刘宏远[1]2003年在《生物反应器填埋场系统的仿真研究》文中进行了进一步梳理生活垃圾的处理方法主要有堆肥法、填埋法、焚烧法、蚯蚓床法和热解法等，其中卫生填埋法具有成本低廉(是焚烧法的1／15-1／8，是堆肥处置法的1／5-1／3)、适用范围广、环保效果显着和处置彻底等优点，仍是世界各国一直普遍应用的一种处置方法，即使在发达国家，其填埋处理率也很高。作为发展中国家的中国，在今后相当长一段时间内，卫生填埋法仍然是生活垃圾的主要处理技术。 但现行的卫生填埋技术存在着①垃圾降解缓慢，填埋场稳定时间长；②渗滤液难处理、成本高；③填埋场爆炸、沼气不回收利用、就地排放污染大气等问题。虽然新型的渗滤液直接回流生物反应器填埋场有利于垃圾的加速降解，但渗滤液回流的产物抑制问题未能充分发挥填埋场加速垃圾降解的效能。本研究以传统的卫生填埋场(R1)及渗滤液直接回流的填埋场(R2)作为对比实验，进行了生物反应器填埋场系统(R3、R4)和接种生物反应器填埋场系统(R5、R6)的研究。 实验表明，传统的填埋场(R1)垃圾降解缓慢，达到稳定所需时间长，在实验结束时稳定进程仍然在进行之中。渗滤液直接回灌的填埋场(R2)降解速度较R1速度快，但当回灌渗滤液水量多、有机负荷高时，在填埋场内部尤其是初期会产生有机酸的积累，而高的H_2分压，破坏了垃圾降解微生物种群间的互营联合代谢，造成填埋场垃圾降解的停止，未能充分发挥微生物的降解作用。R3、R4、R5及R6系统中由于增加了产甲烷反应器，渗滤液是经过产甲烷反应器的处理后回灌至填埋场，解决了酸积累等产物抑制问题，但R3及R5系统由于是采用渗滤液的部分回流因而垃圾的含水率不到45％，微生物的活性受到抑制。而R4、R6系统中由于渗滤液全量回流，垃圾的含水率在60％左右，垃圾的降解速度明显加快，尤其是R6系统填埋场接种了垃圾高效降解菌剂，在150天时填埋场已基本稳定。 在对填埋场稳定机理的探讨中，研究了填埋场渗滤液分子量的分布情况以及垃圾中有机质的腐殖化系数。对各填埋场渗滤液分子量分布情况的分析表明，渗滤液中大分子量的百分比越高，填埋场越稳定，而且大分子量的百分比随填埋时间延长呈增大的趋势。通过对填埋场垃圾中有机质的腐殖化分析表明，＊＊几r的变化不能完全准确描述有机质的腐殖化过程。本研究采用腐殖化系数表述垃圾中有机质的腐殖化进程，研究表明，腐殖化系数越大，填埋场越稳定。运行数据表明，R6系统的填埋场腐殖化系数最高，有机物降解得最彻底，R4系统的填埋场次之，RZ、R3和 RS系统的填埋场相差不多，RI系统填埋场相比之下，其降解效果最差。 在对填埋场沉降高度的研究中发现，R6系统的填埋场沉降量最大，R4系统的填埋场沉降量次之，R3、RS及 RZ填埋场沉降高度相差不多，RI系统填埋场沉降量最小。以第60天作为数据处理起点，对垃圾的沉降高度用半对数口归，口归结果表明，R6系统的填埋场己基本沉降完毕，而其它填埋场还有沉降的趋势。 对R6系统建立了以平均停留时间为主的简单的有机物降解（以COD。r计）动力学模型1及以数学模拟为主模型2。模型的预测值与实测值基本一致，由此表明，模型基本上表达了生物反应器填埋场系统的运行情况，可以预测系统的运行趋势。
