城市生活垃圾填埋場氣體運(yùn)移規(guī)律研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和城市化水平的提高，城市生活垃圾的產(chǎn)量急劇增加。衛(wèi)生填埋是我國目前處理垃圾的主要手段，隨著垃圾填埋場的大規(guī)模建設(shè)，填埋氣體污染控制與資源化問題變得日益突出。城市生活垃圾填埋后，垃圾中的有機(jī)質(zhì)降解產(chǎn)生大量氣體，填埋氣體的無序排放污染環(huán)境，危害周圍居民的健康，同時填埋氣體中的甲烷易引起爆炸和火災(zāi)。填埋氣體導(dǎo)排不暢時，填埋場內(nèi)氣壓力會累積，過高的氣壓力將影響垃圾體的沉降和穩(wěn)定。因此，研究城市生活垃圾填埋場氣體運(yùn)移規(guī)律具有重

2、要的現(xiàn)實意義。同時，垃圾填埋場氣體運(yùn)移是有氣源的大孔隙介質(zhì)滲流問題，對此問題的研究也具有重要的理論意義。 垃圾填埋場氣體運(yùn)移問題主要包括：垃圾產(chǎn)氣規(guī)律(即氣源)、垃圾氣體滲透性(即運(yùn)移路徑)和填埋場氣體運(yùn)移模型。本文圍繞這3個方面，進(jìn)行了室內(nèi)試驗、現(xiàn)場測試和模擬分析，具體工作和主要結(jié)論如下： 1.本文針對國內(nèi)垃圾的組分與含水量特點，研究了國內(nèi)垃圾的產(chǎn)氣規(guī)律。通過國內(nèi)垃圾產(chǎn)氣試驗結(jié)果分析，選出了適合國內(nèi)垃圾的Findi

3、kakis-Leckie產(chǎn)氣模型，確定了國內(nèi)垃圾的產(chǎn)氣模型參數(shù)，并提出了多層垃圾產(chǎn)氣率計算方法。采用Tempe儀和壓力板儀，測試了垃圾的持水曲線。研究結(jié)果表明：垃圾產(chǎn)氣率為5.8×10<'-7>～4.4×10<'-6>Kg m<'-3>s<'-1>，高峰產(chǎn)氣率為1.9×10<'-6>～8.7×10<'-6>kg m<'-3>s<'-1>，考慮到不同齡期的填埋垃圾，建議垃圾產(chǎn)氣率范圍?。?×10<'-7>～8.7×10<'-6>kg m<

4、'-3>s<'-1>。 2.本文采用自制的導(dǎo)氣試驗裝置，測試了蘇州七子山填埋場垃圾的氣體滲透系數(shù)，研究了垃圾的孔隙比、飽和度和降解程度對氣體滲透系數(shù)的影響規(guī)律。試驗結(jié)果表明：垃圾氣體滲透系數(shù)為10<'-13>～10<'-10>m<'2>。氣體滲透系數(shù)隨垃圾的孔隙比e呈指數(shù)規(guī)律增加。飽和度S<,r>對氣體滲透系數(shù)的影響可分為2個區(qū)段，低于分界點的飽和度(50％)時，飽和度對氣體滲透系數(shù)的影響較??；高于分界點的飽和度時，氣體滲透系

5、數(shù)隨飽和度的增加而呈指數(shù)規(guī)律遞減，特別是完全飽和后，氣體滲透系數(shù)接近于0；該分界點對應(yīng)的含水量略低于垃圾田間持水量。針對國內(nèi)填埋垃圾的特點，提出了由飽和度與孔隙比估算垃圾氣體滲透系數(shù)的預(yù)測公式。 3.本文根據(jù)垃圾填埋場工程特點，基于多孔介質(zhì)流體理論，建立了填埋垃圾氣體運(yùn)移的一維模型，獲得了一維穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)數(shù)值解和無覆蓋層垃圾的一維穩(wěn)態(tài)解析解，分析了垃圾的產(chǎn)氣率、氣體滲透系數(shù)、填埋厚度和覆蓋層厚度及滲透性能對垃圾體中氣壓力的影響，

6、獲得了各種工況的垃圾體中氣壓力分布，提出了多層垃圾的氣壓力分析方法。 4．氣體運(yùn)移的一維模型分析結(jié)果表明：垃圾體中最大氣壓力隨填埋厚度增加而增大。無覆蓋層時，垃圾的產(chǎn)氣率與氣體滲透系數(shù)的比值越大，則垃圾中氣壓力越大。有覆蓋層時，產(chǎn)氣率的影響比垃圾氣體滲透系數(shù)大，產(chǎn)氣率主要控制氣壓力的大小，垃圾氣體滲透系數(shù)主要控制氣壓力沿埋深的分布梯度。覆蓋層(中間覆蓋層)厚度的增加和氣體滲透系數(shù)的減小都會使垃圾體中氣壓力整體增加。在極端情況

7、下，垃圾氣體滲透系數(shù)很低，產(chǎn)氣率達(dá)到室內(nèi)試驗產(chǎn)氣峰值，垃圾體中的最大氣壓力可達(dá)垃圾自重總應(yīng)力45％，嚴(yán)重影響垃圾體邊坡穩(wěn)定性。同時覆蓋層底面的氣壓力可達(dá)幾十kPa量級，高于其上覆自重應(yīng)力，導(dǎo)致覆蓋層發(fā)生“管涌”甚至局部物理爆炸。建議采取填埋氣體收集井來釋放垃圾體中氣壓力。 5．本文根據(jù)垃圾填埋場工程特點，基于多孔介質(zhì)流體理論，采用抽氣井周氣壓均勻分布邊界，建立了填埋垃圾氣體運(yùn)移的二維軸對稱模型，獲得了二維穩(wěn)態(tài)數(shù)值解，分析了抽氣

8、井長度和抽氣壓力對垃圾體中氣壓場的影響，獲得了各種工況的抽氣量和氣壓力分布，提出“降壓百分比”的概念用于判定抽氣影響范圍，并提出了抽氣井長度和井間距的確定方法。 6．氣體運(yùn)移的軸對稱模型分析結(jié)果表明：抽氣井的降壓作用明顯，抽氣井長度和抽氣負(fù)壓越大，則抽氣影響范圍和抽氣量越大。覆蓋層的厚度越大或氣體滲透系數(shù)越小，則抽氣影響范圍和抽氣量越大。抽氣井長度是控制抽氣影響范圍的關(guān)鍵參數(shù)，當(dāng)抽氣井長度較小時，只增大抽氣壓力，不能保證整個垃

9、圾體有效抽氣。為了保證整個垃圾體有效抽氣，建議抽氣井長度取65％～75％的垃圾體厚度，抽氣井間距取1.5～2.5倍抽氣井長度。在此基礎(chǔ)上，本文提出了抽氣井設(shè)計方法。 7．本文對蘇州七子山填埋場和上海老港生態(tài)填埋示范工程進(jìn)行了現(xiàn)場測試和模擬分析。模擬分析和現(xiàn)場測試結(jié)果表明：蘇州七子山填埋場中最大氣壓力為10～20kPa，當(dāng)垃圾氣體滲透系數(shù)比較低時，垃圾體中氣壓力會迅速增加，最大氣壓力可達(dá)50～60kPa。上海老港生態(tài)示范填埋場內(nèi)