污染物遷移分析模型POLLUTEv7原理與應(yīng)用

樊晶晶

摘 要：垃圾填埋場(chǎng)滲瀝液中的污染物嚴(yán)重威脅填埋場(chǎng)底部的土體和地下水環(huán)境。為了對(duì)垃圾滲瀝液中各種無(wú)機(jī)和有機(jī)污染物的遷移規(guī)律進(jìn)行研究，需要采用分析功能強(qiáng)大的計(jì)算模型進(jìn)行模擬。污染物遷移模擬模型POLLUTEv7可以用來(lái)提供快速、準(zhǔn)確、全面的污染物運(yùn)移分析能力。模型能夠根據(jù)污染物遷移邊界條件建立一維無(wú)限空間對(duì)流-彌散方程。采用拉普拉斯變換和拉普拉斯逆變換求解控制方程。可以考慮的范圍從在天然粘土隔水簡(jiǎn)單系統(tǒng)到垃圾填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)模型復(fù)合襯墊，多重障礙和多含水層。除了對(duì)流—彌散運(yùn)輸，POLLUTEv7可以考慮非線性吸附、放射性衰變和生物降解衰變，運(yùn)輸通過(guò)各類垃圾填埋場(chǎng)防滲襯墊，隨時(shí)間變化的特性，和相位的變化。對(duì)污染物遷移模擬模型POLLUTEv7原理進(jìn)行分析，并介紹了其在工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：填埋場(chǎng)；污染物；遷移；原理

中圖分類號(hào)：F124.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-291X（2014）24-0237-02

一、污染物遷移分析原理

城市生活垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的滲瀝液將對(duì)填埋場(chǎng)周邊的土壤和地下水造成嚴(yán)重的污染[1]。為了控制滲瀝液對(duì)周邊環(huán)境的污染，需要對(duì)填埋場(chǎng)滲瀝液中污染物的遷移規(guī)律進(jìn)行準(zhǔn)確分析。POLLUTEv7[2]可以用來(lái)提供快速、準(zhǔn)確、全面的污染物運(yùn)移分析能力。其基本分析原理如下：

1.控制方程

POLLUTEv7采用一維對(duì)流—擴(kuò)散模型模擬污染物沿豎直方向通過(guò)防滲襯里，模型的基本假設(shè)為：（1）污染源位于土層頂部，并且污染物在土層中的擴(kuò)散是一維的，不考慮其他外部污染源；（2）每層土的物理特性（如擴(kuò)散系數(shù)、流速、孔隙率等）為均勻分布；（3）土層中土壤為飽和狀態(tài)，水流為平流，不考慮瞬時(shí)流動(dòng)；（4）土壤顆粒對(duì)污染物的的吸附為線性吸附。

在上述基本假設(shè)前提下，污染物在土層中一維對(duì)流—擴(kuò)散模型的控制方程為：

Rd=D-v-λC （1）

式（1）中C為污染物的濃度，D為污染物通過(guò)土層的擴(kuò)散系數(shù)，v為達(dá)西速度，λ為衰變系數(shù)，λ=ln2/T1/2，T1/2為污染物在土層中的半衰期。Rd為阻滯因子，其表達(dá)式為：

Rd=1+ （2）

式（2）中，ρ為土層的干密度，Kd為，n為土層的孔隙率。

2.方程求解

采用Rowe[3]提出的有限層方法求解控制方程（1），該方法為半解析半數(shù)值的方法，其主要步驟為：（1）采用Laplace變換簡(jiǎn)化控制方程（1），然后采用解析方法求解變換后的偏微分方程；（2）采用數(shù)值方法將上一步驟中得到的解析解求Laplace逆變換，得到控制方程（1）的數(shù)值解。

二、污染物遷移分析應(yīng)用

1.分析模型

選取美國(guó)規(guī)范RCRA的典型垃圾填埋場(chǎng)。該填埋場(chǎng)由的復(fù)合襯墊和主滲濾液收集系統(tǒng)。該復(fù)合襯墊是由一個(gè) 1.5毫米土工膜與0.9米厚壓實(shí)粘土襯墊構(gòu)成，土工膜與壓實(shí)粘土之間接觸良好。根據(jù)工程實(shí)際情況，假定土工膜上缺陷的面積為0.1平方厘米，缺陷的數(shù)量為1個(gè)缺陷每英畝（2.5公頃）。采用吉羅等人（1992）提出的方法計(jì)算污染物通過(guò)復(fù)合襯墊以考慮污染的滲漏。