刘志刚[2]2013年在《好氧生物反应器技术治理某封场非正规垃圾填埋场的工艺设计优化》文中进行了进一步梳理目前,我国大多数城市周围都存在着己经封场的垃圾填埋场,随着城市化的急速扩张,一些曾位于郊区的填埋场现己临近甚至位于人口密集区,成为城市的重要污染源,严重制约着城市化的进展。这些填埋场,不仅占据着大量城市用地,还对城市环境的污染有巨大影响,甚至引发火灾、爆炸等安全事故。因此,对封场填埋场进行快速治理及生态修复是城市化进展中急需解决的重要问题。好氧生物反应器技术与其他技术相比具有治理周期短、CH4排放少、渗滤液污染低、后期监管费用少等优点,可有效应用于封场填埋场的原位治理。虽然好氧生物反应器技术在国内外已有应用,但对其工艺设计的研究还处于初步阶段。研究内容大多基于现场或实验室实验,以及对单一子系统的计算机模拟,其结果只能分析某局部参数对工艺设计的影响,而无法综合考虑工艺结构和整体参数对结果的影响。因此,在好氧生物反应器技术工艺设计过程中需要系统的考虑所有参数对设计结果和工程投资的影响。针对上述情况,本文以我国某封场填埋场好氧治理项目为基础,对其工艺设计进行分析和建模,并采用有效的方法对模型求解,从而实现该技术工程总投资的优化。本文主要进行了以下几方面的研究：1.建立了针对我国某封场填埋场好氧治理项目工艺设计优化的混合整数非线性规划模型。以工程总投资最小为目标函数,以系统的物料衡算、设计规范、设备能力等为约束条件,为好氧生物反应器技术工程投资的优化提供了基础。2.确定了遗传算法求解本文所建模型的操作参数组合：群体规模N=100,最大迭代数Maxgen=1000,交叉概率Pc=0.8,变异概率P,n=0.003,以利于模型的求解。3.对我国某封场填埋场好氧治理项目的工程投资进行优化,与传统设计方案相比,降低工程投资22.7%,效果明显,为其工艺设计提供了参考。
贺颖, 张建强, 郭洁[3]2008年在《生物反应器填埋场研究进展》文中认为在介绍生物反应器填埋场概念及特点的基础上,概述了国内外有关生物反应器填埋场处理生活垃圾研究的主要类型和发展趋势,并阐述了生物反应器填埋场对渗滤液和微生物生态的影响。
张超平, 冯勇, 罗鹏[4]2012年在《生物反应器填埋场的发展及应用研究》文中指出缩短垃圾稳定化时间,并有效地收集和处理渗滤液及填埋气体,是促使传统卫生填埋法向生物反应器填埋场发展的主要因素。生物反应器填埋场通过回灌渗滤液等控制手段,改善填埋场内部微生化环境,加速填埋场稳定化进程。生物反应器填埋场的关键在于渗滤液收集系统、防渗系统、气体收集系统和渗滤液回灌系统。一些在运行的全规模生物反应器填埋场证明了这种操作方式能加快垃圾降解和填埋气体的产生,减少渗滤液处理量。然而还有一些经济和技术上的不确定性,包括持久有效性、压实度和氧化-还原环境等因素都需要进一步研究。
孙益彬[5]2012年在《好氧生物反应器填埋场中气体注入、产生及运移的拟稳态模拟研究》文中指出近年来，城市化不断发展，城市建设用地越来越紧，原先的许多简易垃圾填埋场又被开发为城市建设用地。然而，简易垃圾填埋场稳定周期可达数十年，期间持续有CH4等气体产生，近十几年来国内外曾发生过多起简易垃圾填埋场火灾和爆炸等事故，若在其上或附近进行城市建设，危险性不言而喻；此外，简易垃圾填埋场大多缺少防渗层和气、液导排系统，因而导致渗滤液及填埋气排放处于无控状态，这将对附近居民和环境造成潜在的危害，因此如何解除简易垃圾填埋场所带来的安全隐患，对其快速、高效的治理是急需解决的问题。生物反应器填埋场的出现为简易垃圾填埋场治理提供了可能的方法，它对加速垃圾降解效果显着。虽然好氧生物反应器填埋场治理技术在国外已有应用，但由于目前关于生物反应器填埋场的理论研究几乎都是基于厌氧的，且两者在垃圾生化降解反应和气体运移机理上存在显着差异，因此若直接借鉴其设计和运行经验则缺乏针对性；此外，国外好氧治理技术应用对象多是卫生填埋场，而我国的治理对象以底部无防渗层的简易垃圾填埋场为主，两者在设定通风量和注水量等参数值上存在一定差异。所以，简易垃圾填埋场好氧治理项目运行过程中通风量和注水量等操作参数选取急需得到相应的理论依据和参考。