垃圾填埋場(chǎng)“可沖洗式”滲濾液排水層淤堵防治機(jī)理

針對(duì)城市生活垃圾填埋場(chǎng)滲濾液排水層滲透排水能力明顯降低至失效的突出問題，將排水層淤堵動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)及動(dòng)態(tài)防治的思路引入填埋場(chǎng)襯墊研究，從滲濾液排水層淤堵靜態(tài)（結(jié)構(gòu)優(yōu)化）與動(dòng)態(tài)（沖洗）防治相結(jié)合的視角，探索新型滲濾液排水層構(gòu)建的理論基礎(chǔ)。綜合應(yīng)用工程地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、生物化學(xué)、環(huán)境科學(xué)的基礎(chǔ)理論，結(jié)合室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)與填埋場(chǎng)工程實(shí)踐，重點(diǎn)研究滲濾液排水層階段性淤堵及新型排水層的沖（沖洗）、凈（凈化）、疏（疏排）作用。揭示排水介質(zhì)淤堵發(fā)生、發(fā)展的階段性演化特征，劃分淤堵階段，查明各淤堵階段的滲濾液水質(zhì)參數(shù)表征關(guān)系。解剖和確立沖洗工藝、沖洗井布置等沖洗要素及其組合關(guān)系對(duì)不同淤堵階段的化學(xué)、物理作用機(jī)制。闡明生活垃圾填埋場(chǎng)可沖洗式滲濾液排水層淤堵防治理論的科學(xué)內(nèi)涵，建立填埋場(chǎng)可沖洗式排水層淤堵防治理論模式。為保障填埋場(chǎng)的安全運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)，培育垃圾填埋環(huán)境工程地質(zhì)學(xué)新方向。

我國(guó)填埋場(chǎng)建有滲濾液水位迫降抽排豎井超過2萬(wàn)口，但其普遍存在淤堵快、出水流量低和水位控制效果差的問題。工程探索表明，一種具備復(fù)合反濾結(jié)構(gòu)的滲濾液抽排豎井具有良好的抗淤堵性能，但其滲透-淤堵機(jī)理尚不清楚，難以進(jìn)一步優(yōu)化和推廣。擬針對(duì)填埋場(chǎng)復(fù)合反濾滲濾液抽排豎井開展研究。通過單元體試驗(yàn)和模擬，研究復(fù)合反濾層的滲流機(jī)理，掌握各反濾結(jié)構(gòu)層流量負(fù)荷分布規(guī)律，揭示其在不同物化生化特性滲濾液、溫度、上覆壓力、位移等因素作用下的滲透-淤堵響應(yīng)，探索優(yōu)化復(fù)合反濾結(jié)構(gòu)；開展復(fù)合反濾抽排豎井長(zhǎng)期室內(nèi)模型試驗(yàn)，掌握其反濾結(jié)構(gòu)及井周垃圾長(zhǎng)期使用后的淤堵時(shí)空發(fā)展規(guī)律，試驗(yàn)探索淤堵防治技術(shù)；建立考慮淤堵時(shí)空效應(yīng)的復(fù)合反濾抽排豎井井流計(jì)算方法；開展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，驗(yàn)證和進(jìn)一步探索復(fù)合反濾層抽排豎井出水效果、淤堵發(fā)展規(guī)律及淤堵防治技術(shù)。本研究可闡明復(fù)合反濾滲濾液抽排豎井的滲透-淤堵時(shí)空發(fā)展規(guī)律，有利于其進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)展和推廣應(yīng)用

