CN112264423B - 好氧通风型垃圾填埋场温度预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于垃圾处理技术领域，尤其涉及一种好氧通风型垃圾填埋场温度预测方法。该预测方法包括：确定所在垃圾填埋场的基本属性参数；计算垃圾堆体在基本属性参数条件下的温度预测结果；测定垃圾堆体的温度结果；对预测得到的温度结果进行修正。本发明可以为好氧通风过程中垃圾堆体温度的预测提供解决方案，可避免混合气体发生火灾和爆炸事故的发生，同时最大限度的保障了好氧通风系统的高效运行，在好氧通风工程中具有较好的实用性和灵活性。

Description

好氧通风型垃圾填埋场温度预测方法

技术领域

本发明属于垃圾处理技术领域，尤其涉及一种好氧通风型垃圾填埋场温度预测方法。

背景技术

好氧通风是垃圾填埋场原位修复的一种主流方式，其技术原理是将空气注入垃圾堆体中，使垃圾中的有机质在好氧的环境下加速降解，从而达到降低甲烷浓度、减少渗沥液排放以及原位消除污染源头的目的。

好氧通风过程中的有机质降解速率加快，导致垃圾堆体的温度随之升高。由于空气注入垃圾堆体后，空气中的氧气与垃圾堆体内的甲烷发生化学反应生成二氧化碳和水，二者同步消耗。但垃圾堆体具有强烈的非均质性，整体填埋场内存在一些区域内遗留了部分甲烷没有完全被消耗。而没有被消耗的甲烷与不断注入的氧气一同被抽气井收集。当垃圾堆体内的温度过高时(一般超过60℃)，收集到的混合气体极易引发火灾或爆炸事故，给好氧通风系统的高效和安全运行带来了巨大隐患。为此，好氧型填埋场均需对垃圾堆体的温度进行监测。当堆体温度上升至55℃以上时，监控系统进行报警，并采取控制措施来降低堆体温度。

由于垃圾填埋场占地面积大，温度传感器在垃圾堆体内的埋设数量有限，且远程控制系统只能根据监测得到的温度结果进行报警，现有的监测预警技术无法实现堆体内温度的预测。加之我国地域广阔，不同区域垃圾填埋内的含水率、有机质等垃圾属性差异较大，好氧通风的注气强度设计也有差别。因此，亟待提出一种可根据现场实际工况对好氧通风过程中垃圾堆体温度进行预测的方法，为好氧通风系统的安全运行提供决策依据。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种好氧通风型垃圾填埋场温度预测方法，以为好氧通风系统的安全运行提供决策依据。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种好氧通风型垃圾填埋场温度预测方法，所述预测方法包括：

确定所在垃圾填埋场的基本属性参数；

计算垃圾堆体在基本属性参数条件下的温度预测结果；

测定垃圾堆体的温度结果；

对预测得到的温度结果进行修正。

进一步地，所述垃圾填埋场的基本属性参数包括：垃圾填埋龄、有机质含量、堆体初始温度、含水率、注气强度和注入气体温度。

进一步地，所述计算垃圾堆体在基本属性参数条件下的温度预测结果，具体包括：

根据公式1)获得放热速率R，所述公式1)为：

所述公式1)中，os为有机质含量(％)；Q_I为注气强度(m³/h)；θ为含水率(％)；T₀为初始温度；T_I为注入气体的温度；t’为填埋龄；k为温度损失系数；T为垃圾堆体温度；R’潜在放热速率(J m^-3s^-1)；d，e，g，h，l₀，m均为常数。

利用公式2)计算垃圾堆体在基本属性参数条件下的温度预测结果，所述公式2)为：

所述公式2)中，α_s为垃圾堆体的热容(J m^-3K^-1)；τ为热传导系数(W m^-1K^-1)；α_g为气体的热容(J m^-3K^-1)；V_g为气体流速(m s^-1)；R为放热速率(J m^-3s^-1)；T为预测得到的垃圾堆体温度；

