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（簡稱LFG）引發(fā)的安全隱患和環(huán)境問題得到了社會各界的廣泛關注，且LFG 的資源化利用已成為近年來國內外學者研究的熱點和焦點問題。LFG 在填埋場內的產生及運移是一個極其復雜的動力學過程，溫度是影響填埋氣體和運移過程中不可忽略的重要因素，填埋氣體流動系統(tǒng)的描述和流動機制的定量化是把握氣體污染治理和資源化利用的一個重要環(huán)節(jié)，數(shù)值模擬為其治理方案的確定和資源化評價提供重要的技術指導。為此，本文提出了

2、將垃圾填埋場視為非溫度介質的構想，并考慮LFG 運移過程中的能量傳輸和相互影響，實現(xiàn)了LFG 運移和能量傳輸?shù)臄?shù)學建模和數(shù)值模擬，為LFG 的污染控制和資源化利用提供了理論依據和技術支持。主要成果包括以下幾個方面： 1.以多孔介質氣體滲流和傳熱學理論為基礎，建立了描述LFG 在填埋場內遷移釋放和能量運移的滲透溫度耦合數(shù)學模型； 2.采用Galerkin 有限元法給出了耦合數(shù)學模型的數(shù)值格式，并通過一維情況下的模擬驗證

3、了模型對填埋場氣體和溫度動態(tài)變化的估計和預測的可靠性； 3.在二維情況下，采用耦合的動力學模型對填埋氣體在填埋場內及其鄰近地質層中運移以及該過程中的能量釋放和傳輸情況進行了模擬，模擬結果表明： (1)氣體壓力在填埋場內逐漸增大并趨于平穩(wěn)，填埋氣體逐漸產生，產量也逐漸增大，進而導致了氣體壓力的增加，而有機物的不斷消耗使得在中后期氣壓趨穩(wěn)。 (2)隨著時間的推移，填埋場內的氣體開始不斷向周邊地質層運動，這使得周

4、邊地質層中的氣體壓力亦開始上升，在周邊地層中，氣壓上升的波及范圍越來越廣，從地質層左側的邊緣波及到地質層的中部； (3)填埋場區(qū)域溫度隨著時間的推移，呈增長趨勢，由于是假設填埋場內各點都有熱量產生，所以在填埋場的主要區(qū)域，溫度是相對一致的，只是在靠近底部和頂部的區(qū)域，溫度值有一定的波動。而在周邊地質層中，溫度變化并不明顯。 4.利用耦合數(shù)學模型對單井抽氣狀態(tài)下氣壓和溫度分布變化進行模擬，由模擬結果可以得出：

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