双衬层污水池渗漏检测系统的应用研究

近年来,污水处理成为环境保护的热点话题,对污水池进行实时监测防止对环境造成污染是必要的安防手段。通过对污水池结构及电学特性的分析,建立了双衬层污水池渗漏检测系统。利用高压直流电法对污水池人工合成衬层(HDPE)进行漏洞检测,主防渗层检测系统对主防渗层是否泄漏进行定性检测,次防渗层检测系统对次防渗层出现的漏洞进行定位。这样有助于减少大量的数据处理。通过试验检验,当主防渗层存在漏洞时回路电流能达到电源电流的90%以上;当次防渗层存在漏洞时通过等势图的绘制能确定漏洞所在位置。     

人工合成衬层渗漏检测高压直流电法漏洞电流模型

建立了填埋场渗漏检测高压直流电法漏洞电流模型．将单衬层填埋场看作水平方向为无穷大的3层均匀介质，上层为垃圾层，中间层为人工合成衬层，下层为土壤层．漏洞电流对周围空间电势分布的影响被等效为位于电流流人端的负电流源和位于电流流出端的正电流源对周围空间电势分布的影响膜上漏洞检测通过偶极子法试验、膜下漏洞检测通过电极栅格法试验，结果表明用所建模型计算的理论值与实测值吻合较好．     

双衬层填埋场渗漏检测电极铺设方式研究

利用高压直流电法对双衬层填埋场渗漏检测进行了研究.结果表明检测电极的铺设方式以及供电电极和参比电极的位置对漏洞定位有一定影响.在回路电流、检测电极间距、定位算法、介质分布相同的条件下,三角形的检测电极铺设方式比四边形的漏洞定位误差小,且不同点的误差波动小.当参比电极距离漏洞较近时,漏洞定位误差较大;而参比电极与漏洞的距离越大,漏洞定位误差则越小.同时,检测层的电势分布主要是由供电电极和漏洞造成,因此,参比电极的位置既要远离漏洞又要远离供电电极.     

垃圾填埋场防渗层渗漏检测方法的比较

对目前国外几种垃圾填埋场防渗层渗漏检测方法(地下水检测法,扩散管法,电容传感法,追踪剂法,电化学感应电缆法,电学法)进行了详细的叙述和比较,并指出电学法是较好的检测方法.      

电学方法在双衬层填埋场渗漏检测中的应用

研究了双衬层填埋场电学方法漏洞检测的原理.建立了漏洞检测模型,将漏洞电流和回路总电流看成2个点电流源,推导了检测层中电势分布满足的方程,分析结果显示:检测层越薄,同样的检测电流导致的漏洞附近的电势异常越明显,漏洞就越容易被检测出来;检测层厚度有限时,检测电极所在的垂直位置对漏洞的检测定位几乎不产生影响.实验验证了模型的正确性.     

高压直流电法2种双人工合成衬层模拟填埋场渗漏检测的比较

利用高压直流电法对双人工合成衬层间加粘土层和土工导水网2种模拟填埋场渗漏定位进行试验研究.结果表明:对上层膜检测时,第2种模拟填埋场的总回路电阻比第1种的约大15%;对下层膜检测时,第2种模拟填埋场的总回路电阻比第1种的约大20%.利用高压直流电法,2种模拟填埋场都可以较好地进行漏洞定位,在电极间距为1m时,漏洞定位误差不超过10cm.     

便携式渗漏检测装置在填埋场防渗层完整性检测的应用

利用基于双电极法的偶极子检测和基于电极栅格法的区块化检测装置,对重庆某生活垃圾填埋场进行了防渗层高密度聚乙烯(HDPE)膜完整性检测.结果表明:偶极子在漏洞附近时,其周围电势分布会出现正负突变;区块化检测利用网格铺设电极和上位机软件解析可以精确定位漏洞位置.基于高压直流电法的便携式渗漏检测系统,在填埋场铺设防护层的条件下能够有效地检测到直径约1 cm的漏洞,并且能够对漏洞进行精确定位.对 2种不同电学方法的验证表明,电极栅格法比双电极法测量范围大、精度高.      

电极铺设方式对填埋场渗漏检测定位的影响

利用高压直流电法,对单HDPE膜衬层模拟垃圾填埋场检测电极采用蜂窝状和栅格状2种铺设方式对漏洞定位影响进行了研究,通过2种算法进行了定位误差的比较.结果表明,在电极间距为1m时,蜂窝状电极铺设方式漏洞定位误差是栅格状误差的53%,但电极数量增加了13%.第1种算法的误差小且波动较小.检测电极采用蜂窝状铺设方式,电极间距为1m,回路电流为100mA时,漏洞定位误差不超过15cm.     

