高有機質(zhì)含量垃圾的含水量監(jiān)測試驗研究
——利用表面處理的TDR探頭

徐 輝,詹良通,穆青翼,王順玉,陳云敏

(浙江大學,軟弱土與環(huán)境土工教育部重點實驗室,浙江 杭州310027)

高有機質(zhì)含量垃圾的含水量監(jiān)測試驗研究
——利用表面處理的TDR探頭

徐 輝,詹良通*,穆青翼,王順玉,陳云敏

(浙江大學,軟弱土與環(huán)境土工教育部重點實驗室,浙江 杭州310027)

為了研究時域反射技術(shù)(TDR)對高電導率、高有機質(zhì)含量的填埋垃圾的適用性,設(shè)計并制作了探針表面鍍環(huán)氧樹脂基復合材料和套PVC管的TDR探頭,測試并評估了各個探頭測試介質(zhì)含水量的電導率適用范圍和感應(yīng)區(qū)域范圍,同時推薦了95%探針長度套PVC熱縮管的探頭作為最優(yōu)選擇.對所選探頭進行標定后,安裝在填埋自制新鮮垃圾和現(xiàn)場老垃圾的模型單元中,測試滲濾液入滲過程中和入滲后的含水量變化,結(jié)果表明:經(jīng)表面處理后的 TDR探頭能夠有效測試高有機質(zhì)含量填埋垃圾的含水量,且能夠?qū)λ矐B(tài)滲流過程引起的含水量變化迅速響應(yīng);當滲流達到穩(wěn)定時,TDR測試的含水量結(jié)果與水量平衡分析結(jié)果較為接近,絕對誤差在5%以內(nèi).

時域反射技術(shù)(TDR)；含水量；城市生活垃圾；高有機質(zhì)含量；滲流

水分的分布和運移在垃圾填埋場中具有極其重要的作用.首先,水分不僅是固相垃圾厭氧降解所必需的反應(yīng)物,還是微生物生長繁衍和保持活性所必需的條件,適宜的含水率是促進填埋垃圾快速穩(wěn)定的最基本條件[1-11].通過滲瀝液或其他液體的回灌可以增強水分的流動,從而達到含水量增加、反應(yīng)底物和微生物補給的目的,實現(xiàn)生化降解的快速穩(wěn)定化.其次,水是污染物的運載媒介,水通過垃圾骨架時會溶解同時垃圾降解也會析出部分污染物質(zhì),從而形成了對地下水體有危害的滲瀝液.降雨入滲或其它水分的進入將會引起滲瀝液水位的升高,對垃圾堆體的穩(wěn)定和滲濾液的泄露和擴散造成了極大的威脅[12-14].因此,對填埋垃圾含水量進行實時監(jiān)測和控制是實現(xiàn)以液體為媒介的生化環(huán)境主動調(diào)控的關(guān)鍵.

目前,填埋垃圾含水量的現(xiàn)場測試方法主要有中子探測法、電阻/阻抗法、電磁法、電阻率成像法、氣體分區(qū)示蹤法等,各自有其優(yōu)點和局限性[15-17].時域反射技術(shù)(TDR)屬于電磁法的一種,是基于電磁波在多孔介質(zhì)中的傳播特性而發(fā)展出來的含水量測試方法,具有可靠、方便、經(jīng)濟及自動化監(jiān)測等方面的優(yōu)勢,因而廣泛應(yīng)用于巖土介質(zhì)的含水量測試[18-20].與傳統(tǒng)巖土材料不同,MSW介質(zhì)具有大孔隙、非均質(zhì)、多組分等特征,更重要的是其滲濾液具有很高的電導率,容易造成電磁波信號的損失,從而使得TDR技術(shù)尚未廣泛應(yīng)用于垃圾填埋場.為了解決電磁波在高電導率介質(zhì)中衰減過快的問題,Ferre′[21]、Li[22]、Persson[23]、Staub[24-26]等國外學者提出了在探針表面加化學涂層或塑料套管的處理方法并進行了試驗驗證,結(jié)果表明:探針表面處理技術(shù)可以有效減少能量的衰減,使得TDR能夠應(yīng)用于高電導率介質(zhì)中.

