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《浙江大学》 2011年 博士论文
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污染液在地基土体中迁移及控制研究

陈如海  
【摘要】:本文以安徽淮南垃圾填埋场、西溪湿地和富阳中大西郊半岛项目三种不同类型污染场地作为研究对象,通过场地勘察、污染物测定得到土体中不同污染物在空间上的分布规律及迁移特性,对深层土体污染的现状进行了评价。分别以氯离子、总氮和三甲苯为示踪污染物,通过理论分析结果和实测数据的比较,得到合理的污染物迁移模拟参数,对污染物在土体中的迁移扩散趋势进行了预测,并对不同类型的污染场地控制提出了相应的工程控制措施。 (1)用钻机钻进的方法在填埋场及工业污染区域进行深层取土,填埋场内垃圾层或松散土层用套管护壁以防坍孔,取样过程中用中空岩芯管钻取通长完整土样,避免土样被污染液污染,取样深度一般须达到不透水层;在河水底泥中深层取样比陆地困难,本文所用取样器是课题组拥有发明专利的新型底泥取样器,能一次性钻取2m深底泥样品,操作方法简单,所取土样完整通长,所取底泥样不会受到河水洗刷的影响,取样效果很好。 (2)本文对污染液及污染土分析测试的污染物有重金属、有机物、COD、氨氮、总氮、总磷、氯离子和痕量有机物等;用全消解法测定土体中重金属全量来评价其质量等级,用逐步提取法测定不同深度土体中重金属各种形态所占比例,分析比较有机物含量与重金属形态的关系;用蒸馏滴定法测定氨氮、总氮含量评价土体不同深度富营养化程度。 (3)淮南填埋场属于集中污染源引起的土体污染类型,其底部土层中,重金属在0-2m深度范围内含量较高,随着深度增加含量逐渐减小并趋近背景值,填埋场外各勘测点重金属含量沿深度方向变化幅度较小。填埋场内下伏土层中可交换态重金属占总量百分比低于1%,绝大部分重金属主要以残渣态、铁锰结合态和有机态存在,这显著限制了重金属随地下水的运移和扩散。填埋场内与渗滤液充分接触的土层有机态重金属所占百分比明显高于场外背景值,但随着深度增加,有机态含量显著减少并趋于背景值,该分布规律与土体中有机质含量测试结果类似,说明有机质含量高的土层对各重金属有较强的吸附能力。通过地累积指数、富集系数及生态危害指数法对不同深度土体重金属污染评价结果表明:填埋场内1m深度内Cu、Pb、Cr有部分位置呈中度污染,1m深度以下及填埋场外部土层均为无污染-中度污染。 (4)淮南填埋场堆体内外存在近10m水头差,以氯离子为污染因子进行数值模拟预测可知,经过30年时间渗滤液中氯离子可以迁移到地下4m深度;50年到达5.5m深度左右,100年则达到6-7m深度,而在水平方向,100年后氯离子向下游迁移距离大约为50m,水头是影响该填埋场污染物迁移扩散的主要因素,控制该填埋场土体污染的关键是控制填埋场内渗滤液的水头,通过数值模拟结果可知,当堆体内水体降低到4m时,对污染物迁移深度及水平迁移距离有着较大的影响。 (5)西溪湿地底泥中重金属、总氮、总磷、有机质在底泥中沿深度变化规律明显:随着埋深增加总体呈降低的趋势,在0.6 m深度附近趋于陆域土壤平均值。重金属含量均未超过国家土壤质量二级标准。用地累积指数和生态危害指数法对底泥重金属污染进行评价:埋深浅于0.6 m的底泥污染程度较高,以中度污染为主,埋深大于0.6 m的底泥没有受到重金属污染或者为轻度污染。底泥有机指数的差异表明:表层底泥受有机污染(富营养化程度)比较严重,0.2~0.6m深度底泥属于尚清洁,0.6m深度以下的稳定层底泥基本未受到有机污染或者为轻度污染,氮、磷在表层底泥孔隙水和上覆水之间存在3~5倍的浓度梯度,在适当条件下,可从底泥孔隙水中向上覆水体释放。 (6)用总氮为作为底泥中污染物迁移模拟因子,经过15年后,底泥孔隙水中总氮可以入渗到1m深度,30年后接近1.5m,60年后将到达2m深度,120年后可以深达2.5m;经数值模拟发现,不疏浚底泥,只实行上覆水置换,只需要1年半时间,水面0.5m水深处的水体TN含量即达到国家Ⅲ类水标准,5年后该处TN含量达到3.22mg/l,超过了国家V类水质量标准。因此,对底泥进行疏浚,并对上覆水体进行置换是彻底解决河水富营养化的关键,根据模拟计算结果显示,0.6m深度可作为湿地底泥疏浚的参考依据,当疏浚深度不够时对控制水体污染影响很大;用底泥覆盖法具有施工简单、费用低廉的优点,在一定时间内对污染底泥控制有着较好的效果,但对应用条件有较多的要求。 (7)富阳中大项目污染土为典型的化学工业污染场地,测试结果表明,区域内主要污染物为重金属和化学有机污染物。沿深度方向,重金属Zn在1.75~6.75m深度范围内含量较高,总体呈上部高下部底的规律,在部分深度位置有累积现象,从浓度上看部分超过展览会土壤质量标准中A类土标准,但未超过B类标准;有机污染物集中的1.8~5.5m深度范围内,但种类繁杂,同一地点不同深度常见不同有机污染物的增加或缺失现象,从平面上看,区域1和区域2的污染较重,区域1中钻孔11位置的三甲苯超过B级标准近1倍,是该区域有机污染最严重的地方,需要进行控制处理后方能投入开发使用。 (8)对富阳中大项目污染土用围堵法进行控制,数值模拟结果表明,当地下室底板不提升时,如果污染物运移以扩散为主,在70年后污染晕将向在防渗墙内运移34cm,尚未到达非污染区;如果墙内水位长期高出墙外水位1米,则70年后非污染区墙面污染物的含量为25 mg/kg,超过了A级标准,需要控制好墙内外的水头才能保证防渗帷幕的发挥较好的拦截效果;若将地板提升2m,在72年的服务年限内,污染物尚不能到达地下室地板,离防渗帷幕非污染区也有48cm的距离,控制效果较好,可以作为该场地污染土控制的首选方案。


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