黄土导气性与甲烷氧化能力测试及在覆盖层中的应用

【摘要】：黄土在我国干旱和半干旱的西北地区广泛分布,是当地垃圾填埋场覆盖层的主要材料,该材料的气体渗透特性和甲烷氧化能力直接影响了覆盖层对填埋气释放控制和甲烷减排的效果。因而研究覆盖黄土气体渗透特性和甲烷氧化能力,以及覆盖层中气体运移和甲烷氧化的相关规律,对于甲烷氧化功能覆盖层的设计具有重要的现实意义。 本文通过室内单元体试验和模型试验、数值模拟和解析法等手段,系统研究了覆盖黄土的气体渗透特性和甲烷氧化能力,以及黄土覆盖层中气体运移和甲烷氧化的相关规律,并探讨了覆盖层的甲烷氧化能力。本文所做的主要工作和相应的研究成果如下： (1)利用自制的气体渗透系数测量装置测试了非饱和黄土的气体渗透系数,分析了压实度、压实含水量和土样结团状况、服役含水量对压实黄土气体渗透系数的影响。测试结果表明,压实含水量相同时,黄土的气体渗透系数随干密度的增大而呈指数型减小；干密度相同时,黄土气体渗透系数受到压实含水量和土样结团状况的共同影响；当黄土土体结构一定时,其气体渗透系数随服役含水量的增大而减小,且压实程度越高,气体渗透系数减小得越快。 (2)通过22天的培养瓶试验测试了覆盖黄土的甲烷氧化能力,研究了覆盖时间、含水量和堆肥掺量等因素对黄土甲烷氧化能力的影响,分析了甲烷氧化过程中气体组分变化关系。测试结果表明,覆盖时间不同的黄土的甲烷氧化能力相差很大,未用作覆盖的新鲜黄土几乎没有甲烷氧化能力；在新鲜黄土中掺入堆肥能有效提高新鲜黄土的甲烷氧化能力；含水量对覆盖土的甲烷氧化能力有很大影响,黄土甲烷氧化的最适宜含水量为20%～30%；甲烷氧化过程中,甲烷氧化菌将甲烷中约44%的碳氧化为二氧化碳,其余碳转化为甲烷氧化菌胞内物质。 (3)利用自制的模拟覆盖层土柱试验装置开展了模拟黄土覆盖层的土柱试验,研究了土柱中气体运移和甲烷氧化规律,以及降雨对覆盖层中气体运移和甲烷氧化的影响。试验结果表明,土柱两层土中的气压分别沿深度线性增大,空气扩散传入土中的深度约为30～40cm；经过5天的培养后,土柱才逐渐具有甲烷氧化能力,试验中土柱的最大甲烷去除率和甲烷氧化速率分别为27.8%和68.4g CH4·m-2·d-1,甲烷氧化活动最为强烈的区域为5～25cm；模拟降雨使得土柱表层土体的导气性急剧减小,甲烷氧化活动迅速减弱至近乎停止,随着土柱表层水分逐渐下渗,导气性逐渐恢复,甲烷氧化能力也随之恢复。 (4)通过建立填埋气在垃圾体和覆盖层中的一维稳态运移模型,分析了覆盖层气体渗透系数和抽气速率对填埋气释放控制效果的影响,并探讨了覆盖层的甲烷氧化能力,提出了一些甲烷氧化功能覆盖层设计参数确定的建议。分析和试算结果表明,在一定的产气速率条件下,覆盖层底部气压随覆盖层气体渗透系数的减小而增大,当该气压超过警戒气压时,需要采取抽气等措施减小气压以保证覆盖层的安全稳定性；从覆盖层的气体扩散层抽气等措施可有效减小覆盖层底部气压和减少填埋气的释放；通过在覆盖层的植被层中掺入堆肥等高有机质含量的材料来提高覆盖层的甲烷氧化能力时,需要根据填埋场的产气速率和覆盖层的气体渗透系数确定与之匹配的覆盖土甲烷氧化速率,进而得到合理的堆肥掺量。 【关键词】：填埋场覆盖层 黄土 气体渗透系数 甲烷氧化能力 甲烷减排
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU444
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 目录10-13
• 1 绪论13-34
• 1.1 城市生活垃圾与填埋处理13-17
• 1.1.1 城市生活垃圾及处理方式13-14
• 1.1.2 城市生活垃圾填埋处理14-17
• 1.2 填埋气的产生与释放17-21
• 1.2.1 填埋气的产生和危害17-18
• 1.2.2 填埋气中甲烷释放对温室效应的影响18-19
• 1.2.3 填埋气中甲烷的减排措施19-21