填埋垃圾中的水分主要以3種形式存在:固相組分所含的胞內(nèi)水、固相組分之間的由于毛細作用而保持的孔隙水以及被低滲透性組分所滯留的孔隙水[27].不同于歐美發(fā)達國家,我國填埋垃圾有機質(zhì)含量較高[28-30],水分存在形式極其復雜,降解初期以胞內(nèi)水為主,隨著降解過程的進行胞內(nèi)水逐漸得以釋放轉(zhuǎn)化為孔隙水,所以后期主要以孔隙水的形式存在.另外,利用滲濾液回灌技術(shù)加速垃圾降解時,需要對垃圾體內(nèi)滲濾液運移過程以及達到穩(wěn)定狀態(tài)時的含水量進行監(jiān)測.因此,在國內(nèi)外已有研究基礎(chǔ)上,選取合適的 TDR探針表面處理方法,并對不同水分存在形式的填埋垃圾的適用性以及對瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)滲流過程的響應(yīng)進行評估是及其必要的.

針對上述問題,本文開展了一系列試驗研究,主要工作有:通過TDR探頭的電導率適用范圍試驗和感應(yīng)區(qū)域范圍試驗選取了適用于填埋垃圾含水量測試的探針表面處理方法;標定了所選TDR探頭的介電常數(shù)和行程時間以及體積含水量和介電常數(shù)的關(guān)系曲線;評估了TDR技術(shù)對新鮮垃圾和老垃圾含水量測試的適用性;(4)檢驗了TDR技術(shù)對滲濾液滲流過程中填埋垃圾含水量變化的響應(yīng)效果.

1 試驗原理及方法

1.1 TDR測試含水量原理

TDR測試系統(tǒng)主要包括:TDR探頭、傳輸線、信號發(fā)射器和示波器,如圖1所示.基于同軸傳輸線中的電磁波傳播理論,通過對反射波形的分析可以得到被測介質(zhì)的介電常數(shù).如表1所示,水的介電常數(shù)要遠大于干燥的巖土介質(zhì)和空氣,因而巖土介質(zhì)中水的含量對其介電常數(shù)起決定性作用,通過巖土介質(zhì)介電常數(shù)與含水量的關(guān)系模型,便可得到被測介質(zhì)的含水量.

介質(zhì)的介電常數(shù)可以表示成如下所示的復數(shù)形式

式中:K*表示復介電常數(shù);K′表示介電常數(shù)實部;K″表示介電損失;σdc/ωε0表示電導損失.

圖1 TDR測試系統(tǒng)及典型波形Fig.1 TDR testing system and typical waveform

表1 常見材料的介電常數(shù)[31-32]Table1 Dielectric constants of common materials[31-32]

Topp[18]提出了表觀介電常數(shù)的概念,使得計算大大簡化,其表達式如下:

式中:c表示電磁波在真空中傳播速度,即3×108m/s;Δt為電磁脈沖沿探頭的行程時間,可通過分析反射波形獲得(圖1),與周圍介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān);L為插入介質(zhì)中探針的長度,2L表示電磁波在Δt時間內(nèi)沿探針行程一個來回.

介電常數(shù)的測試與環(huán)境的溫度有關(guān),所以需要對測試結(jié)果進行溫度修正,可用式(3)進行修正(ASTM D6780-05,2005)[33]:

式中:Ka,20℃為20℃時介質(zhì)的介電常數(shù);Ka,T℃為 T℃時介質(zhì)的介電常數(shù);TCF為溫度修正系數(shù),對于MSW介質(zhì),TCF=0.97+0.0015T℃.

