非正规垃圾填埋场包气带介质的污染物阻滞能力研究

环境污染与防治

第3 4卷

第 1期

21 0 2年 1月

非正规垃圾填埋场包气带介质的污染物阻滞能力研究 *郭敏丽王金生杨志兵刘立才( .京市水利科学研究所，京 1 0 4;.京师范大学水科学研究院，京 1 0 7 ) 1北北 0082北北 0 8 5摘要非正规垃圾填埋场已成为地下水的潜在污染源，给城市供水安全带来了极大风险。以北京某非正规垃圾填埋场的 3种典型包气带介质为研究对象， B为示踪剂，取土柱实验和数值模拟相结合的方法，过对场区 3种典型包气带介质饱和与以 r采通非饱和状态下的 B迁移速率的比较，讨包气带介质对污染物的阻滞能力。结果表明， r不同包气带介质饱和状态下的迁移 r探 B一在速率为中砂>细砂>砂质粉土，可能与不同介质中粉粒和粘粒的含量有关，时介质的有机质含量也会影响 B一的迁移速率，这同 r但前者因素占了主导作用； B一迁移过程中，同包气带介质的含水量是影响其迁移速率的主要因素，能合理控制场区的地下水在 r不若

位，得包气带介质长期处于非饱和状态，会大大延缓垃圾渗滤液中污染物向地下水迁移；对特定的非正规垃圾填埋场，采取使将针可抽水等措施，制场区的细砂和砂质粉土层处于非饱和状态，分利用包气带介质在非饱和状态时较强的污染物阻滞能力，隔或控充阻延缓垃圾渗滤液中的污染物进入地下水中。

关键词包气带介质饱和非饱和污染物阻滞能力 B— r

St y o he p lu a e a de a b lt if r ntm e i n e a e o fi o m a a ud n t o l t ntr t r d c pa iiy ofd fe e d a i a r t d z neo nf r llndfl G UO i i,W A N G il M nl

Jis e g nh n,Y ANG h bn, U c i Z ii g LI Lia .( . ii g Hy a lcRee rh I siu e, ii g 1 0 4 2 C le f 1 Bejn dr u i sa c n ttt Bejn 0 0 8: . o lgeo W ae ce c,Bej n r l

Un v riy,Bej n 0 8 5 trS in e iig No ma ie st ii g 1 0 7 )Absr c: T h n or a a ta t e i f m llndfl w a h t nta lu i our eofgr ndwa e il st e po e i lpo l ton s c ou t r whih ha ou c d br ghtgr a ik e trs

t eu iyo ncp l trs p l. I hsp p rt ea t o ee tdt r etpc lp r u dafo aB in n o sc rt fmu iia wae u py n ti a e h u h rs lce h e y ia o o sme i rm ej g i— if r a a fl t t dy t i e a de c a lt o olu a . T he c l m n e e i e t e e c duc e wih Br a o m llnd il o s u her r t r d ap biiy t p l t nt ou xp rm n s w r on td t— s t a e, a d t i a i n v l iy o — i a ur t d a ns t a e e a wa t r i e nd c p e r c r n he m gr to eoct fBr n s t a e nd u a ur t d m di s de e m n d a om ar d. Re uls s t

s o d t a h g a i n v l ct fB— i h e a u a e da f l we h r e f me i m a d fn a d h we h tt e mi r t eo iy o r n t r e s t r t d me i o l o o d t e o d r o d u s n> ie s n> s n y sl,wh c s p s i l ee mi e y t e c n e to i n ly p r ils i d a h r a i ma t r n a d i t ih wa o sb e d t r n d b h o t n fs l a d ca a tce n me i;t e o g n c t te s i me i lo h d l tee f c n Br d a as a tl fe t —mi r t n v l ct .Th it r o t n st ek y f c o h ti fu n i g t e B i o g a i e o iy o emo s u e c n e t

wa h e a t rt a l e cn h r n mi r t n g a i .Co t o l g t e lv l fu d r r u d wa e e s n b es a e s st k h d ai h n a u a e o n r l n h e e n e g o n t ri a r a o a l t t o a o ma e t e me i n t eu s t r t d i o nc dii on ton woul e ty de r a e he Br m i a i n eoct d gr a l c e s t — gr to v l iy. So t e m e s e h a ur s, s h s uc a wa e pu pi tr m ng, s ul b ho d e

t k n t h e t i f r lln f l o r t r o l t n g a e i t r u d t rb e r a ig mo s u ec n e to — a e o t e c ra n i o ma a d i e a d p l a tmi r t n o g o n wa e y d c e sn it r o t n fa n lt ue atd o . r e z ne