• 1.3 具有甲烷氧化功能的覆盖层及其研究现状21-31
• 1.3.1 覆盖层的功能和发展历史21-22
• 1.3.2 土质覆盖层防渗闭气性能研究22-23
• 1.3.3 具有甲烷氧化功能的覆盖层23-24
• 1.3.4 覆盖层甲烷氧化研究概述24-25
• 1.3.5 覆盖层甲烷氧化能力的主要影响因素25-30
• 1.3.6 增强覆盖层甲烷氧化效率的主要措施30
• 1.3.7 覆盖层甲烷氧化研究现状总结30-31
• 1.4 本文的主要研究内容与技术路线31-34
• 1.4.1 本文主要研究内容31-33
• 1.4.2 本文研究技术路线33-34
• 2 覆盖黄土气体渗透系数测量试验34-53
• 2.1 引言34-35
• 2.2 试验材料与方法35-40
• 2.2.1 试验材料与试样制备35-36
• 2.2.2 试验方案36-38
• 2.2.3 试样吸力控制38-39
• 2.2.4 试样气体渗透系数测量39-40
• 2.3 试验结果与分析40-51
• 2.3.1 黄土含水量与吸力的关系(SWCC)40-41
• 2.3.2 干密度对气体渗透系数的影响41-42
• 2.3.3 压实含水量与土样结团对气体渗透系数的影响42-45
• 2.3.4 服役含水量对气体渗透系数的影响45-47
• 2.3.5 气体渗透系数与含气率、孔隙率和饱和度的关系47-49
• 2.3.6 相对气体渗透系数与饱和度的关系49-51
• 2.4 本章小结51-53
• 3 覆盖黄土甲烷氧化能力的培养瓶试验53-68
• 3.1 引言53-54
• 3.2 试验材料与方法54-59
• 3.2.1 试验材料54-56
• 3.2.2 试验方法56-58
• 3.2.3 试验方案58-59
• 3.3 试验结果与分析59-66
• 3.3.1 不同覆盖时间的覆盖黄土的甲烷氧化速率59-61
• 3.3.2 不同堆肥掺量的新鲜黄土的甲烷氧化速率61-62
• 3.3.3 含水量对甲烷氧化速率的影响62-64
• 3.3.4 甲烷氧化过程中各气体组分体积变化关系64-66
• 3.4 本章小结66-68
• 4 黄土覆盖层气体运移和甲烷氧化的土柱试验68-99
• 4.1 引言68-69
• 4.2 试验材料与方法69-76
• 4.2.1 试验材料69-70
• 4.2.2 试验装置70-72
• 4.2.3 试验方法72-74
• 4.2.4 试验方案74-76
• 4.3 试验结果与析76-90
• 4.3.1 土柱的初始状态76-78
• 4.3.2 试验中气压和气体组分变化78-83
• 4.3.3 土柱的甲烷氧化率与甲烷氧化速率83-86
• 4.3.4 降雨对覆盖层中气体运移及甲烷氧化的影响86-90
• 4.4 降雨过程中土柱中水气两相流的数值模拟90-97
• 4.4.1 分析模型、控制方程、参数与边界条件90-93
• 4.4.2 模拟结果与分析93-97
• 4.5 本章小结97-99
• 5 黄土覆盖层对填埋气释放控制效果影响评估及应用99-112
• 5.1 引言99
• 5.2 覆盖层对填埋气释放控制效果的影响评估99-104
• 5.2.1 填埋气一维稳态运移分析模型99-101
• 5.2.2 覆盖层气体渗透系数对填埋气释放控制效果的影响101-103
• 5.2.3 抽气速率对填埋气释放控制效果的影响103-104
• 5.3 覆盖层的甲烷氧化能力讨论104-110
• 5.3.1 不同尺度试验测得的甲烷氧化能力104-106
• 5.3.3 具有甲烷氧化功能的覆盖层优化设计106-110
• 5.4 本章小结110-112
• 6 结论与进一步研究建议112-114
• 6.1 本文主要工作112
• 6.2 本文主要结论112-113
• 6.3 进一步研究建议113-114
• 参考文献114-124
• 作者简历及学术成果124

