城市生活垃圾固液气耦合压缩试验和理论研究

论文摘要

城市生活垃圾,又称城市固体废弃物（Municipal Solid Waste简称MSW）,是指在城市居民日常生活中或为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物。卫生填埋法是我国目前处理MSW的主要手段,而且作为MSW处理的终极方法必将长期存在。垃圾堆体的变形、稳定、填埋气体的迁移以及渗滤液通过衬垫系统的渗漏与扩散是填埋场建设中的四个主要环境岩土工程问题。 MSW的工程特性以及填埋场中渗流、变形及稳定机理比传统的土力学更为复杂,而导致这些机理复杂性的根本原因是填埋场中固、液、气相互影响或耦合作用。本文从MSW工程特性、固液气相互作用试验、压缩机理、沉降计算方法和固液气相互作用数学模型等几个方面对填埋场固液气相互作用问题进行研究。 总结了环境工程学中关于MSW稳定化进程的研究成果,研制了MSW固液气相互作用试验系统（发明专利申请号:200510060477.x）。试验系统具有温度控制、渗滤液回灌、加压、气体和液体收集等功能,能模拟填埋场中MSW的生化和应力状态。5kg人工配制的MSW试样装入直径为190mm的试样室（试样初始高度为320mm）,在150kPa压力下进行降解压缩试验的结果表明,温度是影响降解的主要因素,回灌能加快产气速率,在400kPa的气压下（绝对气压）,降解仍能继续进行。在温度为41℃和回灌的条件下,6个月后降解已基本完成:气相色谱/质谱分析结果表明,气体组分主要为CH4、CO2和H2O。保持试样室容积不变,并处于密闭不透气状态,在高速产气阶段,试样室气压在7d内增加了150kPa。初始孔隙比为3.93的试样降解完成后,总的应变为0.44,其中主压缩应变为0.20,降解压缩应变为0.24。采用产气量作为垃圾降解程度指标,初步确定以最后3d的产气量小于总产气量1%作为垃圾降解完成的标准,相应的变形量作为垃圾的最终变形量。 建立了考虑降解的一维固、液、气三相耦合的固结模型。模型把填埋场简化为非稳定单向渗流场,把垃圾视为以粗粒成分占优的大孔隙介质,假定基质吸力可以忽略。模型把已降解的固相作为汇项,把降解产生的气体和液体作为源项,采用了Gibson和Lo一维压缩流变模型及Landgem产气方程,结合了达西定律、气体状态方程、有效应力原理和多孔介质流体动力学理论。垃圾堆填时产生的超孔隙压力按Hilf分析法计算。运用差分法对固气耦合问题进行了数值求解。计算结果表明:气压随深度增加而增大,透气率大的填埋场其气压消散速率快。气

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 城市生活垃圾（MSW）的定义
• 1.2 我国城市生活垃圾的处理现状
• 1.3 我国典型垃圾填埋场工程简介
• 1.4 填埋场环境土工问题及关键科学问题
• 1.5 国内外研究现状
• 1.6 本文研究的主要问题及主要工作
• 第二章 MSW基本土工特性及试验方法
• 2.1 MSW的组成
• 2.2 MSW的容重
• 2.3 MSW的含水量
• 2.4 MSW颗粒比重
• 2.5 MSW的孔隙率
• 2.6 MSW的透水系数
• 2.6 MSW的透气性
• 2.7 MSW的持水率和凋蔫湿度
• 2.8 MSW的强度参数
• 2.9 MSW吸力量测
• 2.10 本章小结
• 第三章 MSW稳定化规律
• 3.1 填埋场垃圾稳定化及稳定化垃圾
• 3.2 填埋场垃圾稳定化进程
• 3.3 稳定化进程中垃圾组分的变化
• 3.4 稳定化进程影响因素
• 3.5 加快填埋场垃圾稳定化进程措施
• 3.5 本章小结
• 第四章 MSW固液气相互作用试验
• 4.1 仪器原理
• 4.2 仪器结构
• 4.3 试验内容
• 4.4 试验结果及分析
• 4.5 降解压缩稳定标准的确定
• 4.6 杠杆加压式MSW固液气相互作用试验系统
• 4.7 本章小结
• 第五章 填埋场固液气耦合一维固结模型
• 5.1 填埋场流场分类
• 5.2 填埋场固液气三相耦合一维固结模型建立
• 5.3 垃圾填埋场固气耦合问题求解
• 5.4 算例分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 MSW压缩机理和一维沉降计算方法
• 6.1 MSW降解压缩机理
• 6.2 常压力下MSW压缩模型及参数取值方法
• 6.3 分级堆填的填埋场沉降计算方法及参数取值方法
• 6.4 算例分析
• 6.5 国内外填埋场沉降计算模型及评述
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论及展望
• 7.1 结论
• 7.2 对进一步研究工作的展望
• 参考文献（REFERENCES）
• 个人简历及博士期间完成的学术论文及专利
• 致谢