巖土介質(zhì)的體積含水量與介電常數(shù)的關(guān)系模型主要有半理論模型和經(jīng)驗?zāi)Ｐ?半理論模型最典型當屬體積混合模型,Birchak[34]首先提出了固液兩相層狀介質(zhì)的體積混合模型,Dobson[35]在此基礎(chǔ)上提出了考慮介質(zhì)中存在結(jié)合水和空氣等的廣義混合體積模型,Ledieu[36]提出了更為簡化的模型,即

許多學者通過總結(jié)試驗數(shù)據(jù)提出了反映巖土介質(zhì)介電常數(shù)與含水量之間關(guān)系的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?如3次回歸曲線、4次回歸曲線、考慮了電導率或密度影響的模型等.在眾多的經(jīng)驗?zāi)Ｐ椭?Topp[18]提出的關(guān)于砂土介質(zhì)的經(jīng)驗公式被許多學者應(yīng)用并驗證[37～38],其表達式為

然而,由于填埋垃圾高有機質(zhì)含量、大孔隙、非均質(zhì)、多組分的特性與巖土材料性質(zhì)相差較大,該公式將不再適用[22],而式(4)卻較廣泛地被國內(nèi)外學者所采用[21,32,39-42].

1.2 TDR探針表面處理方法評價試驗

正常情況下,巖土介質(zhì)的電導率并不高,但對于 MSW 這種滲濾液電導率可高達3000mS/ m[26,43-45]的巖土介質(zhì)而言,應(yīng)用TDR行程時間法測試其含水量可能會使測試波形中的反射點 B不明顯甚至無法識別.另外,TDR探頭能夠感應(yīng)的介質(zhì)區(qū)域范圍對測試結(jié)果的表征性有較大影響.為了選擇最適用于測試 MSW介質(zhì)含水量的TDR探頭類型,開展了電導率適用范圍和感應(yīng)區(qū)域范圍試驗.

試驗設(shè)備主要包括計算機、美國 Campbell Scientific公司生產(chǎn)的 TDR100測試儀、特征阻抗50歐姆的同軸電纜、自制TDR探頭、有機玻璃容器.其中,TDR100測試儀發(fā)射電磁脈沖的頻率范圍為106～109Hz,有機玻璃容器尺寸為Ф20cm×25cm(圖2),自制TDR探頭為三針式(表2).依據(jù)Ferre[46]、Knight[47]對不同結(jié)構(gòu)尺寸TDR探頭在測試介質(zhì)中感應(yīng)范圍的分析,本試驗所用探頭感應(yīng)范圍基本在直徑6cm高15cm的圓柱體內(nèi).因此,該有機玻璃容器足夠滿足本試驗 TDR探頭對測試范圍的要求.

電導率適用范圍試驗設(shè)計思路為:配制不同電導率的 CaCl2溶液,對表2所示的不同類型TDR探頭分別進行波形測試,根據(jù)波形圖中反射點AB之間的行程時間以及B點對應(yīng)的反射系數(shù)隨電導率的變化,判斷各探頭對測試介質(zhì)電導率的適用范圍.

圖2 TDR標定試驗筒結(jié)構(gòu)Fig.2 Schematic diagram of TDR calibration cell

感應(yīng)區(qū)域范圍試驗分平行(X方向)和垂直(Y方向)于探針排列方向2組,如圖3所示:對于Y方向,試驗裝置由一系列寬度(X方向)和高度(Z方向)相同而長度(Y方向)不同的有機玻璃容器組成,高和長分別為200mm和90mm,寬度由80mm逐漸變化到16mm,間隔4mm;試驗時,先將容器盛滿去離子水,然后將TDR探頭放置在容器中間,測試介電常數(shù);隨著容器 Y方向長度的減小,TDR探頭測試結(jié)果由單一的去離子水介質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合反映去離子水、有機玻璃和空氣介質(zhì),由于有機玻璃和空氣的介電常數(shù)遠小于去離子水(表1),因此介電常數(shù)測試結(jié)果開始明顯降低的容器長度可以作為該探頭在 Y方向上的感應(yīng)范圍.對于X方向,同理.