针对上述情况，本文主要做了如下几方面的研究：(1)对改造好氧生物反应器填埋场填埋垃圾好氧生化降解反应过程进行了全面分析，认识到填埋垃圾是由许许多多的颗粒组成(填埋过程中通过机械破碎和压实)，基于此，本文将垃圾好氧生化降解反应单元假设为大小均一的球体颗粒，进而从单个颗粒入手，将其分为中部厌氧区和周边好氧区，综合考虑氧浓度、垃圾底物浓度、微生物浓度、温度和含水率等因素对好氧生化降解反应的影响，建立较完善的好氧生化降解反应机理模型(球形颗粒尺度)；(2)对采用通风单井作为末端通风设施的改造好氧生物反应器填埋场填埋气体运移特点进行了详细研究，充分考虑了对流和扩散两种传递过程，在柱坐标系下建立好氧生物反应器填埋场叁维填埋气体运移模型(实际工程尺度)，并将其与好氧生化降解反应机理模型(垃圾颗粒尺度)和填埋垃圾含水率分布模型(实际工程尺度)相结合，利用gPROMS软件编程，实现了模型的两种尺度耦合求解，得出好氧生物反应器填埋场中填埋气体压力分布；(3)在保证改造好氧生物反应器填埋场氧气供应充足的前提下，确定其经济通风量，实现降低风机负荷、减少好氧生物反应器填埋场运行费用的目的；在注水量适宜且保证渗滤液不下渗的前提下，确定适宜的井间距，使其更有利于填埋垃圾好氧生化降解反应的进行，为好氧生物反应器填埋场的设计和运行提供指导，以利于该治理方法的推广。
瞿贤, 何品晶, 谷惠丽, 邵立明[6]2009年在《生物反应器填埋的沉降加速效应》文中指出通过实验室填埋柱模拟实验,研究了生物反应器填埋操作方式对填埋层沉降的影响。结果表明:与传统卫生填埋方式相比,回灌经厌氧生物处理后渗滤液的生物反应器填埋方式能够加速填埋层的沉降,140 d内沉降提高比例达10%以上。我国填埋垃圾高含水率、高易腐有机物含量的特性,使得其填埋层的次沉降系数高于文献值。填埋垃圾有机物降解量及其引起的垃圾水分排出量与填埋层沉降有显着相关性,表明有机物降解是引起填埋层沉降的重要因素,也是造成生物反应器填埋与传统卫生填埋方式初期沉降差异的主要原因。
李闯[7]2014年在《北方某废弃垃圾填埋场陈垃圾有机质测定及水解效果分析》文中指出截至2012年，我国目前非正规垃圾填埋场及卫生填埋场的总数已经超过了5000座，其中具有规模性的非正规填埋场也超过了3000座。由于我国上世纪八十年代后期建造了大量的垃圾填埋场，这些垃圾填埋场多已达到或即将达到其使用年限。废弃的垃圾填埋场地对环境的影响破坏不会随着场地的封闭而立即结束，反而会在相当长的一段时间内对场地内甚至附近的环境造成严重的污染。被研究的废弃垃圾填埋场位于北方某省会城市市郊，作为城市垃圾的主要填埋场地于1996年开始使用，堆放面积达22.6万m2，于2004年3月正式废除。为了找寻到能在短期内有效对场地内的陈垃圾有机物进行加速降解的方法，使场地能尽早得到修复再利用，本次课题针对陈垃圾中有机质含量，不同工况下陈垃圾生物反应器的淋滤效果和降解效率，试确定最适宜该废弃垃圾填埋场的修复处理方法。另外通过监测在厌氧、兼氧、准好氧等条件下进行渗滤液回灌操作的陈垃圾反应器对垃圾渗滤液污染物的去除效果，找出合适的渗滤液去除方案。希望能够通过本次的研究，为今后我国北方地区的垃圾场地修复工程提供实验及理论依据。本次实验得出结论如下：（1）该填埋场内垃圾的有机质含量普遍较低，大多在11%—15%之间。说明场地内陈垃圾的降解程度较高，剩余可降解有机质含量不高。（2）采用淋滤方法修复场地时，前期5d内出水的COD浓度较高，此阶段物理性淋溶作用占主导，采取厌氧浸泡方式效果更好；5d后进入以生物降解为主的降解阶段，持续时间长，COD出水浓度低，此阶段准好氧方式效果更为稳定。