基于正态分布概率模型的渗滤液回灌影响分析

渗滤液回灌能有效加速填埋场的稳定并处理多余的渗滤液, 而预测回灌过程中渗滤液的运移规律对于合理设置回灌井的间距和数量具有重要的意义. 考虑了垃圾体的非均质性, 建立了垃圾体的渗透系数随空间正态分布变化的概率模型. 利用 COMSOL Multiphysics^® 软件, 首先对单孔隙度的横纵向均质模型和正态分布模型的 渗透系数以及压力水头进行了比较, 其次研究了在横纵向渗透系数比值、回灌速率和回灌时间等不同 影响因素下, 均质模型和正态分布模型的含水率以及横向影响范围的变化规律. 结果表明, 随着横纵向渗透系数比值的增加, 最终在 100 d 时: 均质模型的含水率由 0.609 增加到 0.68, 横向影响范围从4.842 m 增加到 6.79 m; 正态分布模型的含水率由 0.573 增加到 0.610, 横向影响范围从4.097 m 变为 4.04 m. 这说明横纵向渗透系数比值对正态分布模型的含水 率和渗滤液横向影响范围的影响明显高于均质模型. 而当回灌速率和回灌时间相同时, 正态分布模型渗滤液的渗流速度更快, 易于优先达到饱和含水率, 并在短暂的峰值后迅速下降, 且随着回灌速率和回灌时间的增加, 达到饱和含水率和峰值的时间也逐渐增加.     

液体回灌对生活垃圾好氧反应温度变化影响的模拟预测

好氧反应过程中的温度变化模拟预测,对于垃圾填埋场好氧通风系统的安全运行具有重要意义。在热释放守恒定律的基础上,建立了考虑液体回灌条件下生活垃圾好氧反应过程中的热平衡方程。将氧气消耗速率引入热释放速率模型中,并提出两阶段氧气消耗速率模型来描述好氧反应过程中的热释放效应。开展了通风强度、回灌条件和等效热传导系数对好氧反应过程中垃圾堆体温度变化影响的模拟,结果表明：气体交换导致垃圾堆体的峰值温度至少下降3.6%,液体回灌使垃圾温度降低超过24.1%;液体回灌量从500ml/周增加到1500ml/周,垃圾峰值温度下降29.1%;回灌液体温度每相差10 ,对垃圾温度的影响最多可达4.0 ;随着等效热传导系数从0.3升到1.0,垃圾峰值温度逐渐降低,达到峰值强度的时间提前25.9%,后期温度下降幅度变小。以上成果为好氧通风系统运行过程中温度预测及安全调控提供了理论依据。     

城市生活垃圾渗滤液回灌处理技术研究Ⅰ--pH值的变化对NH3-N去除的影响

通过对垃圾填埋场所产生的垃圾渗滤液进行回灌处理研究,发现在回灌之前采用石灰调节渗滤液的pH值对NH3-N的去除有较大的影响.同时pH为8-9的渗滤液回灌到垃圾填埋场中改变了垃圾内部的酸性环境,加快了垃圾的生化反应使回灌后渗滤液的COD值有明显的降低.     

填埋层空气状况对填埋初期渗滤液水质的影响

渗滤液的回灌可以加速填埋场的稳定化 ,降低渗滤液的有机物浓度 .但填埋初期进行渗滤液的直接回灌 ,会导致垃圾层内有机酸的积累 ,阻碍甲烷化过程的建立 .通过实验室模拟 ,研究了垃圾层中空气状况对填埋初期渗滤液直接回灌出水水质的影响 .研究结果表明 :向填埋层供给少量空气 ,就可以解决填埋初期渗滤液直接回灌产生的有机酸积累问题 ,使渗滤液中的有机物迅速降解 .     

垃圾自身参数对垃圾产气规律的影响研究

研究垃圾产气规律对于评估填埋场能源气体回收利用价值和结构安全稳定性有着重要意义.垃圾本身参数对产气速率,产气总量的影响研究仍然不够全面,有待深入研究.通过实验室垃圾降解产气实验,研究了垃圾含水率、孔隙比和有机质含量对垃圾产气速率和总量的影响.实验结果表明,含水率可以最大程度影响垃圾好氧产气峰值大小,对厌氧产气峰值大小也有较大影响;孔隙比可以对垃圾好氧产气峰值大小,厌氧产气峰值大小,厌氧产气峰值时间产生较大影响;有机质含量对垃圾好氧产气峰值大小和厌氧产气峰值时间影响较大.实验还表明当孔隙比为1.5,含水率为50%,有机质含量为65%时垃圾产气总量最大.实验结果可用于垃圾填埋场产气相关理论研究.     