填埋場(chǎng)模型中，填埋場(chǎng)沿地下水流方向的尺寸為200m。考慮揮發(fā)性有機(jī)物，其初始濃度值取為1.5mg/L。復(fù)合襯墊的滲瀝液水頭高度為0.3m。揮發(fā)性有機(jī)物在防滲襯墊中的運(yùn)移參數(shù)（如表1所示）。

2.輸出結(jié)果

通過(guò)建立污染物遷移模型，根據(jù)實(shí)際條件確定防滲沉淀的邊界條件。可以得到污染物濃度—深度曲線。污染物濃度隨著深度的增加而逐漸降低，說(shuō)明防滲襯墊具有一定的防污效果。為了更加準(zhǔn)確地得到分析結(jié)果，可以采用數(shù)據(jù)表格輸出方式導(dǎo)出數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)處理和分析。

三、結(jié)論

污染物遷移模擬模型POLLUTEv7是用于分析各種有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物在介質(zhì)中運(yùn)移的模型。能夠考慮非線性吸附、放射性衰變和生物降解衰變等多種污染物遷移及轉(zhuǎn)換規(guī)律，是一種功能強(qiáng)大、方便快捷的污染物遷移分析模型，在垃圾填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)中將得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李穎.城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)指南[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2005.

[2] GAEA Pollutev7 Users Guide，2004，GAEA Technologies Ltd.

[3] Rowe RK and Booker JR，A finite layer technique for modelling complex landfill history[J].Canadian Geotechnical Journal，1995（4）：660-676.

[責(zé)任編輯 王玉妹]endprint

摘 要：垃圾填埋場(chǎng)滲瀝液中的污染物嚴(yán)重威脅填埋場(chǎng)底部的土體和地下水環(huán)境。為了對(duì)垃圾滲瀝液中各種無(wú)機(jī)和有機(jī)污染物的遷移規(guī)律進(jìn)行研究，需要采用分析功能強(qiáng)大的計(jì)算模型進(jìn)行模擬。污染物遷移模擬模型POLLUTEv7可以用來(lái)提供快速、準(zhǔn)確、全面的污染物運(yùn)移分析能力。模型能夠根據(jù)污染物遷移邊界條件建立一維無(wú)限空間對(duì)流-彌散方程。采用拉普拉斯變換和拉普拉斯逆變換求解控制方程。可以考慮的范圍從在天然粘土隔水簡(jiǎn)單系統(tǒng)到垃圾填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)模型復(fù)合襯墊，多重障礙和多含水層。除了對(duì)流—彌散運(yùn)輸，POLLUTEv7可以考慮非線性吸附、放射性衰變和生物降解衰變，運(yùn)輸通過(guò)各類垃圾填埋場(chǎng)防滲襯墊，隨時(shí)間變化的特性，和相位的變化。對(duì)污染物遷移模擬模型POLLUTEv7原理進(jìn)行分析，并介紹了其在工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：填埋場(chǎng)；污染物；遷移；原理

中圖分類號(hào)：F124.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-291X（2014）24-0237-02

一、污染物遷移分析原理

城市生活垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的滲瀝液將對(duì)填埋場(chǎng)周邊的土壤和地下水造成嚴(yán)重的污染[1]。為了控制滲瀝液對(duì)周邊環(huán)境的污染，需要對(duì)填埋場(chǎng)滲瀝液中污染物的遷移規(guī)律進(jìn)行準(zhǔn)確分析。POLLUTEv7[2]可以用來(lái)提供快速、準(zhǔn)確、全面的污染物運(yùn)移分析能力。其基本分析原理如下：

1.控制方程

POLLUTEv7采用一維對(duì)流—擴(kuò)散模型模擬污染物沿豎直方向通過(guò)防滲襯里，模型的基本假設(shè)為：（1）污染源位于土層頂部，并且污染物在土層中的擴(kuò)散是一維的，不考慮其他外部污染源；（2）每層土的物理特性（如擴(kuò)散系數(shù)、流速、孔隙率等）為均勻分布；（3）土層中土壤為飽和狀態(tài)，水流為平流，不考慮瞬時(shí)流動(dòng)；（4）土壤顆粒對(duì)污染物的的吸附為線性吸附。

在上述基本假設(shè)前提下，污染物在土層中一維對(duì)流—擴(kuò)散模型的控制方程為：

Rd=D-v-λC （1）

式（1）中C為污染物的濃度，D為污染物通過(guò)土層的擴(kuò)散系數(shù)，v為達(dá)西速度，λ為衰變系數(shù)，λ=ln2/T1/2，T1/2為污染物在土層中的半衰期。Rd為阻滯因子，其表達(dá)式為：

