【摘要】：垃圾填埋氣體的災(zāi)變控制與資源化開發(fā)一直是國際巖土工程領(lǐng)域中的重要研究課題。如何有效地對垃圾填埋氣體進行時效減排與災(zāi)變控制已成為國家能源與環(huán)境領(lǐng)域亟待解決的重大地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害問題,而定量描述填埋氣體傳輸釋放的內(nèi)在機制與合理預(yù)測評價是解決這一難點的關(guān)鍵性科學(xué)問題之一。本文以多孔介質(zhì)滲流力學(xué)、生物化學(xué)動力學(xué)、化學(xué)熱動力學(xué)以及溶質(zhì)運移動力學(xué)等多學(xué)科交叉理論為基礎(chǔ),以室內(nèi)試驗研究成果為依據(jù),以數(shù)值仿真計算為主導(dǎo),對垃圾填埋氣體在多物理場耦合作用下的反應(yīng)、傳輸及產(chǎn)生的內(nèi)在機制進行了系統(tǒng)分析和定量預(yù)測評價,取得如下主要研究成果: (1)通過開展不同垃圾有機質(zhì)含量條件下的垃圾降解產(chǎn)氣試驗,分析了不同組分垃圾的降解產(chǎn)氣規(guī)律,實現(xiàn)了對垃圾潛在產(chǎn)氣量的預(yù)測,開展了對降解反應(yīng)系數(shù)k的測定,其中,第一產(chǎn)氣階段三組(垃圾組分分別為55%:30%:15%, 30%: 55%: 15%以及15%: 30%: 55%)垃圾的降解反應(yīng)系數(shù)分別為0.0151、0.0079和0.00756( day-1),第二產(chǎn)氣階段三組垃圾的降解反應(yīng)系數(shù)分別為0.0317、0.0181和0.0145(day-1),建立了不同組分含量垃圾的降解產(chǎn)氣速率模型,并實現(xiàn)了對溫度影響下產(chǎn)氣反應(yīng)系數(shù)的預(yù)測分析,建立不同組分垃圾的k (T)函數(shù)關(guān)系式,為預(yù)測溫度作用下垃圾產(chǎn)氣特性影響的定量化仿真預(yù)測提供了理論依據(jù)。 (2)以垃圾降解產(chǎn)氣、運移及熱釋放耦合模型為基礎(chǔ),結(jié)合降解反應(yīng)試驗得到的降解反應(yīng)系數(shù)以及潛在產(chǎn)氣量,開展了填埋氣體產(chǎn)出、運移及熱釋放特性的仿真預(yù)測研究,預(yù)測結(jié)果表明: 1)垃圾填埋場內(nèi)部的溫度受覆蓋層影響不大。季節(jié)變化對靠近地表處的垃圾體溫度影響較大,但影響范圍有限,填埋深度約10m處的幾乎沒有波動。 2)垃圾滲透率的增大使氣體流量增多,進而擴大了收集井的影響半徑;不同擴散系數(shù)條件下,填埋場內(nèi)氣體擴散效應(yīng)所引起的流量在徑向相差較大,是導(dǎo)致影響半徑改變的主要原因,且影響半徑隨擴散系數(shù)增大而減小;影響半徑隨易降解有機物含量的降低而擴大。以上模擬結(jié)果可為垃圾填埋場氣井設(shè)計及LFG資源化利用的可行性評價提供依據(jù)。 (3)以武漢市二妃山垃圾填埋場填埋III區(qū)為背景,開展了填埋場整個運營期間填埋氣體資源化利用的預(yù)測評價研究,結(jié)果表明: 1)氣井收集的填埋氣體總量受垃圾降解反應(yīng)作用影響較大,當(dāng)考慮生物降解伴隨熱釋放條件下,氣體的產(chǎn)出速率隨溫度的升高而增加,從而加速了垃圾有機質(zhì)的分解;對填埋場運營期間產(chǎn)氣速率、放熱速率的預(yù)測分析也同樣說明了考慮生物降解及熱釋放耦合效應(yīng)條件可加速垃圾有機質(zhì)降解反應(yīng)的變化規(guī)律,為二妃山填埋場內(nèi)甲烷氣體回收利用的預(yù)測評價提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù); 2)采用耦合模型預(yù)測得到的二妃山垃圾填埋場填埋III區(qū)的沼氣發(fā)電工程運營年限約為9.2年,比傳統(tǒng)方法(不考慮降解放熱耦合效應(yīng))的預(yù)測結(jié)果縮短了約4年時間。由此可知,采用傳統(tǒng)方法過高的估計了垃圾填埋場的運營服役年限。因此,在評估填埋場內(nèi)沼氣收集再利用可行性的過程中,必須綜合考慮垃圾降解過程中生物-化學(xué)-熱耦合作用對填埋氣體產(chǎn)出的影響。 以上研究成果不僅為合理揭示填埋氣體的內(nèi)在反應(yīng)機理及傳輸機制提供理論依據(jù),同時為定量預(yù)測和評價垃圾填埋場運營期間氣體產(chǎn)能、CDM項目開發(fā)潛力的決策評估提供技術(shù)支持,具有重要理論意義和實際應(yīng)用價值。
【學(xué)位授予單位】：遼寧工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：X705
【圖文】：

圖 4-2 實驗裝置示意圖Fig. 4-2 schematic diagram of experiment配置的新鮮生活垃圾，試驗步驟包括定其特性參數(shù)。按各成分的干重百分進行充分?jǐn)嚢璨⒕鶆驀姙⑺�。配制初待垃圾充分�(jǐn)嚢韬螅〕鲆徊糠譁y定機質(zhì)含量較高，其烘干溫度宜控制遠小于現(xiàn)場，因此，需控制垃圾體的準(zhǔn)，根據(jù)相關(guān)土工試驗規(guī)程，控制垃1/10。具體裝填過程見圖 4-3。解過程的產(chǎn)氣特性，現(xiàn)進行了第一組

圖 4-3 垃圾裝填過程Fig. 4-3 Loading procedure of domestic waste表 4-1 垃圾組分參數(shù)分析Table 4-1 Parameter of waste component垃圾組分（％）垃圾試驗組別廚 余 果皮、蔬菜 草、木 紙 張 塑 料Case 1 （A） 30 25 30 10 5Case 1 （B） 15 15 55 10 5Case 1 （C） 10 5 30 30 25表 4-2 垃圾物理化學(xué)指標(biāo)Table 4-2 Physical and chemical properties of filling waste垃圾試驗組別Case 1（A） Case 1（B） Case 1（C）

圖 6-2 二妃山垃圾填埋場填埋 III 區(qū)平面圖Fig. 6-2 The plan of section III in ErFeishan landfill

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本文編號：2779961