为温度的微分算子。

进一步地，所述测定垃圾堆体的温度结果，具体包括：

通过垃圾堆体现场布置的温度传感器，监测并取平均值得到定垃圾堆体的温度结果。

进一步地，所述对预测得到的温度结果进行修正，具体包括：

通过对比分析监测的温度结果与预测的温度结果的差异，对预测的温度进行补偿。

更进一步地，所述通过对比分析监测的温度结果与预测的温度结果的差异，对预测的温度进行补偿，具体包括：

利用公式3)获取对预测的温度进行补偿的温度补偿值，所述公式3)为

ΔT′＝ΔT+w(R-R₀) 公式3)；

所述公式3)中，ΔT′为考虑热释放影响下的温度补偿值；w为ΔT随热释放速率变化的斜率；R₀为参考热释放速率，为常数。

进一步地，所述预测方法还包括：

将不同回灌条件下的温度预测值和监测值带入公式4)和公式5)，若得到的δ小于10％时，即可认为温度预测结果满足要求，所述公式4)以及公式5)为：

δ＝min[μ*(T_m,i,2-T_m,i,1)] 公式4)；

所述公式4)中，T_m,i,1和T_m,i,2分别为受当前回灌量影响的温度监测的下限值和上限值；μ为回灌影响下的修正系数；

μ＝∣T_s,i,2-T_s,i,1∣/[T_s,i,2*(T_m,i,2-T_m,i,1)] 公式5)；

其中，T_s,i,1和T_s,i,2分别为回灌影响下温度预测值的下限值和上限值。

本发明的有益效果是：

本发明所提供的一种好氧通风型垃圾填埋场温度预测方法，由于温度的预测结果是基于垃圾填埋场的基本属性参数的条件下计算得到的，从而可以根据现场实际工况获得温度的变化趋势，并可根据现场监测的结果，对温度变化的趋势进行修正，实现了提前对温度升高过程的预测和预判，并保障了预测结果的可靠性，可以为好氧通风过程中垃圾堆体温度的预测提供解决方案，可避免混合气体发生火灾和爆炸事故的发生，同时最大限度的保障了好氧通风系统的高效运行，在好氧通风工程中具有较好的实用性和灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种好氧通风型垃圾填埋场温度预测方法的流程示意图；

图2为修正后的温度预测结果和没有经过修正的温度预测结果与监测得到的温度值的比较示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的一种好氧通风型垃圾填埋场温度预测方法的流程示意图，结合图1，该预测方法包括：

S1：确定所在垃圾填埋场的基本属性参数；

S2：计算垃圾堆体在基本属性参数条件下的温度预测结果；

S3：测定垃圾堆体的温度结果；

S4：对预测得到的温度结果进行修正。

本发明实施例所提供的一种好氧通风型垃圾填埋场温度预测方法，由于温度的预测结果是基于垃圾填埋场的基本属性参数的条件下计算得到的，从而可以根据现场实际工况获得温度的变化趋势，并可根据现场监测的结果，对温度变化的趋势进行修正，实现了提前对温度升高过程的预测和预判，并保障了预测结果的可靠性，可以为好氧通风过程中垃圾堆体温度的预测提供解决方案，可避免混合气体发生火灾和爆炸事故的发生，同时最大限度的保障了好氧通风系统的高效运行，在好氧通风工程中具有较好的实用性和灵活性。

具体地，本发明实施例的S1中，垃圾填埋场的基本属性参数包括：垃圾填埋龄、有机质含量、堆体初始温度、含水率、注气强度和注入气体温度。

本发明实施例的S2具体包括：

根据公式1)获得放热速率R，所述公式1)为：

所述公式1)中，os为有机质含量(％)；Q_I为注气强度(m³/h)；θ为含水率(％)；T₀为初始温度；T_I为注入气体的温度；t’为填埋龄；k为温度损失系数；T为垃圾堆体温度；R’潜在放热速率(J m^-3s^-1)；d，e，g，h，l₀，m均为常数。

利用公式2)计算垃圾堆体在基本属性参数条件下的温度预测结果，该公式2)为温度传递方程，通过该公式2)可以计算得到温度随注气运行时间的变化规律，所述公式2)为：：

所述公式2)中，α_s为垃圾堆体的热容(J m^-3K^-1)；τ为热传导系数(W m^-1K^-1)；α_g为气体的热容(J m^-3K^-1)；V_g为气体流速(m s^-1)；R为放热速率(J m^-3s^-1)；T为预测得到的垃圾堆体温度；

为温度的微分算子。

在好氧通风系统运行过程中，相关运行参数发生变化时，温度的预测结果也会随之改变。

本发明实施例的S3，具体包括：

通过垃圾堆体现场布置的温度传感器，监测并取平均值得到定垃圾堆体的温度结果。

本发明实施例的S4，具体包括：

通过对比分析监测的温度结果与预测的温度结果的差异，对预测的温度结构进行补偿修正，以保障预测结果的可靠性。

具体地，利用公式3)获取对预测的温度进行补偿的温度补偿值，所述公式3)为

ΔT′＝ΔT+w(R-R₀) 公式3)；

所述公式3)中，ΔT′为考虑热释放影响下的温度补偿值；w为ΔT随热释放速率变化的斜率；R₀为参考热释放速率，为常数。

实际工况中渗沥液回灌量对垃圾堆体的温度影响显著，这时预测值与实际值之间的误差必须消除。在实际操作时，将不同回灌条件下的温度预测值和监测值带入公式4)和公式5)，若得到的δ小于10％时，即可认为温度预测结果满足要求，即计算的温度预测值是可靠的。所述公式4)以及公式5)为：