Rd=1+ （2）

式（2）中，ρ為土層的干密度，Kd為，n為土層的孔隙率。

2.方程求解

采用Rowe[3]提出的有限層方法求解控制方程（1），該方法為半解析半數(shù)值的方法，其主要步驟為：（1）采用Laplace變換簡(jiǎn)化控制方程（1），然后采用解析方法求解變換后的偏微分方程；（2）采用數(shù)值方法將上一步驟中得到的解析解求Laplace逆變換，得到控制方程（1）的數(shù)值解。

二、污染物遷移分析應(yīng)用

1.分析模型

選取美國(guó)規(guī)范RCRA的典型垃圾填埋場(chǎng)。該填埋場(chǎng)由的復(fù)合襯墊和主滲濾液收集系統(tǒng)。該復(fù)合襯墊是由一個(gè) 1.5毫米土工膜與0.9米厚壓實(shí)粘土襯墊構(gòu)成，土工膜與壓實(shí)粘土之間接觸良好。根據(jù)工程實(shí)際情況，假定土工膜上缺陷的面積為0.1平方厘米，缺陷的數(shù)量為1個(gè)缺陷每英畝（2.5公頃）。采用吉羅等人（1992）提出的方法計(jì)算污染物通過(guò)復(fù)合襯墊以考慮污染的滲漏。

填埋場(chǎng)模型中，填埋場(chǎng)沿地下水流方向的尺寸為200m。考慮揮發(fā)性有機(jī)物，其初始濃度值取為1.5mg/L。復(fù)合襯墊的滲瀝液水頭高度為0.3m。揮發(fā)性有機(jī)物在防滲襯墊中的運(yùn)移參數(shù)（如表1所示）。

2.輸出結(jié)果

通過(guò)建立污染物遷移模型，根據(jù)實(shí)際條件確定防滲沉淀的邊界條件。可以得到污染物濃度—深度曲線。污染物濃度隨著深度的增加而逐漸降低，說(shuō)明防滲襯墊具有一定的防污效果。為了更加準(zhǔn)確地得到分析結(jié)果，可以采用數(shù)據(jù)表格輸出方式導(dǎo)出數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)處理和分析。

三、結(jié)論

污染物遷移模擬模型POLLUTEv7是用于分析各種有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物在介質(zhì)中運(yùn)移的模型。能夠考慮非線性吸附、放射性衰變和生物降解衰變等多種污染物遷移及轉(zhuǎn)換規(guī)律，是一種功能強(qiáng)大、方便快捷的污染物遷移分析模型，在垃圾填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)中將得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李穎.城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)指南[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2005.

[2] GAEA Pollutev7 Users Guide，2004，GAEA Technologies Ltd.

[3] Rowe RK and Booker JR，A finite layer technique for modelling complex landfill history[J].Canadian Geotechnical Journal，1995（4）：660-676.

[責(zé)任編輯 王玉妹]endprint

摘 要：垃圾填埋場(chǎng)滲瀝液中的污染物嚴(yán)重威脅填埋場(chǎng)底部的土體和地下水環(huán)境。為了對(duì)垃圾滲瀝液中各種無(wú)機(jī)和有機(jī)污染物的遷移規(guī)律進(jìn)行研究，需要采用分析功能強(qiáng)大的計(jì)算模型進(jìn)行模擬。污染物遷移模擬模型POLLUTEv7可以用來(lái)提供快速、準(zhǔn)確、全面的污染物運(yùn)移分析能力。模型能夠根據(jù)污染物遷移邊界條件建立一維無(wú)限空間對(duì)流-彌散方程。采用拉普拉斯變換和拉普拉斯逆變換求解控制方程。可以考慮的范圍從在天然粘土隔水簡(jiǎn)單系統(tǒng)到垃圾填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)模型復(fù)合襯墊，多重障礙和多含水層。除了對(duì)流—彌散運(yùn)輸，POLLUTEv7可以考慮非線性吸附、放射性衰變和生物降解衰變，運(yùn)輸通過(guò)各類垃圾填埋場(chǎng)防滲襯墊，隨時(shí)間變化的特性，和相位的變化。對(duì)污染物遷移模擬模型POLLUTEv7原理進(jìn)行分析，并介紹了其在工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：填埋場(chǎng)；污染物；遷移；原理

中圖分類號(hào)：F124.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-291X（2014）24-0237-02