单合成衬层填埋场渗漏检测的多介质模型

建立了填埋场渗漏检测高压直流电法模型,将单衬层填埋场看作水平方向为无穷大的3 层均匀介质,上层为垃圾层,中间层为人工合成衬层,下层为土壤层;漏洞电流视为电流流入端的负电流源和电流流出端的正电流源;介质中任意检测点的感应电势是膜上漏洞面电流源和膜下漏洞面电流源以及膜上供电电极电流源在该点感应电势的叠加.漏洞电流与供电回路电流之间的关系分析表明,流经漏洞的电流(I₀)占总电流(I_s )的比例(f₀)随着填埋场底部面积的增加而减小,当填埋场底部面积≤3600m² 时,I₀ 占I_s 的90%以上,而当场底面积增为10⁵m² 时,I₀ 仅占I_s 的55%.根据独立作用原理,分析了多漏洞情况下各层介质中的电势分布并进行了试验验证.     

单衬层填埋场渗漏检测ELIM法的正演解析

建立了填埋场渗漏检测电势映像法(ELIM)模型.将单衬层填埋场看作水平方向为无穷大的3层均匀介质,上层为垃圾层,中间层为人工合成衬层,下层为土壤层.从稳定电流电场的本质出发,将漏洞电流等效为位于电流流入端的负电流源和位于电流流出端的正电流源.基于该模型对填埋场渗漏检测的电势映像法进行了正演解析,并根据模型的基本特征,对3层介质模型的解析结果进行了简化,结果表明该模型中电场在半无穷空间的电势分布与半空间模型中无穷媒质空间中的电势分布规律基本相同.     

垃圾填埋场土工膜渗漏电学检测法的研究

在垃圾填埋场中,利用土工膜的电绝缘性来实现其施工验收和填埋垃圾期间的渗漏检测以防止污染地下水.笔者研究了漏洞大小、偶极子的位置、偶极子的电极间距、供电回路电极的位置以及填埋场内物质的电阻等对检测信号强弱的影响,并指出在多洞的情况下,偶极子的电极间距必须小于两漏洞间的距离才可确定定位漏洞.      

深度填埋条件下堆体表面电势分布特征及漏洞定位机理

为研究运行期填埋场深度填埋条件下偶极子渗漏检测和漏洞定位的可行性,通过系统分析运行期填埋场的结构特征和漏洞特征,建立了偶极子检测的概念模型、控制方程和定解条件;基于Comsol Multiphysics高仿真数值模拟软件对上述问题进行有限元求解,并根据现场实测数据对模拟结果进行验证,最后利用该模型讨论了运行期填埋场偶极子漏洞检测和定位的可行性及影响因素.结果表明:数值模型模拟的特征点(极大值点和极小值点)与实际测量点位的y坐标(电势差分值)相对误差最大为24.95%,x坐标(距离)相对误差最大为3.40%,表明模型及其求解方法合理,可用于模拟实际的偶极子检测.在深度填埋(堆体厚度最大15 m)条件下,堆体表面电势差分信号降至mV级别,超出传统铜电极+万用表的检出限.受填埋深度影响,堆体表面电势分布特征与库底电势分布特征差异较大,电势峰值点位置相差达8.0 m,偶极子装置虽可检测出库底漏洞的存在,但是不能准确对其定位(x方向偏移2.0 m,y方向偏移8.0 m).此外,堆体表面的地形起伏会形成伪漏洞信号,干扰漏洞识别;沿测线方向平行移动电极,测线上的漏洞信号也会同时移动,并且关于实际漏洞位置对称.研究显示,在运行期填埋场条件下,传统偶极子漏洞定位方法(即直接根据测线上的异常信号进行漏洞定位)不再适用,但可以通过平行移动地表电极位置,观察地表电极移动过程中疑似漏洞信号的对称中心来进行漏洞定位.      

基于分区多点供电的填埋场渗漏实时检测系统研究

针对现有填埋场渗漏检测系统在检测大面积填埋场时存在的检测成本高、电极铺设困难和定位不精确的实际问题,设计了一种新型填埋场实时渗漏检测系统,该系统采用分区检测、多点供电的方式采集检测电极电势,并通过定位算法定位漏洞。该系统在大大降低了大面积填埋场渗漏检测成本的同时,也提高了定位精度。通过在中国环境科学研究院内小型填埋场做模拟实验验证,在膜上供电电流400 mA、膜下电极栅格间距10 m、膜下媒质电阻率50Ω·m的情况下,系统的定位精度可达到20 cm。该系统为垃圾填埋场的科学管理和减少环境污染提供了新的科学技术手段。     