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

垃圾填埋场稳定化及其研究现状    王罗春,赵由才,陆雍森

城市生活垃圾填埋场气体的产生、控制及利用综述    刘富强,唐薇,聂永丰

非饱和土吸力控制的渗析技术    毛尚之

城市生活垃圾填埋场产气控制利用技术研究进展    刘富强,唐薇,聂永丰

垃圾填埋场甲烷气的排放及减排措施    赵玉杰,王伟

填埋场终场覆盖层甲烷氧化行为实验室模拟研究    何品晶;瞿贤;杨琦;邵立明;高志文;

生物覆盖层基质对垃圾填埋场甲烷氧化的影响    张相锋;杨文静;董世魁;陆文静;王洪涛;刘晓静;

温度对甲烷产生和氧化的影响    丁维新,蔡祖聪

不同降解阶段填埋垃圾体的气体渗透特性研究    彭绪亚,余毅,刘国涛

垃圾填埋场的甲烷释放及其减排    张相锋;肖学智;何毅;陈家军;杨志峰;

垃圾填埋场渗滤液处理技术及其研究进展    邵亮;

垃圾填埋场渗滤液的防渗措施和地下水的污染防护    薛红琴,速宝玉,盛金昌,张文妍

季节性气候变化对填埋场温度分布影响的研究    张纬;薛强;刘磊;刘建军;

城市生活垃圾处理国内外比较研究    王君;宾晓蓓;彭华涛;

灰色相关性分析和长沙市城市生活垃圾产生量预测    文涛;袁兴中;李莲;刘先锋;李惠萌;粟银;

垃圾填埋处置法中的岩土工程理论研究进展    孙玉辉;王涛;李胜昔;

中国垃圾填埋气回收利用CDM项目现状与对策    刘健;刘文娟;王润;

填埋场甲烷氧化覆盖层研究进展    郑南;杨殿海;王莉;

国内外厨余垃圾现状及处理技术    严太龙,石英

城市垃圾分类回收的认知及支付意愿调查——以西安市为例    占绍文;张海瑜;

生活垃圾焚烧飞灰烧结处理技术    冯向鹏;李政;贾延明;

垃圾填埋场植被恢复技术进展    郭小平;赵廷宁;石健;马骏;

好氧降解加速垃圾填埋场稳定化技术    邵靖邦;唐嵘;阚霏;蔡中异;王盟;

植物纤维毯在垃圾填埋场植被恢复中的应用    张海成;胡亚金;

北京市垃圾填埋场甲烷排放及利用对策    李铮;刘春兰;陈操操;王海华;

关于我国餐厨垃圾处理的探究    王阳;林聪;侯雨;张倬;

西安市生活垃圾处理温室气体排放及减排策略    郝丽;孙娴;姜创业;巩祥夫;

西安市固体废弃物卫生填埋场建设中的环境岩土工程问题研究    孔德泉;万蓉;

基于PLS回归的城市生活垃圾产量预测    王仁雷;林衍;马曦;

室内吸力量测与新疆阿尔泰膨润土土水特征    周敏娟;易发成;胡立;

不同类型河滨湿地甲烷和二氧化碳排放的研究    沙晨燕

基于降解—渗流—压缩耦合模型的填埋场垃圾固液气相互作用分析及工程应用    徐晓兵

厌氧—准好氧联合型生物反应器填埋场稳定化规律及运行策略研究    韩智勇

城市生活垃圾填埋体渗透性能量化研究    刘辉

准好氧填埋场CH_4减排和加速稳定化的微生物学机制研究    张维

水解酶预处理对城市有机生活垃圾厌氧消化的影响    李建昌

生物反应器填埋场系统的仿真研究    刘宏远

垃圾填埋气产生及迁移过程模拟研究    彭绪亚

城市生活垃圾卫生填埋场沉降特性研究    谢强

城市生活垃圾的压缩性及填埋场的沉降研究    张振营

青岛市城市生活垃圾处理制度完善研究    梁勇

垃圾生物覆盖土对填埋场甲烷减排的机理研究    王静

闽江河口沼泽湿地土壤甲烷产生潜力及其影响因子    陈重安

闽江河口芦苇湿地甲烷和二氧化碳排放通量分析    廖稷

营养元素的添加对草原生态系统土壤碳过程的影响    徐淑新

建筑循环物流系统低碳效应研究    宋宇

城市生活垃圾卫生填埋场甲烷利用研究    陈晓梅

基于循环经济的城市生活垃圾产业化研究    蔡永刚

北京市生活垃圾分类及处置方式研究    贾子利

密云水库温室气体通量的时空特征及其影响因素研究    杨萌

垃圾填埋气体的产生及其在国外的回收利用    逢辰生

垃圾填埋气(LFG)用作车辆燃料资源化现状及发展前景    陈家军,于艳新,董晓光,邹继良

苏州七子山垃圾填埋场渗沥液设计水质的估算    沈耀良，王学华，胡玉才

填埋场甲烷氧化覆盖层研究进展    郑南;杨殿海;王莉;