表2 TDR探頭編號及探針表面處理情況Table2 TDR No. and probe coating treatment

圖3 感應(yīng)區(qū)域范圍試驗裝置Fig.3 Experimental equipment for measuring influence area

1.3 TDR探頭標定試驗

根據(jù)TDR探針表面處理方法評價結(jié)果選定的探頭需要進行標定試驗,主要包括:探針長度標定、介電常數(shù)-行程時間關(guān)系曲線標定和體積含水量-介電常數(shù)關(guān)系曲線標定.

由于探針的長度在制作時有誤差,為了更精確地測量介電常數(shù),需要在去離子水中對探針長度進行標定.依據(jù) Weast[48]提供的去離子水介電常數(shù)(Kw)與溫度(T)的經(jīng)驗關(guān)系,先根據(jù)溫度計算出去離子水的介電常數(shù),然后依據(jù)反射波形信息反算探針長度.試驗平行進行10次.

由于探針進行了表面處理,必然會對介電常數(shù)的測試產(chǎn)生影響,意味著Topp[18]提出的行程時間法計算公式(2)可能不再適用,因此需要重新校準介電常數(shù)與行程時間之間的關(guān)系.試驗基本思路為:根據(jù)表1配制不同介電常數(shù)Ka的試樣,填入有機玻璃試驗筒內(nèi),填樣過程中控制各個筒內(nèi)試樣的壓實程度一致,然后將 TDR插入試樣筒中,測試并保存波形,重復上述步驟;分析測試波形,得到各個波形的行程時間 Δt;獲得行程時間 Δt與介電常數(shù)Ka數(shù)據(jù)點,并進行擬合.

為了得到生活垃圾體積含水量隨介電常數(shù)的變化規(guī)律,在標定筒內(nèi)開展了θ-Ka曲線標定試驗.采用人工配制的垃圾樣,控制各組分特征粒徑小于3cm,充分混合后分層填入標定筒內(nèi).不同體積含水量的試樣主要通過以下方式來實現(xiàn):控制菜葉、果皮等有機質(zhì)含量的不同以獲得初始低、中、高含水量的垃圾試樣;添加自來水或增大密實度進一步改變試樣的體積含水量.每一含水量工況平行開展2組試驗.

1.4 TDR監(jiān)測填埋垃圾含水量模型試驗

為了檢驗所選TDR應(yīng)用于監(jiān)測填埋垃圾含水量的效果,開展了模型試驗,主要監(jiān)測穩(wěn)定狀態(tài)時的含水量及瞬態(tài)滲流引起的含水量變化.

模型試驗系統(tǒng)的設(shè)計如圖4所示,模型箱尺寸為0.5m×0.5m×1.2m,底部設(shè)置厚約20cm的滲濾液導排層,自下而上分別為滲濾液收集口、排水管網(wǎng)、碎石濾層及土工織物濾層,中間填埋厚約80cm的垃圾層,頂部設(shè)置厚約20cm的滲濾液回灌層,自上而下分別為滲濾液回灌口、回灌管網(wǎng)、瓜子片布水層及土工織物濾層.TDR探頭和溫度傳感器埋設(shè)在垃圾層中部,模型箱頂部設(shè)置出線口和排氣口.

本次試驗共建上述系統(tǒng)兩套.模型箱1中填埋的垃圾取自天子嶺垃圾填埋場,組分特征見表3,齡期約3a,有機質(zhì)含量低,水分存在形式以孔隙水為主,共130kg,填埋后垃圾層密度為0.71t/m3,體積含水量28.9%;模型箱2選用配制的新鮮垃圾,組分特征見表3,有機質(zhì)含量高,主要以胞內(nèi)水形式存在,共180kg,填埋后密度為0.98t/m3,體積含水量66.4%.模型箱準備完畢后,分別讀取TDR傳感器及溫度傳感器的初始數(shù)據(jù),并量測垃圾體的初始高度.

圖4 模型試驗箱剖面Fig.4 Chamber profile of TDR cell

模型試驗系統(tǒng)建立完成后,對2個模型試驗箱中的垃圾體進行滲濾液回灌,每次回灌量約3L,回灌完成后立刻測試TDR波形和溫度,測試頻率為1次/min,后逐漸變疏,然后量取滲濾液收集量用于水量平衡分析,最后測量垃圾體高度用于計算當前密度.模型箱1共回灌3次,模型箱2回灌2次.

