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2011环保工程师考试：固体废弃物终极处理技术汇总

② 基于非均质各向异性特征的渗滤液运移研究

由于传统填埋场只需掌握渗滤液产量以便更好地进行渗滤液处理系统的设计和管理，通过合理的参数确定后，那些基于非饱和达西流建立的渗滤液流动模型基本能满足该要求。但生物反应器填埋场更加在意的是如何通过渗滤液回灌等操作实现垃圾体中水分的均匀分布和填埋垃圾的快速降解，因此正确认识回灌渗滤液的流动机理和模式就显得尤为重要。为此，近10年来，以加拿大人Zeiss为代表的部分学者开始对填埋场实际渗滤液流动机理进行模拟实验和理论研究。

Zeiss和Major(1993)在模拟实验中对不同压实密度的9个垃圾柱的水分流动模式和特点进行了研究，实验结果表明渗滤液快速流动通道普遍存在，分别占垃圾柱截面面积的28%左右，其实际持水率(开始产生渗滤液时的含水率)仅为0.136，远小于普遍应用的HELP模型采用的0.294的缺省值，而实验垃圾柱导水率(分别按渗滤液产生时间和渗滤液流量计算)更是高于HELP模型采用缺省值(1.2×10-7cm/s)4～5个数量级，实验过程中发现渗滤液快速通道面积和实际持水率基本不随垃圾压实密度发生变化。

Zeiss和Uguccioni(1995)利用3个垃圾柱就两种不同的注水速率对垃圾中水分流动的机理和模式进行了研究，结果表明低速注水同样不能避免渗滤液快速流动通道的形成，尽管沟流仍是主要的水分运移机制，多数垃圾吸力随注水时间降低表明达西流也事实上存在，流动稳定时渗滤液快速流动通道占有45%的面积，尽管实验垃圾的实际持水率仅0.0996，但实验后期其最终贮水率达到了0.294。

Uguccioni和Zeiss(1996)对8个1.8m×1.6m×1.5m的矩形垃圾单元分别按两种注水速率和两种压实密度进行水分运移的模型比较研究，单元实验结果表明高注水速率能减小渗滤液产生时间和有效贮水率，高压实密度能增加实际持水率和有效贮水率，作者分别将预测填埋场渗滤液产量的HELP模型和用于岩土工程水分运移规律研究的PREFLO模型(两相裂隙—孔隙介质流动膜型)用于模拟实验单元渗滤液产生和运移特征的计算，由于两模型部分参数确定不合理因而计算结果与实验结果偏差很大，调整参数后情况有所改观。

Zeiss和Uguccioni(1997)采用注塑方式对模拟实验单元的垃圾孔隙进行了检测，结合渗滤液流动参数，计算出8个实验单元中有5个单元出现的渗滤液沟流的雷诺数大于10，即表明渗滤液沟流已不属层流范围了。

Zeiss(1999)就采用脉冲回灌(每两周回灌一次)和连续回灌(每4小时进行一次小水量回灌)两种渗滤液回灌方式的垃圾填埋单元渗滤液流动特征和垃圾降解趋势进行了实验研究，结果表明两种回灌方式均不能克服渗滤液的沟流现象，但连续回灌渗滤液流动分布更加均匀，实际持水率能得到一定提高，仅从渗滤液COD衰减趋势判断，两种回灌方式对垃圾稳定进程变化影响不大。

Mccreanor和Reinhart(2000)、Mccreanor(1998)在研究中同时考虑了垃圾渗透性能的各向异性并首次用概率分布函数的形式来表示垃圾体渗透系数的非均匀分布，作者在研究过程中发现沟流是回灌渗滤液的主要流动方式，同时垃圾孔隙中的非饱和达西流也不容忽视。

Nopharatana等(2003)对序批式厌氧反应器(SBAR)中新老反应器间(内)发生的渗滤液和物质交换进行了数学模拟，其建立的固相垃圾降解综合模型不仅考虑了流动模型和生物反应、物理化学平衡模型之间的耦合作用，更重要的是在流动模型中将反应器分为发生沟流的活性域和出现孔隙间达西流的死域，活性域渗滤液的流动以堰流方程表示，死域中渗滤液的流动以小孔流方程表示，活性域和死域间渗滤液交换以小孔流动方程表示，通过与模拟实验结果比较，该综合模型的可靠性得到了检验。

显然，同时考虑大尺寸垃圾空隙间渗滤液沟流和细小垃圾颗粒间和颗粒内达西流的两相流模型更加符合生物反应器填埋场内回灌渗滤液的流动特征，它将是今后填埋场渗滤液流动水力学的研究方向。

随机模型可能是今后研究渗滤液运移的一个方向。

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