生活垃圾填埋场渗滤液渗漏场地污染风险评价体系

为应对生活垃圾填埋场渗滤液渗漏导致的场地污染问题以及分析对周边环境和人类健康的影响,本研究综合考虑了自然和社会影响因素,采用“源−途径−受体”全过程分析法,建立了包括潜在危险、场地环境脆弱性和敏感目标在内的风险评价指标体系,并确定了各指标评分标准。通过对生活垃圾填埋场污染防控领域的权威专家进行问卷调查,并运用层次分析法确定了各指标的权重,应用加权求和法计算了风险指数,将污染风险分为“高”“中”“低”三级。此外,选取了国内6座典型生活垃圾填埋场(包括3座简易型和3座正规型)进行风险评价和验证。结果表明:①3座简易型(1~3号)和3座正规型(1~3号)生活垃圾填埋场的风险等级依次为高(7.14)、高(7.79)、中(5.35)、中(5.56)、中(5.86)、中(6.29)。②通过与现有方法和实际情况进行对比验证,证明了本研究所建的风险评价体系合理可行,在指标代表性和评价结果有效性方面优于现有体系。③本研究充分利用了地表水、地下水、渗滤液监测及水文地质调查等场地调查数据,提高了评价的准确性。研究显示,提出的风险评价体系适用于我国生活垃圾填埋场的高厨余特征,能够有效地识别渗滤液渗漏场地污染风险的关键环节,本文可为场地分级管理提供指引,并为渗滤液渗漏场地污染的治理、修复、监测及管理提供有力依据。

城市固废填埋场开挖筛分再利用碳排放评估

本文评估了填埋场开挖筛分再利用的碳排放和碳减排效益,该研究有利于健全我国在城市固废处理领域的碳排放计算体系.首先从流程角度分析,分类整理了每个过程的排放因子和减排因子等参数.其次,选取我国东部某大型城市固废填埋场为研究对象,运用蒙特卡罗模拟进行了分析.结果显示,该填埋场的开挖减排量超过排放量,陈腐垃圾净排放平均值为-235.22kgCO_(2)-eq/t.此外,分析了排放与减排的主要来源,发现轻质物焚烧是排放的主要贡献者,而焚烧产生的电能和热力的回收是减排的主要来源.最后通过参数的敏感性分析,发现能量转化效率和净减排因子对减排结果有显著影响.

桐油对固化土搅拌和易性及强度的影响研究

搅拌法在穿越黏土地层(塑性指数大于25)施工时,黏土容易黏附在搅拌桨和转杆上,形成团聚包裹,极大地影响搅拌的和易性和固化土工程性质。桐油是一种干性天然植物油,具有较好疏水和润滑性,在传统生土材料中得到了广泛应用。针对水泥固化土搅拌和易性和强度提升问题,系统地研究了桐油改性黏土的液塑限、固化土的经验黏附比和无侧限抗压强度的变化规律,开展了电子显微镜扫描(SEM)、压汞试验(MIP)和傅里叶红外光谱分析(FT-IR)试验,探究了桐油对固化土搅拌和易性和强度提升的微观机理。结果表明,桐油可显著提高固化土的搅拌和易性,最优掺量约为干土质量的4.0%左右;对均匀搅拌的水泥固化土而言,掺入桐油后28d无侧限抗压强度可提升约1/3。综合对搅拌和易性与强度的提升效果,桐油在黏土地层搅拌施工中具有良好的应用前景,成果可为理论研究和工程实践提供参考。

焚烧飞灰火山灰活性测试及评价方法研究

生活垃圾焚烧飞灰的资源化利用正受到关注,火山灰活性是其应用的重要性能,但目前缺乏可靠的火山灰活化评价方法。鉴于粉煤灰与焚烧飞灰均是焚烧产物,借鉴现有粉煤灰的火山灰活性评价方法,从物质组成(成分结构分析法)、胶凝性能(强度指数法)和化学反应(结合水含量法)三个角度对两种焚烧飞灰(炉排炉、流化床)进行火山灰活性测试和分析,同时与三个等级粉煤灰的测试结果进行对比。结果表明:成分结构分析法和强度指数法均可用于评价焚烧飞灰的火山灰活性,而结合水含量法不适用;非晶相硅铝含量可以作为火山灰活性的表征指标,与强度指数具有一定相关性;强度指数法测试结果受非晶相硅铝与钙相对含量的影响,对于焚烧飞灰,14 d胶砂强度指数即可反映其火山灰活性,而对于粉煤灰,需要考虑采用90 d甚至更长龄期的强度指数来进行评价。

