生活垃圾卫生填埋场导排系统工作机理及渗滤液水头有效控制

本课题拟在控制压力、温度、渗滤液浓度条件下，通过室内模拟和大型模型试验研究填埋场渗滤液收集和排放系统的淤堵机理,提出描述不同构造的渗滤液导排层的渗透性能随时间和过流量变化的数理模型。建立考虑时空效应的填埋场渗滤液运移理论；提出考虑填埋场堆填过程、降雨周期、导排系统淤堵等的渗滤液水位分析方法，编制数值计算程序。通过长期监测，验证本课题理论模型和分析方法的可靠性并对其进行修正。利用本课题的研究成果，优化填埋场渗滤液导排系统设计和淤堵防治；定量分析回灌引起的渗滤液水位的变化，提出优化回灌设计的思路。本课题的研究对填埋场科学的设计和评价、提高填埋场的安全性有着重大的现实意义。同时，本课题将促进人们对填埋场的渗滤液运移机理深入认识，推动该领域理论模型、室内试验和现场监测技术的全面发展和完善。

本课题研制了渗滤液收集和排放系统的淤堵模拟装置（国家发明专利：ZL201010182449.6），该装置可以控制上覆压力、温度、渗沥液的浓度和流量等。利用该装置进行了多组淤堵试验，研究了不同温度、粒径、有无土工布对淤堵产生的影响。从测试结果看，粒径对淤堵的影响占主导。在试验基础上提出描述不同构造渗滤液导排层的渗透性能随时间和过流量变化的简化数理模型。采用水量平衡分析方法，建立了淤堵条件下导排层水位的计算模型。对比分析表明，本课题提出的计算模型稳定可靠，可用于实际工程分析。.在填埋体的渗透性方面，将组分及物理指标一致的自制垃圾在适宜条件下进行加速降解，首次采用大尺寸三轴和常水头渗透试验研究了孔隙比、降解龄期、有效应力、测试方法等对垃圾渗透性的影响，并与成都、苏州填埋场现场试样进行对比。过程中测定了不同降解龄期垃圾的纤维素、木质素、有机质、BDM、COD、PH等指标以评估垃圾的稳定化进程。结果表明：填埋体渗透系数的对数随孔隙比线性增长，其倒数与有效应力线性相关；相同孔隙比前提下，渗透系数随降解龄略有减小；三轴渗透试验结果明显低于常水头试验；自制降解垃圾的三轴渗透性与现场取样的试验结果相符，其成果可应用于实际工程的设计和评估。.以往填埋场的水文分析及渗沥液产量计算均不考虑填埋场分层堆填时垃圾压缩引起的持水特性、渗透系数的变化，与实际偏差很大。本课题基于饱和-非饱和渗流理论和非线性固结理论，考虑分层堆填过程及填埋体渗透系数随深度的变化，建立了考虑时空效应的填埋场渗滤液运移理论；提出考虑填埋场堆填过程、降雨周期、导排系统淤堵等的渗滤液水位分析方法，并编制了数值计算程序用以模拟填埋场的水位及渗沥液产量。通过与实测成果的对比，验证了本课题理论模型和分析方法的可靠性并对其进行修正。.本课题的研究成果发表于国际著名期刊《Journal of Environmental Engineering, ASCE》及国内《岩土工程学报》等杂志，其中SCI论文3篇，EI论文8篇，录用1篇。获得了1项发明专利及1项软件著作权。多项研究成果被国家行业标准《生活垃圾卫生填埋场岩土工程技术规范》(CJJ176-2012)所采纳，是获得2011年教育部科技进步一等奖、2012年国家科技进步二等奖的重要组成，为提升优化填埋场渗滤液导排系统的设计和淤堵防治提供了理论、数据库和方法基础。