表3 填埋垃圾樣組分(%)Table3 Composition of burial MSW (%)

2 結(jié)果與分析

2.1 TDR探針表面處理方法評價結(jié)果

電導率適用范圍試驗結(jié)果如圖5所示.可以發(fā)現(xiàn),滲濾液的介電性能(虛線)與CaCl2溶液(實線)非常相似,因此利用后者來模擬高電導率的滲濾液操作上更簡便,所獲得的結(jié)論是可信的,這也是被國外很多學者所證實的[26,49-50].從圖5可以得到:隨著溶液電導率的升高,表面無處理和鍍膜的TDR探頭測試得到的波形中,反射點AB之間的行程時間呈現(xiàn)略增大的趨勢,而套熱縮管的 TDR探頭則基本保持不變.理論上,不同電導率的溶液中測得的行程時間應(yīng)該為定值,而行程時間的變化將會導致介電常數(shù)計算結(jié)果的誤差,從而影響含水量測試結(jié)果.因此,套熱縮管的TDR表面處理方法受測試介質(zhì)電導率的影響較小,穩(wěn)定性較好.隨著溶液電導率的升高,不同類型的TDR波形中的反射點B的反射系數(shù)均呈逐漸下降的趨勢直至消失不見;對于表面處理的探頭,處理程度越深,反射點B消失越遲.反射點B的消失,即意味著行程時間法在該電導率介質(zhì)中不再適用,從而可以得到不同類型探頭的電導率適用范圍如表4所示.

圖6(a)表示不同類型TDR探頭在Y方向上的感應(yīng)區(qū)域范圍試驗結(jié)果.圖中縱坐標等效行程時間百分比表示在不同長度尺寸的有機玻璃容器條件下測得的等效行程時間(Δt)與基值(Δt0)的百分比.試驗中,將 Y方向長度最大(80mm)的有機玻璃容器中行程時間測試值作為基值.從圖6(a)可以看出:隨著有機玻璃容器 Y方向長度不斷增大,等效行程時間百分比逐漸趨近100%;若將等效行程時間百分比為95%時的容器長度作為TDR探頭在Y方向上的測試感應(yīng)范圍,此時TDR3-1～TDR3-6的感應(yīng)范圍分別為17,14,15,21,19,17.5mm.相比于無任何處理的 TDR探頭,探針表面套熱縮管會減小探頭的測試感應(yīng)范圍,而鍍膜處理則會增大感應(yīng)范圍.

由圖6(b)可知,隨著有機玻璃容器長度不斷減小,等效行程時間百分比基本在100%附近.因此在X方向,三針式TDR探頭測試感應(yīng)范圍基本在兩端探針之間的區(qū)域.

圖5 不同電導率溶液中的測試波形Fig.5 TDR waveforms for different conductivity solutions

不同類型TDR探頭中,介質(zhì)電導率適用范圍從小到大依次為:普通探頭、鍍膜探頭、套熱縮管探頭,而感應(yīng)區(qū)域范圍則為鍍膜探頭>普通探頭>套熱縮管探頭.為了評估各種類型TDR探頭的工作性能,選取電導率適用范圍和感應(yīng)區(qū)域范圍作為評價指標,權(quán)重各取0.5,以最大電導率適用范圍或感應(yīng)范圍的探頭作為基值并計100分,然后根據(jù)比值分別給出其他探頭的評分,評價結(jié)果如表4所示.從表4可以看出,TDR3-2和TDR3-4的得分最高,考慮到TDR3-2制作工藝簡單、質(zhì)量較易控制且測試結(jié)果受電導率干擾較小,本文將其作為測試 MSW含水量的最優(yōu)選擇,但是TDR3-4若能夠通過改進降低對電導率的敏感性則具有較好的前景.

