西部山城垃圾填埋场气液运移规律及其污染控制研究

论文摘要

西部大开发,经济和城市化迅速发展,大量人口涌入城市,垃圾巨增,需建新的垃圾卫生填埋场处置垃圾,但西部山城经济条件滞后,技术力量薄弱,卫生填埋场也难以达到100%的垃圾无害化处置,污染问题仍然存在。同时,由于城市化水平提高,上世纪80年代前修建的位于城市郊区的非卫生填埋场(简易垃圾填埋场),已迫近城市中心区,且由于无卫生防护措施对周边环境产生严重污染,已不适应现代需要,必须进行封场整治。因而垃圾卫生填埋场的建设和简易垃圾填埋场的封场整治均存在污染控制问题,而污染控制的关键是要掌握渗滤液和填埋气的运移规律。故卫生填埋场的建设和非卫生填埋场的封场整治,均要进行渗滤液、填埋气运移规律及其污染控制研究。但西部山城垃圾中易降解的有机物含量高,填埋场地形地貌为山地,地表切割深,沟谷发育,地质条件复杂,褶皱构造和断层裂隙较为发育,岩性多样,存在强烈的非均质和各向异性,与沿海平原发达城市垃圾填埋场的垃圾特性和地质条件差异极大,平原沿海发达城市的研究结论不能直接应用于山城。因此西部山城垃圾填埋场气液运移规律及其污染控制研究成为目前急待解决的重要问题。本文通过现场调研,理论分析,室内试验,现场实测及数值模拟等多种手段,对此问题进行了系统的研究。论文首先分析了西部山城垃圾特性及其填埋场地质环境,计算渗滤液和填埋气的产生量;在此基础上,采用孔隙——裂隙双重介质理论、溶质弥散理论,概化西部山城垃圾填埋场渗滤液渗流物理模型,之后由地下水渗流和溶质运移耦合,建立西部山城垃圾填埋场渗滤液渗流污染数学模型,并通过渗滤液COD浓度、地下水水位的模拟值与实测值对比,校正识别模型,最后得到符合客观实际的数学模型。以典型的西部山城简易垃圾填埋场一为代表,采用校正后符合客观实际的数学模型,模拟分析西部山城垃圾填埋场,场内外渗滤液渗流污染特性。此典型西部山城垃圾填埋场内有三条断层通过,断层部位岩体裂隙发育。数值模拟研究中,对此实际垃圾填埋场、断层通过部位进行防渗整治后的填埋场,两种工况,从渗滤液COD浓度随时间的变化规律、渗滤液运移方向的变化规律、以及渗滤液浓度扩散变化规律三个方面,分析对比其渗滤液渗流污染特性,由此可得到西部山城垃圾填埋场渗滤液渗流运移规律。断层或裂隙通过部位,渗滤液渗流形成了一个强径流带,改变了渗滤液渗流路径。场内,治理前的垃圾填埋场,其断层通过部位渗滤液COD浓度值高于治理后填埋场的同一部位COD浓度值约800 mg/L;场外,治理前垃圾填埋场外50m范围内,断层附近监测井渗滤液COD浓度值高于治理后填埋场的同一部位监测井COD浓度值约200 mg/L。断层未治理前填埋场渗液COD浓度最大值位于填埋场中部三条断层的交汇处,治理后渗滤液最大浓度值出现在填埋场的南端,地表标高较低的部位。在建立西部山城垃圾填埋场渗滤液渗流污染模型,进行渗滤液渗流污染规律研究的同时,采用连续介质力学、气体动力学理论,建立西部山城垃圾填埋场填埋气在场内外迁移的数学模型,通过对模型求解,MTLB平台编程,计算分析填埋场填埋气的迁移状况,并与实测结果进行对比,结果表明所建的模型是符合客观实际的,理论计算和实测综合分析,得到的西部山城垃圾填埋场填埋气迁移扩散规律的结论,能为填埋气污染控制提供科学依据。西部山城垃圾填埋场填埋气迁移范围在25m范围内,断层通过部位迁移量大,沿断层通过部位50m后仍有填埋气迁移的现象。填埋场内,随着垃圾体埋深增加,填埋气纵向的迁移量越来越小;填埋场中导气井埋深设置在垃圾体埋深的一半范围内最佳。根据西部山城垃圾填埋场渗滤液、填埋气迁移渗流规律,提出相应的填埋场环境污染控制措施,并对控制措施进行研究,得到最佳的控制方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出及研究意义
• 1.1.1 垃圾填埋场现状
• 1.1.2 课题的研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 渗滤液渗流污染及其控制研究现状
• 1.2.2 填埋气迁移污染及其控制研究现状
• 1.3 主要研究内容及关键技术
• 1.4 研究方法及技术路线
• 1.5 研究获得的成果及存在的难题
