污染物在改良黏土襯里中運(yùn)移分析及ET封頂層特性探討.pdf

1、垃圾填埋場(chǎng)對(duì)環(huán)境的污染是陸地填埋法面臨的主要環(huán)境巖土工程問(wèn)題。為控制滲濾液過(guò)量排放而引起環(huán)境污染，現(xiàn)代衛(wèi)生填埋場(chǎng)包含有防滲結(jié)構(gòu)與封頂結(jié)構(gòu)。壓實(shí)黏土襯里(CCL:Compacted Clay Liner)廣泛應(yīng)用于填埋場(chǎng)防滲結(jié)構(gòu)中。黏土可吸附多種污染物，但吸附能力較弱，提高CCL吸附能力對(duì)于控制填埋場(chǎng)對(duì)環(huán)境污染具有重要意義。在黏土中分別添加活性炭(GAC:Granular Activated Carbon)、酸活化膨潤(rùn)土、石灰等對(duì)其進(jìn)行改

2、良，以提高CCL的吸附及承載能力。采用吸附試驗(yàn)、土柱試驗(yàn)等方法，研究改良襯里的吸附特性，并確定了Cr(VI)在襯里中運(yùn)移的彌散系數(shù)。采用土工試驗(yàn)對(duì)改良黏土作為填埋場(chǎng)襯里建造材料的可行性進(jìn)行了研究?；跍囟茸兓挛廴疚镞\(yùn)移模型，對(duì)Cr(VI)在改良襯里中的運(yùn)移過(guò)程進(jìn)行數(shù)值分析。另外，對(duì)壓實(shí)黏土封頂層與蒸發(fā)傳輸(ET:Evapotranspiration)封頂層的水分平衡進(jìn)行了數(shù)值分析?；谠囼?yàn)與理論分析，取得了以下研究成果。 1.

3、吸附動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果表明，黏土對(duì)Cr(VI)、Zn(II)的吸附可以通過(guò)偽二階動(dòng)力模式來(lái)描述；黏土對(duì)Cr(Vi)、Zn(II)離子吸附的活化能為22.7kJ/mol、26.88kJ/mol，說(shuō)明黏土對(duì)Cr(VI)、Zn(II)離子的吸附屬于化學(xué)吸附；熱力學(xué)參數(shù)說(shuō)明黏土對(duì)重金屬離子的吸附是吸熱反應(yīng)，溶液溫度的升高能促進(jìn)黏土對(duì)重金屬離子的去除率。 2.吸附試驗(yàn)結(jié)果表明，改良黏土試樣對(duì)Cr(VI)的吸附均符合Langmuir等溫吸附方程

4、，且吸附強(qiáng)度顯著提高。在等溫條件下，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中，Langmuir吸附參數(shù)(qm、b)隨著土固體顆粒濃度的增加而線性減小，當(dāng)土固體顆粒濃度增至臨界值時(shí)(如：200g/L)，可達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在非等溫條件下，吸附參數(shù)(gm、b)均隨溫度升高而線形增大。 3.土工試驗(yàn)結(jié)果表明，在重型擊實(shí)及特定含水率下，黏土、經(jīng)GAC或酸活化膨潤(rùn)土改良的黏土均能滿足體縮率小于4％、滲透系數(shù)小于1×10-7cm/s、無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度大于200kPa的工

5、程要求，說(shuō)明這些土料可以作為填埋場(chǎng)襯里的建造材料。 4.由上層含石灰的黏土和下層含GAC或酸活化膨潤(rùn)土的黏土構(gòu)成的雙層襯里不僅能滿足低滲透系數(shù)的工程要求，且明顯的提高了襯里的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，增強(qiáng)了襯里的承載能力，進(jìn)而提高了填埋場(chǎng)的填埋儲(chǔ)量。 5.以土柱試驗(yàn)所得到的穿透曲線擬合數(shù)值計(jì)算結(jié)果，分別確定Cr(VI)在單層與雙層襯里中的彌散系數(shù)。在單層襯里中，彌散系數(shù)(D)分別為：含10％石灰的黏土為6.4×10-8m2/s；黏

6、土為3.0×10-10m2/s；含3％或6％活化膨潤(rùn)土的黏土分別為2.2×10-10m2/s與6.8×10-10m2/s；含3％或6％GAC的黏土分別為2.5×10-10m2/s與8.3×10-10m2/s。在雙層襯里中，上層土為含10％石灰的黏土，其D值為4.4×10-8～5.2×10-8m2/s；下層土分別為：含3％與6％活化膨潤(rùn)土的黏土，其D值分別為6.1×10-10m2/s與5.4×10-10m2/s；含3％與6％GAC的黏土，

7、其D值分別為6.5×10-10m2/s與7.0×10-10m2/s。 6.考慮污染物在多孔介質(zhì)中的對(duì)流、彌散、地球化學(xué)反應(yīng)以及溫度對(duì)吸附量影響條件下，建立了污染物在飽和雙層結(jié)構(gòu)體系中運(yùn)移的數(shù)學(xué)模型，采用有限差分法對(duì)模型進(jìn)行數(shù)值求解，并對(duì)Cr(VI)的運(yùn)移過(guò)程進(jìn)行數(shù)值分析。計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)溫度升高時(shí)，對(duì)于不向類(lèi)型的雙層襯里，Cr(VI)穿透速度由大到小的順序依次為雙層襯里1(上層為含10％石灰的黏土、下層為黏土)＞雙層襯里2(上層

8、為含10％石灰的黏土、下層為含3％GAC的黏土)＞雙層襯里3(上層為含10％石灰的黏土、下層為含3％酸活性膨潤(rùn)土的黏土)，表明采用GAC、酸活化膨潤(rùn)土改良的CCL可有效延遲Cr(VI)的運(yùn)移。探討了填埋場(chǎng)水位、壓實(shí)土層的滲透系數(shù)和彌散系數(shù)對(duì)Cr(VI)運(yùn)移的影響，計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)提高填埋場(chǎng)水位、增大滲透系數(shù)與彌散系數(shù)時(shí)，Cr(VI)在雙層襯里中的運(yùn)移速度明顯加快，為Cr(VI)運(yùn)移過(guò)程的控制因素。同時(shí)分析了土的比熱和熱傳導(dǎo)系數(shù)對(duì)Cr(V

9、I)在雙層襯里中運(yùn)移的影響，計(jì)算結(jié)果表明，土比熱和熱傳導(dǎo)系數(shù)變化對(duì)Cr(VI)在雙層襯里中運(yùn)移影響較小，可不考慮其影響。 7.以大連市1976全年的實(shí)際降水與蒸發(fā)蒸騰強(qiáng)度為邊界條件，采用數(shù)值計(jì)算對(duì)比分析壓實(shí)黏土封頂層與ET封頂層中水分運(yùn)移特性，探討了降水強(qiáng)度、降水持續(xù)時(shí)間、土層初始含水率與植物生長(zhǎng)土層厚度等因素對(duì)封頂系統(tǒng)中水分運(yùn)移的影響。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，臨近地表的土層，其含水率受降水、蒸發(fā)的影響顯著，且隨著深度的增加出現(xiàn)明顯的