圖6 TDR探頭X和Y方向感應(yīng)范圍測試結(jié)果Fig.6 Influence areas in X and Y directions

表4 TDR探針表面處理方法評價結(jié)果Table4 Evaluation results for TDR rod surface treatment methods

2.2 TDR探頭標定結(jié)果

根據(jù)平行開展的10次探針長度標定試驗結(jié)果,選定的TDR3-2的探針長度為15.3cm.

圖7 介電常數(shù)-行程時間關(guān)系曲線Fig.7 Calibration of permittivity-travel time relationship

介電常數(shù)-行程時間曲線的標定如圖7所示.可以看出:對 TDR探針進行表面處理后,測試得到的介電常數(shù)與行程時間之間的關(guān)系不再符合Topp公式,而Staub[26]認為其符合二次曲線函數(shù)關(guān)系;利用二次曲線對數(shù)據(jù)點進行擬合后得到TDR3-2介電常數(shù)-行程時間關(guān)系為 Ka=2.243Δt2-3.086Δt+1.510,擬合效果較好.

體積含水量-介電常數(shù)關(guān)系標定試驗共獲得數(shù)據(jù)點34個,如圖8所示.2次平行測試結(jié)果較為接近,說明測試數(shù)據(jù)是較為可靠的.利用式(4)對所有數(shù)據(jù)點進行擬合,得到體積含水量與介電常數(shù)之間的關(guān)系曲線為 θ=0.12Ka0.5-0.081,與Chen[32]的試驗結(jié)果較接近.初始不同含水量的試樣表現(xiàn)出較一致的規(guī)律,說明有機質(zhì)含量對TDR測試結(jié)果影響較小,這一結(jié)論與文獻[22]一致.

2.3 TDR模型試驗結(jié)果

由于現(xiàn)場垃圾初始含水量低于其持水能力,導致回灌過程中無滲濾液排出,而自制垃圾初始含水量高于持水量,試驗一開始便能夠收集到滲濾液.整個試驗過程中含水量的計算結(jié)果和TDR測試結(jié)果如圖9所示:

圖8 體積含水量-介電常數(shù)標定結(jié)果Fig.8 Calibration of volumetric moisture contentpermittivity relationship

現(xiàn)場垃圾試樣模型試驗.根據(jù)TDR測試結(jié)果,每次回灌后的1～2min內(nèi),體積含水量便達到峰值,第1次回灌后體積含水量由最初的29.0%迅速升至37.8%,后逐漸下降,6d后降至30.0%,第2次回灌后升至40.5%,并于4d后降至31.9%,第3次回灌后又迅速達到峰值39.1%.根據(jù)水量平衡結(jié)果,回灌期間垃圾體積含水量由最初的28.9%上升至30.54%再升至32.2%.

自制垃圾試樣模型試驗.根據(jù)TDR測試結(jié)果,初始體積含水量為67.3%,自由排水1d后下降至41.5%,第一次回灌后1min即達到峰值67.0%,隨后逐漸下降,6d后降至44.3%,第二次回灌后1min升至56.4%.根據(jù)水量平衡結(jié)果,垃圾樣靜置并自由排水1d后,體積含水量便由最初的66.4%下降至44.6%,回灌后升至45.2%,后隨著滲濾液的排出,6d后降至43.0%.

無論是以胞內(nèi)水為主要存在形式的自制垃圾還是以孔隙水為主的現(xiàn)場垃圾,對于初始狀態(tài)含水量以及滲濾液回灌后達到穩(wěn)定狀態(tài)的含水量,TDR測試結(jié)果分別與烘干法計算結(jié)果以及水量平衡分析結(jié)果均較為接近,絕對誤差一般在5%以內(nèi).因此,可以認為TDR技術(shù)適用于不同水分存在形式的填埋垃圾,且能夠準確測試穩(wěn)態(tài)滲流時的含水量.

圖9 模型試驗結(jié)果Fig.9 Testing results for different TDR cells

TDR對瞬態(tài)滲流引起的含水量變化比較敏感:滲濾液回灌后,濕潤鋒面進入 TDR探頭感應(yīng)范圍時,含水量測試值瞬間增大至峰值;隨著滲濾液向下運移,濕潤鋒面逐漸離開感應(yīng)范圍,含水量測試值逐漸下降至穩(wěn)定狀態(tài).在滲濾液回灌后一段時間內(nèi),TDR測試結(jié)果與水量平衡分析結(jié)果相差較大,這是由于后者是整個模型箱中垃圾體含水量的平均值,而TDR測試結(jié)果則反映感應(yīng)范圍內(nèi)垃圾層的含水量情況.