Ke wo d: a r t d z n;s t r t d;u s t r t d;r t r e a a i t fme i;B一 y r s e a e o e a u a e n a u ae ea d d c p b l yo da i r

世界上由非正规垃圾填埋场引发的地下水污染事件频频发生 _。1 7 1] 9 7年，国对 1 0美 85 0个垃圾填埋场周边的地下水水质监测结果显示，乎一半以几上垃圾填埋场对场区及周边的地下水产生了污

隔和削减作用，地下水保护的主要天然屏障。因是此，开展非正规垃圾填埋场包气带介质对污染物的阻滞能力研究，区域地下水资源保护具有重要意对义。而关于垃圾渗滤液中污染物在包气带介质中的

染[;0 5年，京北天堂垃圾填埋场周围 5 5 2 20 北 .1 k左右的地下水受到了污染[] m。 3。可见，正规垃“非圾填埋场已成为地下水的潜在污染源，城市供水给安全带来了极大风险。

迁移规律，年来很多研究者采用土柱实验方法，近开

展了大量研究工作[]但这些研究工作受到室内实 5, 验条件的限制，大都采取

了饱和土柱实验方法，且实验结果很难反映出污染物在包气带介质非饱和状态下的真实迁移状况。笔者选择北京某非正规垃圾填埋场为研究对

非正规垃圾填埋场一般不采取防渗措施，圾垃渗滤液在向地下水渗漏过程中，气带对其具有阻包

第一作者：敏丽，,9 7生，士，级工程师，郭女 17年博高主要从事地下水污染控制技术研究。 *国家自然科学基金资助项目( . 0 7 1 9No 4 73 5 ) No4 5 23、 .0 70 5

2 4

郭敏丽等非正规垃圾填埋场包气带介质的污染物阻滞能力研究

象，采取土柱实验和数值模拟相结合的研究方法，以 B一 r为示踪剂，过对场区 3种典型包气带介质饱通

中的迁移过程。

首先由土柱下端注清水、端排水，土柱进行上对饱水，出气体；土柱完全饱和后，为上端注清驱待改水，下部排水，蠕动泵控制注水量，柱内形成稳用在

和与非饱和状态下的 B一移速率的比较， r迁确定包气带介质对垃圾渗滤液中污染物的阻滞能力差异， 研究成果可为非正规垃圾填埋场地下水污染防治方案的制定提供参考。1实验方法

定流场；待流速稳定后，在土柱上端所注清水改为将已配制好的 Na r液，端定时接取水样，用酚 B溶下采

红比色分光光度法检测渗出液中 B一 r浓度。2结果与讨论1 1实验土样 .

实验土样取自北京平原区某非正规垃圾填埋场。土样取自该填埋场自地面以下 2内， Om从上到下依次为细砂层、质粉土层和中砂层，物理特征砂其如下：

2 1饱和状态下的污染物阻滞能力 .

根据土柱实验结果，制出 B在 3种不同包绘 r气带介质饱和状态下的迁移状态，结果如图 2所示。 由图 2可以看出， r B一在不同包气带介质饱和状态下的迁移速率为中砂>细砂>砂质粉土。这可能与不同介质中粉粒和粘粒的含量有关，质中粉粒和介

细砂：粒 (径 0 0 5 2 0 0mm,同 )量砂粒 .7~ .0下质

占 8 .,粒和粘粒 (径< 0 0 5mm,同 ) 75粉粒 . 7下质量占 1 .

; 2 5比重为 2 6/m含有机质 1 6 . 3g c, .1 (量分数，同 )阳离子交换量为 4 7c lk。质下， . mo/ g砂质粉土：粒质量占 6 .,粒和粘粒质砂 85粉量占 3.; 1 5比重为 2 6/ m。含有机质 1 3, . 4g c, .1 阳离子交换量为 1 . mo/ g 1 7c lk。

粘粒的含量越高，介质的吸附表面积越大，而会降从低 B一的迁移速率。而这 3种介质中， r粉粒和粘粒含量为砂质粉土>细砂>中砂，因此 B在中砂的 r迁移速率相对最快，在砂质粉土中的迁移速率相而对最慢。介质的有机质含量也会影响污染物的迁移

中砂：粒质量占 9 .,粒和粘粒质量占砂 29粉71; .比重为 2 6/ m。含有机质 0 9,离 . 1g c, .0阳子交换量为 1 . mo/ g 1 3c lk。1 2实验装置 .