增强型集气覆盖层闭气能力影响因素及优化布置

为了实现我国生活垃圾填埋场的高效集气,消除填埋气无序逸散造成的环境污染及人身安全问题,提出由HDPE土工膜、膜下集气管和土质调节层构成的增强型集气覆盖层(EGCC)结构.采用Geo-studio软件中的Air/W模块,分析增强型集气覆盖层的闭气效果及其影响因素.结果表明,土质调节层的固有渗透率、膜下集气管的抽气压力和单层填埋垃圾的厚度是影响增强型集气覆盖层闭气效果的3个主要因素.膜下最大气压随着土质调节层的固有渗透率的降低、膜下集气管抽气压力的提高和单层填埋垃圾厚度的提高而增大.提出基于土质调节层的固有渗透率和膜下集气管抽气压力的膜下集气管布置间距估算公式,建议优先选用当地容易获得的中砂或更粗的土料作为土质调节层.在深圳下坪填埋场采用增强型集气覆盖层并结合集气井技术后,2014—2019年期间填埋气收集量提升7倍以上,收集率由不到30%提升至超过90%.

一种原位测量非饱和土的气体扩散系数和渗透系数的方法与装置

气体扩散系数Dg和渗透系数Kg是研究非饱和土中气体运移的两个重要参数。推导了稳态条件下,非饱和土中气体运移参数的计算理论。该理论基于示踪气体浓度C与气体流量q1之间及压力梯度P与气体流量q2之间的变化规律,分别确定非饱和土的Dg,Kg。依据推导的理论公式,设计并研制了一种原位测量非饱和土的Dg,Kg的装置。开展土柱试验,利用新装置测量非饱和土的Dg,Kg,并采用单元试验和数值模拟验证新方法和装置的有效性。研究表明新方法测量的非饱和土的Dg,Kg与单元试验及数值模拟结果吻合良好。基于数值模拟开展的敏感性分析结果揭示:Dg测量准确度随土体的质量含水率w减少而降低,而Kg的测量准确度受含水量的影响不显著;非饱和土的Dg,Kg的测量准确度均随着注气球半径增加而降低,但是注气球半径对Kg的测量准确度的影响更为显著,当注气球半径增加到0.05 m时,其准确度约为55%;土体各向异性降低测量准确度,当竖向与水平向的气体运移参数的比值Dgv/Dgh和Kgv/Kgh均为0.1时,Dg,Kg的测量准确度仍可达到40%以上。

高级氧化-PRB修复填埋场复合污染地下水的可行性

以杭州市某生活垃圾填埋场一期地下水中复合污染的COD,NH_(4)^(+),Mn^(2+)为对象,联用了非均相Fenton氧化和渗透性反应墙(PRB),设计了活性炭(AC),生物炭(BC),BC+Fe_(3)O_(4)3种不同的氧化反应催化剂组合并将其兼做PRB氧化层活性填料,下游串联沸石吸附层.批试验和柱试验结果显示,H_(2)O_(2)可直接预氧化47%的COD.氧化层中COD在催化氧化和吸附共同作用下被削减;Mn^(2+)受多孔碳材料灰分释放影响先沉淀后溶解,然后被吸附;AC和BC表面的官能团-OH和-COOH参与了反应.吸附层中NH_(4)^(+)和Mn^(2+)与沸石离子交换引起了沸石骨架结构变化,且沸石表面的官能团-NH和-OH也参与了兜底吸附.BC+Fe_(3)O_(4)氧化层与沸石吸附层长度比为1:3的串联组合对三种污染物的去除率均较高,且PRB失效时间(即污染物出流浓度达到入流的10%且超过限值的时间)最迟,填料失效时的有效利用率最高,是最优工艺.

堆载和固结对高饱和度废弃黏土抗剪强度影响

以杭州某基坑开挖渣土为研究对象,开展了24组大尺寸固结-直剪试验,研究了瞬时、阶梯型和斜坡型3种加载方式下高饱和度黏土固结过程抗剪强度的变化规律.结果表明,在上覆荷载作用下,土体产生瞬时压缩,压缩量随荷载的增大而增加;在3种加载方式下,当最终荷载相同时,最终沉降量较为接近;剪切曲线为应变硬化型,初始切线模量和最终剪应力均随固结度或上覆荷载的增大而提高;加载方式对初始切线模量有一定影响,对最终剪应力影响较小;抗剪强度随固结度的增长呈线性增大趋势,增大幅度随荷载的增大而显著;在3种加载方式下,当上覆荷载和固结度相同时,抗剪强度基本接近.基于试验结果,建立了高饱和度黏土固结过程抗剪强度预测模型,并利用本文试验数据和文献数据验证了其可靠性.模型分析结果表明:随着固结度的增长,抗剪强度包络线截距呈线性增大,而弯曲程度呈线性减小.在高饱和度废弃黏土堆填工程中,可采用本文建立的模型来预测不同堆填方式下土体固结过程的抗剪强度.

