基于污染物運移的填埋場屏障系統(tǒng)服役性能評價方法研究.pdf

1、垃圾填埋場產(chǎn)生的有毒性滲濾液和填埋氣對填埋場底部、填埋場周邊土壤和大氣環(huán)境造成了很大的威脅。國內(nèi)外研究成果表明即使填埋場建造了標準的防滲系統(tǒng)，仍有相當多的場地對地下水、周圍土體和大氣環(huán)境造成了污染。
　　本文在國家自然科學基金面上項目“垃圾填埋場覆蓋屏障氣體運移特性與長期服役性能評價方法”和國家自然科學基金青年基金項目“垃圾填埋場復(fù)合襯墊在高應(yīng)力和高水頭作用下的防污性能研究”、973計劃“填埋場服役性能模擬、災(zāi)害評價及可持續(xù)防控”

2、、國家自然科學基金重大國際合作項目“城市垃圾填埋場水氣產(chǎn)生、運移及系統(tǒng)化工程控制”和浙江省公益性技術(shù)應(yīng)用研究計劃項目“垃圾填埋場復(fù)合襯墊長期性能的離心模型試驗與污染防控技術(shù)”的基礎(chǔ)上研究了填埋場屏障系統(tǒng)服役性能的評價方法。本文首先對國內(nèi)外填埋場滲濾液和填埋氣污染物遷移機理及影響因素進行了匯總和分析。在此基礎(chǔ)上通過提出的解析方法和數(shù)值方法分析了填埋場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。最后在國內(nèi)外對填埋場現(xiàn)場試驗研究的成果上，針對淮南填埋場進行了現(xiàn)場試驗研究并給出填埋場現(xiàn)場分析的定量方法。本文所做工作及相應(yīng)的研究成果如下:
　　(1)分別比較了國內(nèi)外對填埋場底部襯墊系統(tǒng)及頂部覆蓋層系統(tǒng)的組成差別及設(shè)計標準。對國內(nèi)外填埋場滲濾液和填埋氣的性質(zhì)及國內(nèi)外文獻報道的滲濾液和填埋氣主要污染物在填埋場土層中的環(huán)境土工參數(shù)進行了匯總和統(tǒng)計分析，給出了這些參數(shù)的設(shè)計取值范圍;
　　(2)由于固體垃圾中很大部

4、分都是有機污染物，有機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)上針對國內(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GCL+AL系統(tǒng)中有機污染物遷移時可以忽略GCL中有機物的降解作用;
　　(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散解析解。該解析解

5、簡單方便，并能考慮含水量線性變化時污染物的擴散問題，同時指出非飽和問題對污染物濃度變化的影響;
　　(4)分析了國內(nèi)外填埋場設(shè)計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散模型，模型考慮了隨時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飽和復(fù)合覆蓋層的一維擴散解析解，在此基礎(chǔ)上比較了國內(nèi)不同類型覆蓋層系統(tǒng)對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復(fù)合覆蓋層

6、系統(tǒng)的初步設(shè)計;
　　(5)對于國內(nèi)覆蓋層系統(tǒng)類型，飽和情況下GM+GCL、CCL、GM+CCL對氣體擴散的控制性能依次減弱。對于GM/GCL，GCL含水飽和度從0.85增加到1時，覆蓋層頂部通量減小了82.5％。飽和時GM/GCL系統(tǒng)頂部氣體達到穩(wěn)態(tài)的時間是非飽和情況下的約100倍。對于GM/CCL，CCL含水飽和度從0.1增加到0.85時，覆蓋層頂部通量減小了近1個數(shù)量級;
　　(6)針對垃圾填埋場內(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移問題，建立了氣體在成層非飽和覆蓋層中的一維擴散模型。模型考慮了覆蓋層含水量瞬態(tài)變化和氣體擴散的耦合作用。對于1m厚的覆蓋層，氣體運移20d到100d時，耦合含水量瞬態(tài)變化時得到的氣體相對濃度較含水量穩(wěn)態(tài)變化時得到的濃度小近8倍。并總結(jié)了非飽和土中氣體擴散系數(shù)變化的經(jīng)驗公式，比較得到不同氣體擴散系數(shù)形式對耦合結(jié)果有較大影響;
　　(7)根據(jù)國外對覆蓋層頂部大氣壓強實測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，擬合得到

8、壓強的變化規(guī)律，并提出了大氣壓強對填埋氣運移作用明顯時壓強波動幅度的取值范圍，對實際填埋場區(qū)域壓強波動對氣體控制的研究有很好的參考作用;
　　(8)最后借助于對填埋場污染物的研究理論和分析方法研究了國內(nèi)淮南某垃圾填埋場污染物的現(xiàn)場運移特性，給出了在成層粘土層中污染物運移及預(yù)測的分析方法?，F(xiàn)場試驗表明17年后，Cl-在填埋場底土中的運移深度已經(jīng)達到了底土下部的老粘土層;COD的運移深度則在3m左右。將一維對流擴散理論與實測結(jié)果的比較