还可采用增大通气量或进水量的方式来加快该场地的修复速率。（3）经计算可得陈垃圾经一个月的淋滤实验后有机质去除量仅能达到剩余有机质总量的1%左右，说明被研究的废弃垃圾填埋场地中可降解有机物的含量已经很小，剩余多为难降解有机物，且性质相对稳定。（4）对于晚年期的陈垃圾渗滤液进行渗滤液回灌实验，结果表示厌氧、兼氧、好氧叁组反应器柱对COD、总氮的去除效果均不高，对氨氮、总磷的去除效果较理想。总体来讲，主动通气的准好氧陈垃圾反应器对渗滤液中各类污染物的去除，特别是对氨氮的去除效率和稳定性都是最好的。
刘磊, 薛强, 梁冰, 赵颖[8]2010年在《垃圾填埋场封场后气体产出及释放规律研究》文中进行了进一步梳理以生物降解和多孔介质渗流理论为基础,建立了填埋气体产出和释放的耦合动力学模型。仿真预测的结果表明:垃圾降解产气和气体迁移释放2个过程相互联系,都不能被忽略;垃圾填埋场上方所设置的覆盖层对气体向外部释放有良好的抑制作用。
蔡光华[9]2012年在《垃圾填埋场压实黏土封场系统开裂规律研究》文中研究表明针对垃圾填埋场压实黏土封场系统在干旱与半干旱地区极易出现干燥开裂的问题，开展了压实黏土的膨胀与收缩、干燥开裂及开裂过程中的热-水传输试验研究，揭示了填埋场压实黏土封场系统的开裂机理。基于压实黏土封场系统开裂的动力学数学模型，仿真预测了填埋场压实黏土封场系统的开裂规律。此研究对减少或避免填埋场封场系统开裂破坏的发生及填埋场封场系统的设计与施工具有十分重要的理论意义和应用价值。通过压实黏土膨胀与干缩试验得出，在初始含水率为0.21和干密度为1.50、1.65g/cm3时，土体膨胀较小，且膨胀量随时间而呈“S”型变化；压实黏土的干缩变形具有显着的各向异性，且径向收缩对体积收缩的影响较大；收缩率随初始含水率的增加呈指数增长，随干密度增加呈线性减小。压实黏土开裂试验表明，干湿循环作用对压实黏土开裂影响显着；在遇水湿化初期，压实黏土裂缝部分愈合，但干湿循环结束后，压实黏土裂缝重新出现，且明显多于干湿循环前；初始含水率、干密度对压实黏土开裂具有明显的影响，在最佳干密度(1.65g/cm3)和最优初始含水率(0.21)条件下的压实黏土裂缝较少，四次干湿循环后开裂因子为0.06。开裂过程中热与水汽迁移模型试验表明，在温度60℃的热源持续作用16天后，土柱表面开裂明显，其开裂因子为0.09，开裂深度约为8.2cm。在加热初期，土层中温度上升速度较快，水分流失较严重，但持续时间较短；随时间延续，温度上升速度明显衰减，并伴随长期的缓慢失水过程。基于热传导方程、水汽迁移方程及力平衡方程，建立填埋场压实黏土封场系统开裂的动力学数学模型。在考虑表层温度变化及水分损失条件下，采用有限元软件COMSOL仿真分析了填埋场压实黏土封场系统的开裂规律。计算结果表明，封场系统中温度由上至下依次递减，水分由下向上迁移，含水率逐渐减小，开始有裂缝出现且在裂缝尖端有拉应力集中现象；随时间持续，裂缝逐渐增多并向土层纵深扩展，裂缝较多的土层沉降位移较大，而裂缝较少的土体出现抬升现象；裂缝尖端的拉应力集中区域下移，且在相邻裂缝中间出现压应力区域；在裂缝附近，土体升温较快，水分损失严重。