渣土填埋场滑坡风险等级评估——以杭州某渣土场为例

“渣土围城”是我国城镇化发展以来最大的障碍之一,渣土场滑坡给周边环境带来了极大的安全隐患。针对渣土场滑坡风险评估的复杂性,建立了一种渣土场滑坡风险等级评估方法,该方法以定性和半定量的方式将渣土自身特性和滑坡特点考虑在滑坡风险评估的各个物理过程中,构建边坡安全系数与失稳概率等级的对应关系,将边坡失稳概率等级与危害性等级分为极高、高、中、低4级,并建立4×4的风险等级矩阵;提出贯穿渣土场建设全过程的滑坡风险管控对策,涉及渣土场选址、建设和治理、监测和预警、应急响应4个部分;以杭州某渣土场为例详细说明该方法在实际场地中的应用,通过对研究区域进行边坡稳定性分析、运移距离估计和危害性结果统计,评估了该渣土场在堆填结束后的滑坡风险等级。

生活垃圾填埋场黄土覆盖层的甲烷氧化能力现场测试和评估

采用静态箱和激光甲烷检测仪等设备开展了50组地表甲烷通量测试,分析了不同龄期垃圾堆体上部土质覆盖层的甲烷氧化能力,并修正了评估现场土质覆盖层甲烷氧化速率和甲烷氧化率的计算方法.结果表明:80%测试点的地表甲烷通量低于澳大利亚CFI(澳洲碳农业倡议)规定限值60g/(m^(2)·d),导气竖井附近20m范围内存在甲烷通量超过CFI规定的排放热点.填埋龄期3~7a堆体的地表甲烷通量从1.13g/(m^(2)·d)下降到0.53g/(m^(2)·d),7~10a的地表甲烷通量基本保持稳定.甲烷氧化速率和覆盖层底部甲烷通量具有正相关性,现场测得的土质覆盖层最高甲烷氧化速率为63.30g/(m^(2)·d),对应的底部甲烷通量为75.95g/(m^(2)·d).每一龄期堆体上部黄土覆盖层的平均甲烷氧化率均超过90%.

复合衬垫土工膜褶皱网络水力连通性分析方法

褶皱的水力连通长度是复合褶皱渗漏量评估的关键参数,褶皱网络的水力连通性分析还缺乏客观高效的分析方法。基于对漏洞周围水头分布的简化,提出以搜索长度为标准判定褶皱间水力连通性。通过将褶皱线段化,建立了褶皱网络连通性数字化分析方法,并编制了相应的分析程序,研究了该方法在文献报道的褶皱网络和处于良好状态的GM/GCL(土工膜/土工复合膨润土垫)衬垫中的应用。结果表明:搜索长度的定义给出了判定褶皱间水力连通性的客观标准,能反映衬垫的不同参数(如水头、界面导水系数以及渗透系数等)对褶皱间水力连通性的影响。褶皱线段化使褶皱位置和尺寸的描述更容易,数字化的水力连通分析简便且高效。基于该水力连通性分析方法的渗漏量评估结果偏保守。在进行渗漏量计算时,若假定统一的长度来描述褶皱网络,则需要根据漏洞频率的不同选择不同值。该水力连通性分析方法作为渗漏量评估完全数字化的关键环节,具有重要的应用前景。

工程泥浆脱水泥饼制备烧结陶粒及其性能研究

为了寻求工程泥浆的高值资源化利用有效途径,以经机械脱水泥饼为主要原料,掺加不同比例的粉煤灰和钢渣制备陶粒,设计了高含水率泥饼制备陶粒的成型设备和工艺流程,探究了化学组成对陶粒性能的影响,测试了陶粒混凝土和易性及强度性能,并与普通混凝土进行了对比。研究表明:掺入适量钢渣能有效提升陶粒的强度,降低吸水率;而粉煤灰则反之,主要原因是钢渣的掺入优化了黏土的SA/R(难熔成分与助熔成分质量比),而粉煤灰的掺入则劣化了该比值。当钢渣掺入量为10%(质量分数)时,烧结陶粒的筒压强度为5.8 MPa,吸水率为10.4%,堆积密度为1 076 kg·m^(-3),表观密度为2 010 kg·m^(-3),满足《陶粒混凝土技术规程》(DBJ/T 15-62—2021)中关于高强陶粒的使用要求,可以应用于陶粒混凝土。按C45设计的陶粒混凝土抗压强度为23.49 MPa,流动性较好,表观密度较低,能降低其12.4%的自重,适用于非承重结构。

