填埋场甲烷排放衰减期日变化特征研究

摘要

本文通过填埋场现场观测与实验室实验相结合的实验方法，结合回归分析与建模等方法，对填埋场甲烷排放衰减期甲烷排放日变化特征进行了研究。探讨了不同温度及含水率条件对垃圾发酵产气不同阶段的产气过程的影响，以及不同压实程度对垃圾体渗透系数的影响，同时建立了垃圾发酵产气模型，估算了填埋场的产气速率，结合达西定律推算了填埋场内的气压变化范围，从而进一步揭示了填埋场甲烷排放日变化规律不明确的原因，为控制填埋场甲烷的排放提供了科学依据。研究结果表明:
　　填埋场的甲烷排放是填埋场局部点的间歇性排放，并非填埋场整体的连续排放，甲烷浓度变化范围为1.9-119.7mg/m3，通量变化范围为-20.6-52.6mg/(m2·h)，各采样点间甲烷释放通量存在较大差异且没有表现出规律性。
　　温度对垃圾发酵过程中的不同阶段有不同影响，温度不但会影响各个反应阶段主要菌种活性，同时还会影响各个阶段在整个发酵过程中的时间比重。在25℃条件下峰值期累积产气量及产气时间在总产气时间的比重均远小于其他三个实验组，其峰值期累积产气量为287.6mL，峰值期产气时间比为13％;同时在25℃条件下稳定期的累积产气量及产气时间在总产气时间的比重均大于其他三个实验组，其稳定期累积产气量为405.6mL，稳定期产气时间比为40％;较低的温度抑制水解产酸过程，但对产甲烷过程有促进作用，这同时会影响到这两个阶段在整个产气过程中的时间比重。同时拟合结果还显示，当温度达到31℃时，稳定期的累积产气量最大;但峰值期的累积产气量与温度关系仍需要进一步探讨。含水率对垃圾发酵过程的影响主要在于对累积产气量的影响。在不同含水率条件下，峰值期累积产气量及稳定期累积产气量存在很大差异。49％含水率条件下的峰值期累积产气量为676.8mL，远低于60％、70％及80％含水率条件的实验组;但其稳定期累积产气量为311.5mL，远高于60％、70％及80％含水率条件的实验组;而90％含水率条件下各产气阶段的累积产气量均低于其他四个实验组。这表明含水率的提高有利于水解产酸阶段的进行，但同时会抑制产甲烷过程的进行，并影响发酵过程的稳定性，而过高的含水率则不利于整个发酵过程的进行。
　　垃圾体的渗透系数主要受压实度变化影响，渗透系数随压实度升高呈负指数衰减，关系函数为:K=0.139e-10211ρ。并且在相同压实度下，垃圾体的渗透系数仍存在一定差异，这表明垃圾体本身有较大的不均一性，因而在估算填埋场甲烷排放时要充分考虑垃圾体不均一性对气体迁移造成的影响。
　　通过模型估算得出填埋场的产气速率在不同温度条件下有较大差异，其变化范围为0.12-1466.67·10-9m3·kg-1·s-1。由此可推算出填埋场内气压波动范围，在不同压实度条件下，填埋场内气压差异很大，其变化范围为0.0926-50490.0789Pa，而实测数据推算的填埋场气压范围为0.0134-0.3898Pa，两者相差几个数量级。填埋场内的填埋气迁移以横向迁移为主，只有当填埋气横向迁移受阻时才会纵向迁移，这导致了填埋场的CH4的局部、间歇性排放。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 填埋场甲烷排放研究

1．2．2 生活垃圾发酵研究

1．2．3 填埋场渗透系数研究

1．3 问题的提出

1．4 研究内容与目标

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究目标

第二章 材料与方法

2．1 填埋场CH4释放通量观测

2．1．1 观测地点及时间

2．1．2 实验方法

2．1．3 测定方法

2．2 垃圾发酵试验

2．2．1 实验装置

2．2．2 实验材料

2．2．3 实验方法

2．2．4 数据处理

2．3 渗透系数测定实验

2．3．1 实验装置

2．3．2 实验方法

2．3．3 计算方法

2．4 垃圾产气速率模型

第三章 填埋场表面CH4通量观测及分析

3．1．1 CH4排放浓度的时空变化

3．1．2 CH4排放通量特征分析

3．2 本章小结

第四章 温湿度对垃圾发酵的影响

4．1 分段拟合分析温度对垃圾发酵的影响

4．1．1 分段拟合

4．1．2 温度与不同产气阶段累积产气量的关系

4．1．3 温度对不同产气阶段产气时间比及产气量比的影响

4．2 分段拟合分析含水率对垃圾发酵的影响

4．2．1 分段拟合

4．2．2 含水率与不同产气阶段累积产气量的关系

4．3 本章小结

第五章 垃圾体渗透系数测定

5．1 不同压实度条件下垃圾体渗透系数测定

5．2 不同压实度下渗透系数的变化

5．3 本章小结

第六章 垃圾产气模型及分析

6．1 垃圾体产气速率模型

6．1．1 产气模型的建立

6．1．2 参数确定

6．1．3 填埋场产气速率估算

6．2 模型估算与实测数据对比分析

6．3 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 全文总结

7．2 本文创新点

7．3 讨论与展望

参考文献

致谢

作者简介