基于污染物運(yùn)移的填埋場(chǎng)屏障系統(tǒng)服役性能評(píng)價(jià)方法研究.pdf

1、垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的有毒性滲濾液和填埋氣對(duì)填埋場(chǎng)底部、填埋場(chǎng)周邊土壤和大氣環(huán)境造成了很大的威脅。國(guó)內(nèi)外研究成果表明即使填埋場(chǎng)建造了標(biāo)準(zhǔn)的防滲系統(tǒng)，仍有相當(dāng)多的場(chǎng)地對(duì)地下水、周圍土體和大氣環(huán)境造成了污染。
　　本文在國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“垃圾填埋場(chǎng)覆蓋屏障氣體運(yùn)移特性與長(zhǎng)期服役性能評(píng)價(jià)方法”和國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目“垃圾填埋場(chǎng)復(fù)合襯墊在高應(yīng)力和高水頭作用下的防污性能研究”、973計(jì)劃“填埋場(chǎng)服役性能模擬、災(zāi)害評(píng)價(jià)及可持續(xù)防控”

2、、國(guó)家自然科學(xué)基金重大國(guó)際合作項(xiàng)目“城市垃圾填埋場(chǎng)水氣產(chǎn)生、運(yùn)移及系統(tǒng)化工程控制”和浙江省公益性技術(shù)應(yīng)用研究計(jì)劃項(xiàng)目“垃圾填埋場(chǎng)復(fù)合襯墊長(zhǎng)期性能的離心模型試驗(yàn)與污染防控技術(shù)”的基礎(chǔ)上研究了填埋場(chǎng)屏障系統(tǒng)服役性能的評(píng)價(jià)方法。本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)外填埋場(chǎng)滲濾液和填埋氣污染物遷移機(jī)理及影響因素進(jìn)行了匯總和分析。在此基礎(chǔ)上通過(guò)提出的解析方法和數(shù)值方法分析了填埋場(chǎng)飽和與非飽和襯墊系統(tǒng)和覆蓋層系統(tǒng)中滲濾液及填埋氣的運(yùn)移問題。探討了不同類型襯墊系統(tǒng)和覆蓋層

3、系統(tǒng)的有效性。最后在國(guó)內(nèi)外對(duì)填埋場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究的成果上，針對(duì)淮南填埋場(chǎng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究并給出填埋場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)分析的定量方法。本文所做工作及相應(yīng)的研究成果如下:
　　(1)分別比較了國(guó)內(nèi)外對(duì)填埋場(chǎng)底部襯墊系統(tǒng)及頂部覆蓋層系統(tǒng)的組成差別及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)國(guó)內(nèi)外填埋場(chǎng)滲濾液和填埋氣的性質(zhì)及國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道的滲濾液和填埋氣主要污染物在填埋場(chǎng)土層中的環(huán)境土工參數(shù)進(jìn)行了匯總和統(tǒng)計(jì)分析，給出了這些參數(shù)的設(shè)計(jì)取值范圍;
　　(2)由于固體垃圾中很大部

4、分都是有機(jī)污染物，有機(jī)污染物的降解作用很重要。結(jié)合一階降解理論，并在此基礎(chǔ)上針對(duì)國(guó)內(nèi)襯墊系統(tǒng)中土工聚合粘土墊(GCL)+衰減層(AL)復(fù)合襯墊系統(tǒng)，首次給出了考慮降解作用下污染物在GCL+AL復(fù)合襯墊系統(tǒng)的一維解析解。研究結(jié)果表明，如果GCL半衰期小于1年，在預(yù)測(cè)GCL+AL系統(tǒng)中有機(jī)污染物遷移時(shí)可以忽略GCL中有機(jī)物的降解作用;
　　(3)結(jié)合非飽和單層土中含水量線性分布，得到了污染物在非飽和襯墊土層中的一維擴(kuò)散解析解。該解析解

5、簡(jiǎn)單方便，并能考慮含水量線性變化時(shí)污染物的擴(kuò)散問題，同時(shí)指出非飽和問題對(duì)污染物濃度變化的影響;
　　(4)分析了國(guó)內(nèi)外填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)中用于控制填埋氣釋放的覆蓋層系統(tǒng)組成。建立了飽和覆蓋層中填埋氣的一維擴(kuò)散模型，模型考慮了隨時(shí)間變化的氣體濃度邊界。基于菲克定律及線性方程的疊加原理，得到了氣體污染物通過(guò)飽和復(fù)合覆蓋層的一維擴(kuò)散解析解，在此基礎(chǔ)上比較了國(guó)內(nèi)不同類型覆蓋層系統(tǒng)對(duì)填埋氣控制性能的有效性，可以有效地應(yīng)用于基于性能的填埋場(chǎng)復(fù)合覆蓋層

6、系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì);
　　(5)對(duì)于國(guó)內(nèi)覆蓋層系統(tǒng)類型，飽和情況下GM+GCL、CCL、GM+CCL對(duì)氣體擴(kuò)散的控制性能依次減弱。對(duì)于GM/GCL，GCL含水飽和度從0.85增加到1時(shí)，覆蓋層頂部通量減小了82.5％。飽和時(shí)GM/GCL系統(tǒng)頂部氣體達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間是非飽和情況下的約100倍。對(duì)于GM/CCL，CCL含水飽和度從0.1增加到0.85時(shí)，覆蓋層頂部通量減小了近1個(gè)數(shù)量級(jí);
　　(6)針對(duì)垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)部生物降解產(chǎn)生的氣體

7、（以甲烷為主）和氧氣等在非飽和覆蓋層中的運(yùn)移問題，建立了氣體在成層非飽和覆蓋層中的一維擴(kuò)散模型。模型考慮了覆蓋層含水量瞬態(tài)變化和氣體擴(kuò)散的耦合作用。對(duì)于1m厚的覆蓋層，氣體運(yùn)移20d到100d時(shí)，耦合含水量瞬態(tài)變化時(shí)得到的氣體相對(duì)濃度較含水量穩(wěn)態(tài)變化時(shí)得到的濃度小近8倍。并總結(jié)了非飽和土中氣體擴(kuò)散系數(shù)變化的經(jīng)驗(yàn)公式，比較得到不同氣體擴(kuò)散系數(shù)形式對(duì)耦合結(jié)果有較大影響;
　　(7)根據(jù)國(guó)外對(duì)覆蓋層頂部大氣壓強(qiáng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，擬合得到

8、壓強(qiáng)的變化規(guī)律，并提出了大氣壓強(qiáng)對(duì)填埋氣運(yùn)移作用明顯時(shí)壓強(qiáng)波動(dòng)幅度的取值范圍，對(duì)實(shí)際填埋場(chǎng)區(qū)域壓強(qiáng)波動(dòng)對(duì)氣體控制的研究有很好的參考作用;
　　(8)最后借助于對(duì)填埋場(chǎng)污染物的研究理論和分析方法研究了國(guó)內(nèi)淮南某垃圾填埋場(chǎng)污染物的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)移特性，給出了在成層粘土層中污染物運(yùn)移及預(yù)測(cè)的分析方法。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明17年后，Cl-在填埋場(chǎng)底土中的運(yùn)移深度已經(jīng)達(dá)到了底土下部的老粘土層;COD的運(yùn)移深度則在3m左右。將一維對(duì)流擴(kuò)散理論與實(shí)測(cè)結(jié)果的比較