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降解条件下垃圾填埋场渗滤液运移规律研究

曹江英  
【摘要】: 垃圾的生化降解,改变着填埋体的水力特性及渗滤液的物理性质,增加了渗滤液运移模型建立的复杂性。本文通过理论分析、模拟实验和数学模拟的方法,分析了降解对填埋垃圾固体骨架和渗滤液流体特性的影响,对降解条件下的垃圾渗滤液水分及溶质运移规律进行了研究。 首先以土壤水分及溶质运移动力学为基础,结合垃圾土的特殊性,分析了填埋场内渗滤液运移的基本理论,包括垃圾体内水分运移机理和溶质运移机理两方面。在此基础上开展了填埋场室内模拟实验,对模拟柱内垃圾的初始物理性质、固相垃圾中有机质含量、垃圾沉降、渗滤液密度及主要污染物指标等进行了监测、分析。通过实验研究和理论分析,从垃圾固体骨架和渗滤液流体特性两方面研究了生活垃圾填埋场有机组分厌氧降解对渗滤液运移的影响。最后建立了降解影响条件下的垃圾渗滤液运移一维数学模型,并应用差分法和Galerkin有限单元法分别对渗滤液水分、溶质运移问题进行了数值求解,以实验数据对水分运移模型进行了检验和分析。 实验及资料分析结果表明:垃圾降解、沉降导致的孔隙度等垃圾固体骨架水力特性的改变是影响填埋场水分运移的主要因素,而渗滤液密度和粘滞性波动导致的渗透系数变化相对较小。 垃圾渗滤液水分及溶质运移一维模型的建立,考虑了垃圾降解过程中填埋体孔隙度和渗透系数的变化。模型中采用了Gibson和Lo一维压缩模型,并假定饱和渗透系数的对数和孔隙比成线性关系等。渗滤液溶质运移问题的基本方程建立在对流一弥散方程的基础上,并以COD浓度作为有机物含量的度量标准,建立了考虑了固相的溶出和液相生化降解的有机污染物运移方程。 应用建立的数学模型,对垃圾模拟柱渗滤液产生量进行了预测,结果表明:在填埋初期,模拟值与实测值有一定偏差,这主要由于填埋初期场内垃圾成分非均质性较强、孔隙差异较大导致的;后期模拟结果与实测值总体拟合效果较好。本论文的研究成果,对准确预测填埋场内渗滤液水量、水质的变化情况,及有效控制渗滤液污染起到了积极作用。


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