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长沙市城市固体废物处理场填埋气产生与迁移模型研究

金涛  
【摘要】:填埋气是由垃圾在填埋场中降解而产生的气体,其主要成分是CH_4和CO_2,有很强的温室效应,任其排放不仅对环境有巨大影响,更危害周边居民的健康与安全。填埋气主要成分CH_4可以用来发电,具有很高的回收价值,所以需要开展填埋气的回收与利用工程。关于填埋气的收集,重点就是预测气体的产量以及可收集量,因此研究气体的产生规律和迁移规律是其要点。对产气量的预测,本文结合长沙市固体废物处理场的实际情况,综合分析、对比国内适用的产气模型及相关参数,确定了符合长沙固体废弃物填埋场的产气模型,并分析了垃圾最终产气量L_0和垃圾产气速率常数K值,得到了L_0和垃圾组分的关系,以此对产气量进行预测。最终确定L_0为118.32m~3/t,k可取为0.054347。通过比较几种填埋气体产气量模型和产气速率模型,确定使用Scholl-canyon模型对长沙市固体废弃物填埋场的填埋气体产气速率和产气量进行估算。通过估算长沙市填埋场2013~2053年为填埋气体的产生顶峰,产气最高点在2028年,产气速率为41454.34.34m~3/h,平均的产气速率为22952.26m~3/h。2015年,受长沙市城管局委托预测填埋场的产气量,结合模型确认填埋场运行至2015年的平均产气速率为6245.772m~3/h。2015年填埋场的产气速率为14,051 m~3/h。对填埋气迁移模型的探究,本文在分析填埋气的迁移规律时建立了气体迁移的理论模型和相关的控制方程组,得到了方程组的定解方法,根据理论模型结合CFD软件对填埋气在填埋场内的迁移运动进行了数值模拟。首先根据Yen-Cho Chen等人的研究模拟了纽约Fresh Kills填埋场的竖井排气情况,验证了模型的正确性,再模拟长沙市固体废弃物处理场,最终得到以下结论:填埋场内部在不进行主动抽气的条件下压力最大可达650Pa以上;通过探究不同的集气井深度和不同抽气负压对填埋场内部的影响,发现集气井的产气量随着井深的增加而加大,负压越大气体收集量越高,但是负压过大时覆盖层和井口会发生回流现象,使得空气与填埋气相混合。对垃圾体渗透系数的研究,当填埋场内部采用渗透系数各向异性时,Kh/Kv值从3.0变化到30.0,填埋场内压力逐渐增大,最大压力可达3842.3Pa。当粘性系数采用各向同性时,内部压力分别可达669.8Pa和283.39Pa。本文的研究成果,可以为长沙市固体废弃物处理场的气体回收工作提供可靠依据,也可为其他地区填埋场的运行与管理提供参考。


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