高厨余垃圾填埋场降解稳定化规律及分阶段治理方式

我国和其他大多数发展中国家的城市生活垃圾厨余含量高,含水率高,填埋后生化降解稳定化规律与欧美国家的“干垃圾”有显著的区别,欧美国家的填埋场设计、运行及治理方法与技术难以解决高厨余垃圾填埋场堆体稳定安全和液气污染控制难题。首先介绍生活垃圾降解-固结理论,该理论能够模拟生化降解-骨架变形-液气渗流-溶质迁移-热量传导耦合过程。基于该理论模拟分析结果,将高厨余垃圾填埋场降解稳定化过程分为快速降解阶段、慢速降解阶段及后稳定化阶段。然后介绍不同降解稳定化阶段填埋堆体治理策略和技术,包括液气分离立体导排、填埋气高效收集、好氧加速稳定化、快速注气处理与开挖筛分再利用。再者介绍填埋场液气污染阻隔管控技术,包括垂直阻隔和生态覆盖。最后介绍减污降碳治理与生态修复技术在深圳、武汉及温州典型填埋场的工程应用案例。

运河土石方堆存场安全保障与再利用技术

为了解决运河开挖产生大量土石方在运河沿线就近堆存处置与再利用的工程问题,本文以在建的平陆运河工程为例,针对土石方堆存工程选址、设计、施工、封场验收、再利用等主要环节,介绍了现代化、系统化和绿色化建设思路及已成功应用的若干关键技术。在选址环节,基于遥感影像解译和无人机航拍技术,建立了堆存场场址适宜性评价方法。在设计环节,强调了充分利用开挖土石方建设堆存场拦挡结构,既保障了土石方的堆存安全,又实现了土石方绿色利用。在堆填施工过程中,利用堆填料时空变异性航测与原位测试技术,获取堆存场填料精细化分布与物理力学参数,为堆存场工程安全评估和验收奠定基础。针对高度超过20 m的高填方堆存场,提出了兼有防渗、保水和托肥功能的旱地垦造结构,实现了高填方堆存场地的安全绿色再利用。本文还推荐了2种适宜性工程技术,包括土石方快速检测与分类技术、堆存场生态护坡技术。

我国生活垃圾填埋场水平衬里结构及全寿命服役性能分析

探讨了我国生活垃圾填埋场的水平衬里结构及全寿命服役设计方法,涵盖了渗滤液水头和特征污染物浓度负荷、水平衬里的污染阻隔机制及击穿时间计算方法,以及全寿命服役设计标准与流程。对比分析了我国3部国家标准(GB 16889—2024生活垃圾填埋场污染控制标准、GB 50869—2013生活垃圾卫生填埋处理技术规范和《生活垃圾卫生填埋处理岩土工程技术标准》)中的水平衬里结构选型和适用条件,并采用击穿时间计算方法对典型水平衬里结构的服役性能进行对比分析。结果表明,《生活垃圾卫生填埋处理岩土工程技术标准》针对我国城市生活垃圾厨余含量高和含水率高、填埋后渗滤液产生量大和导排层渗滤液水头显著超过30 cm的实际情况,明确要求开展水平衬里全寿命服役性能分析,并提出了适用于高水头负荷的双层复合衬里结构。GB 50869—2013规定的单层和双层水平衬里结构在高水头负荷条件下难以达到100 a的服役寿命,尤其是在填埋高度超过60 m的山谷型填埋场中,双层水平衬里结构的击穿时间约为80 a。《生活垃圾卫生填埋处理岩土工程技术标准》所推荐的双层复合衬里在相同条件下击穿时间超过100 a。