速率，介质中有机质含量越高，污染物的迁移速率越慢，在本研究中，然介质的粘粒和粉粒的含量在但显控制 B一的迁移速率中占了主导作用。 r20

实验土柱为高 6 m、 0c内径 9c外径 l m的有 m、 Oc机玻璃柱 (图 1。在野外采集代表性土样，实验见 )在室经过自然风干，混合均匀，不同介质分别装填土按●

m 500 4 l 2 J 6 2 U 2 4

柱，土柱两端各装有 4c厚的石英砂作为过滤。 m

时间/ l l

图 2 B一不同包气带介质饱和状态下的迁移速率比较 r在Fi Co pa ion ofc nc nt a in o m i a ig i g.2 m rs o e r to fBr gr tn n d fe e e i e s i e if r ntm d a v r us tm

2 2饱和与非饱和状态下的污染物阻滞能力比较 .石英砂

在 B一的饱和示踪实验基础上，用数值模拟 r应

方法，比分析 B一 3种不同包气带介质饱和与对 r在非饱和状态下的迁移特征，以确定包气带介质非饱和状态下的污染物阻滞能力。2 2 1流场模拟 . .

将 B一包气带介质非饱和状态下的迁移模型 r在概化为一维均质模型，拟范围的零点选实验土柱

模图 1实验装置示意图 Fi Sc matc d a r m ft a e e t g.1 he i i g a o r c rt s

水流入口，端选在水流出口，末边界定为通量等于零的 Ne ma n边界。模拟土柱长度 5 m。模拟时 u n 2c将土柱的水平方向定为 x方向，直方向定为 z方垂向。拟时离散为 3结点， 2单元。拟总模 6 6 1个 8模

1 3实验方法 .

选择 B一为示踪剂，拟示踪剂在不同介质 r作模

2 5

环境污染与防治第 3 4卷

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细砂砂质粉土

0 4 .1 5 0 91 .1

0 4 . 1 0 4 . 6 0 43 .

0 O 7 . 5 0 1 9 . O

0. 2 4 01 0. 06 4 O

中砂

0 8 .1 6

0 0 5 . 4

0. 4 5 01

注：

为饱和含水量；为残余含水量； 为特性参数。 a、

时间为 13 0mi,用定步长 1mi。 0 n采 n

于其饱和状态的迁移速率。且 B一 r在其他 2种介质中的迁移情况类似。 对 B一 3种不同介质饱和与非饱和状态下迁 r在移出的浓度进行比较，析不同包气带介质饱和与分非饱和状态时对 B一移的影响，果见表 2 r迁结。表 2 B在 3种不同介质饱和与非饱和状态下 r迁移出的平均质量浓度比较Ta e 2 Co pa ion ofa e a e c nc nta i bl m rs v r g o e r ton ofBr

首先应用 NES OR程序对 B一包气带介质 r在饱和状态下的迁移曲线进行模拟，实验获得的弥对

散度和有效孔隙度进行调参，识别出的参数见表 1。含水量参数采用文献检索经验值[。其他参数采用 1,。实验所得数据。将以上参数代人 WATE RM程

序[],得 B在包气带介质非饱和状态下迁移 1中获 1 r模拟所需流场。2 2 2 B一非饱和状态下的迁移模拟结果 . . r在在以上流场模拟基础上， B一迁移模拟所需将 r

mir tdfo dfe e tme i g ae r m i rn da f

mg L/

弥散度、效孔隙度等参数代人 NE O程序中，有 SR采用与流场模拟相

同的网格剖分和时间步长， B一对 r在不同包气带介质非饱和状态下的迁移进行模拟， 结果如图 3示。所2 0

从表 2可以看出， r在砂质粉土非饱和状态下 B一

中迁移出的平均浓度仅为其饱和状态下的9 4, . 3而在中砂、砂非饱和状态迁移出的平均浓度分别是相细应饱和状态下的 2 . 9、 3 3。可见， r 2 O 1 . 4 B一在迁移过程中，同包气带介质的含水量是影响其迁移速不

1 5

l 0

率的主要因素。针对研究区 3种不同包气带介质，若能合理控制场区的地下水位，使得包气带介质长期处

∞

5

0U 4 8 l Z l o 2 0 2 4

于非饱和状态，将会大大延缓垃圾渗滤液中污染物向地下水迁移，且包气带介质的颗粒越细 (即粉粒和粘时问， h

图 3 B一不同包气带介质非饱和状态下的迁移曲线 r在Fi 3 Br m i a i g c v n dif r n ns t r t d m e as g. — gr tn ur e i fe e t u a u a e di

