滲漏、擴(kuò)散和降解作用下復(fù)合襯墊有機(jī)污染物運(yùn)移解析模型.pdf

1、隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，越來越多的城市面臨垃圾圍城。填埋處理是目前我國(guó)城市固體廢棄物處置的主要手段。填埋垃圾生物降解產(chǎn)生的滲濾液對(duì)地下水土環(huán)境造成了很大的威脅。而作為發(fā)揮填埋場(chǎng)“堵“功能的襯墊系統(tǒng)則是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重要課題，其中有機(jī)污染物在復(fù)合襯墊中的運(yùn)移規(guī)律、服役壽命評(píng)價(jià)方法以及不同類型復(fù)合襯墊防污性能的比較則是目前研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
　　本文首先在前人研究基礎(chǔ)上總結(jié)了填埋場(chǎng)襯墊系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)類型，論

2、述了污染物在土、土工膜(GM)和土工復(fù)合膨潤(rùn)土墊(GCL)中的運(yùn)移機(jī)理并統(tǒng)計(jì)了有機(jī)污染物在這三種材料中的滲透、擴(kuò)散和吸附等相關(guān)參數(shù)的取值范圍。然后，在考慮土工膜滲漏、有機(jī)污染物通過土工膜的擴(kuò)散以及粘土層中有機(jī)污染物的降解等作用下，針對(duì)GM/GCL或GM/壓實(shí)粘土襯墊(CCL)組成的兩層復(fù)合襯墊獲得了污染物通過其運(yùn)移的滯后時(shí)間;針對(duì)GM、GCL和土質(zhì)襯墊層(SL)組成三層的復(fù)合襯墊，建立了滲漏，擴(kuò)散和降解作用下有機(jī)污染物在這類復(fù)合襯墊中運(yùn)

3、移模型及其解析解。并根據(jù)得到的解析解，分析了滲濾液水頭，土工膜連接的褶皺長(zhǎng)度，界面導(dǎo)水系數(shù)以及生物降解半衰期對(duì)復(fù)合襯墊防污性能的影響，比較了不同襯墊類型的防污性能，并基于解析解給出了基于擊穿時(shí)間的復(fù)合襯墊無(wú)量綱設(shè)計(jì)曲線，以期對(duì)填埋場(chǎng)復(fù)合襯墊的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在0.3m，1m，10m水頭作用下，GM/GCL很快（大約為14天）達(dá)到滯后時(shí)間，水頭和污染物的降解半衰期對(duì)其影響不大;對(duì)于GM/CCL，滲濾液水頭對(duì)

4、滯后時(shí)間的影響不如降解半衰期大，在其他條件相同的情形下水頭從0.3m增加到10m，滯后時(shí)間減少了0.1～6年，而污染物的半衰期從10年減少到1年，滯后時(shí)間減少了10～11年。⑵在GM/GCL/SL襯墊系統(tǒng)中，滲濾液水頭對(duì)污染物的剖面濃度曲線以及污染物的擊穿曲線有很大的影響。例如，在半無(wú)限邊界條件下，當(dāng)連接的褶皺長(zhǎng)度為1000m時(shí)，在0.6m深度處，滲濾液水頭從0.3米增大到10米時(shí)，其濃度增大到1.85倍，在零濃度的邊界條件下，當(dāng)L=1

5、000m時(shí)，當(dāng)滲濾液水頭從0m增大到10m，30年后底部累計(jì)通量增加17.8倍。GM層連接的褶皺長(zhǎng)度對(duì)底部通量的影響較大，在零濃度邊界條件下，當(dāng)hw=10m時(shí)，褶皺長(zhǎng)度從100m增加到1000m時(shí)，20年后，通過底部的累計(jì)通量增加15.3倍。同時(shí)，褶皺長(zhǎng)度對(duì)于底部時(shí)刻通量達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間也有影響，在零通量邊界條件下，滲濾液水頭hw為10m時(shí)，褶皺長(zhǎng)度L=100m達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間是L=1000m的35倍。GM和GCL的界面導(dǎo)水系數(shù)在連接的褶皺

6、長(zhǎng)度較小時(shí)(＜100m)對(duì)于復(fù)合襯墊系統(tǒng)層的溶質(zhì)擊穿曲線的影響很小，在半無(wú)限邊界條件下，當(dāng)L=100時(shí)，當(dāng)導(dǎo)水系數(shù)θ從5.0×10-12 m2/s增大到1.0×10-10 m2/s時(shí)，1年后的底部濃度增大了1.35倍，而當(dāng)L=1000m時(shí)，導(dǎo)水系數(shù)從5.0×10-12 m2/s增大到1.0×10-10 m2/s時(shí)，1年的底部濃度增大了18.4倍。⑶由GM/CCL組成的復(fù)合襯墊對(duì)地下水的保護(hù)水平較GM/GCL/SL復(fù)合襯墊系統(tǒng)在早期時(shí)更為

7、有效（當(dāng)L=100 m，時(shí)間小于30年;當(dāng)L=1000 m，時(shí)間小于6年），例如，當(dāng)L=100m，10年后GM/GCL/SL底部濃度是GM/CCL底部濃度的約112倍。然而，在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)下，GM/CCL復(fù)合襯墊系統(tǒng)的底部時(shí)刻通量較GM/GCL/SL復(fù)合襯墊系統(tǒng)的底部時(shí)刻通量更大，大約是它的7-8倍。⑷基于本文提出的復(fù)合襯墊無(wú)量綱設(shè)計(jì)曲線，對(duì)基于擊穿時(shí)間的GM/GCL/SL襯墊系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)計(jì)算得出在0.3m和3m的水頭作用下，土質(zhì)

8、襯墊層(AL)的厚度分別需要達(dá)到4.5m和5m時(shí)，該三層襯墊的二氯甲烷擊穿時(shí)間能滿足大于30年的要求;同樣，在0.3m和3m水頭作用下，GCL分別與2.5m，3m厚度的AL組成的下層復(fù)合襯墊能夠較好的防止有機(jī)污染物甲苯的運(yùn)移，達(dá)到地下水飲用水規(guī)定年限內(nèi)的擊穿時(shí)間要求。⑸本文獲得的復(fù)合襯墊滯后時(shí)間的解析模型和有機(jī)污染物在GM/GCL/SL組成的三層復(fù)合襯墊中的滲漏、擴(kuò)散和降解解析模型能為填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)工程師提供一個(gè)較為簡(jiǎn)便的設(shè)計(jì)方法，并能用于