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。

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。

关于存量生活垃圾填埋场治理方式选择的分析

存量生活垃圾填埋场已成为新的生态环境风险点,占据了大量土地资源,制约着“无废城市”建设目标的实现,采用科学、安全、环保的方式对存量生活垃圾填埋场进行治理已成为各地政府面临的重要课题。本研究首先对目前我国填埋场常用的原位封场、开挖筛分、好氧处理、扩建4种治理方式涉及的关键技术、适用条件、治理成本、环境影响、土地利用水平等内容进行了介绍与对比分析;然后基于理论研究、工程案例、统计数据对影响填埋场治理方式选择的主要因素进行了系统分析,包括填埋场降解稳定化程度、填埋场渗滤液污染地下水和土壤风险、填埋场规模、土地利用价值、当地垃圾焚烧处理冗余能力;最后,分别针对卫生填埋场与简易填埋场,提出了基于填埋场现状调查与风险评价结果以及综合考虑主要影响因素的治理方式确定方法。本研究提出的存量生活垃圾填埋场治理方式确定方法对于政府相关管理部门制定政策与规划用地、设计与实施单位编制方案具有很好的参考价值。

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。

基于图像识别的开挖砂土含泥量快速检测技术

针对平陆运河开挖砂土工程量大、实验室检测含泥量的方法耗时长、操作复杂等问题,提出一种基于泥浆快速配置、拍照图像识别的砂土含泥量快速检测技术。通过取样、配置泥浆、定时沉降后拍摄样品图像,以提取测试区与黑白对比区的颜色特征为输入,含泥量作为输出,建立一个包含254组数据的数据库,利用人工神经网络进行含泥量预测训练、超参数的择优。最终测试集的预测结果与真实结果对比显示,该方法在低含泥量(10%以下)检测中具有较高的精度,误差在1%以内;对于高含泥量(10%~60%)检测平均误差在5%以内。这种技术简化了操作,提升了检测效率,可以在现场实时进行运输流向决策(直接资源化利用、洗砂后利用或堆填处置),显著提高施工效率。

环境岩土工程研究进展

文章着重总结近5年来国内外环境岩土工程领域新理论、新方法与新技术的研究进展。主要包括:①环境岩土工程新理论与方法,介绍环境岩土多场多相耦合理论、环境土力学多尺度表征方法、污染体环境安全及工程特性评价方法;②环境岩土工程新技术与装备,总结污染场地勘察、探测技术与装备,污染场地工程修复技术与装备,固体废弃物资源再生利用技术与装备三方面的相关进展;③污染体环境治理典型工程案例与示范,主要包括垃圾填埋场灾害防控工程应用与实践,废弃固废堆场工程综合生态治理与示范,污染场地原位修复工程应用与示范。

超重力离心模型试验土体弹性波速监测与表征

压电陶瓷传感器在岩土体弹性波速测试方面具有独特的优势,已在常重力工况下得到了较多的应用。文章针对离心机模型试验的超重力环境对弹性波速测试所提出的严苛要求,研发压电弯曲元和压电压缩元传感器及相应的弹性波速测试技术,主要包括传感器微型化和高频响性能设计,电磁屏蔽和防水接地技术,接收信号的快速叠加和带通滤波处理方法,以及时域初达波法确定接收信号到达时间等。在60g离心加速度下开展一组水平黄土场地的超重力模型试验,重现降雨入渗过程中模型场地土体的软化过程,并利用所研发的弯曲元和压缩元实时监测土体的剪切波速和压缩波速。结合TDR技术监测到的土体密实度,获得土体剪切模量、杨氏模量和泊松比等弹性参数随着土体软化的变化过程,实现超重力环境下模型土体弹性参数的实时监测与表征。

城市工程渣土消纳处置及资源化利用途径探讨——以温州市为例

随着我国城市化快速发展,以工程渣土为主的各类建筑垃圾大量产生,全国许多城市面临“渣土围城”困境,城市管理者们亟须科学、合理的消纳处置及资源化利用途径解决渣土过剩问题。以东南沿海典型城市——温州为例,基于多源信息数据调研了工程渣土产生量、性质及处置现状,探讨了就近回填及堆坡造景、废弃矿山消纳及复垦土地、再生路基填料及待建道路消纳、渣土储备/再利用和围垦区洼地回填5种途径的可行性,并对不同途径消纳潜力及布局进行了介绍,提出了工程渣土分类开挖及直运,基于天-空-地监控技术的信息化管理平台,以及市域统筹、分类协同及特许经营管理机制等对策与建议。

