本文選題：城市生活垃圾　切入點：高廚余　出處：《浙江大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：目前,我國城市生活垃圾的年產(chǎn)生量已達到2.4億噸,且仍以每年8-10%高速增長�！盁o害化、減量化、資源化”填埋是我國當前及今后可預見時期內(nèi)處理城市生活垃圾的必然選擇和主要方式。深入研究高廚余垃圾生化-水力-力學相互作用規(guī)律,有助于控制和解決高廚余垃圾填埋場的填埋體失穩(wěn)流滑、滲濾液滲透、填埋氣擴散等環(huán)境巖土工程問題。本文在國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)項目“城市固體廢棄物填埋孕育環(huán)境災害與可持續(xù)防控的基礎研究”(2012CB719800)的課題“填埋體多場相互作用及液氣調(diào)控”(2012CB719802)的資助下,開展了高廚余垃圾填埋體大型模型和填埋柱試驗,研究了生化-水力-力學相互作用規(guī)律,建立了持水量模型和液氣傳導模型,提出了填埋場滲濾液產(chǎn)量評估、液氣運移相互阻滯控制以及控制災變源的分階段調(diào)控等方法,主要獲得了以下結(jié)論:(1)大型模型試驗方法:開展了 CELL1和CELL2兩組大型模型試驗,模型尺寸分別為5.O×5.O×7.5m和5.O×4.2×7.5m,試驗歷時分別為1050天和710天,分別研究豎向一維和軸對稱二維液氣傳導條件下的高廚余垃圾生化-水力-力學相互作用規(guī)律;通過垃圾層頂部加載模擬了上覆填埋荷載,通過水位升降和通氣試驗分別測試了液相和氣相滲透系數(shù),通過熟化滲濾液和升溫后的滲濾液回灌研究了加速降解調(diào)控效果;監(jiān)測了滲濾液收集量、水位、土壓力、沉降、溫度、滲濾液水質(zhì)(包括pH、COD、BOD、VFA、氨氮、堿度等)和填埋氣組分(包括CH4、CO2、O2等)。同時,利用TDR、ERT和氣壓管測試了垃圾體的液氣賦存形態(tài),揭示了重力水排空狀態(tài)下滯水層的存在以及液面以下垃圾體內(nèi)孔隙氣壓力的累積-消散現(xiàn)象,孔隙氣壓力消散前的峰值壓力高于孔隙水壓力值1～13 kPa。(2)垃圾自身產(chǎn)液規(guī)律及填埋場滲濾液產(chǎn)量評估方法:高廚余垃圾填埋2個月后,在全覆蓋和重力導排條件下,自身滲濾液產(chǎn)量可達垃圾填埋量的26.5～29.4%,為1年內(nèi)總產(chǎn)量的96%;高廚余垃圾自身產(chǎn)液量占我國南方填埋場滲濾液總產(chǎn)量的55～70%以上;填埋柱試驗結(jié)果揭示了高廚余垃圾的持水量隨降解時間呈指數(shù)形式下降,隨上覆應力呈半對數(shù)線性下降的變化規(guī)律,且持水量的變化與應力路徑無關(guān);建立了考慮應力壓縮和生化降解作用的持水量預測模型,提出了增大高廚余垃圾堆體的脫水速率和脫水量的工程建議;提出了考慮降雨入滲量、垃圾自身產(chǎn)液量和垃圾填埋進程的高廚余垃圾填埋場滲濾液產(chǎn)量評估方法,計算結(jié)果與杭州天子嶺第二填埋場的滲濾液產(chǎn)量實測數(shù)據(jù)吻合較好。(3)滲濾液水位壅高及其對應力場的影響:高廚余垃圾填埋完成后,滲濾液水位達到垃圾體厚度88%,豎向堆載32.2 kPa后,水位超過垃圾層頂面1.7 m以上;造成高廚余垃圾填埋體滲濾液水位高的原因主要包括垃圾自身產(chǎn)液量大、壓縮變形量大和液面以下淤積氣體量大;其中,液面以下淤積氣體對滲濾液水位的貢獻為22～28%;滲濾液水位快速壅高后,垃圾的自重有效應力接近于0kPa,降低水位可使自重有效應力發(fā)揮作用,增大上覆荷載可進一步提高有效應力。(4)液氣運移相互阻滯規(guī)律及分離立體導排方法:液面以下垃圾體含氣量從13%上升至21%時,液相滲透系數(shù)從10-5 m/s量級下降至10-6 m/s量級;水位下降過程中,液面以下垃圾體內(nèi)淤積的氣體膨脹,含氣量增大,液相滲透系數(shù)降低;基于達西定律、vG-M模型和Kozeny-Carman模型,建立了高廚余垃圾的液氣傳導模型,揭示了液氣運移相互阻滯規(guī)律;提出了高廚余垃圾填埋場的液氣分離立體導排系統(tǒng),并在深圳下坪和杭州天子嶺填埋場得到了成功應用,滲濾液水位降低了 5-10m,填埋氣收集量和收集率提高了 2-4倍,同時增強了垃圾堆體的穩(wěn)定性。(5)應力和降解作用下的壓縮規(guī)律。高廚余垃圾填埋2個月后,壓縮應變量可達33～47%,為1年內(nèi)總壓縮應變量的94～96%;新鮮高廚余垃圾的修正主壓縮系數(shù)C'C為0.323-0.381,降解2.5年后降至0.215;胞內(nèi)水析出壓縮造成新鮮高廚余垃圾的C'c顯著高于新鮮低廚余和老齡期高廚余垃圾;液面以下垃圾體內(nèi)孔隙氣壓力的積聚導致回彈變形的出現(xiàn);填埋柱試驗結(jié)果揭示了高廚余垃圾的壓縮應變隨降解時間呈指數(shù)形式下降,隨上覆應力呈半對數(shù)線性下降的變化規(guī)律,且壓縮應變的變化與應力路徑無關(guān)。(6)生化降解規(guī)律及加速降解方法:高廚余垃圾填埋初期滲濾液VFA迅速升高抑制了產(chǎn)甲烷進程,采用熟化滲濾液回灌措施可以加速產(chǎn)甲烷;垃圾體溫度低于20℃時,甲烷化反應減緩,采用升溫后的滲濾液回灌措施能夠提高垃圾體溫度,并加速甲烷化;高廚余垃圾厭氧降解過程中滲濾液氨氮濃度持續(xù)上升,通過間歇性通風供氧措施能夠有效降低氨氮濃度;高廚余垃圾填埋后2個月內(nèi),10～13%產(chǎn)氣潛力隨滲濾液導排而流失。(7)填埋場降解穩(wěn)定化過程及分階段調(diào)控方法:利用大型模型試驗結(jié)果驗證了生化-水力-力學耦合理論模型,獲得了可用于高廚余垃圾填埋體耦合理論模擬的全套參數(shù);基于課題組提出的以水解度、胞內(nèi)水釋放度、產(chǎn)甲烷度和固結(jié)度作為評估指標,現(xiàn)場鉆孔取樣測試與耦合理論模擬相結(jié)合的高廚余垃圾填埋場的穩(wěn)定化評估方法,將高廚余垃圾填埋場的穩(wěn)定化過程劃分為快速降解、慢速降解和后穩(wěn)定化三個階段,并提出了控制災變源的分階段調(diào)控方法。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X799;TU43

【參考文獻】

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