氧气微纳米气泡曝气异位修复渗滤液污染地下水效果研究

针对城市固废填埋场场地地下水污染的修复难题,提出氧气微纳米气泡(OMNB)曝气异位修复渗滤液污染地下水的方法.为研究该方法的效果,首先对渗滤液污染地下水开展OMNB曝气与氧气常规(OCB)曝气室内试验,通过对比两种曝气的传质效率、曝气前后水样的微生物活性和污染物浓度的变化研究了OMNB曝气的污染物去除效率,之后对OMNB曝气前后的水样进行紫外-可见光光谱(UV-VIS)、同步荧光光谱(SFS)和三维荧光光谱(3D-EEM)分析研究OMNB曝气前后水样中溶解性有机物(DOM)种类及浓度的变化.试验结果表明:OMNB曝气与OCB曝气的体积传质系数分别为0.265 s^(-1)和0.005 s^(-1).在曝气后第30 d时,OMNB曝气与OCB曝气处理的水样的脱氢酶活性(DHA)分别提高了151%和84%,OMNB曝气处理水样的五日生化需氧量(BOD5)、化学需氧量(COD)和氨氮的去除率分别约为95%、50%和10%.OMNB曝气后,水样中DOM聚合度增加,芳香性、疏水性降低,水样中类蛋白物质和可溶性微生物产物的浓度显著降低.OMNB曝气在增强水样微生物降解作用的同时可以发挥一定的化学氧化作用.OMNB曝气是一种可行的渗滤液污染地下水抽出处理方法.

基于渗透原理的可吸水模型根系研发与性能研究

为了模拟自然植物根系的吸水过程,探究其对周边土体水文力学特征的影响机制,利用3D打印技术,设计并制造基于正渗透原理的新型可吸水模型根系.模型根系采用中空结构,侧壁开孔,外覆半透膜.当内部灌注聚乙二醇(PEG)溶液时,PEG溶液和土中水分间存在的渗透压梯度驱使了模型根系吸水.常重力模型根系吸水试验结果表明,在含砂粉质黏土中,循环浓度等效1 500 kPa渗透压的PEG溶液可在根系附近土体中产生最大约120 kPa的基质吸力,该基质吸力超过了真空法模型根系的理论最大产生吸力.通过在适当范围内调整PEG溶液的质量摩尔浓度,并控制溶液循环特征,模型根系可以具备不同的吸水能力,从而模拟不同的现实工况.

降雨入渗条件下非饱和膨胀土边坡原位监测

为了对降雨诱发的非饱和膨胀土边坡失稳的机理有较深入的了解,在湖北枣阳选取了一个11 m高的典型的非饱和膨胀土挖方边坡进行人工降雨模拟试验和原位综合监测。监测成果表明:降雨入渗造成2 m深度以内土层中孔隙水压力和含水量大幅度增加,致使膨胀土体的抗剪强度由于有效应力的减少及土体吸水膨胀软化而降低;同时,降雨入渗造成土体中水平应力与竖向应力比显著增加,并接近理论的极限状态应力比,以致软化的土体有可能沿着裂隙面发生局部被动破坏,此破裂面在一定条件下(如持续降雨条件下)可能会逐渐扩展,最后发展成为膨胀土中常见的渐进式滑坡。

某填埋场垃圾堆体边坡失稳过程监测与反分析

某填埋场是国内首批在场底铺设复合衬垫系统的大型卫生填埋场,该场垃圾坝前堆体边坡于2008年6月连续强降雨期间发生失稳事件。介绍该堆体边坡失稳过程的现场监测结果,包括坡面水平位移、深层侧向位移和渗滤液水位。基于监测数据,开展堆体边坡稳定性反分析工作,探讨复合衬垫系统界面抗剪强度取值方法,提出抽排竖井迫降水位、铺膜防渗等应急抢险措施。现场监测和理论分析结果表明:堆体边坡中高渗滤液水位是导致其失稳的关键因素,堆体边坡水平位移速率和渗滤液水位高度呈明显正相关关系;该堆体边坡失稳模式是沿场底复合衬垫系统中软弱界面的深层滑移;斜坡场底上复合衬垫系统在滑移过程中发生位移-软化效应,其界面强度介于峰值强度和残余强度之间;抽排竖井迫降水位是最直接、有效的应急抢险措施。