生态型土质覆盖层工作原理及其在垃圾填埋场封场治理中的应用

生态型土质覆盖层利用细粒土层储水能力和植被蒸腾作用实现雨水防渗,利用含水细粒土层的低透气性和微生物分解作用实现温室气体减排,主要包括单层腾发式覆盖层、毛细阻滞覆盖层与全天候3层覆盖层。首先介绍生态型土质覆盖层防渗、闭气、植生与减碳原理,然后介绍国内外标准对生态型土质覆盖层设计、施工及服役维护方面的规定,最后介绍生态型土质覆盖层在国内外生活垃圾填埋场封场治理工程中的应用。受益于我国雨热植生同期气候特征与生活垃圾填埋结束后产气速率快速衰减特点,生态型土质覆盖层在我国生活垃圾填埋场封场治理及生态修复中具有天生的适用性,建设成本仅为传统含土工膜的复合覆盖层的46%~61%,应用前景广阔。

连续排水边界条件下饱和软土一维大变形固结解析解

基于XIE等提出的饱和软土一维大变形固结的假设,通过引入连续排水边界条件研究瞬时荷载下饱和软土的一维大变形固结问题。利用变量代换、分离变量法和Laplace变换得到连续排水边界条件下饱和软土一维大变形固结解析解,通过退化解析解和有限差分数值解对比分析,对该解析解的正确性进行验证。基于所得解析解,分析土体的界面参数及荷载参数对土体一维大变形固结性状的影响。研究结果表明:界面参数α和β越大,土体的透水性越好,超孔隙水压力消散越快,地基的固结速度越快;当界面参数增大到一定程度后,连续排水边界可退化为完全排水边界;连续排水边界下以孔压定义的固结度Up随荷载参数λq的增大而减小,以沉降定义的固结度Us则随荷载参数λq的增大而增大;对比土体的界面参数和荷载参数对土体大变形固结的影响可知,界面参数对土体固结的影响更大。

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.

吹填软土一维大变形自重固结的有限差分数值解

吹填软土发生自重固结的物理本质在于超孔隙水压力的消散与有效应力的增长,以往有关土体大变形自重固结问题的求解方法多基于Gibson大变形固结理论,未从物理本质上反映土体的固结过程。文章基于Gibson大变形固结理论的有关假定,推导建立以超孔隙水压力为变量的一维大变形自重固结控制方程,该方程的形式简单,系数的物理意义明确。结合吹填软土自重固结的边界条件及初始条件,采用修正隐式差分格式的有限差分法求解得到方程的有限差分数值解,该数值解能够求解任意e-σ′和e-k函数关系下吹填软土的自重固结过程。通过与Lee和Sills求得的解析解及SWC模型解对比,从超孔隙水压力、孔隙比及沉降3个方面对数值解的正确性进行验证。利用文章所提方法分析初始厚度、初始孔隙比及土粒比重对自重固结性状的影响。分析表明,土体自重固结过程中的沉降固结度始终大于孔压固结度,初始厚度对孔压固结度的影响更大,初始孔隙比及土粒比重对沉降固结度的影响更大。

脱水泥饼与加气混凝土粉混合料的抗剪强度特性研究

为提高高含水率泥饼的抗剪强度,选用经破碎分选后的加气混凝土粉作为掺合料,利用大尺寸直剪仪开展泥饼与加气混凝土粉混合料的快剪试验,获得纯泥饼和混合料试样的剪应力-位移曲线,分析试样不排水抗剪强度在不同加气混凝土粉掺量、含水率和压实度下的变化规律,并利用筛分析法测试混合料在剪切前后的颗粒级配变化情况。研究结果表明:高含水率泥饼的不排水抗剪强度主要由黏聚力提供,其强度包络线近似为水平直线。混合料颗粒级配曲线在剪切后有所上移,说明剪切过程中发生了颗粒破碎现象,并且含水率越小、竖向压力越大,颗粒破碎程度越高。混合料不排水抗剪强度随着含水率减小、压实度增加而增加,但在压实度超过90%后,增加趋势明显减缓。加气混凝土粉主要是通过降低试样含水率来提高其不排水抗剪强度。对于深圳市含水率约42%的脱水泥饼,建议粉料掺量为30%,在此条件下,试样内摩擦角约为28°(压实度为80%),且试样含水率处于最优含水率附近。

