城市生活垃圾填埋场沉降机理研究

城市生活垃圾填埋场沉降机理研究

吴泽

（河北科技工程职业技术大学，河北 邢台市 054000）

摘要：自21世纪以来，中国人口的物质经济水平得到了显著的提升，尤其是在城市化脚步不断加快的背景下，城市生活垃圾也成为了污染城市的重要源头。如何对垃圾进行科学的无害化处理工作，避免生活垃圾持续沉降对周边湖泊、大气以及土地所带来的污染问题也成为了维护全人类健康、构建美观城市的关键切入点。长此以往，垃圾填埋都是中国城市处理生活垃圾最为便捷、成本投入最低且最为常用的方式，但垃圾填埋所带来的沉降问题也成为了阻碍垃圾填埋场优化运营和维护的关键点。本文主要是分析了城市生活垃圾填埋场的沉降机理，希望能够为城市生活垃圾填埋场的扩建以及改造提供参考意见。

关键词：生活垃圾；填埋场；沉降机理

城市中产生的大量生活垃圾在进入填埋场后，会与周边环境发生一系列复杂多变的物理化学反应以及生物沉降反应，伴随着垃圾向大气中的热量释放以及渗滤液向地下水环境的持续渗透，填埋场地沉降问题也随之发生，而在成像过程中，这些因素之间将会相互影响，这也使得城市生活垃圾填埋场的沉降研究机理十分复杂多变。

一、城市生活垃圾填埋场的应力沉降机理

第一，城市生活垃圾在受到外力带来的荷载作用时，从形态上将会发生破碎、弯曲、畸变以及重定向等问题，这都属于城市垃圾接受外来应力所产生的变化。第二，生活垃圾中本身就包含着大量复杂的原料，其中不乏一些吸水性能较强的材料，例如，废弃的纺织物或一些废纸。除此之外，还有内部具备一定压缩空间的物体，例如，空瓶或易拉罐。这些垃圾在受到外力带来的压缩影响时，由于内部的空间瞬时产生变化，内部空间中原本存储的液体以及废气将会快速排放，这也是导致部分沉降的因素。第三，在外部应力作用下持续缓慢地压缩，这种压缩也被称为蠕变。蠕变事实上是微小颗粒通过排挤中间的空隙或细颗粒向大孔隙中持续运动变化所产生的塑性变形，由此所产生的沉降机理也被称为错动。而通过多次的数据证明，由于机械外力作用所带来的蠕变引发的沉降问题基本上与微生物内部降解所带来的沉降量保持一致。第四，孔隙流体的压缩。在传统的研究机理中，通常情况下，假设孔隙流体是不可被压缩的。但是，考虑到城市中的固体废物垃圾大多数都是孔隙较多的材料，在未经过压缩之前本身就含有较多的气体或液体混合物，因此，孔隙流体在受到外力影响的作用下也会产生压缩力。

二、城市生活垃圾填埋场的水沉降机理

第一，颗粒和孔隙之间的水润滑和水溶解作用。城市生活垃圾中不乏存在一些遇水可降解的物质，这些溶解物将会变相地转化成液体，导致城市生活垃圾中原本的固体体积持续降低。而遇水溶解的材料也会使生活垃圾本身的孔隙空间扩张，当原有的固体框架无法支撑当前的外部作用力，就会发生大面积的坍塌，从而带来相应的沉降问题[1]。除此之外，水分子在生活垃圾中的融入，也会使许多孔隙率相对较大的柔软材料持续软化，还能够使固体垃圾的接触面保持润滑状态，这也增加了生活垃圾的可压缩性。第二，颗粒和孔隙内部水分子的释放。城市生活垃圾的孔隙内部很可能会存在大量的液体或气体混合物，在受到外部作用力以及生物降解所引发的机理时，这部分液体就会向外释放，导致生活垃圾的整体框架压缩，最终引发垃圾填埋场的沉降问题。以城市生活垃圾中的厨余垃圾为例，厨余垃圾内通常含有大量的水分子，而其中大约超过98％的水分子是在这些垃圾被填埋后的两个月内向外释放的，而内部水分子地向外释放，也会对填埋场中其他垃圾的生物降解机理起到促进作用[2]。

三、城市生活垃圾填埋场的无机成分和有机成分沉降机理

从无机成分的角度来说，城市生活垃圾中无机物在填埋过程中会逐步被腐蚀、被外界空气氧化，在外力作用带来的物理压缩力以及化学氧化和腐蚀的条件下，也会导致无机成分垃圾框架的压缩和坍塌。从生活垃圾中的有机成分来看，许多有机物质在条件适宜的情况下，极有可能会与周边微生物之间相互反应发生降解现象。这些现象包括发酵、垃圾腐烂以及有氧和厌氧的生物分解三大类型。而在降解过程中，城市生活垃圾中的有机分子将会被逐步转化为二氧化碳、水以及甲烷等其他的化学副产品，尤其是随着垃圾内部空隙规模的持续增加，发生沉降的可能性也会随之加大。通过多次的实验数据证明，城市生活垃圾中由于生物分解机理所带来的沉降量超过了其他物理化学沉降总量的40%，可见生物分解对于城市生活垃圾填埋沉降所带来的影响[3]。

结语：

综上所述，垃圾填埋是处理城市生活垃圾最为普遍和直接的手段，而导致城市生活垃圾沉降的因素更是种类多样。其中，外界应力、水分子的溶解以及释放、无机成分的物理化学释放、有机成分的生物降解都是导致垃圾填埋场中垃圾沉降的关键因素。

参考文献：

[1]唐文.关于城市生活垃圾填埋场存在的环境问题分析与对策探讨[J].化工管理,2018(33):173-174.

[2]王松涛,杨霄,王丛,贾超,王辉辉,刘建章.城市生活垃圾填埋场污染物运移研究[J].中国农村水利水电,2021(07):81-86.

[3]赵丽,刘靖宇,卫杰,张庆,孙超,孔伟芳,范英迪.某城市生活垃圾填埋场地下水“三氮”及溶解性有机质特征研究[J].河南理工大学学报(自然科学版),2020,39(03):68-74.

作者简介：吴泽，出生年月:1992-08-27，男，汉族，籍贯：河北省邢台市，所在院校：河北科技工程职业技术大学，职称：讲师  学历:硕士，学位：研究生，研究方向：土木工程。

课题来源：河北省邢台市重点研发计划自筹项目“城市生活垃圾填埋场沉降仿真装置及模型试验研究”（项目编号：2021ZC043）