堆體內(nèi)水位壅高會(huì)降低垃圾的有效應(yīng)力，也會(huì)引起填埋氣阻滯、氣壓增大，顯著降低堆體的穩(wěn)定性。填埋場(chǎng)采用抽排豎井強(qiáng)制降低滲濾液水位，常有三種形式：具有復(fù)合反濾結(jié)構(gòu)的大口徑豎井，具有復(fù)合反濾結(jié)構(gòu)的小口徑豎井，以及常規(guī)結(jié)構(gòu)的大口徑豎井。 廣州興豐填埋場(chǎng)降水實(shí)踐表明，具有復(fù)合反濾結(jié)構(gòu)的大口徑和小口徑豎井，單井平均產(chǎn)水量可達(dá)25m3/d，遠(yuǎn)大于常規(guī)降水豎井的5m3/d ~10m3/d，效果良好。但通過改變豎井結(jié)構(gòu)，很難進(jìn)一步提升出水量，原因是堆體內(nèi)存在液氣阻滯效應(yīng)，降低了滲濾液自堆體向豎井內(nèi)的運(yùn)移速率，限制了豎井的產(chǎn)水量?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)表明，厚度40m左右的堆體，實(shí)測(cè)主水位埋深4m~10m，滯水位埋深3m~5m，氣壓達(dá)到225kPa，水、氣壓力大，阻滯嚴(yán)重。 基于此，研發(fā)了一種負(fù)壓抽排豎井，除采用復(fù)合反濾結(jié)構(gòu)，同時(shí)利用真空泵在豎井內(nèi)形成負(fù)壓，增大滲濾液的滲流梯度，弱化填埋氣對(duì)滲濾液的阻滯，提高豎井產(chǎn)水量。在杭州天子嶺填埋場(chǎng)建設(shè)負(fù)壓抽排豎井并開展試驗(yàn)，結(jié)果表明：（1）定降深25 m抽水，井內(nèi)負(fù)壓由0 kPa增加至-30 kPa，qs由46.1 m3/d增加至66.3 m3/d，出水量顯著提升。（2）將井內(nèi)負(fù)壓保持在-30 kPa時(shí)，降深由15 m增加至25 m，產(chǎn)水量由45.0 m3/d增加至66.3 m3/d。（3）定降深25m抽水，井內(nèi)負(fù)壓由0kPa增加至-30kPa時(shí)，距井5m處水位降深由7.3m增加至12.7m，距井30m處由1.2m增加至1.6m。影響半徑平均由34.5m增加至37.2m。（4）井周邊堆體內(nèi)的負(fù)壓隨著深度和距井水平距離逐漸減少。隨著深度的增加，堆體內(nèi)負(fù)壓逐漸衰減。當(dāng)井內(nèi)負(fù)壓為-30kPa時(shí)，距井5m深度15m處負(fù)壓為-14.7kPa，深度30m處負(fù)壓為-3.5kPa。隨著水平距離的增加，堆體內(nèi)真空也逐漸衰減。（5）隨著負(fù)壓的增加，折算堆體內(nèi)飽和滲透系數(shù)kw由1.41×10-6 m/s逐漸增加3.29×10-6 m/s。 研究表明，具備復(fù)合反濾結(jié)構(gòu)的大口徑、小口徑豎井均取得很好的應(yīng)用效果，尤其是小口徑豎井，具有成井速度快、降水效果好的特點(diǎn)，已在深圳、廣州、杭州、上海及西安等多地獲得應(yīng)用。負(fù)壓抽排豎井可增大堆體內(nèi)滲濾液的滲流梯度，弱化液氣阻滯效應(yīng)，提高豎井產(chǎn)水量，具有良好的應(yīng)用前景。 2100433B

圍海造田、軟土地基處理、淤泥堆場(chǎng)處理等超軟土排水工程中，排水體過濾材料通常會(huì)遇到淤堵問題，導(dǎo)致無(wú)法有效地快速降低超軟土含水率。影響排水體淤堵的主要因素有兩點(diǎn)：（1）排水界面上的應(yīng)力、水力條件；（2）過濾材料自身的孔隙特性。本項(xiàng)目通過增加了模擬頂部堆載荷載和真空負(fù)壓模塊的改進(jìn)梯度比試驗(yàn)儀器，模擬排水體淤堵過程，揭示超軟土排水體發(fā)生淤堵的機(jī)理；通過更換不同濾層材料，進(jìn)行不同上部荷載壓力和不同真空負(fù)壓下的室內(nèi)排水模型試驗(yàn)，篩選出最有利于防淤堵的過濾材料和水力、應(yīng)力條件，揭示這些因素的防淤堵機(jī)理；通過試驗(yàn)結(jié)束后的取樣顆粒分析結(jié)果，對(duì)照過濾材料的孔隙特性，分析顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和在過濾材料中的滯留規(guī)律，建立超軟土排水體濾層材料防淤堵設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。本項(xiàng)目的研究結(jié)果可以給出指導(dǎo)防淤堵設(shè)計(jì)的理論依據(jù)，進(jìn)一步優(yōu)化排水固結(jié)工程措施。在沿海港區(qū)吹填造陸、內(nèi)陸河流湖泊疏浚淤泥處置等工程中有較好的應(yīng)用前景。