我国填埋场污泥土工特性研究

填埋场污泥由于储量巨大、强度低且持续产生有毒有害气体,因此亟待处理。为研究其特性,利用现场取样与十字板剪切试验对我国几个填埋场内的贮存污泥和处理污泥的原位性质进行分析,并通过密度试验、含水率试验、有机物含量试验和直剪试验对污泥的土工特性进行检测。基于现场测试和室内试验对不同来源、不同处理方式的污泥进行分析总结发现:填埋场中贮存污泥的平均含水率最高达1363.48%;平均有机物含量为38.94%~45.28%;平均密度接近1.00 g/cm3,最高为1.11 g/cm3。贮存污泥的黏聚力接近于0,摩擦角为13.80°~16.05°。与贮存污泥相比,处理污泥的含水率减小,平均含水率在440%以下,最小值为76.24%。同时,其平均有机物含量为11.76%~22.98%;平均密度为1.19~1.57 g/cm3。不同处理方式对污泥的强度有不同程度的提高,其中固化污泥的强度增强效果最突出,平均黏聚力最大可达54.01 kPa。

填埋生活垃圾稳定化特征与可开采性分析:以我国第一代卫生填埋场为例

针对我国卫生填埋场库容严重不足和简易填埋场急需治理的难题,提出了通过现场全断面钻孔取样测试填埋垃圾固相降解稳定化归一指标来判断稳定化程度,对基本稳定化的填埋垃圾通过开挖筛分分质利用和处置实现卫生填埋场库容循环再利用和简易填埋场环境治理的方法.结合我国第一代卫生填埋场——杭州天子岭第一填埋场,进行全断面钻孔取样.经过筛分分选得到建筑组分、可燃组分和细粒组分;重点测试并分析了细粒组分的含量和颗分曲线及其理化特性参数随填埋深度的变化规律;然后提出固相降解稳定化归一指标,研究了细粒组分和污染物含量随固相降解稳定化归一指标的变化规律;最后分析了填埋场的可开采性.结果表明,采用固相降解稳定化归一指标能较好地表征填埋垃圾的生化降解程度,当该指标大于0.83时,填埋垃圾基本稳定化,细粒组分浸出液的电导率(EC)和化学需氧量(COD)测试值趋于稳定,但细粒组分重金属和有机污染物含量均超标.如果采用保守的再回填方式处理细粒组分,混合收集的新鲜垃圾经填埋基本稳定化后再开采的减量率可达83%,能够有效实现卫生填埋场的库容循环再利用.

水力作用下平面滑动岩质边坡极限倾角解析计算

探究内部无确定滑面的平面滑动岩质边坡的最危险滑面位置和倾角,有利于准确评价此类边坡稳定性,对边坡设计分析具有重要的理论指导意义。考虑水力作用,建立平面滑动岩质边坡力学模型,通过函数求极值的方法,得到极限倾角的统一解析解。考虑边坡前缘是否堵塞,后缘是否存在拉张裂隙,滑面上是否充水等实际情况,滑面上采用合理的水压分布形式,得到极限倾角的详细解析解。分析结果表明:在一定范围内,极限倾角随边坡高度、边坡坡角、滑面内摩擦角、岩体重度、水位高度增大而增大;极限倾角随滑面黏聚力增大而减小;当拉张裂隙深度增大时,极限倾角先增大再减小;不同水压分布模型得到的极限倾角存在差异;同时,边坡前缘排水条件对此类边坡极限倾角影响显著。该极限倾角解析解适用范围更广,最后根据建立的解析解,编写求解程序。