δ＝min[μ*(T_m,i,2-T_m,i,1)] 公式4)；

所述公式4)中，T_m,i,1和T_m,i,2分别为受当前回灌量影响的温度监测的下限值和上限值；μ为回灌影响下的修正系数；

μ＝∣T_s,i,2-T_s,i,1∣/[T_s,i,2*(T_m,i,2-T_m,i,1)] 公式5)；

其中，T_s,i,1和T_s,i,2分别为回灌影响下温度预测值的下限值和上限值。

具体运用：

对湖北省内某垃圾填埋场示范场地开展了现场好氧通风试验，试验过程中对垃圾堆体的温度值进行了监测，通过监测得到的温度值对预测结果进行了修正，修正后的温度预测结果更接近实际监测结果。

现场的生活垃圾堆体填埋龄为9年，前20天的通风速率约210m³/h，20天后的通风速率约320m³/h。通风开始后对垃圾堆体内的温度进行了监测。通过取样得到预测垃圾堆体温度所需的属性参数如下：有机质含量为10.2％，初始含水率41.3％，初始温度为31.1℃，垃圾堆体的热容3.4*10⁶(J m^-3K^-1)，热传导系数为0.23W m^-1K^-1，气体的热容为1140J m^-3K^-1。

通风过程持续220天，每天对垃圾温度进行监测。根据监测得到的平均温度值，对热释放速率进行修正，修正后的温度预测结果和没有经过修正的温度预测结果与监测得到的温度值进行了比较(见图2)。如图可知，在通风前20天，修正和无修正的预测结果较为接近。当通风持续进行后，无修正条件下的温度预测结果与监测结果之间的误差明显逐渐增大。当通风进行导60天以后，无修正条件下的误差达到4-8℃，而修正后的误差仅为2℃。由此案例可知，随着通风的进行，预测好氧反应导致的温度变化需要对参数进行修正，修正后的预测结果可显著降低预测误差。

以下所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式下的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (5)

1.一种好氧通风型垃圾填埋场温度预测方法，其特征在于，所述预测方法包括：

确定所在垃圾填埋场的基本属性参数，所述垃圾填埋场的基本属性参数包括：垃圾填埋龄、有机质含量、堆体初始温度、含水率、注气强度和注入气体温度；

计算垃圾堆体在基本属性参数条件下的温度预测结果，具体包括：

根据公式1)获得放热速率R，所述公式1)为：

所述公式1)中，os为有机质含量(％)；Q_I为注气强度(m³/h)；θ为含水率(％)；T₀为初始温度；T_I为注入气体的温度；t’为填埋龄；k为温度损失系数；T为垃圾堆体温度；R’潜在放热速率(J m^-3s^-1)；d，e，g，h，l₀，m均为常数；

利用公式2)计算垃圾堆体在基本属性参数条件下的温度预测结果，所述公式2)为：

所述公式2)中，α_s为垃圾堆体的热容(J m^-3K^-1)；τ为热传导系数(W m^-1K^-1)；α_g为气体的热容(J m^-3K^-1)；V_g为气体流速(m s^-1)；R为放热速率(J m^-3s^-1)；T为预测得到的垃圾堆体温度；

为温度的微分算子；

测定垃圾堆体的温度结果；

对预测得到的温度结果进行修正。

2.根据权利要求1所述的一种好氧通风型垃圾填埋场温度预测方法，其特征在于，所述测定垃圾堆体的温度结果，具体包括：

通过垃圾堆体现场布置的温度传感器，监测并取平均值得到定垃圾堆体的温度结果。

3.根据权利要求2所述的一种好氧通风型垃圾填埋场温度预测方法，其特征在于，所述对预测得到的温度结果进行修正，具体包括：

通过对比分析监测的温度结果与预测的温度结果的差异，对预测的温度结构进行补偿修正。

4.根据权利要求3所述的一种好氧通风型垃圾填埋场温度预测方法，其特征在于，通过对比分析监测的温度结果与预测的温度结果的差异，对预测的温度结构进行补偿修正，具体包括：

利用公式3)获取对预测的温度进行补偿的温度补偿值，所述公式3)为

ΔT′＝ΔT+w(R-R₀) 公式3)；

所述公式3)中，ΔT′为考虑热释放影响下的温度补偿值；w为ΔT随热释放速率变化的斜率；R₀为参考热释放速率，为常数。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种好氧通风型垃圾填埋场温度预测方法，其特征在于，所述预测方法还包括：

将不同回灌条件下的温度预测值和监测值带入公式4)和公式5)，若得到的δ小于10％时，即可认为温度预测结果满足要求，所述公式4)以及公式5)为：

δ＝min[μ*(T_m，i，2-T_m，i，1)] 公式4)；

所述公式4)中，T_m，i，1和T_m，i，2分别为受当前回灌量影响的温度监测的下限值和上限值；μ为回灌影响下的修正系数；

μ＝∣T_s，i，2-T_s，i，1∣/[T_s,i,2*(T_m,i,2-T_m,i,1)] 公式5)；

其中，T_s,i,1和T_s,i,2分别为回灌影响下温度预测值的下限值和上限值。

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