刘海龙[10]2016年在《城市固废降解—固结—溶质迁移耦合行为及稳定化研究》文中研究指明随着工业化和城市化的高速发展,城市固废产量大幅提高,我国城市固废处理形势十分严峻。区别于传统工程土,固废组分种类繁多,各组分性质差异显着,在被填埋后会发生复杂的生化降解反应,产生大量渗滤液和填埋气,其工程力学特性发生改变。填埋场中复杂的生化降解、液气渗流、压缩变形以及溶质迁移行为相互耦合相互影响,稳定化时间长达几年至数十年,在服役过程中易发生填埋堆体失稳滑坡、沉降变形、填埋气体无序排放以及渗滤液渗漏污染地下水土四大类环境岩土工程问题。城市固废填埋场不仅是一种大型土工构筑物,还是一个复杂的生物反应器,深入研究填埋场稳定化过程中多场相互作用规律是防控潜在环境灾变、解决填埋场中环境岩土工程问题的关键,对我国填埋场设计、施工以及运营管理均有重要意义。本文在国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“城市固体废弃物填埋孕育环境灾害与可持续防控的基础研究”(2012CB719800)的课题“填埋体多场相互作用及液气调控”(2012CB719802)的资助下,开展了城市固废填埋场稳定化过程中多场相互作用的理论研究,通过数值模拟方法研究城市固废填埋场中降解-固结-溶质迁移耦合行为机理。本文主要研究内容和成果如下：(1)基于城市固废生化降解特性提出了以纤维素为主要可降解底物,考虑含水率、底物含量以及VFA浓度影响的两阶段厌氧降解模型,该模型可用于计算固废生化降解过程中的固相质量损失、胞内水释放、填埋气产生以及渗滤液中化学溶质(VFA和甲烷菌)浓度的变化。(2)总结了城市固废包括压缩特性、液气渗透特性、溶质迁移特性在内的工程力学特性。城市固废的压缩性会随生化降解过程变化,可用应力-降解压缩模型描述固废压缩变形过程中的应力及降解程度与应变的关系。我国新鲜固废相比发达国家固废易压缩,最终沉降量大。城市固废持水特性以及液、气渗流特性受生化降解和压缩共同影响,van-Genutchen模型可用于描述固废的持水曲线及计算固废液、气相对渗透系数。城市固废渗滤液中化学溶质迁移可通过对流、分子扩散、机械弥散以及吸附／解吸附四种方式进行,溶质迁移过程受孔隙水流速、孔隙几何特性以及化学溶质浓度梯度影响。(3)基于城市固废生化降解特性及工程力学特性,以生化降解为核心,建立了反应填埋场中多场相互作用机理的城市固废降解-固结-溶质迁移叁维耦合模型,耦合模型主要求解变量包括孔隙水压、孔隙气压、位移以及渗滤液中VFA和甲烷菌浓度。采用有限元法对耦合模型进行了数值求解,并对模型求解结果进行了初步验证。将耦合模型的应用拓展到骨架可降解土类材料,分析了骨架可降解土与传统工程土饱和固结规律的差异,结果表明：对于骨架可降解土,在生化反应或物理力学的作用下会发生固相质量损失,导致骨架强度弱化、工程力学特性改变,在渗透系数不变的情况下孔压消散速率慢,最终沉降量大,且沉降的发展滞后于孔压消散过程。(4)基于城市固废降解-固结-溶质迁移耦合模型,针对填埋场中多场相互作用规律进行研究,结果表明固废在固结过程中发生生化降解反应,产生大量渗滤液和填埋气,改变堆体中应力场分布。压缩会引起体积含水量增加,加速填埋初期的固废水解速率。孔隙水渗流会影响化学溶质浓度场分布,通过主动调控改变化学溶质浓度分布可以显着改变固废生化降解速率从而影响其固结行为。(5)基于城市固废降解-固结-溶质迁移耦合模型,对填埋场中典型工程问题进行分析,指出相比于低厨余固废含量填埋场,以我国为代表的典型高厨余固废含量填埋场在填埋初期会通过降解产生大量渗滤液,可导致堆体水位雍高、液气运移相互阻滞,同时其固废骨架弱化现象明显,降解压缩更大,固废孔隙随着龄期增加变得疏松,可能使堆体在填埋高度增加的过程中出现突然塌陷现象。结合杭州天子岭填埋场示范工程进行渗滤液回灌效果评估,结果表明渗滤液回灌技术通过调节填埋堆体中降解环境可加速我国典型高厨余固废含量填埋场的稳定化进程,有效降低渗滤液VFA浓度减轻污染负荷,解除酸化抑制使堆体进入稳定甲烷化阶段的时间大幅提前,增加填埋初期的降解产气量,加速堆体沉降稳定化。