垃圾填埋場新型黏土基襯墊防滲性能研究.pdf

1、在現(xiàn)代衛(wèi)生填埋場中，可揮發(fā)性有機(jī)污染物(VOCs)通過土工膜擴(kuò)散，會污染填埋場下面的土壤和地下水。垃圾填埋場的設(shè)計中，襯墊系統(tǒng)是不可或缺的部分，壓實黏土襯墊經(jīng)常被用來作為阻截污染物流動的屏障。但傳統(tǒng)的垃圾填埋場黏土襯墊在填埋體生化反應(yīng)放熱作用下易開裂，開裂后防滲功能失效。因此，研究改良垃圾填埋場黏土襯墊的性能，減少滲濾液和VOCs對周圍環(huán)境的二次污染，具有重要的工程意義。
　　本文以黏土基底部襯墊為研究對象，研究如何提高其對VOC

2、s的防滲效果。第一種方案采用表面活性劑對膨潤土-砂進(jìn)行改性，使用壓力板儀對處于非飽和狀態(tài)下的改性膨潤土-砂的滲透性和持水能力進(jìn)行研究；第二種方案則嘗試在襯墊中引入互不連通的夾氣泡以阻擋VOCs的穿透。主要研究內(nèi)容為：
　　(1)對前人的有關(guān)成果進(jìn)行回顧，探討膨潤土中加入砂、改性的不同方法及改性后不同的物理、力學(xué)性質(zhì)。采用室內(nèi)實驗的方式研究發(fā)現(xiàn)，膨潤土用十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)改性后，持水能力降低、滲透性變大，導(dǎo)致其防滲性

3、能變差。因此，盡管有機(jī)改性劑能提高膨潤土-砂對有機(jī)污染物的吸附能力，但對其在垃圾填埋場底部襯墊中的使用仍需要慎重對待，應(yīng)嚴(yán)格控制保證其滲透性符合設(shè)計規(guī)范要求。
　　(2)在傳統(tǒng)的溶質(zhì)對流-擴(kuò)散遷移機(jī)理的基礎(chǔ)上，考慮襯墊材料在填埋體自重下的固結(jié)和孔隙水中溶解的VOCs揮發(fā)進(jìn)入氣泡中而固定所引發(fā)的“蒸汽阻滯”效應(yīng)，建立了VOCs在含有不連通氣泡的高飽和填埋場黏土基襯墊中的耦合運(yùn)移模型。研究表明，夾氣泡的存在形成非飽和效應(yīng)、降低了滲透性

4、，并與“蒸汽阻滯”效應(yīng)聯(lián)合，對于疏水性可揮發(fā)性有機(jī)物的遷移過程有明顯的阻滯作用。但是，夾氣泡的存在并不能顯著延緩親水性VOCs的穿透過程。
　　(3)為提高夾氣泡對親水性VOCs的阻滯效果，可使土壤襯墊包含氧氣氣泡，引發(fā)微生物對VOCs的“固有降解”作用。首先，在夾氣泡VOCs耦合遷移模型基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出考慮氧氣促發(fā)的固有生物降解的污染物遷移-轉(zhuǎn)化數(shù)學(xué)模型，隨后研究了生活垃圾填埋場典型VOCs的傳輸與轉(zhuǎn)化。結(jié)果表明，當(dāng)封閉氣體為氧氣

5、時，固有生物降解能有效阻斷VOCs，且在垃圾填埋場現(xiàn)場常見污染物濃度水平下所需氣泡墻厚度相對較薄，具有很好的應(yīng)用前景。
　　本文分別對改性和含夾氣泡兩類新型黏土基填埋場襯墊進(jìn)行室內(nèi)試驗和數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，填埋場襯墊選用有機(jī)改性膨潤土-砂時應(yīng)謹(jǐn)慎、避免滲透性過大而不符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，夾氣泡尤其是氧氣氣泡的黏土襯墊則在保證低滲透性條件下能夠有效阻斷可揮發(fā)性有機(jī)污染物的遷移，具有良好的應(yīng)用前景。研究成果將為未來的垃圾填埋場黏土基襯墊的設(shè)計提