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垃圾填埋气产生及迁移过程模拟研究

作　者: 彭绪亚
导　师: 陈启高
学　校: 重庆大学
专　业: 建筑技术科学
关键词: 生活垃圾垃圾填埋气产生迁移气体渗透系数模拟
分类号: TU993
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
下　载: 715次
引　用: 16次
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内容摘要

我国城市生活垃圾 90%以上采用填埋的方式进行处置,每年向环境释放的垃圾填埋气达 100 万吨以上,对填埋气的污染控制和资源化回收利用是急待解决的重要问题。本论文通过理论分析、模拟实验和数学模拟的方法,对垃圾填埋气的产生及迁移过程进行研究。 (1)以重庆城市生活垃圾为研究对象,通过模拟实验研究了温度、添加污泥等因素对填埋气产生过程的影响,建立了填埋气产生量、产气速率预测模型;研究表明:增加温度及添加污泥,可加快填埋垃圾的降解与填埋气的产生;我国以厨余垃圾为主的城市生活垃圾,其产气过程的显著特征是产气速率衰减较快,这与国外城市生活垃圾有较大差异。城市生活垃圾填埋场封场后产气量的快速衰减,是填埋气污染控制与资源化利用规划设计必须考虑的问题; (2)针对现有填埋气产生量计算模型的不足,提出了基于可生物降解有机物转化率估算填埋气产生量的方法,建立了以垃圾挥发性固体含量指标作为计算依据的有机垃圾生物转化率公式。该方法计算简便,指标易于测定,并且可计算不同填埋时间内的填埋气产生量,使垃圾填埋气产生量估算与垃圾成份和填埋过程有机结合起来,这一特点是其它填埋气产量计算模型所不具备的; (3)通过对模拟填埋垃圾体压实方向和与其垂直方向上气体渗透系数的测定,系统研究了垃圾体在不同压实密度、不同含水率、不同降解阶段的气体渗透特性的变化情况,实验结果表明:在垂直压实的填埋垃圾体中,水平方向渗透系数平均值为垂直方向渗透系数的 7.5～20.0 倍,填埋垃圾体各向异性特征明 Kh Kv显;垃圾体渗透系数与压实密度、含水率的关系分别满足指数和线性递减规律,压实密度对渗透系数的影响较含水率大得多;新鲜垃圾与中等降解程度垃圾的渗透系数接近,腐熟垃圾气体渗透的各向异性特征较新鲜及中等程度腐熟垃圾有较大程度的降低。 (4)建立了竖井抽气条件下填埋气迁移运动的数学模型。该模型综合反映了垃圾体内部填埋气产生量,抽气量,垃圾体气体渗透系数,抽气井埋深,覆盖层厚度等对抽气效果的影响。利用该模型,分析讨论了抽气井的抽气量、影响半径、抽气井埋深的优化设计。分析表明:抽气井埋深以垃圾体厚度的 80%时的抽气效果较好;抽气井的影响半径按 Roi=35.0～40.0m 设计可满足工程要求。

全文目录

中文摘要  6-7
英文摘要  7-12
1 绪论  12-30
  1.1 课题的提出  12-16
  1.2 国内外研究情况概述  16-26
    1.2.1 填埋气产生及其预测研究  16-23
    1.2.2 填埋气的迁移运动研究概况  23-26
  1.3 课题研究的目的及意义  26-27
  1.4 主要研究内容和要解决的问题  27-30
2 垃圾填埋厌氧降解与填埋气产生过程分析  30-46
  2.1 垃圾卫生填埋  30
  2.2 垃圾填埋降解的阶段划分及其特点  30-32
  2.3 垃圾填埋降解产气过程中有机物代谢  32-36
    2.3.1 垃圾厌氧降解微生物  32-34
    2.3.2 垃圾填埋降解产气过程中有机物代谢  34-36
  2.4 填埋垃圾生物降解基本动力学方程  36-40
    2.4.1 垃圾中有机碳的转化与填埋产气动力学  37-40
    2.4.2 产气动力学的讨论  40
  2.5 影响垃圾厌氧降解的因素分析  40-42
    2.5.1 温度  41
    2.5.2 含水率  41
    2.5.3 pH 值  41
    2.5.4 微生物种群  41-42
    2.5.5 营养物质  42
  2.6 加速垃圾厌氧降解产气的方法  42-46
    2.6.1 温度控制  42-43
    2.6.2 渗滤液回灌  43
    2.6.3 调节 pH 值  43-44
    2.6.4 接种微生物与添加营养物质  44
    2.6.5 垃圾粒径与覆盖方式  44-46
3 垃圾填埋产气过程模拟实验  46-62
  3.1 实验装置与实验材料  46-48
    3.1.1 实验装置  46
    3.1.2 实验材料  46-48
  3.2 实验方法  48-49
  3.3 分析方法  49-52
    3.3.1 垃圾成分和特性分析  49-50
    3.3.2 填埋气体、渗滤液的分析方法  50
    3.3.3 气相色谱分析方法的确定  50-52
  3.4 实验结果与分析  52-61
    3.4.1 温度对垃圾降解产气的影响  52-56
    3.4.2 添加污泥对填埋降解产气的影响  56-61
  3.5 本章小结  61-62
4 垃圾填埋产气模型的研究  62-78
  4.1 垃圾填埋的理论产气量  62-66
    4.1.1 IPCC 模型  62-63
    4.1.2 化学计量模型  63
    4.1.3 COD 估算模型  63-64
    4.1.4 可生物降解成分模型  64-66
  4.2 基于可生物降解有机物转化率的填埋气产生量估算方法  66-69
  4.3 填埋产气速率模型  69-76
    4.3.1 产气速率模型的概述  69-71
    4.3.2 产气速率模型的建立  71-73
    4.3.3 模型参数的确定  73-75
    4.3.4 分析与讨论  75-76
  4.4 本章小结  76-78
5 填埋垃圾体气体渗透特性实验  78-104
  5.1 实验理论依据  78-80
  5.2 实验装置及实验方法  80-91
    5.2.1 实验装置  80-81
    5.2.2 实验内容  81-82
    5.2.3 实验方法及步骤  82-91
  5.3 实验结果与分析  91-102
    5.3.1 填埋垃圾体不同方向上的渗透系数 Kv、Kh  91-93
    5.3.2 不同压实密度 ? 下渗透系数 Kv、Kh 的变化  93-95
    5.3.3 垃圾体中含水率对渗透系数 Kv、Kh的影响  95-96
    5.3.4 不同填埋时段垃圾体的渗透系数 Kv、Kh  96-102
  5.4 本章小结  102-104
6 填埋气迁移过程模拟与收集系统优化  104-120
  6.1 填埋气场内迁移运动的基本方程  104-111
    6.1.1 填埋气在垃圾堆体中的迁移运动的特点  104-106
    6.1.2 Darcy 定律及填埋气体在垃圾体中的渗流  106-109
    6.1.3 填埋气在垃圾堆体中迁移运动的连续性方程  109-111
  6.2 单井抽气条件下填埋气迁移模型  111-115
  6.3 抽气井设计参数优化  115-118
    6.3.1 场内填埋气压力分布计算  115
    6.3.2 垃圾体渗透系数对压力分布的影响  115-116
    6.3.3 抽气井的影响半径  116-117
    6.3.4 抽气量与空气的入渗  117-118
    6.3.5 抽气井的埋深  118
  6.4 本章小结  118-120
7 结论与建议  120-122
  7.1 主要结论  120-121
  7.2 建议  121-122
致谢  122-124
参考文献  124-130
附录  130-132

垃圾填埋气产生及迁移过程模拟研究

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