項目名稱： 城市固體廢棄物填埋孕育環(huán)境災害與可持續(xù)防控的基礎(chǔ)研究 首席科學家： 起止年限： 2012.1-2016.8 依托部門： 教育部 浙江省科技廳 一、關(guān)鍵科學問題及研究內(nèi)容 （一）本項目研究擬解決以下三個關(guān)鍵科學問題 （1）城市固廢物-化-生相變及固液氣相互作用 我國城市固廢組成復雜、有機物及含水量高，填埋體生化、液氣環(huán)境多變，導致生化相變過程十分復雜，這是產(chǎn)生城市環(huán)境災害的根源。通過液氣運移改善生化降解環(huán)境是實現(xiàn)污染物減量化、填埋氣資源化的關(guān)鍵途徑。因此，城市固廢物生化相變及固液氣相互作用是實現(xiàn)城市環(huán)境災害源有效調(diào)控的關(guān)鍵科學問題。在填埋場復雜環(huán)境下，城市固廢可降解有機物和可溶態(tài)無機物會發(fā)生耦聯(lián)的生物、化學反應，部分固相轉(zhuǎn)化為可遷移的液相和氣相，引起骨架結(jié)構(gòu)變化及力學、液氣傳導等工程特性衰變，并產(chǎn)生富含重金屬、有機污染物的滲瀝液及富含溫室氣體CH4、CO2的填埋氣，生化相變產(chǎn)生的液氣在填埋體內(nèi)固-液-氣-化-熱耦合作用下相互驅(qū)替、耦合運移。通過該科學問題的研究，揭示城市固廢生化相變機理及效應，獲得最佳降解環(huán)境，建立生化相變過程動力學模型，揭示液氣運移規(guī)律，發(fā)展液氣調(diào)控降解環(huán)境的方法，科學描述力、液、氣、熱時空分布，是填埋體快速降解及城市環(huán)境災害源主動調(diào)控的基礎(chǔ)。 （2）填埋場液氣誘發(fā)靜動力災變及時空演化 為節(jié)約土地資源，我國填埋場將向高、大、陡和大型集約化方向發(fā)展，現(xiàn)有填埋場高度已超過100m，一旦發(fā)生失穩(wěn)流滑災害，將造成嚴重的生命財產(chǎn)損失。而且，流滑災害同時致使有毒性滲瀝液和填埋體大面積泄露，直接造成嚴重的城市區(qū)域地表環(huán)境污染。我國城市固廢組成松散、容重較低、生化相變導致工程性質(zhì)隨時空變化顯著；另一方面，我國是多地震國家，近年來極端氣候頻發(fā)，地震、強降雨及液氣調(diào)控均可能導致填埋場失穩(wěn)流滑。因此，開展填埋場液氣誘發(fā)靜動力災變及時空演化的研究，是城市固體廢棄物安全填埋亟待解決的關(guān)鍵科學問題。填埋體局部處于高液氣壓力下，在外界因素（如強降雨、滲瀝液回灌、地震等）作用下，極易引起液氣壓力的進一步上升而造成局部災變（包括液化、塑性破壞、物理和化學爆炸、管涌等），由此引起的應力場、滲流場重分布導致災變漸進演化，并最終誘發(fā)填埋體發(fā)生滑坡，在一定場地條件下，甚至演化為流滑。通過該科學問題的研究，建立典型城市固廢靜、動力本構(gòu)模型，揭示不同觸發(fā)因素和高液氣壓力條件下填埋場的破壞機理及演化機制，揭示流滑產(chǎn)生機理，建立基于破壞模式的穩(wěn)定評價和流滑災害評估方法，為填埋體失穩(wěn)預警預報和災害評估、安全防控提供科學依據(jù)。 （3）填埋場液、氣和污染物擊穿屏障機理 我國城市固體廢棄物填埋場滲瀝液滲漏事故屢次發(fā)生甚至長期污染周邊地下水土環(huán)境，填埋氣及其攜帶的痕量污染物可能在城市大氣環(huán)境中擴散造成城市空氣污染，加劇溫室效應。填埋場防污屏障和覆蓋屏障是阻隔污染源（滲瀝液、填埋氣）向周圍環(huán)境傳播的最重要防線。液氣污染物在滲流場、濃度場作用下?lián)舸┢琳线^程中，產(chǎn)生滲流-擴散、吸附-解吸、氧化-還原及降解等作用，當屏障在長期服役過程中產(chǎn)生薄弱環(huán)節(jié)（粘土開裂，土工膜破洞）時，產(chǎn)生優(yōu)勢流擊穿屏障。污染物擊穿屏障后，將在城市地下環(huán)境和大氣環(huán)境中遷移擴散。通過該科學問題的研究，揭示土顆粒與污染物間界面的物理、化學及生物相互作用機理，揭示液、氣和污染物擊穿屏障及優(yōu)勢流產(chǎn)生機理，建立填埋場屏障長期服役性能的評價方法，為填埋場污染城市環(huán)境預警預報奠定基礎(chǔ)。 （二）項目主要研究內(nèi)容 圍繞上述關(guān)鍵科學問題，展開三個層面的研究：(1) 機理層面：城市固廢生化相變效應、不同觸發(fā)因素和高液氣壓條件下填埋場的失穩(wěn)和流滑機理、土顆粒與污染物間界面的多因素相互作用機理及液、氣和污染物擊穿填埋場屏障機理；(2) 理論與方法體系層面：建立營造填埋體最優(yōu)降解條件的液氣運移系統(tǒng)化調(diào)控方法，發(fā)展各種失穩(wěn)破壞模式的分析方法，建立填埋場屏障長期服役性能分析方法，建立填埋體城市環(huán)境災害的預警和預報方法；(3) 應用層面：以北京、上海和成都等不同地理區(qū)域和不同階段填埋場為示范工程和試驗基地，現(xiàn)場驗證并完善填埋場城市環(huán)境災害機理和可持續(xù)防控體系。具體研究內(nèi)容如下： （1）城市固廢物-化-生相變及填埋體多場相互作用 針對我國城市固廢的特點，研究不同降解環(huán)境下城市固廢生化相變機理，測試與分析相變過程中微生物、物化條件與固相質(zhì)量損失的交互關(guān)系，揭示液、氣和污染物產(chǎn)生規(guī)律，建立生化相變?nèi)^程動力學模型；研究相變過程中城市固廢工程特性的衰變規(guī)律，建立降解齡相關(guān)的液氣傳導本構(gòu)模型及應力-應變本構(gòu)模型。研究多場耦合作用下填埋體內(nèi)滲瀝液、填埋氣運移與分布規(guī)律，建立填埋體非線性固-液-氣-化-熱相互作用瞬態(tài)模型，揭示液氣時空分布對填埋體污染物運移及演變與沉降的影響規(guī)律，建立營造填埋體最優(yōu)降解條件的液氣運移系統(tǒng)化主動調(diào)控方法

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