一、污染物遷移分析原理

城市生活垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的滲瀝液將對(duì)填埋場(chǎng)周邊的土壤和地下水造成嚴(yán)重的污染[1]。為了控制滲瀝液對(duì)周邊環(huán)境的污染，需要對(duì)填埋場(chǎng)滲瀝液中污染物的遷移規(guī)律進(jìn)行準(zhǔn)確分析。POLLUTEv7[2]可以用來(lái)提供快速、準(zhǔn)確、全面的污染物運(yùn)移分析能力。其基本分析原理如下：

1.控制方程

POLLUTEv7采用一維對(duì)流—擴(kuò)散模型模擬污染物沿豎直方向通過(guò)防滲襯里，模型的基本假設(shè)為：（1）污染源位于土層頂部，并且污染物在土層中的擴(kuò)散是一維的，不考慮其他外部污染源；（2）每層土的物理特性（如擴(kuò)散系數(shù)、流速、孔隙率等）為均勻分布；（3）土層中土壤為飽和狀態(tài)，水流為平流，不考慮瞬時(shí)流動(dòng)；（4）土壤顆粒對(duì)污染物的的吸附為線性吸附。

在上述基本假設(shè)前提下，污染物在土層中一維對(duì)流—擴(kuò)散模型的控制方程為：

Rd=D-v-λC （1）

式（1）中C為污染物的濃度，D為污染物通過(guò)土層的擴(kuò)散系數(shù)，v為達(dá)西速度，λ為衰變系數(shù)，λ=ln2/T1/2，T1/2為污染物在土層中的半衰期。Rd為阻滯因子，其表達(dá)式為：

Rd=1+ （2）

式（2）中，ρ為土層的干密度，Kd為，n為土層的孔隙率。

2.方程求解

采用Rowe[3]提出的有限層方法求解控制方程（1），該方法為半解析半數(shù)值的方法，其主要步驟為：（1）采用Laplace變換簡(jiǎn)化控制方程（1），然后采用解析方法求解變換后的偏微分方程；（2）采用數(shù)值方法將上一步驟中得到的解析解求Laplace逆變換，得到控制方程（1）的數(shù)值解。

二、污染物遷移分析應(yīng)用

1.分析模型

選取美國(guó)規(guī)范RCRA的典型垃圾填埋場(chǎng)。該填埋場(chǎng)由的復(fù)合襯墊和主滲濾液收集系統(tǒng)。該復(fù)合襯墊是由一個(gè) 1.5毫米土工膜與0.9米厚壓實(shí)粘土襯墊構(gòu)成，土工膜與壓實(shí)粘土之間接觸良好。根據(jù)工程實(shí)際情況，假定土工膜上缺陷的面積為0.1平方厘米，缺陷的數(shù)量為1個(gè)缺陷每英畝（2.5公頃）。采用吉羅等人（1992）提出的方法計(jì)算污染物通過(guò)復(fù)合襯墊以考慮污染的滲漏。

填埋場(chǎng)模型中，填埋場(chǎng)沿地下水流方向的尺寸為200m。考慮揮發(fā)性有機(jī)物，其初始濃度值取為1.5mg/L。復(fù)合襯墊的滲瀝液水頭高度為0.3m。揮發(fā)性有機(jī)物在防滲襯墊中的運(yùn)移參數(shù)（如表1所示）。

2.輸出結(jié)果

通過(guò)建立污染物遷移模型，根據(jù)實(shí)際條件確定防滲沉淀的邊界條件。可以得到污染物濃度—深度曲線。污染物濃度隨著深度的增加而逐漸降低，說(shuō)明防滲襯墊具有一定的防污效果。為了更加準(zhǔn)確地得到分析結(jié)果，可以采用數(shù)據(jù)表格輸出方式導(dǎo)出數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)處理和分析。

三、結(jié)論

污染物遷移模擬模型POLLUTEv7是用于分析各種有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物在介質(zhì)中運(yùn)移的模型。能夠考慮非線性吸附、放射性衰變和生物降解衰變等多種污染物遷移及轉(zhuǎn)換規(guī)律，是一種功能強(qiáng)大、方便快捷的污染物遷移分析模型，在垃圾填埋場(chǎng)的設(shè)計(jì)中將得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李穎.城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)指南[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2005.

[2] GAEA Pollutev7 Users Guide，2004，GAEA Technologies Ltd.

[3] Rowe RK and Booker JR，A finite layer technique for modelling complex landfill history[J].Canadian Geotechnical Journal，1995（4）：660-676.

[責(zé)任編輯 王玉妹]endprint