填埋层空气状况对渗滤液中氮成分变化的影响

渗滤液回灌厌氧填埋层可以有效降解渗滤液中的有机物 ,但却对氨氮去除无效 ;而且由于有机物降解的加速 ,使回灌后渗滤液中氨氮的质量浓度比常规垃圾填埋场更高 ,从而导致渗滤液必须再经过复杂的物化处理后才能达标排放 .为此 ,通过实验室模拟 ,研究了垃圾层中空气状况对回灌渗滤液出水中氮成分变化的影响 .结果表明 :只要向填埋层供给少量空气 ,就可有效降低渗滤液中氨氮的质量浓度 ,从而减轻渗滤液后续处理的压力     

基于优势流效应的填埋场渗沥液回灌过程预测

渗滤液回灌对于补充垃圾堆体水分及加速降解稳定化具有重要的促进作用,垃圾堆体的非均质性和大孔隙特征造成了渗沥液流动过程出现显著的优势流效应.以双渗透率模型为基础,开展典型回灌工艺条件下垃圾堆体中渗沥液的分布规律预测研究.预测结果表明:一定限度内增大回灌速率、回灌频率、回灌量、初始含水量等因素可提高渗滤液的影响深度、入渗量和贮水率;优势流模型较传统的单域模型,区分了具有高导水性的裂隙域和高持水性的基质域,渗滤液可以更快地通过裂隙入渗、流动和排出,更符合垃圾堆体内水分多域流动行为模式;裂隙域和基质域的水分质量交换项是动态平衡的,随深度而减小.     

回灌条件下生物反应器填埋场液气耦合运移规律

为研究生物反应器填埋场渗滤液回灌对填埋气运移以及抽气压力对渗滤液回灌效果的影响,基于非饱和两相渗流理论和垃圾体一阶动力学生化降解模型,借助Open FOAM开源软件平台,采用改进的Picard迭代方法,建立了填埋场液气耦合运移数值计算模型,并与前人计算结果对比,验证了计算模型的正确性.采用建立的模型对生物反应器填埋场液气运移规律进行研究,发现:渗滤液回灌改变了填埋气的运移路径,加速了填埋气的运移,提高了填埋场的抽气效率;渗滤液的回灌效果受是否有抽气井及抽气压力的影响,抽气条件下渗滤液回灌效果远优于不抽气条件下的渗滤液回灌效果,而抽气压力大小对渗滤液回灌效果影响甚微,但总体上仍是抽气压力越小,渗滤液回灌效果越好.     

回灌条件下垃圾渗滤液水头动态变化规律

建立了回灌条件下垃圾渗滤液水头动态变化的模型，并用分离变量法对该模型进行了解析求解，对解进行了分析讨论，分析结果表明：水头的变化趋势大致为一抛物线，在抛物线顶点处达到最大，在一定的时间范围内，时间越长，其压力水头变化越明显。压力水头动态变化表明了通过填埋场回灌渗滤液水头的动态变化，可以短时间内使垃圾渗滤液中的有机污染物得到有效去除。其解可为垃圾填埋场渗滤液控制系统的设计和管理提供科学的理论依据和技术支持，对于城市垃圾填埋场渗滤液的处理具有一定的指导作用和工程实用价值。     

垃圾渗滤液反渗透浓缩液回灌处理中试研究

将垃圾渗滤液经反渗透处理后产生的浓缩液进行回灌处理,研究了浓缩液回灌对COD和NH3—N的去除情况、水力负荷和回灌次数对浓缩液回灌效果的影响.结果表明,浓缩液回灌对COD和NH3—N有很好的去除效果,浓缩液回灌出水稳定后,COD去除率为81.6%,NH3—N去除率为70%.回灌浓缩液的水力负荷从32.38 mL/(L.d)上升到202.36 mL/(L.d),COD去除率从94%下降到70%;随着回灌次数的增加,COD去除率升高.     

基于人工回灌场地典型含水介质的悬浮物堵塞实验研究

地下水人工回灌过程中含水层堵塞问题是制约地下水回灌效率的关键因素,引起含水层堵塞现象中最主要的类型为悬浮物堵塞。通过室内实验的方法,根据石家庄市藁城区梨园人工回灌场地的垂向介质特征,选取3种不同的典型含水介质作为入渗介质,将悬浊水连续注入3种介质中,刻画悬浮物堵塞在场地介质中的发展规律,量化堵塞深度及堵塞速率。实验结果表明:回灌时介质表层的渗透系数随时间逐渐减小,逐渐向介质内部发展时渗透系数随时间先增大后减小。实验介质均在靠近表层的部位发生严重堵塞,堵塞深度与介质粒径大小呈正相关,且在堵塞影响深度范围内,随时间的延长,介质渗透系数降幅不断减小。粗砂比重大的介质表层堵塞速率为0.91/h,细砂比重大的介质表层堵塞速率为0.66/h,中砂比重大的介质表层堵塞速率为0.58/h。介质内部发生堵塞时堵塞速率与相应层位介质的渗透系数呈负相关。     

