填埋氣體滲流與溫度耦合數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著城市生活垃圾的日益增多，由垃圾填埋氣體（簡(jiǎn)稱(chēng)LFG）引發(fā)的安全隱患和環(huán)境問(wèn)題得到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，且LFG 的資源化利用已成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)問(wèn)題。LFG 在填埋場(chǎng)內(nèi)的產(chǎn)生及運(yùn)移是一個(gè)極其復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，溫度是影響填埋氣體和運(yùn)移過(guò)程中不可忽略的重要因素，填埋氣體流動(dòng)系統(tǒng)的描述和流動(dòng)機(jī)制的定量化是把握氣體污染治理和資源化利用的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，數(shù)值模擬為其治理方案的確定和資源化評(píng)價(jià)提供重要的技術(shù)指導(dǎo)。為此，本文提出了

2、將垃圾填埋場(chǎng)視為非溫度介質(zhì)的構(gòu)想，并考慮LFG 運(yùn)移過(guò)程中的能量傳輸和相互影響，實(shí)現(xiàn)了LFG 運(yùn)移和能量傳輸?shù)臄?shù)學(xué)建模和數(shù)值模擬，為L(zhǎng)FG 的污染控制和資源化利用提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。主要成果包括以下幾個(gè)方面： 1.以多孔介質(zhì)氣體滲流和傳熱學(xué)理論為基礎(chǔ)，建立了描述LFG 在填埋場(chǎng)內(nèi)遷移釋放和能量運(yùn)移的滲透溫度耦合數(shù)學(xué)模型； 2.采用Galerkin 有限元法給出了耦合數(shù)學(xué)模型的數(shù)值格式，并通過(guò)一維情況下的模擬驗(yàn)證

3、了模型對(duì)填埋場(chǎng)氣體和溫度動(dòng)態(tài)變化的估計(jì)和預(yù)測(cè)的可靠性； 3.在二維情況下，采用耦合的動(dòng)力學(xué)模型對(duì)填埋氣體在填埋場(chǎng)內(nèi)及其鄰近地質(zhì)層中運(yùn)移以及該過(guò)程中的能量釋放和傳輸情況進(jìn)行了模擬，模擬結(jié)果表明： (1)氣體壓力在填埋場(chǎng)內(nèi)逐漸增大并趨于平穩(wěn)，填埋氣體逐漸產(chǎn)生，產(chǎn)量也逐漸增大，進(jìn)而導(dǎo)致了氣體壓力的增加，而有機(jī)物的不斷消耗使得在中后期氣壓趨穩(wěn)。 (2)隨著時(shí)間的推移，填埋場(chǎng)內(nèi)的氣體開(kāi)始不斷向周邊地質(zhì)層運(yùn)動(dòng)，這使得周

4、邊地質(zhì)層中的氣體壓力亦開(kāi)始上升，在周邊地層中，氣壓上升的波及范圍越來(lái)越廣，從地質(zhì)層左側(cè)的邊緣波及到地質(zhì)層的中部； (3)填埋場(chǎng)區(qū)域溫度隨著時(shí)間的推移，呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，由于是假設(shè)填埋場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)都有熱量產(chǎn)生，所以在填埋場(chǎng)的主要區(qū)域，溫度是相對(duì)一致的，只是在靠近底部和頂部的區(qū)域，溫度值有一定的波動(dòng)。而在周邊地質(zhì)層中，溫度變化并不明顯。 4.利用耦合數(shù)學(xué)模型對(duì)單井抽氣狀態(tài)下氣壓和溫度分布變化進(jìn)行模擬，由模擬結(jié)果可以得出：

5、 (1)隨著時(shí)間的推移，填埋場(chǎng)內(nèi)部的壓力逐漸上升，由于井口處始終保持主動(dòng)抽氣，故井口處壓力保持在低位運(yùn)行，所以形成了填埋氣體在空間上由井口向填埋場(chǎng)內(nèi)部逐漸增大的分布趨勢(shì)； (2)井口處，隨著時(shí)間的推移，溫度有明顯的上升，而且其與填埋場(chǎng)內(nèi)溫度的差值也逐漸加大（自20oC 升高到60 oC）。這說(shuō)明填埋氣體在向井口運(yùn)移的過(guò)程中，亦攜帶著一定的能量向井口集聚，隨導(dǎo)致井口處垃圾區(qū)域的溫度的上升。 以上研究成果可為填埋場(chǎng)的填埋