多场耦合作用下垃圾填埋场多组分污染物击穿衬垫系统的机理与污染控制方法

The service environment of municipal solid waste landfills in China is quite complicated. The long-term performance of liner system under the coupled effects of temperature, multicomponent contaminant and overburden stress are not fully investigated. The interface physical, chemical and biological interaction between soil particles and leachate multicomponent contaminant will be investigated. The relationship between the modification of soil micro-structure and the geoenvironmental characteristics of the soils will be developed.The permeability, diffusion, adsorption and degradation characteristics of the soils will then be evaluated on the basis of the reustls of interface behavior tests. Geotechnical centrifuge tests will be carried out to investigate the breakthrough modes of the landfill liners under the coupled effects of temperature and stress.The governing factors affecting the long-term performance of the landfill liner systems will also be revealed in the centrifuge tests. On the basis of the above mentioned laboratory tests,the coupled model for leachate multicomponent contaminant transport in landfill liner systems will be developed. The long-term performance assessment methods for liner systems will be proposed regarding the indexes of the breakthrough time, leakage amount and bottom concentration. This project will be of great importance to groundwater pollution control of landfills.The mechanism of coupled tranport of leachate multicomponent contaminant in the landfill liner systems will be deeply revealed by the investigation of the project.

我国垃圾填埋场衬垫系统服役环境复杂，受到温度场、多组分污染物和应力场场等的耦合作用，其长期服役性能并不明确。本课题拟通过单元体试验研究土颗粒与渗滤液液多组分污染物之间的物理、化学和生物等界面行为，揭示土体微观结构改良与环境土工特性的关联性，评价衬垫渗透、扩散、吸附和降解等特性；通过离心模型试验揭示在温度场和应力场等耦合作用下衬垫系统的击穿模式和长期服役性能控制因素；在上述试验的基础上，建立渗滤液多组分污染物在填埋场衬垫系统的多场耦合运移模型，提出基于击穿时间、渗漏量及底部浓度等指标的衬垫系统长期服役性能评价方法。本课题的研究对垃圾填埋场地下水土污染控制有重要的工程意义，并将促进人们对填埋场多场耦合作用下多组分污染物在衬垫系统中运移机理的深入认识。

我国填埋衬垫系统服役环境复杂，受到填埋场渗滤液多组分污染物、填埋堆体产生的应力场以及渗流场等的耦合作用；在多组分污染物浓度场、应力场和渗流场等耦合作用下填埋场衬垫系统的服役性能是如何设计全寿命服役衬垫系统的关键科学问题。本项目针对这一科学问题，采用batch试验研究了黄土和黄土改性土膨润土对填埋场渗滤液中氨氮和铅等特征污染物的吸附特性及其多组分相互影响规律，发现黄土对氨氮具有较高的吸附性；氨氮存在更利于黄土对铅的吸附；并采用土柱试验揭示了特征污染物铅离子在土膨润土衬垫和黄土改性土膨润土衬垫的对流-弥散运移特性，发现了黄土改性土膨润土可使阻滞因子提高2.5倍；在此基础上建立了重金属和有机污染物等不同组分污染物在成层土、填埋场衬垫系统中的渗漏-扩散-降解-固结运移解析模型；揭示了土体固结、高水头、土工膜褶皱和含水层特性等对土和衬垫系统中污染物运移的影响扩散规律；提出了填埋场衬垫系统服役寿命评价标准，获得了衬垫系统击穿时间计算公式，利用超重力离心机缩时试验验证了击穿时间计算方法；提出了基于击穿时间的全寿命服役衬垫系统的设计方法，并成功应用于杭州天子岭填埋场、苏州七子山填埋场和西安江村沟填埋场的地下水土污染防控。本项目在2015-2018年共发表学术论文27篇，其中SCI期刊论文15篇，EI收录论文4篇；授权发明专利1项，申请发明专利2项；研究成果获上海市科技进步二等奖1项，培养博士生6名，已有2名毕业；硕士生5名，其中已毕业3名。