降雨条件下粗粒土高路堤边坡暂态饱和区形成条件及影响因素

为了分析降雨条件下暂态饱和区形成条件和影响因素,首先建立粗粒土高路堤边坡一维数值计算模型,探讨粗粒土高路堤边坡暂态饱和区的形成条件;通过建立二维数值计算模型,分析降雨强度、降雨时间、渗透系数以及初始表面基质吸力等因素对暂态饱和区形成的影响。研究结果表明:暂态饱和区的形成过程受降雨时间以及降雨强度共同控制,当雨水在边坡表层的入渗流速大于其土体内部出渗流速时,土体体积含水率升高,边坡出现暂态饱和区;在降雨过程中,边坡表层土体中水的流速最终达到与降雨强度基本一致(流速与降雨强度量纲相同),边坡表层土体的体积含水率与降雨强度有关;在降雨过程中,粗粒土高边坡坡脚位置的体积含水率增大最快,该处暂态饱和区出现时间最早,范围最广;降雨强度、初始表面基质吸力对暂态饱和区的形成时间以及深度影响较大,渗透系数的影响较小;在降雨强度相同时,初始表面基质吸力越大,雨水入渗的深度越大,暂态饱和区的范围越广。     

化工厂地土壤重金属迁移模拟

土壤重金属污染是我国面临的重要生态环境问题之一,可能造成严重的生态环境问题,危害人类身体健康。本文根据南京某化工厂地的土壤地质和结构特征,通过数值模拟的方法开展重金属污染物砷在土壤中运移过程模拟。通过建立脉冲时间50天、70天、100天的土壤溶质运移模型以及不同饱和土壤含水率的模型,定量分析脉冲时间、土壤饱和含水率对重金属运移的影响。模拟结果表明,脉冲时间对土壤溶质运移具有促进作用,对浅层土壤尤为显著;随着脉冲时间的不断增加,对深层土壤的影响愈发明显。较高的土壤饱和含水率促进溶质的扩散;同时较高土壤饱和含水率对横向扩散促进作用更加明显,污染范围更大,促进污染物的下渗。     

垃圾渗滤液中有机物对其厌氧氨氧化的影响

为了考察垃圾渗滤液中有机物对其厌氧氨氧化反应的影响,保证晚期垃圾渗滤液的深度脱氮,采用短程硝化SBR联合厌氧氨氧化SBR(ASBR)两级系统处理氨氮为(2 000±100)mg/L、COD为(2 200±200)mg/L的实际晚期垃圾渗滤液进行试验研究.短程硝化SBR运行了100d,亚硝酸盐积累率达到了95%以上.ASBR采用进水逐步加大渗滤液掺入比例的方式进行驯化.实验结果表明,随着掺入比例的增大,进水可降解COD增加到150 mg/L左右时,ASBR的氮负荷速率从1.20 kg/(m3·d)降到了0.28 kg/(m3·d),氮去除速率从1.10 kg/(m3·d)下降到了0.19 kg/(m3·d),表明系统趋于崩溃.当ASBR进水可降解COD再次降低到50 mg/L左右时,系统的厌氧氨氧化菌活性得到了恢复,最大的氮负荷速率和氮去除速率分别达到了1.55和1.20 kg/(m3·d).定量PCR试验表明,当系统的厌氧氨氧化菌活性得到恢复后,厌氧氨氧化菌占全细菌的比例达到了试验期间的最大值1.94%.     

基于CT扫描的垃圾结构及渗透特性

为深入理解垃圾体内部流体的运移机制,对不同荷载作用下的3个垃圾试样进行CT扫描。采用VGStudio Max 3.0及MATLAB软件对图像进行分析,研究垃圾孔隙结构特征,并基于垃圾土的饱和渗流模型,对其渗流特性进行探讨。研究结果表明:CT图像可准确识别垃圾结构特征;2D颗粒会影响孔隙通道的形成,进而使流动路径发生曲折,2D颗粒的定向排列是垃圾各向异性的根本原因;随着荷载增大,大孔隙逐渐转变为小孔隙,孔隙累积分布曲线左移,孔隙排列角度也趋于水平化;垃圾颗粒尺寸会影响其渗透系数,尺寸越大,渗透系数也越大;渗透系数随着荷载增大而减小,各向异性则随着荷载的增加而增大;当荷载由0 kPa增大到500 kPa时,竖向渗透系数减小了4个数量级,水平向渗透系数减小了3个数量级。     

