滲流場-應(yīng)力場耦合作用下的垃圾填埋氣體運移的數(shù)值分析.pdf

1、我國城市生活垃圾90％以上采用填埋的方式進行處置，每年向環(huán)境釋放的垃圾填埋氣體(簡稱LFG)達100 萬噸以上，由LFG 引發(fā)的安全隱患和環(huán)境問題得到了社會各界的廣泛關(guān)注。十一五期間，把主要污染物減排10％作為約束性指標(biāo)列入規(guī)劃，并制定了污染減排“三大體系”，CDM（清潔發(fā)展機制）進入我國，由于剛剛啟動，為我們提供了一種機遇和挑戰(zhàn)，因此，LFG 是否具有開發(fā)價值，已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點和焦點問題。LFG 在填埋場內(nèi)的釋放是一個極其復(fù)

2、雜的動力學(xué)過程，固體顆粒的運動伴隨在LFG 演化遷移的整個過程，為此，本文提出了將垃圾填埋場視為非飽和傳輸介質(zhì)的構(gòu)想，在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，主要對城市生活垃圾（MSW）中有機物降解規(guī)律和垃圾填埋場的沉降問題進行了初步研究，并考慮了滲流場、應(yīng)力場耦合作用下LFG 抽排過程中氣體壓力、飽和度及模型參數(shù)的靈敏度分析，為LFG 的污染控制和資源化利用提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。主要成果包括以下幾個方面： (1) 深入分析了垃圾土的壓縮

3、機理和力學(xué)特性，提出了垃圾土水特征曲線參數(shù)模型，并對不同模型參數(shù)進行了參數(shù)靈敏度分析，研究了不同參數(shù)對對水分運移的影響規(guī)律，為土壤水分運動基本參數(shù)的選取提供技術(shù)依據(jù)； (2) 通過對垃圾填埋體變形的影響因素的研究，得出了不同的垃圾成分對垃圾填埋體沉降的影響以及垃圾中有機物、無機物的比例不同對沉降的影響規(guī)律，為進一步研究垃圾填埋場穩(wěn)定性提供了條件； (3) 自行研制了一套MSW 沉降監(jiān)測儀器，結(jié)合有機質(zhì)降解機理，確定合

4、理的降解模型，并開展了四種工況條件(自然狀態(tài)、溫控狀態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)、降雨狀態(tài))下有機物降解引起的MSW 沉降試驗，測量降解過程中有機質(zhì)降解率以及產(chǎn)生的水氣質(zhì)量的變化規(guī)律，分析了MSW 沉降與時間之間的規(guī)律以及各因素對有機質(zhì)降解的影響，為模型的建立和參數(shù)的選取提供理論依據(jù)； (4) 融合室內(nèi)試驗研究及已有的現(xiàn)場監(jiān)測試驗結(jié)果，建立了LFG 產(chǎn)氣速率模型，并將其作為內(nèi)源項引入LFG 遷移控制方程，得到了滲流場及應(yīng)力場兩場耦合作用下LF

5、G 遷移的數(shù)學(xué)模型，為定量化地分析填埋場中污染物運移規(guī)律提供了科學(xué)指導(dǎo)； (5) 采用Galerkin 有限元法對模型進行了離散，給出了滲流場及應(yīng)力場兩場耦合控制方程的數(shù)值格式，利用編制的有限元程序進行動態(tài)可視化模擬，模擬結(jié)果表明：考慮耦合的氣體壓力的變化較未考慮耦合情況的氣體壓力小，主要由于非耦合中沒有考慮應(yīng)力場的影響，并且垃圾填埋場中都是分層壓實填埋，因此存在上覆壓力，以及垃圾本身自重，改變孔隙結(jié)構(gòu)分布，孔隙度發(fā)生變化，同