垃圾填埋场的温室气体控制    王敏,王里奥,刘莉

湿地甲烷氧化测定方法及主要控制因子研究综述    王维奇;曾从盛;仝川;

温室气体甲烷的人为源及其减排的技术措施    任仁

城市生活垃圾填埋渗出液模拟试验    廖英龙;李双哲;雷泽辉;巫伟才;李方慧;

城市固废(生活垃圾)中甲烷排放量    余国泰

垃圾填埋场甲烷气的排放及减排措施    赵玉杰,王伟

覆盖层    Neno Duplancic ,牛怀俊

覆盖层的抗剪强度与土洞型岩溶塌陷高度关系的数值分析研究    李万有;陈立龙;李爽;

官地水电站坝前覆盖层堆积体边坡的稳定性分析与评价    彭文明;王方亮;付敬;陈强;

变压器导线覆盖层    张景华;

粘弹性材料覆盖层对于声波透射及反射的衰减作用    赵汉中

渗透破坏模型试验中覆盖层影响的探讨    陈震宇;曹洪;周红星;

基于水利水电工程实测变位资料的覆盖层徐变    刘世煌;

敷设手性覆盖层加筋梁低频振动和声辐射特性    朱大巍;黄修长;华宏星;肖锋;

石人沟铁矿露天转地下覆盖层合理厚度    乔国刚,甘德清

新疆叶尔羌河帕什托克水电站深厚漂卵石覆盖层钻进工艺实践    克热木江;

论覆盖层砂土液化的判别分析与研究    王保欣;于艳芳;王建民;

敷设声学覆盖层的双层加肋平板的声反射预报研究    余晓丽;俞孟萨;

西南某水电站深厚软弱覆盖层地基工程地质研究    周波;李进元;施裕兵;

土壤覆盖层二维氡迁移模型的正演研究    杨亚新;张叶;郑勇明;吴信民;

鄂尔多斯某隧道覆盖层探测实例分析    邓洪亮;谢向文;郭玉松;张志清;

鄂尔多斯某隧道覆盖层探测实例分析    邓洪亮;谢向文;郭玉松;张志清;

卵砾石次生覆盖层防渗灌浆施工技术研究    曾金石;

水下隔声去耦覆盖层的研究    王绪文;张用兵;孙英富;林新志;郭万涛;

多层声学覆盖层的阻尼性能研究    吴晴晴;王敏庆;韩飞;

大跨度结构覆盖层材料选用分析    刘健;

“乳液”修复土地 “蜂窝”清洁尾气    齐智杰记者 何秀丽

陕西水电勘测设计研究院攻破150米深厚冰碛覆盖层防渗难题    本报通讯员 秦延安 樊伯印

地球物探为白龙核电项目开路    王为才

德刊报道电炉水冷烟道防蚀技术    林立恒

专啃“硬骨头”    龚志丹 叶冰斐

妙法清理彩陶污垢    贾文忠

“黑脸”机长带出“铁人”机台    通讯员 龚志丹　叶冰斐

武钢长寿脱硫枪使用寿命延长1倍以上    雷正刚 梁爽

武钢“倒T形脱硫喷枪长枪龄技术的研究与应用”项目通过鉴定    雷正刚 梁爽

固废堆场终场土质覆盖层中水分运移规律及调控方法研究    贾官伟

水声吸声覆盖层理论与实验研究    王曼

首钢杏山铁矿露天转地下覆盖层移动特性研究    禹朝群

声学覆盖层声阻抗测量方法及复合结构声反射预报研究    余晓丽

雅砻江官地水电站坝前左岸覆盖层边坡稳定性分析    韩刚

湿润气候区毛细阻滞型覆盖层性能试验研究及其工程应用    邓林恒

露天转地下开采覆盖层合理厚度研究    崔志平

钢铁表面锌覆盖层显微组织检验技术的研究    傅俊磊

声学覆盖层声学特性与舰船结构降噪效果预报方法研究    李鹏

振动噪声在艇体声学覆盖层中的传递性能研究    高晓琴

声学覆盖层声性能数值模拟研究    张妍

声学覆盖层复合结构抗冲性能研究    陈海龙