生活垃圾渗滤液运移的温度—渗流耦合作用研究

论文摘要

卫生填埋法是我国目前城市生活垃圾处理的主要手段。填埋法处理城市生活垃圾会产生大量污染物浓度高的渗滤液,这些渗滤液如不加处理则会对周围环境水体产生二次污染,危害极大。为了控制和治理垃圾渗滤液,就需要对垃圾滲滤液的运移规律进行研究。本文以垃圾降解的生化反应机理为基础,综合考虑对流、弥散、扩散、吸附和有机物生物降解等作用,建立了垃圾渗滤液溶质运移的对流—弥散模型,并对其一维数学模型进行解析求解。在垃圾渗滤液溶质运移的基础上,开展室内模拟垃圾柱实验,分析了温度对垃圾渗滤液运移的影响,并得出了由此而引起的污染物化学指标的变化。根据多孔介质渗流力学和热力学理论,对垃圾填埋场内的渗流理论和热效应进行了分析。从填埋场内非等温角度出发,理论上分析了填埋场内水分运移与温度变化之间相互作用的机理。温度变化对渗流场的影响表现为两方面:一方面,温度通过影响填埋体的渗透系数张量而影响渗流场;另一方面,温度梯度本身也影响水流的运动,而且温度梯度越大,对渗流场的影响也越大,并在此基础上建立了温度影响条件下的滲流场控制方程。通过分析渗滤液运移对温度场的影响,建立了渗流影响条件下的温度场控制方程,结果表明,垃圾填埋体温度场的分布与渗流水头分布有密切的关系,水头梯度越大,对温度场的影响也越大。在综合考虑垃圾填埋体温度场与渗流场耦合的基础上,建立了垃圾渗滤液运移的双场耦合连续介质数学模型,并给出了求解该数学模型的有限元方法,并对该模型进行了一维简化求解.通过对一维简化数学模型的分析,得出结论:随着渗透系数的增大,渗流场对温度场的影响增强;而温度场对渗流场的影响减弱。且渗流由高温向低温流动时,使温度场温度普遍升高,但使渗流场水头普遍减小;渗流由低温向高温流动时,使温度场温度普遍降低,但使渗流场水头普遍增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.2 城市生活垃圾的处理方法
• 1.3 垃圾填埋场内水分运移及相关的环境问题
• 1.3.1 渗滤液的产生和运移
• 1.3.2 与水分运移相关的环境与稳定问题
• 1.4 国内外研究现状分析
• 1.5 本文的主要研究内容、研究目标、研究方法及技术路线
• 1.5.1 主要研究内容
• 1.5.2 研究目标
• 1.5.3 研究方法
• 1.5.4 技术路线
• 第2章 填埋场中渗滤液运移的机理及模型
• 2.1 渗滤液在填埋场中的运移机理
• 2.1.1 对流运移
• 2.1.2 分子扩散
• 2.1.3 机械弥散
• 2.1.4 吸附作用
• 2.2 对流-弥散运移方程
• 2.2.1 对流-弥散运移方程的推导
• 2.2.2 对流-弥散运移方程的定解条件
• 2.2.3 常见的对流-弥散运移方程解析解
• 2.3 有机生物降解作用下污染物的运移探讨
• 2.3.1 填埋场垃圾厌氧生物降解的基本原理
• 2.3.2 填埋有机垃圾降解的生化动力学模型
• 2.3.3 考虑生物降解作用的污染物运移方程及解析解
• 2.4 渗滤液运移的饱和-非饱和水动力学弥散方程
• 2.5 本章小结
• 第3章 室内模拟垃圾柱实验研究
• 3.1 实验理论依据
• 3.2 实验模拟垃圾柱的设计
• 3.3 实验运行方式
• 3.4 温度影响条件下渗滤液监测指标的实验分析
• 3.4.1 不同温度下渗滤液pH值随时间变化趋势
• 3.4.2 不同温度下渗滤液COD浓度随时间变化趋势
• 3.4.3 不同温度下渗滤液氨氮浓度随时间变化趋势
• 3.5 本章小结
• 第4章 渗滤液运移的温度场与渗流场耦合分析
• 4.1 垃圾填埋场中热效应分析
• 4.1.1 热传导
• 4.1.2 热对流
• 4.1.3 热辐射
• 4.2 垃圾填埋场中渗流基本理论
• 4.2.1 达西定律
• 4.2.2 连续性方程
• 4.2.3 渗流基本微分方程
• 4.2.4 饱和-非饱和渗流的基本微分方程
• 4.3 温度场与渗流场耦合分析
• 4.3.1 温度变化对渗流场的影响
• 4.3.2 渗滤液运移对温度场的影响
• 4.3.3 温度场与渗流场耦合的连续介质数学模型
• 4.3.4 温度场与渗流场耦合的一维求解
• 4.4 本章小结
• 结论与建议
• 1.本文的主要结论
• 2.进一步研究的建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目