温度影响条件下城市生活垃圾渗滤液运移研究

论文摘要

垃圾的生化降解,改变着填埋体的水力特性及渗滤液的理化性质,增加了渗滤液运移规律的复杂性。本文通过理论分析、模拟实验和数值模拟的方法,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温度影响条件下有机组分厌氧降解对渗滤液运移的影响。借鉴化学反应热力学的相关理论,尝试分析了温度对厌氧降解关键阶段（产甲烷）反应方程平衡常数的影响,并建立了平衡常数和温度之间的定量关系式,同时对温度效应的影响机理进行了初步探讨。在分析渗透系数理论模型（Kozeny-Carman）的基础上借鉴水温和岩体温度、温度梯度对岩体渗透性能的影响试验理论分析了渗滤液温度和垃圾体温度、温度梯度对渗透系数的影响。建立了稳定渗流条件下的温度对垃圾体渗透系数的影响关系式。最后建立垃圾渗滤液水分及溶质运移一维模型,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。渗滤液溶质运移问题的基本方程建立在对流—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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 渗滤液的研究现状
• 1.2.1 渗滤液的产生
• 1.2.2 渗滤液的组成特征及理化特性
• 1.2.3 渗滤液产生量计算方法
• 1.2.4 垃圾渗滤液运移模型的研究进展
• 1.3 本文的研究内容、研究目标及研究思路
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究目标
• 1.3.3 研究思路
• 第2章 关于渗滤液运移基本理论
• 2.1 填埋场水分运移机理
• 2.1.1 弥散理论
• 2.1.2 Darcy定律
• 2.1.3 影响垃圾填埋体内渗滤液运移的因素
• 2.1.4 垃圾体的水力特性
• 2.1.5 饱和—非饱和渗流控制方程
• 2.2 渗滤液溶质运移机理
• 2.2.1 分子扩散
• 2.2.2 机械弥散
• 2.2.3 水动力弥散
• 2.2.4 对流
• 2.2.5 源汇项
• 2.2.6 污染物运移控制方程
• 2.3 本章小结
• 第3章 垃圾渗滤液运移实验研究方案与设计
• 3.1 实验目的
• 3.2 实验装置
• 3.3 实验垃圾样品组分及装填
• 3.4 实验运行方式
• 3.5 实验测定项目及分析方法
• 3.5.1 垃圾的基本物理化学性质
• 3.5.2 渗滤液监测指标及方法
• 3.6 本章小结
• 第4章 温度对生活垃圾降解影响机理及对渗滤液运移的影响
• 4.1 温度对生活垃圾降解的影响理论分析
• 4.1.1 生活垃圾降解中的热力学因素
• 4.1.1.1 化学反应热力学基本概念
• 4.1.1.2 温度对生化反应平衡常数的影响
• 4.1.2 温度效应的影响机理
• 4.2 垃圾降解对渗滤液运移的影响
• 4.2.1 降解对垃圾体的影响
• 4.2.2 降解对渗滤液流体的影响
• 4.3 温度对渗透系数的影响
• 4.3.1 渗透系数
• 4.3.2 渗透系数理论模型
• 4.3.3 温度对渗透系数的影响机理探讨
• 4.4 本章小结
• 第5章 垃圾填埋场渗滤液运移模型研究
• 5.1 温度条件下垃圾填埋场渗滤液运移一维模型
• 5.1.1 方程假设
• 5.1.2 基本方程
• 5.1.3 水分运移控制方程
• 5.1.4 溶质运移控制方程
• 5.2 模型数值求解
• 5.2.1 水分运移数学模型数值解
• 5.2.2 溶质运移数学模型数值解
• 5.3 模型检验与分析
• 5.3.1 初始条件和边界条件
• 5.3.2 参数确定
• 5.3.3 计算结果与室内实验结果的比较及分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 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