填埋場污染物運(yùn)移數(shù)值分析及安全防滲系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法探討.pdf

1、為了有效地控制城市生活垃圾(MSW)對環(huán)境所造成的污染與破壞，現(xiàn)代衛(wèi)生填埋技術(shù)在城市生活垃圾的處置中得到了廣泛的應(yīng)用。為了有效地保護(hù)地下水資源，生活垃圾填埋場的安全防滲系統(tǒng)是現(xiàn)代衛(wèi)生填埋技術(shù)中一個關(guān)鍵技術(shù)，為此必須結(jié)合防滲結(jié)構(gòu)體系、場地的水文地質(zhì)和氣候條件、污染物的生成機(jī)理及填埋場管理等實(shí)際條件，綜合考慮土顆粒對污染物的吸附、生物降解、污染物運(yùn)移所引起的孔隙變化、填埋場下覆飽和或非飽和土層、地下含水層等多種因素，探討滲濾液在填埋場及其下

2、覆防滲襯里與土層及含水層中的運(yùn)移過程及其規(guī)律。作為一種經(jīng)濟(jì)而比較可靠的防滲系統(tǒng)，壓實(shí)粘土襯里在先進(jìn)國家及我國現(xiàn)代填埋場設(shè)計(jì)與建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。 該文著重選擇填埋場-壓實(shí)粘土襯里-含水層兩層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、填埋場-壓實(shí)粘土襯里-飽和或非飽和土層-含水層三層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)作為主要研究對象，首先考慮污染物運(yùn)移的彌散、對流與地球化學(xué)反應(yīng)等不同機(jī)理，分別發(fā)展了一維與二維計(jì)算模型，建立了系統(tǒng)的控制方程及其相應(yīng)的邊界條件與初始條件，進(jìn)而對所建立的

3、初邊值問題進(jìn)行數(shù)學(xué)求解，通過數(shù)值計(jì)算探討了污染物運(yùn)移過程及其基本規(guī)律，通過變動參數(shù)對比計(jì)算探討了各種因素的影響程度。 該文的主要研究工作： 1.壓實(shí)粘土襯里-含水層兩層結(jié)構(gòu)體系內(nèi)污染物運(yùn)移的一維計(jì)算模型與數(shù)值分析：針對填埋場-壓實(shí)粘土襯里-含水層兩層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，基于常孔隙率與飽和多孔介質(zhì)假設(shè)，依據(jù)滲濾液在多孔介質(zhì)中運(yùn)移機(jī)理，在考慮城市生活垃圾的生物降解效應(yīng)、壓實(shí)粘土襯里防滲層以及有限深度含水層的情況下，建立了污染物運(yùn)移

4、的一維數(shù)學(xué)模型及其控制方程。并聯(lián)立邊界條件，進(jìn)而進(jìn)行了數(shù)學(xué)求解。通過數(shù)值計(jì)算詳細(xì)地探討了滲濾液在壓實(shí)粘土襯里中的運(yùn)移過程及對下部含水層所產(chǎn)生的影響，針對不同的工況分析探討了控制滲濾液運(yùn)移過程的主要因素。具體地，在考慮生物降解效應(yīng)的條件下，分別采用平衡線性吸附、平衡非線性吸附和非平衡-非線性吸附等不同的吸附方程考慮粘土顆粒對污染物的吸附性，同時采用線性平衡方程考慮含水層的吸附性，通過對比計(jì)算與分析探討了這些因素及其組合對污染物運(yùn)移過程的影

5、響。由此表明：當(dāng)填埋場壓實(shí)粘土襯里的滲透系數(shù)較低時，彌散和地球化學(xué)反應(yīng)是滲濾液運(yùn)移的控制機(jī)理。粘土對污染物的不同吸附特性和吸附狀態(tài)對污染物運(yùn)移的影響往往不容忽略，而含水層對污染物的吸附性可以不予考慮。影響壓實(shí)粘土襯里封閉效果的主要因素包括污染物生成函數(shù)、壓實(shí)粘土襯里的滲透系數(shù)和彌散系數(shù)、生物降解參數(shù)及有關(guān)吸附參數(shù)。 2.壓實(shí)粘土襯里-滯水飽和土層-含水層三層結(jié)構(gòu)體系內(nèi)污染物運(yùn)移的二維有限差分解法與數(shù)值分析：考慮巖土介質(zhì)滲透的各

