我国城市固体废弃物填埋场中温度场分布及演化机理的研究

Landfilling is the main method of the municipal solid waste (MSW) disposal in China. Landfills have complicated engineering properties and high potential of environmental hazard, e.g. slop slide; leachate release caused contamination of soil and ground water; landfill gas release caused atmospheric pollution and explosion. Multi-field processes take place in landfill. Among them the biochemical degradation process of MSW is the most important and it is significantly affected by temperature. Then processes of leachate and landfill gas release, deformation and solute mass transport will be influenced. In order to investigate the key problem of “the temperature distribution and evolution in landfill”, following researches will be carried out: (1) heat release rate during the biochemical degradation; (2) thermal properties evolution with the degradation process; (3) theory and numerical model development of coupled multi-field processes. This project will provides theoretical basis of the temperature distribution and evolution problem in landfills in China.

目前我国城市固体废弃物处置方式以填埋为主，填埋场工程特性复杂，面临着滑坡失稳；渗沥液污染地下水土；填埋气污染大气，引发火灾等环境灾害问题。填埋场堆体中存在着以生化反应为核心的固-液-气-热-化-生耦合过程，其中生化反应受温度变化的影响十分显著，从而对渗沥液和填埋气释放、骨架变形以及污染物运移产生影响。为了能更进一步认识该问题，本项目将围绕关键问题“我国城市固体废弃物填埋场中温度场分布及变化的机理”，开展以下几方面的研究：（1）生化降解过程中热量释放速率；（2）城市固体废弃物的比热容和导热系数测定及其随降解过程的变化规律；（3）城市固体废弃物填埋体中考虑热量传导的耦合作用机理，及其理论模型建立和计算程序的开发。本项目将为认识城市固废填埋场中温度的分布及变化问题提供理论支持。

中国城市固体废弃物的处置方式仍以填埋为主，伴随降解过程在填埋场对体内会产生热量并积聚，温度作为影响城市固废生化降解过程的重要变量，对填埋场的稳定运行有十分重要的意义。本项目根据城市固体废弃物厌氧两阶段厌氧降解规律，建立了考虑温度影响的生化降解-骨架变形-水气运移-热量传导-污染物迁移的多场多相耦合作用理论模型。利用该模型对大型城市固体废弃物填埋模型试验进行了分析研究，揭示了填埋初期由于初期好氧降解，以及进入稳定产甲烷阶段生化反应放热导致填埋体温度上升的机理。并且提出了最适宜甲烷化反应的环境温度范围，为现场调控方法的设计提供了理论依据。通过现场钻孔测试获得了填埋场堆体内温度，对于慢速降解阶段初期的固废，其温度约为40℃，而进入慢速降解阶段后期的固废，其温度约为22~24℃。