• 1.5.1 研究获得的成果
• 1.5.2 存在的难题
• 2 西部山城垃圾特性及其填埋场地质环境
• 2.1 西部山城市垃圾成分及影响因素分析
• 2.1.1 生活水平及消费结构差异的影响
• 2.1.2 民用燃料结构的影响
• 2.1.3 季节与地域的影响
• 2.1.4 城市特征的影响
• 2.2 西部山城重庆垃圾组分特征
• 2.3 西部山城重庆垃圾理化特性
• 2.3.1 垃圾容重
• 2.3.2 垃圾水分
• 2.3.3 垃圾灰分
• 2.3.4 垃圾元素
• 2.4 西部山城地理环境
• 2.4.1 气象条件
• 2.4.2 地形地貌
• 2.5 西部山城垃圾填埋场地质环境
• 2.5.1 西部山城地层岩性
• 2.5.2 西部山城区域地质构造
• 2.6 本章小结
• 3 西部山城垃圾填埋场气液特性及其产生量计算
• 3.1 影响西部山城垃圾填埋场渗滤液产生的因素
• 3.2 西部山城填埋场渗滤液化学组分
• 3.2.1 影响西部山城渗滤液水质的因素
• 3.2.2 西部山城渗滤液化学组分类型
• 3.3 西部山城填埋场渗滤液环境问题
• 3.3.1 西部山城渗滤液的污染分析
• 3.3.2 西部山城渗滤液的地质环境污染问题
• 3.3.3 西部山城渗滤液的岩土环境工程问题
• 3.4 垃圾填埋场渗滤液产量计算
• 3.4.1 垃圾填埋场渗滤液产量计算理论
• 3.4.2 西部山城垃圾填埋场渗滤液产量计算
• 3.5 西部山城垃圾填埋场填埋气产生及其特征
• 3.5.1 西部山城垃圾填埋场填埋气组成
• 3.5.2 西部山城垃圾填埋场填埋气特点
• 3.5.3 填埋气产生过程
• 3.5.4 影响西部山城填埋气产生的因素
• 3.6 垃圾填埋场产量及产气速率计算
• 3.6.1 垃圾填埋场气体产量计算理论
• 3.6.2 西部山城垃圾填埋场产量及产气率计算
• 3.7 本章小结
• 4 西部山城垃圾填埋场渗滤液渗流污染数值模拟分析
• 4.1 西部山城垃圾填埋场一的地质背景
• 4.1.1 垃圾填埋场一概况
• 4.1.2 填埋场自然地理条件
• 4.1.3 场区地质条件
• 4.2 渗滤液渗流污染模型
• 4.2.1 物理模型概化
• 4.2.2 数学模型建立
• 4.2.3 数学模型求解
• 4.2.4 模型区域离散
• 4.2.5 初始及边界条件确定
• 4.2.6 模型识别校正
• 4.3 垃圾填埋场渗滤液渗流污染分析
• 4.3.1 研究区渗滤液COD 浓度随时间变化规律
• 4.3.2 填埋场渗滤液运移方向及其变化规律
• 4.4 断层通过部位整治后填埋场渗滤液渗流污染分析
• 4.4.1 研究区渗滤液COD 浓度随时间变化规律
• 4.4.2 填埋场渗滤液运移方向及其变化规律
• 4.5 断层整治前后垃圾填埋场渗滤液渗流对比分析
• 4.6 本章小结
• 5 西部山城垃圾填埋场填埋气迁移污染分析
• 5.1 西部山城垃圾填埋场填埋气迁移扩散
• 5.1.1 填埋气迁移扩散
• 5.1.2 影响填埋气迁移的因素
• 5.2 西部山城填埋场填埋气迁移数学模型
• 5.2.1 西部填埋场填埋气迁移物理模型概化
• 5.2.2 垃圾填埋体气体迁移方程
• 5.2.3 填埋场内填埋气迁移数学模型
• 5.2.4 填埋场外填埋气迁移数学模型
• 5.3 西部山城垃圾填埋场填埋气迁移实例分析
• 5.3.1 简易垃圾填埋场一填埋气迁移计算分析
• 5.3.2 简易垃圾填埋场一实测分析
• 5.3.3 简易垃圾填埋场二填埋气迁移计算分析
• 5.3.4 简易垃圾填埋场二实测分析
• 5.4 本章小结
• 6 西部山城垃圾填埋场环境污染控制
• 6.1 西部山城垃圾填埋场环境污染现状
• 6.2 西部山城垃圾填埋场环境污染控制措施
• 6.2.1 西部山城垃圾填埋场渗滤液污染控制
• 6.2.2 西部山城垃圾填埋场填埋气迁移控制
• 6.3 垃圾填埋场污染控制方案研究
• 6.3.1 西部山城简易垃圾填埋场一整治概况
• 6.3.2 简易填埋场一封场整治后渗滤液渗流污染分析
• 6.3.3 简易填埋场二封场整治分析
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录