(6)基于填埋场中多场相互作用规律研究,建立了包括生化降解、填埋气产量以及堆体沉降叁个方面的填埋场稳定化评价指标体系。提出了现场取样测试与数值模拟相结合的填埋场稳定化评估及预测方法。应用此方法对西安江村沟填埋场稳定化过程进行预测,并与低厨余固废含量填埋场的稳定化规律行比较,结果表明我国高厨余固废含量填埋场稳定化过程呈现明显的分阶段性,在填埋初期的快速降解阶段C/L迅速下降,渗滤液中污染物浓度显着升高,同时产生大量填埋气,堆体沉降显着。为防控的潜在环境灾变以及提高固废资源化利用给出了快速降解阶段的工程建议。(7)提出填埋场沉降与容量简化计算方法,对堆体沉降与固废减量化处理的关系进行研究,结果表明同一个填埋场中固废减量率随填埋场埋深的增加而增加,填埋场高度越高固废减量率越高。发展大型集约化填埋可以显着提高土地利用效率,增强固废减量化处理能力,对已有填埋场采取调控措施加速达到稳定化状态后进行扩建有助于缓解固废产量不断增加所带来的环境压力,是我国未来填埋处理技术的发展方向。针对不同运营措施对填埋场沉降与容量的影响进行参数分析,结果表明：提高初始压实程度可以显着减少填埋过程中的沉降,有效提高库容,填埋高度越低,提高压实程度带来的增容收益越大；调控降解环境对于增加库容的效果有限,但可显着减少工后沉降加速沉降稳定化,有利于填埋场内部设施维护；高渗滤液水位会降低固废受到的上覆应力,大幅降低填埋场库容,渗滤液水位越高,固废处理量越低。(8)将叁维降解-固结-溶质迁移耦合模型转化为轴对称形式,结合西安江村沟填埋场现场抽气试验研究了考虑堆体中渗滤液水位的填埋场抽气竖井周围填埋气运移规律,结果表明试验所在区域固废填埋龄期较短处于快速降解阶段,降解产生的渗滤液补给量大、产气速率快,在试验过程中未观测到明显降水漏斗以及气压降压漏斗。渗滤液水位以下填埋气积聚严重,高饱和度区域抽气竖井影响范围很小,在计算抽气井影响半径时必须考虑堆体内渗滤液水位以及降解产生渗滤液的影响。参数敏感性分析结果指出降低堆体水位可以显着降低孔隙气压,提高抽气竖井影响半径,当堆体渗滤液主水位不变时,抽气竖井内水位变化对竖井影响半径的影响不明显。基于上述分析结果给出了相应的工程建议。
参考文献：
[1]. 生物反应器填埋场系统的仿真研究[D]. 刘宏远. 浙江大学. 2003
[2]. 好氧生物反应器技术治理某封场非正规垃圾填埋场的工艺设计优化[D]. 刘志刚. 北京化工大学. 2013
[3]. 生物反应器填埋场研究进展[J]. 贺颖, 张建强, 郭洁. 广东农业科学. 2008
[4]. 生物反应器填埋场的发展及应用研究[J]. 张超平, 冯勇, 罗鹏. 环境工程. 2012
[5]. 好氧生物反应器填埋场中气体注入、产生及运移的拟稳态模拟研究[D]. 孙益彬. 北京化工大学. 2012
[6]. 生物反应器填埋的沉降加速效应[J]. 瞿贤, 何品晶, 谷惠丽, 邵立明. 环境工程学报. 2009
[7]. 北方某废弃垃圾填埋场陈垃圾有机质测定及水解效果分析[D]. 李闯. 吉林大学. 2014
[8]. 垃圾填埋场封场后气体产出及释放规律研究[J]. 刘磊, 薛强, 梁冰, 赵颖. 环境卫生工程. 2010
[9]. 垃圾填埋场压实黏土封场系统开裂规律研究[D]. 蔡光华. 武汉工业学院. 2012
[10]. 城市固废降解—固结—溶质迁移耦合行为及稳定化研究[D]. 刘海龙. 浙江大学. 2016
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