3 結(jié)論

3.1 電導率適用范圍試驗和測試影響范圍試驗結(jié)果表明:TDR3-1～TDR3-6能夠測試的介質(zhì)電導率范圍依次為400,3000,2000,2000,1200,800mS/m以內(nèi),測試感應(yīng)范圍(垂直于探針排列方向)分別為17,14,15,21,19,17.5mm.利用權(quán)重評分法及綜合考慮測試結(jié)果穩(wěn)定性、制作工藝及質(zhì)量控制等因素后,認為探針表面95%長度包裹熱縮管的TDR是測試MSW介質(zhì)含水量的較優(yōu)選擇.

3.2 選定的 TDR3-2的探針長度標定結(jié)果15.3cm;由于探針進行了表面處理,測得到的介電常數(shù) Ka與行程時間 Δt之間的關(guān)系不再滿足Topp公式,而是符合Ka=2.243Δt2-3.086Δt+1.510的二次曲線關(guān)系;體積含水量θ與介電常數(shù)Ka之間的關(guān)系曲線為θ=0.12Ka0.5-0.081.

3.3 模型試驗結(jié)果表明,表面處理后的 TDR能夠測試填埋垃圾的含水量,測試結(jié)果與利用烘干法計算得到的體積含水量較接近,絕對誤差在5%以內(nèi);TDR探頭能夠?qū)B濾液瞬態(tài)滲流引起的垃圾體內(nèi)含水量的變化迅速作出正常響應(yīng),當滲流達到穩(wěn)定時,TDR測試結(jié)果與水量平衡分析結(jié)果較為接近,絕對誤差在5%以內(nèi).

因此,TDR技術(shù)可以用于生活垃圾填埋場中以液體為媒介的生化環(huán)境主動調(diào)控的大型模型試驗和現(xiàn)場試驗中含水量的監(jiān)測.

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Experimental study on monitoring moisture content in municipal solid wastes with high organic content: using coated TDR probe.

XU Hui, ZHAN Liang-tong*, MU Qing-yi, WANG Shun-yu, CHEN Yun-min
(Key Laboratory of Soft Soils and Geoenvironmental Engineering of Ministry of Education, Zhejiang University, Hangzhou310027, China). China Environmental Science,2014,34(8)：2030～2039

The aims of this experimental study were to evaluate the applicability of coated TDR probes in highly conductive MSWs with high organic content. TDR probes with identical geometry but different kinds of coating, i.e., coating with an epoxy-resin composite and PVC tube, were produced. The effect of the coating treatment on the dielectric permittivity measurement and the influence area of the TDR probes were evaluated. Based on the evaluation, the probe with a PVC coating on the95% of the rod length was recommended for the application in MSWs. The recommended TDR probe was calibrated and installed in two laboratory cells, i.e., one containing fresh MSWs and the other containing decomposed MSWs. The change of moisture content in the wastes was measured during and after leachate infiltration into the cells. The measurements demonstrated that the recommended coated TDR probe was effective in measuring the moisture content in the MSWs with a high organic content and was able to capture the hydraulic response of MSWs with transient seepage. The measurement of moisture content at the steady state condition was close to the result that calculated from water balance analysis, and the maximum difference was less than5%.

t：TDR；moisture content；MSW；high organic content；seepage

X705,TU411

：A

：1000-6923(2014)08-2030-10

徐 輝(1987-),男,浙江舟山人,博士研究生,主要從事巖石流變力學、城市固廢填埋體多場相互作用及液氣調(diào)控等方面的研究.發(fā)表論文7篇.

2013-11-22

國家“973”項目(2012CB719802)

* 責任作者, 教授, zhanlt@zju.edu.cn