基于改进电法装置和深度神经网络的填埋场渗滤液水位探测

渗滤液水位检测和管控是填埋场环境风险管控的关键之一,高密度电法装置具有无损、快速和分辨率高等优点,但填埋场铺设的HDPE防渗膜的高阻特性掩盖了渗滤液的低阻特性,反演结果存在探测精度差、探测范围有限等问题,无法有效识别渗滤液水位. 为此,本文设计了改进的川字型采集装置并配套提出了基于深度神经网络的非线性反演算法——EConvNet-C,通过构建高仿真模拟模型获得了代表性场景下的学习样本,并进行学习训练得到了渗滤液水位与观测数据的非线性映射关系. 对上述改进的电法装置和配套的反演算法的有效性进行了验证,并开展了实际填埋场地的案例研究. 结果表明:①基于川字型装置的EConvNet-C反演的电阻率存在明显的分层特征,在场景A中EConvNet-C反演算法的均方误差(MSE)均在0.00230以下,渗滤液水位探测精度均在90.0%以上. ②以“浅层滞水”形式非正常积存情况下,EConvNet-C探测精度略有下降,但MSE仍在0.00420以下,水位探测精度仍在80.0%以上. ③基于传统探测装置的深度神经网络耦合方法得到的渗滤液水位探测精度略低于基于川字型装置的EConvNet-C,而基于传统探测装置的线性反演耦合方法在HDPE膜高阻特性的影响下无法有效识别渗滤液水位. 因此,基于川字型装置的EConvNet-C在填埋场渗滤液水位探测领域具有较大潜力,可为后期开展垃圾填埋场的性能和风险评估提供指导.      

填埋场HDPE膜漏洞靶向电动修补技术影响因素

为突破当前HDPE膜漏洞修补技术操作复杂、成本高,且具有安全隐患的难题,探究靶向电动修补技术的工艺参数对修补效果的影响规律,开展了电极类型、电压大小、运行时间、膨润土浓度与分散剂/膨润土投加比例等单因素实验,并探索达到修补效果的最低工艺条件.结果表明,漏洞直径为5mm时,选用石墨电极、电压大小为50V、运行时间为2d、膨润土浓度为10g/L、分散剂/膨润土比例为30%时,修复后HDPE膜漏洞处的渗透系数达到9.41×10^-6cm/s,具有较好的修补效果;此外,通过建立修补溶液体系的Zeta电位与电动修补后漏洞处渗透系数的数学表征模型,为实际场景下的应用提供依据,当渗透系数达到1×10^-6cm/s所对应修补溶液的Zeta电位至少应为-42.11mV.     

ERT技术界定卫生填埋场边界的试验研究

界定卫生垃圾填埋场边界有助于场地环境的维护和管理,采用电阻率二维层析成像技术中的3种装置排列(测深、温纳、偶极-偶极)对高阻体上表面特征进行试验模拟,并通过电阻率二维层析成像技术对垃圾填埋场边界的电性特征进行研究,在此基础上开展了现场勘查. 结果表明:在由测深和温纳2种装置排列所得到的二维反演图像中,高阻体的上表面与高阻区相切,误差达到25%,表明2种排列不能进行精确定位;而偶极-偶极的反演图像中高阻体的上表面在低阻区与高阻扩散末端的分界点上,反演精度较高,误差在5%以内.      

双衬层填埋场电法渗漏检测影响因素分析

双衬层填埋场采用电法进行渗漏检测时,漏洞电流大小、检测电极与防渗层之间的距离、介质的电阻率以及供电电极的位置皆可影响检测效果。分别对以上几个因素进行了仿真分析,结果显示:漏洞电流越大、检测电极距防渗层越近、供电电极与漏洞的水平距离越远,检测效果越好;而渗滤液污染导致的局部土壤电阻率变低,则使检测效果变差。     

电法填埋场渗漏检测供电电极接地电阻研究

采用电法进行垃圾填埋场渗漏检测时,供电电极的接地电阻对回路电流起决定性作用.分别推导了半球状供电电极和圆柱状供电电极的接地电阻表达式,并对影响接地电阻大小的主要因素进行了分析和试验验证.结果表明:①电极的接地电阻主要由电极附近的土壤电阻决定;②随着电极埋深的增加,电极的接地电阻减少,但当埋深超过40 cm时,随着电极埋深的增加,电极接地电阻的减小趋势变缓;③随着电极直径的增加,电极的接地电阻减少.实际应用中,电极的埋深和直径应尽可能大一些,但电极直径较大时,电极质量也会显著增加,给操作带来不便.因此,可将电极直径定为10～15 cm.此外,由于土壤一般为颗粒状,这使得土壤和电极不能完全接触,为降低接地电阻,可对电极附近的土壤进行浇水.