要模拟的时间尺度以及计算结果的输出频率；2.3)进行有限元计算，得到防渗系统底部某节点处浓度随时间变化的数据。3)设定判断COD击穿填埋场防渗系统的致污浓度，防渗垫层底部COD浓度到达致污浓度的时间点为COD击穿填埋场防渗系统的时间，即得防渗系统服役寿命的参考值；所述判断COD击穿填埋场防渗系统的致污浓度，即有机污染物(COD)达到环境污染的极限浓度，根据我国的情况，选择生活饮用水水源地的环境质量标准作为污染物的污染浓度，即《地下水环境质量标准》GB/T 14848-93或者《地表水环境质量标准》GB3838-2002三类水规定的极限浓度，由于《地表水环境质量标准》GB 3838-2002制定了COD的污染标准，其中地表水三类水标准适用于
生活饮用水水源，因此选择III类水标准20mg/L作为COD击穿填埋场防渗系统的的致污浓度，在判断击穿时使用。有益效果：本专利技术首先明确渗沥液击穿防渗系统的概念，在众多污染物同时穿越防渗系统进入地下水环境时，只要有一种污染物在防渗系统底部最早达到致害或致污浓度，地下水环境即被污染，认为此时防渗系统已被击穿；其次，提出指示污染物的概念，由于能够在防渗系统底部最早达到致害或致污的污染物，其致害或致污浓度可以用来判断防污屏障是否击穿，因此定义为指示污染物，并将有机污染物(COD)作为判断填埋场防渗系统是否被击穿的指示污染物，将计算得出的COD击穿防渗系统的时间用于判断渗沥液击穿防渗系统的时间，从而预测防渗系统的服役寿命。本专利技术方法无需大量的现场监测，也无需进行大量复杂的计算，成本低、简单易行，不仅可预测填埋场防渗系统服役寿命，还可为填埋场的设计和施工提供参考。附图说明图1为两种HDPE土工膜复合防渗垫层一维模型示意图；图2为重金属Cu、Zn和Cd在单层防渗结构中的击穿曲线；图3为重金属Cu、Zn和Cd在双层防渗结构中的击穿曲线；图4为有机污染物(COD)在单层防渗结构和双层防渗结构中的击穿曲线；图5为持久性有机污染物(DDT)在单层防渗结构和双层防渗结构中的击穿曲线；图6为使用指示污染物预测填埋场防渗系统服役寿命的方法流程图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。为了得到用于判断防渗系统服役寿命的指示污染物，以中国填埋场渗沥液中3类污染物的平均浓度作为初始浓度，根据中国现有规范规定的HDPE土工膜单层防渗衬垫系统和双层防渗衬垫系统(如图1)建立了两个一维有限元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用指示污染物预测填埋场防渗系统服役寿命的方法，其特征在于，通过计算COD击穿防渗系统的时间预测填埋场防渗系统服役寿命，具体包括如下步骤：1)对垃圾填埋场渗沥液进行了采样，检测渗沥液样品的CODcr指标；2)根据防渗系统的具体情况进行有限元计算，得到防渗垫层底部COD浓度随时间的变化；3)设定判断COD击穿填埋场防渗系统的致污浓度，防渗垫层底部COD浓度到达致污浓度的时间点为COD击穿填埋场防渗系统的时间。

【技术特征摘要】
1.一种使用指示污染物预测填埋场防渗系统服役寿命的方法，其特征在于，通过计算COD击穿防渗系统的时间预测填埋场防渗系统服役寿命，具体包括如下步骤：1)对垃圾填埋场渗沥液进行了采样，检测渗沥液样品的CODcr指标；2)根据防渗系统的具体情况进行有限元计算，得到防渗垫层底部COD浓度随时间的变化；3)设定判断COD击穿填埋场防渗系统的致污浓度，防渗垫层底部COD浓度到达致污浓度的时间点为COD击穿填埋场防渗系统的时间。2.根据权利要求1所述的使用指示污染物预测填埋场防渗系统服役寿命的方法，其特征在于，所述步骤1中渗沥液样品的CODcr指标按照国家标准《生活饮用水标准检验方法》GB 5750—2006进行检测。3.根据权利要求1所述的使用指示污染物预测填埋场防渗系统服役寿命的方法，其特征在于，所述步骤2使用日本冈山大学Nishigaki将饱和-非饱和渗流与溶质迁移弥散耦合的计算方法计算防渗垫层底部COD浓度随时间的变化，具体步骤为：2.1)根据防渗系统的具体情况建立有限元计算网格：所述有限元计算网格借助软件Ansys或者Microsoft Excel按照实际防渗系统的尺寸厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱伟，舒实，陈云敏，詹良通，王升位，徐浩青，范惜辉，邵燕华，杨琴，
申请(专利权)人：河海大学，浙江大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32