高寒地区生活垃圾填埋场气体迁移规律的研究

论文摘要

本文对国内外填埋场气体研究进行了文献综述的基础上,介绍了我国高寒地区城市的简况,提出了研究高寒地区生活垃圾填埋场气体迁移状况具有重要工程和社会意义。本文结合横向科研课题《齐齐哈尔市城市生活垃圾管理与处理》的研究内容,以齐齐哈尔市城市生活垃圾卫生填埋场为研究对象,提出了本课题的主要研究内容,期望本文的研究工作能为该市垃圾填埋场的运行管理、填埋场气体的收集利用提供技术依据,也为其他高寒地区城市生活垃圾卫生填埋场提供借鉴。本文建立了生活垃圾卫生填埋场中多孔介质垃圾体内填埋场气体迁移的理论模型和相关控制方程组、给出了该方程组的定解方法,考虑了渗透系数、孔隙率、产气率、温度等因素对填埋场内部的影响,结合齐齐哈尔市的实际情况进行了数值模拟研究,本文的研究工作得出了如下主要结论：（1）齐齐哈尔市生活垃圾的成分组成随居民区的不同变化较大,但食物残余物占的比例都很高,具有良好的降解性。通过对该市典型生活垃圾试样元素分析和工业分析的基础上,求得其产气率为103.46L31kg。（2）齐齐哈尔市1971～2000年的气象统计资料得出,年平均气温2.3℃,极端最高气温41.6℃,极端最低气温-42.2℃,冻结期平均为195天。该市冻土层的厚度最大可达4.8m。说明气温会显著影响生活垃圾填埋场内产气垃圾填埋场的厚度,从而影响垃圾填埋场的产气率。经测算,该市生活垃圾卫生填埋场的垃圾体产气率为（1.0～2.7）×10-7kg/（m3·s）。（3）对齐齐哈尔市生活垃圾填埋场进行数值模拟的结果表明：垃圾体渗透系数各向同性与各向异性条件下压力分布情况和流场各不相同。填埋垃圾体各向异性时,Kh/Kv值从3.0变化到37.5,填埋场内深度方向压力逐渐增大,最大变化值为7683.1Pa。将垃圾体当成各向同性,计算的填埋气压力分布有一定的误差,垃圾体各向同性时与各向异向时相差501.2Pa。（4）在不改变产气率时,改变垃圾体孔隙率,填埋场内的压力分布变化不大,垃圾体孔隙率从0.67变化到0.50压力变化最大值为56.1Pa。随着产气速率的减小,同一深度的气体压力也在减小,产气率越小,填埋气体在填埋场内的压力变化值越小。当垃圾体产气率从1.0×10-7kg/（m3·s）变化到2.7×10-7kg/（m3·s）时,填埋场内深度方向压力变化最大值为732Pa。（5）外界温度对填埋场顶部覆土层和垃圾体内温度的影响,会导致其温度下降,使垃圾填埋体分为产气和不产气两部分。当垃圾体的产气率和孔隙率一定时,填埋场内冰冻层厚度由1.0m变化到4.8m的过程中,填埋场内深度方向压力逐渐降低,最大变化值为65.8Pa。当填埋场内冰冻层厚度和孔隙率一定时,垃圾体的产气率由1.0×10-7kg/（m3·s）变化到2.7×10-7kg/（m3·s）过程中,填埋场内深度方向压力逐渐增加,最大变化值为674.9Pa。（6）填埋场内冰冻层厚度和产气率一定时,垃圾体的孔隙率由0.67变化到0.50过程中,填埋场内深度方向压力变化不大,最大变化值为37.9Pa。填埋场在考虑垃圾体全部产气时最大的填埋气流量为0.762m3/s；相应的分层情况下,出口处最大的填埋气流量为0.683m3/s。（7）在高寒地区填埋场气体收集系统的设计中,应考虑填埋场温度对集气管材强度和安全性的影响,避免低温下集气管道的泄露和破损,保证集气系统的安全性和可靠性。本文得出的研究结果,可为齐齐哈尔市生活垃圾填埋场气体的收集与填埋场的管理提供可靠依据,也可为其他高寒地区生活垃圾卫生填埋场的运行与管理提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1国内生活外垃圾填埋的现状与发展趋势
• 1.1.1 国内外城市生活垃圾产生量
• 1.1.2 垃圾填埋技术的发展趋势
• 1.2 生活垃圾卫生填埋场气体的收集与利用现状
• 1.2.1 填埋场气体成分
• 1.2.2 填埋场气体的危害
• 1.2.3 填埋场气体的利用
• 1.2.4 填埋场气体的收集
• 1.3 高寒地区生活垃圾填埋场气体迁移研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本课题的研究背景
• 1.5 本课题的研究意义与主要内容
• 1.5.1 本课题的研究意义
• 1.5.2 本课题的主要研究内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 生活垃圾填埋场中气体产生与迁移机理
• 2.1 生活垃圾填埋场气体的产生过程
• 2.1.1 填埋场气体的产生过程
• 2.1.2 厌氧消化动力学研究
• 2.2 生活垃圾填埋场气体的产气量模型
• 2.2.1 填埋场气体产生量影响因素的研究现状
• 2.2.2 填埋场气体产量的影响因素
• 2.2.3 生活垃圾填埋场产气量的计算方法
• 2.3 填埋场气体迁移特性
• 2.3.1 填埋场气迁移规律
• 2.3.2 填埋场气体迁移机理
• 2.3.3 填埋场气体迁移的特点
• 2.3.4 填埋场气体迁移的影响因素
• 2.4 高寒地区生活垃圾填埋场中气体的产生过程与产气量模型
• 2.4.1 高寒地区生活垃圾填埋场气体的产生过程
• 2.4.2 高寒地区生活垃圾填埋场气体的产气量模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 填埋气体迁移动力学分析
• 3.1 多孔介质
• 3.1.1 多孔介质的定义
• 3.1.2 多孔介质的性质
• 3.1.3 多孔介质的结构参数
• 3.2 孔隙率
• 3.2.1 孔隙率的测量
• 3.2.2 垃圾体的孔隙率
• 3.3 填埋场气体迁移控制方程
• 3.3.1 填埋场气体迁移方程
• 3.3.2 方程求解
• 3.4 本章小结
• 第4章 高寒地区生活垃圾填埋场气体迁移数值模拟
• 4.1 齐齐哈尔市气候概况
• 4.2 齐齐哈尔市生活垃圾处理概况
• 4.2.1 齐齐哈尔市生活垃圾的产生量
• 4.2.2 齐齐哈尔市生活垃圾成分
• 4.2.3 齐齐哈尔市生活垃圾的处理方式
• 4.3 FLUENT软件介绍
• 4.4 齐齐哈尔市生活垃圾填埋场气体迁移数值模拟过程
• 4.4.1 齐齐哈尔市生活垃圾填埋场物理模型
• 4.4.2 填埋场几何模型网格划分
• 4.4.3 流体性质的选择
• 4.4.4 边界条件和相关参数的选取
• 4.5 数值模拟结果及讨论
• 4.5.1 垃圾体渗透系数对填埋气压力分布的影响
• 4.5.2 垃圾体孔隙率对压力分布的影响
• 4.5.3 垃圾体产气率对压力分布的影响
• 4.5.4 环境温度对压力分布的影响
• 4.5.5 填埋场产气率变化情况
• 4.6 本章小结
• 第5章 全文总结与建议
• 5.1 全文总结
• 5.2 建议
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文及研究成果
• 致谢