6、向異性及其對污染物的平衡非線性吸附，采用有限差分方法建立了二維情況下滲濾液運(yùn)移的數(shù)值計(jì)算模型。通過對某一假想填埋場所進(jìn)行的變動參數(shù)對比數(shù)值計(jì)算與分析表明，對于二維問題，壓實(shí)粘土襯里和滯水層的豎向彌散系數(shù)對于污染物的側(cè)向運(yùn)移具有重要影響，壓實(shí)粘土襯里的最大吸附能力對污染物運(yùn)移影響更為顯著。 3.變孔隙條件下污染物運(yùn)移的一維計(jì)算模型與數(shù)值分析：針對壓實(shí)粘土襯里吸附污染物將降低其孔隙率的實(shí)際情況，在分別考慮粘土對污染物的線性和非線性

7、吸附的條件下，給出壓實(shí)粘土襯里孔隙率隨污染物運(yùn)移過程而發(fā)生變化的計(jì)算公式，針對壓實(shí)粘土襯里與含水層兩層結(jié)構(gòu)體系，建立了污染物運(yùn)移控制方程，并結(jié)合實(shí)際填埋場的邊界條件，通過數(shù)值計(jì)算探討了變孔隙介質(zhì)中污染物的運(yùn)移過程，由此表明變孔隙介質(zhì)對污染物的運(yùn)移過程具有顯著的影響，與?？紫督橘|(zhì)情況相比，壓實(shí)粘土襯里中污染物穿透曲線的峰值濃度下降一倍以上，含水層中的污染物峰值濃度降低幅度更大。此時線性吸附和非線性吸附對變孔隙介質(zhì)中污染物運(yùn)移的影響基本相同

8、。壓實(shí)粘土襯里的孔隙率隨著污染物的運(yùn)移而逐漸降低，彌散對污染物運(yùn)移起支配作用。 4.壓實(shí)粘土襯里-非飽和土層-含水層三層結(jié)構(gòu)體系內(nèi)污染物運(yùn)移的一維計(jì)算模型與數(shù)值分析：考慮到實(shí)際中在填埋場壓實(shí)粘土襯里與含水層之間往往存在飽和或非飽和土層，因此針對壓實(shí)粘土襯里、非飽和土層和含水層三層結(jié)構(gòu)體系，建立了污染物運(yùn)移過程的控制方程及其邊值條件。對于非飽和土層，在體積含水量為深度的線性函數(shù)、水氣擴(kuò)散函數(shù)為體積含水量的線性函數(shù)的假設(shè)下，分別針

9、對壓實(shí)粘土襯里和非飽和土層的不同吸附特性和同時考慮生物降解效應(yīng)，探討了污染物在含有非飽和土層的三層結(jié)構(gòu)體系中的運(yùn)移規(guī)律。通過對比數(shù)值計(jì)算與分析表明非飽和土層的飽和度對污染物的運(yùn)移具有顯著的影響，非飽和土層的土性參數(shù)不僅顯著地影響污染物在非飽和土層和含水層中的運(yùn)移，而且對壓實(shí)粘土襯里中污染物運(yùn)移也具有明顯的作用。當(dāng)壓實(shí)粘土襯里滲透性較低時，對于三層結(jié)構(gòu)體系，壓實(shí)粘土襯里的非線性吸附仍是污染物運(yùn)移過程的控制因素。當(dāng)同時考慮壓實(shí)粘土襯里和非飽

10、和土層的非線性吸附特性時，污染物對含水層的影響將會顯著地降低。非飽和土的吸附強(qiáng)度參數(shù)Ku1對污染物運(yùn)移的影響較吸附能力參數(shù)Ku2顯著。壓實(shí)粘土襯里的降解參數(shù)λc對于污染物在三層結(jié)構(gòu)體系中的運(yùn)移有著重要影響；非飽和土層的降解參數(shù)λu對污染物在非飽和土層和含水層中的運(yùn)移可產(chǎn)生不容忽略的影響。 5.填埋場防滲層基本性能設(shè)計(jì)的簡化計(jì)算方法：針對壓實(shí)粘土襯里(CCL)、土工合成粘土墊(GCL)、單一土工膜、壓實(shí)粘土襯里-土工膜復(fù)合防滲層