A-O脱氮型生物反应器填埋技术试验研究

为了解决生物反应器填埋场渗滤液循环的氨氮积累问题,提出了A-O脱氮型生物反应器填埋技术,在渗滤液回灌的基础上,对回灌渗滤液进行曝气处理、pH调节和温度控制。通过建立模拟填埋柱试验,研究了不同填埋工艺对渗滤液中氨氮、COD去除以及填埋垃圾产气特征的影响。结果表明：A-O脱氮型生物反应器填埋系统在氨氮、COD去除以及产气特征上均优于传统填埋系统和渗滤液厌氧回灌填埋系统。A-O脱氮型生物反应器填埋系统中渗滤液氨氮浓度降至200.9mg/L,COD浓度降至1900mg/L,最高产气速率和累积产气量分别达到195L/d和2976L,后期CH₄浓度稳定在60％左右。     

陈腐垃圾的重金属污染特征及其潜在风险评价

以九江市生活垃圾填埋场陈腐垃圾为调查对象,分析了不同填埋结构不同回灌方式下陈腐垃圾中Cr、Cu、Zn、As、Cd、Hg和Pb的含量.结果表明:4个填埋体陈腐垃圾中Cr、Cu、Zn、As、Cd、Hg和Pb重金属平均含量均低于《土壤环境质量标准》(GB 15618-1995)三级标准,厌氧填埋体D(渗滤液回灌)陈腐垃圾中的Cr略微超标,2种填埋结构清水回灌方式陈腐垃圾中重金属的含量低于渗滤液回灌方式;准好氧填埋结构陈腐垃圾内梅罗综合污染指数处于清洁水平,厌氧填埋结构陈腐垃圾内梅罗综合污染指数处于轻微污染水平.潜在生态风险评价表明,不同填埋结构、不同回灌方式垃圾填埋场陈腐垃圾的重金属潜在生态风险指数(RI)均处于轻微生态风险水平,没有明显的级别差异.     

垃圾填埋场中淋滤液回灌液压变化规律

为研究垃圾填埋场中因进行淋滤液回灌而对孔隙水压力运移产生的影响,在忽略淋滤液在竖直方向上运移的前提下,在考虑填埋场淋滤液回灌的实际工况、液相本构方程、水量平衡条件和有机物生化降解的基础上,建立孔隙水压力理论方程。补充不同的边界条件,得到群井回灌和单井回灌2种情况下模型的解析解。计算及分析结果表明:(a)在进行单井回灌时,回灌进行到30 d后孔隙水压力基本稳定;孔隙水压力随离开回灌井距离的增加而迅速减小,在离回灌井15 m范围内回灌效果较好,20 m以外的区域回灌效果较差。(b)在进行群井回灌时,回灌前期孔隙水压力迅速增加,填埋单元中各处孔隙水压力最终均达到回灌水头压力;与单井相比,群井的回灌效果较好。(c)淋滤液回灌在垃圾体中会产生较高的孔隙水压力,因此在实际工程中确定回灌的时间和距离时应考虑孔隙水压力。     

垃圾填埋初期渗滤液循环对其产生量的影响

探讨了不同循环方式下垃圾填埋初期渗滤液产生量的规律，通过填埋模拟柱(填埋垃圾170kg)进行模拟雨水渗入、渗滤液原液循环和渗滤液经过好氧生物处理后循环至垃圾层的实验。结果表明，渗滤液循环能增加填埋层起始渗滤液的产生速率；填埋层初期净产液量不但取决于循环液量，还和循环水质密切相关；渗滤液原液循环4周后抑制微生物水解作用，从而减少了垃圾净产渗滤液量；渗滤液经过好氧生物处理后循环，能加速垃圾中易降解物质水解过程，即加快渗滤液产出，此后加速水解垃圾中的难降解物质，即能增加累积净产液量；Gompertz模型可模拟不同循环方式下填埋层累积渗滤液净产生量随时间变化的规律。     

降雨条件下多层土坡入渗机理与稳定性分析

基于VG(Van Genuchten)模型多层土含水率方程,建立了考虑边坡倾角的含水率与基质吸力控制方程,提出了土层间渗透系数比不同的情况下多层土坡入渗深度计算方法.通过在Geo-Studio软件中的Seep/w板块建立多层土的一维和二维模型,分析雨水入渗过程中土层交界面处饱和滞水区形成过程及不同降雨条件下多层土坡稳定性变化规律,并验证本文计算方法的正确性.结果表明:多层土坡降雨过程中,土层交界面处体积含水率、孔隙水压力变化范围较大,对于各层渗透性不同的多层土坡,在同一降雨强度下,渗透系数比越大,则交界面处滞水向下消散的速率折减得越多,交界面处孔隙水压力变化范围越大;多层土坡在交界面处出现饱和滞水区后孔隙水压力急增,导致土抗剪强度骤降,进而引发土坡稳定性系数大范围下滑.上述结论为降雨边坡预警工作提供参考依据.