城市生活垃圾固液氣耦合壓縮試驗和理論研究.pdf

1、城市生活垃圾，又稱城市固體廢棄物(MunicipalSolidWaste簡稱MSW)，是指在城市居民日常生活中或為城市日常生活提供服務的活動中產(chǎn)生的固體廢棄物。衛(wèi)生填埋法是我國目前處理MSW的主要手段，而且作為MSW處理的終極方法必將長期存在。垃圾堆體的變形、穩(wěn)定、填埋氣體的遷移以及滲濾液通過襯墊系統(tǒng)的滲漏與擴散是填埋場建設中的四個主要環(huán)境巖土工程問題。 MSW的工程特性以及填埋場中滲流、變形及穩(wěn)定機理比傳統(tǒng)的土力學更為復雜，

2、而導致這些機理復雜性的根本原因是填埋場中固、液、氣相互影響或耦合作用。本文從MSW工程特性、固液氣相互作用試驗、壓縮機理、沉降計算方法和固液氣相互作用數(shù)學模型等幾個方面對填埋場固液氣相互作用問題進行研究?？偨Y了環(huán)境工程學中關于MSW穩(wěn)定化進程的研究成果，研制了MSW固液氣相互作用試驗系統(tǒng)(發(fā)明專利申請?zhí)枺?00510060477.x)。試驗系統(tǒng)具有溫度控制、滲濾液回灌、加壓、氣體和液體收集等功能，能模擬填埋場中MSW的生化和應力狀態(tài)。5

3、kg人工配制的MSW試樣裝入直徑為190mm的試樣室(試樣初始高度為320mm)，在150kPa壓力下進行降解壓縮試驗的結果表明，溫度是影響降解的主要因素，回灌能加快產(chǎn)氣速率，在400kPa的氣壓下(絕對氣壓)，降解仍能繼續(xù)進行。在溫度為41℃和回灌的條件下，6個月后降解已基本完成；氣相色譜/質譜分析結果表明，氣體組分主要為CH4、CO2和H2O。保持試樣室容積不變，并處于密閉不透氣狀態(tài)，在高速產(chǎn)氣階段，試樣室氣壓在7d內(nèi)增加了150k

4、Pa。初始孔隙比為3.93的試樣降解完成后，總的應變?yōu)?.44，其中主壓縮應變?yōu)?.20，降解壓縮應變?yōu)?.24。采用產(chǎn)氣量作為垃圾降解程度指標，初步確定以最后3d的產(chǎn)氣量小于總產(chǎn)氣量1％作為垃圾降解完成的標準，相應的變形量作為垃圾的最終變形量。 建立了考慮降解的一維固、液、氣三相耦合的固結模型。模型把填埋場簡化為非穩(wěn)定單向滲流場，把垃圾視為以粗粒成分占優(yōu)的大孔隙介質，假定基質吸力可以忽略。模型把已降解的固相作為匯項，把降解產(chǎn)

5、生的氣體和液體作為源項，采用了Gibson和Lo一維壓縮流變模型及Landgem產(chǎn)氣方程，結合了達西定律、氣體狀態(tài)方程、有效應力原理和多孔介質流體動力學理論。垃圾堆填時產(chǎn)生的超孔隙壓力按Hilf分析法計算。運用差分法對固氣耦合問題進行了數(shù)值求解。計算結果表明：氣壓隨深度增加而增大，透氣率大的填埋場其氣壓消散速率快。氣壓增加，導致填埋場沉降速率和容量減小。在垃圾堆填期，氣壓隨時間增加而增大，封場后，氣壓逐漸消散。 對MSW壓縮機

6、理進行了研究，提出了一維壓縮模型。將MSW的孔隙分為初始孔隙和降解孔隙，初始孔隙是指填埋場中經(jīng)過預壓后的垃圾的孔隙，降解孔隙是指垃圾中的有機質降解所產(chǎn)生的孔隙。MSW壓縮包括主壓縮和降解壓縮。主壓縮是指對初始孔隙的壓縮，與壓力有關。降解壓縮是指對降解孔隙的壓縮和對初始孔隙的再壓縮。降解壓縮不僅與壓力有關，而且與降解條件有關。降解條件包括可降解有機質含量和降解速率。降解壓縮的物理本質是由于降解導致垃圾的壓縮模量減小。 建立了考慮