粒含量越高 )迁移出的污染物量也越少。, 污染物在包气带介质中迁移时，般会与介质一发生物理、学和生物反应 (括机械过滤、解和化包溶沉淀、吸附和解吸、氧化和还原等过程，有机物在且一

将 B一包气带介质非饱和状态下的迁移模拟 r在结果与饱和状态下的迁移结果进行对比，确定研究

区包气带介质在饱和与非饱和状态下对垃圾渗滤液中污染物阻滞能力的差异。图 4为 B在细砂介质 r饱和与非饱和状态下的迁移状况对比。由图 4可见， r在细砂介质非饱和状态下的迁移速率远小 B一加

定的温度、 H条件和微生物作用下，可能发生 p还

生物降解作用 )从而将一部分污染物滞留在介质，中，而滞留时间的长短，主要取决于水流速率、力水坡度、质中粉粒和粘粒的含量，介以及介质的渗透速率等因素。污染物在包气带介质中的迁移速率越慢，有越充分的时间与介质发生复杂的物理、就化学

1 5

÷m∞ 5

和生物反应，得更多污染物被滞留下来[¨。本使 1] 研究区 3种不同包气带介质按地层

从上到下的顺序依次为细砂层、质粉土层和中砂层。因此，砂在制定该特定场区的地下水污染控制方案时，采取抽水可等措施，制场区的细砂层和砂质粉土层处于非饱控时间/ l I

0

和状态，分利用包气带介质在非饱和状态下较强充

图 4 B一细砂介质饱和与非饱和状态下的迁移状况对比 r在F g 4 Co a io fBr mi r to n s t r t d i. mp rs n o — g a in i a u a e a d u s t r t d fn a d n n a u a e i e s n

的污染物阻滞能力，隔或延缓垃圾渗滤液中的污阻(转第 3页)下 0

2 6

环境污染与防治25 0 0

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第 1期

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(接第 2上 6页)

2O o 0

染物进入地下水中。3结论

l0 0 5

嘿l0 0 0

( )B在不同包气带介质饱和状态下的迁移速 1 r率为中砂>细砂>砂质粉土。这可能与不同介质中.

5o 0一

^ I L .. .I J. l I I L』… L.

O 0

粉粒和粘粒的含量有关，同时介质的有机质含量也会

1 0

2 o

3 0

4 o

5 0

6 o

7 0

8 O

影响污染物的迁移速率，在本研究中，但介质的粘粒和粉粒含量在控制 B的迁移速率中占了主导作用。 r( )在 B在迁移过程中，同包气带介质的 2 r不

2。 f1

(脱硫前 a )

含水量是影响其迁移速率的主要因素。针对研究区3种不同包气带介质，能合理控制场区的地下水若位，使得包气带介质长期处于非饱和状态，会大大将越

骠

延缓垃圾渗滤液中污染物向地下水迁移，包气带且介质的颗粒越细，移出的污染物量也越少。迁 ( )针对特定的非正规垃圾填埋场，采取抽水 3可等措施，控制场区的细砂层和砂质粉土层处于非饱和状态，分利用包气带介质在非饱和状态时较强的污充2/) o( 。 f)硫后 b脱

染物阻滞能力，隔或延缓污染物进入地下水中。阻 参考文献：[]黄磊，琪，璜鑫 .圾填埋场环境影响预测与环保对策研 1安程垃究——以武汉金口卫生填埋场扩建

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图 3脱硫前后临泽凹土的 X D图 RFi 3 XRD pe ta ofLiz ta g. s c r n e a t pul t l y beor d gie c a f e an

a t rd s lu ia i n fe e u f r t z o

剂，将 10可 2溶剂油含硫量由 4 4f/降至 2 3 2 g g 1//,硫率可以达到 4 . 。 _ g脱 t g 98( )经过 X D及 I 2 R R分析，2溶剂油中的硫被 10脱除后在吸附剂中以 ( 6 )和 C S的形式存在。 C H Sn a 用浸渍法制备的吸附剂达到了一定的脱硫效果。 参考文献：[]王云芳，金仙 .油烃类溶剂油的现状和发展趋势[ 3炼油 1邢石 J.设计，0 2 3 (O:44 . 2 0,2 1 )4—7 []彦伟，晓欣 .剂油生产与市场现状[]石油化工技术经济， 2刘溶 J.2 0 1 1:34 . 0 4, 9( ) 4— 6

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编辑：黄苇 ( 修改稿收到日期：0 11—8 2 1— 1 ) 0 30

编辑：卜岩枫

(修改稿收到日期：0 i0—9 2 1-90 )