课题基金 / 基金详情

考虑孔洞随机分布的垃圾填埋场HDPE膜覆盖层填埋气运移机理研究

批准号:
52108354
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
沈斯亮
依托单位:
学科分类:
岩土与基础工程
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
沈斯亮

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
针对生活垃圾填埋场填埋气击穿HDPE膜发生逸散这一工程问题,以HDPE膜的气体扩散系数与膜下垃圾气体释放通量为研究对象,采用室内试验,理论分析与现场试验相结合的方法,研究分别经过高温、强紫外线老化后HDPE膜的气体扩散系数与现场尺度的HDPE膜下垃圾的气体释放通量。分析在水平拉力作用下,不同老化阶段的HDPE膜气体扩散系数变化规律,膜下垃圾的气体释放通量变化规律、影响因素及膜下的气压累积状态,阐明拉力-环境因素耦合对HDPE膜气体扩散系数的影响机理与考虑膜下气压累积的填埋气运移机理。项目预期将探明填埋气击穿HDPE膜的过程与影响因素,通过建立考虑膜孔洞随机分布的填埋体-间隙-膜三层体系的填埋气运移模型,完整揭示HDPE膜下填埋气的运移机理。项目的实施可为我国生活垃圾填埋场填埋气无组织逸散控制方案的优化提供科学依据。
英文摘要
Aiming at the problem of landfill gas (LFG) leakage by transporting through HDPE geomembrane (GM) on domestic waste landfill, the variation of GM diffusion property and gas emission rate beneath the GM were set as the research objects. By using the laboratory tests, theoretical analysis and field teats, the GM diffusion property under high temperature, high ultraviolet radiation and the gas emission rate of the waste beneath the GM in full-size scale were investigated. The variation regularity of GM diffusion property in aging stages under horizontal tension were analyzed. The variation characteristics and influencing factors of gas emission rate of MSW beneath the GM were also discussed. Finally, the influence mechanism of GM diffusion property variation under environmental factors- horizontal tension coupled condition and migration mechanism of landfill gas with the accumulated pressure beneath the GM would be proposed. The project is expected to reveal the process and influencing factors of landfill gas migration through the GM and establish a landfill gas migration model of Waste-Gap-GM three-layer system, consider the hole random distribution on the GM. The results of this research project could reveal the mechanism of gas leakage by transporting through the GM and provide the scientific basis for the optimization of the existing gas leakage control methods on domestic waste landfill in China.
针对生活垃圾填埋场中填埋气击穿HDPE膜发生逸散这一问题,本课题以HDPE膜的气体扩散系数与膜下垃圾气体释放通量为分析对象,采用室内试验,理论分析与现场试验相结合的方法开展了相关研究。首先对杭州某填埋场HDPE膜表面的填埋气分布进行了为期3年的现场监测,分析了HDPE膜与压实黄土作为填埋场临时覆盖材料的性能优劣与影响机制。基于静态箱法得到的HDPE膜孔洞处的填埋气释放通量,利用二维稳态气体运移模型,评估了膜/垃圾接触状态、孔洞尺寸、垃圾底部气压和渗透系数对孔洞处填埋气释放通量的影响。随后,将HDPE膜分别进行高温、强紫外线老化处理,利用双室扩散装置,分析不同的老化-拉伸状态下膜的气体扩散系数变化规律。基于分子动力学模拟,揭示老化过程中HDPE膜分子链断裂、重组和结晶区和非结晶区比例变化等因素对气体分子扩散过程的影响机制。最后,本研究提出一套基于现场监测和遗传算法的反演方法。基于逐次监测获得的全场尺度甲烷空间分布数据,利用高斯扩散模型与遗传算法进行全局搜索,以目标函数最小化作为优化目标,通过选择、交叉、变异等方式不断迭代并最终实现收敛,以实现HDPE膜上填埋气释放源的精准定位与释放量预估。.传统监测和分析手段难以满足精准定位和量化排放源的需求,这为有效控制甲烷排放和保障填埋场安全运行带来挑战。本项目的研究旨在为填埋场的日常运营管理提供关键依据,通过掌握填埋气释放源的分布与阻隔材料的性能劣化规律,可及时对破损处进行修复,减少填埋气的无组织逸散,降低对环境的污染和安全风险。
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