生活垃圾填埋场渗滤液导排系统堵塞机理及控制方法研究

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渗滤液导排系统堵塞导致的填埋场积水严重、水位雍高是我国生活垃圾填埋场运营管理中存在的突出问题。由于我国生活垃圾中厨余组分含量高,填埋场渗滤液产生量大,颗粒物和挥发性脂肪酸(VFAs)浓度高,容易造成导排系统短期之内发生严重堵塞。同时,部分填埋场接受脱水污泥及焚烧灰渣入场填埋,进一步加剧了渗滤液导排系统堵塞。针对上述问题,本论文在现场调研基础上,通过模拟实验研究颗粒物截留作用导致的物理堵塞以及VFAs降解、金属离子沉淀导致的生物-化学堵塞发展过程,进而构建了填埋场渗滤液导排系统堵塞数值模型,系统研究我国生活垃圾填埋场渗滤液导排系统堵塞的动态演化规律,提出我国生活垃圾填埋场渗滤液导排全过程管理的控制方法。论文取得的主要成果如下:我国生活垃圾填埋场渗滤液中的悬浮颗粒物主要源自厨余组分,具有浓度高(TSS>2200 mg L-1)、粒径大(超过30%颗粒物粒径大于15μm)的特征。过滤实验表明,当过滤通量达1 m3 m-2时,土工布层渗透系数可降低至10-99 m s-1。模拟渗滤柱实验证实,生物膜和沉淀的CaCO3所形成的珊瑚状沉积物是构成生物-化学堵塞的主体。我国填埋场渗滤液中VFAs含量高而Ca2+浓度低,这一特征导致CaCO3的形成受Ca2+浓度制约。土工布层适宜微生物附着生长,其生物-化学堵塞发展速率远高于砾石导排层,运行约200天后渗透系数降低超过5个数量级。基于现场调研和上述实验结果,建立我国生活垃圾填埋场渗滤液导排系统堵塞发展数值模型,通过耦合计算物理、生物-化学堵塞过程,分析导排系统失效控制因素,预测渗滤液累积变化。结果表明,运行约1年后,土工布层因颗粒物截留(66.7%)和生物膜留存(29.3%)完全堵塞,系统等效垂直渗透系数低于10-8 m s-1,由此引起垃圾堆体内渗滤液雍高;随运行时间增长,由生物-化学反应主导的砾石层堵塞逐步发展,约17年后,该层被惰性生物膜(34.7%)和沉积的CaCO3(52.0%)填充而完全失效,导致堆体内滞水位和防渗衬层上方水头急速上升。基于不同情景的模拟预测结果表明:渗滤液导排系统中取消土工布反滤层可将渗滤液导排系统整体失效时间由不足1年推迟至约6年,此时可重新布设分层排水设施;进一步,增加10%的砾石导排层厚度或导排管直径,可分别延长5.2%和3.7%的导排系统使用年限。通过垃圾分类或预处理的方式使填埋垃圾中厨余组分降低50%,渗滤液导排系统寿命将增加39.5-81.3%(无/有土工布层)。此外,填埋作业中应避免生活垃圾同脱水污泥或焚烧灰渣混合填埋。
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