某垃圾填埋场污泥坑外涌及其引发下游堆体失稳机理

中国许多垃圾填埋场接纳高含水率的市政污水污泥,对填埋场运营构成了严重安全隐患。介绍某填埋场污泥坑上堆填垃圾过程中引发污泥外涌及下游堆体失稳事故,根据填埋场失稳破坏现象及事故前后下游堆体边坡中渗滤液水位和顺坡向位移监测结果,对堆体失稳的力学机理及失稳过程进行反分析。现场监测数据与堆体失稳分析结果表明:在未加固处理的污泥坑上堆填垃圾会显著降低下游垃圾堆体的稳定性。其力学机理:①流态状污泥将上覆垃圾荷载等量转化为对周围垃圾体的侧压力(对下游垃圾堆体为下推力);②污泥受压挤渗入周边垃圾和衬垫系统中导致堆体抗剪强度降低。垃圾堆体中高液气压力是造成堆体失稳的重要内因,降低堆体中渗滤液水位可显著提高污泥坑下游堆体的稳定性,有效控制失稳堆体继续滑移。污泥坑加固处理后再堆填垃圾,可显著降低发生失稳和污泥外涌的风险。

重金属在某简易垃圾填埋场底部及周边土层扩散勘查与分析

为了掌握重金属在简易填埋场底部及周边天然土层扩散情况,选取淮南某简易填埋场开展现场勘查和室内测试分析。在填埋场内、外进行了钻孔勘探、取土样和水样、水位测试等工作,对取得的土样和水样中重金属(Cu,Pb,Cr和Zn)含量及其存在形态进行了测试分析,获得了重金属在土层中沿深度及水平方向的分布规律。测试结果表明:重金属Cu,Pb,Cr在该填埋场下卧土层中总含量未超过国家土壤质量二级标准,重金属Zn在浅部土层中含量超过二级标准,但未超过三级标准。该填埋场历时17 a,垃圾渗滤液中重金属Cu,Pb,Cr在填埋场下卧土层中扩散深度达2 m以上,已击穿了浅部渗透系数较大的耕植土层,Zn扩散深度达3 m以上。填埋场内与渗滤液充分接触的土层中可交换态重金属占总量百分比低于1%,有机态重金属所占百分比明显高于场外背景值,但随深度增加而显著降低,其分布规律与有机质含量测试结果类似。该填埋场深度2 m以下的粉质黏土和老黏土层渗透性低、厚度大,具有良好的阻碍重金属扩散性能。

填埋垃圾渗透特性室内外测试研究

以苏州市七子山生活垃圾卫生填埋场为工程背景,开展了填埋垃圾渗透系数现场和室内测定试验,现场试验结果表明：垃圾填埋体中抽水井抽水影响半径为25~33m,单井产流量为14.4~26.9m3/d,15.5~17.5m埋深范围内垃圾渗透系数介于2.4×10-6~5.5×10-6 m/s之间;室内试验结果表明：有效应力是影响填埋垃圾渗透系数的关键因素,2.5~17.5m埋深范围内垃圾渗透系数介于1.4×10-7~5.5×10-6 m/s之间;上述2种试验结果均表明,垃圾渗透系数随埋深的增大呈显著减小趋势;由于垃圾堆体中各向异性和优势流现象的存在,相同深度渗透系数现场与室内测试结果比值为15~25.建议在高渗滤液水位的填埋场进行竖井降水方案和导排系统的设计时,在选择合理的竖井结构的同时,考虑填埋垃圾渗透性能的特征.

垃圾填埋场污染物击穿竖向防渗帷幕时间的影响因素分析及设计厚度的简化计算公式

为了解中国第一代垃圾填埋场中防渗帷幕的服役性能及其影响因素,以苏州七子山填埋场地质条件为例,以COD作为代表性污染物,在前期现场勘查基础上建立了有限差分计算模型,对防渗帷幕被污染物击穿时间的影响因素进行了计算分析,并基于Ogata解析解给出了防渗帷幕击穿时间和设计厚度的简化计算公式。模拟和分析结果表明:场地地质条件对嵌入式防渗帷幕击穿时间影响不十分显著;帷幕上下游水头差、帷幕渗透系数、阻滞因子和厚度对嵌入式防渗帷幕的击穿时间有显著影响,击穿时间与上下游水头差、帷幕渗透系数、阻滞因子、以及帷幕厚度的平方近似呈线性关系;扩散系数对嵌入式防渗帷幕击穿时间的影响不可忽略。