一種垃圾填埋場用豎井分布及運行優化設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及垃圾填埋場污染防控技術領域，特別涉及一種垃圾填埋場用堅井分布 及運行優化設計方法。
【背景技術】
[0002] 垃圾填埋場氣體收集系統一般可分為橫向氣管收集系統和堅井收集系統兩大類。 目前，國內運營開發的垃圾填埋場氣井收集系統，大多以《生活垃圾衛生填埋技術規范》 (CJJ17 - 2004)為依據，規定填埋氣體導排設施宜采用堅井（管），也可采用橫管（溝）或 橫堅相連的導排設施。在堅井的設置中規定，堅井可采用穿孔居中的石籠，穿孔管外宜用級 配石料等狀物填充，堅井的井間距通常設置為45~50m，而對于堅井設置深度等未作相關 說明。當填埋深度大于20m采用主動導氣時，宜設置橫管。該方法對于垃圾填埋場沼氣安全 控制起到了一定的防治作用，但沼氣的收集和控制效果并不理想，通常收集效率僅為25~ 40%。同時，不同地域生活垃圾的組成成分存在較大差別，導致填埋場庫區內沼氣產出規律 各不相同，垃圾填埋場設計建設的內部結構和所在地區的環境條件也存在較大的差異性， 進一步加劇了沼氣產出的不確定性，同時也導致了堅井收集范圍和運行強度的不確定性。
[0003] 現有技術中的堅井設計方案中，有從堅井結構的角度出發，提出了許多設計方案， 通過采用套筒固井的技術手段，借由套筒本身的自重和套筒內沙礫的重量，避免了垃圾填 埋場氣體導排井出現變形、損壞等問題，有效解決了氣體的淤堵問題，保證了氣體順利導排 及密封問題。但該方法只單方面改變了堅井的設置，沒有提出氣井的分布方案，對于垃圾填 埋場整體氣井的收集效率沒有做出有效評估。還有，從工程技術參數的角度出發，分析了抽 氣井抽氣效率的具體影響因素，對抽氣井的設計和優化起到一定促進作用，但是，對工程技 術參數的考慮不全面，沒有分析填埋場庫區內堆體滲透率、產氣能力、堅井打孔段和抽氣強 度等參數對抽氣井抽氣效率的影響，對垃圾填埋場堅井的整體布局沒有提出合理的優化手 段。因此現有技術中，在各地區各垃圾填埋場中沼氣產出規律差異性較大的情況下，還沒有 一種堅井設計方案能獲得理想的收集效能。

【發明內容】

[0004] 本發明通過提供一種垃圾填埋場用堅井分布及運行優化設計方法，解決了現有技 術中堅井設計方案未能對垃圾填埋場堅井整體布局提出合理的優化手段，在各地區各垃圾 填埋場中沼氣產出規律差異性較大的情況下，不能獲得理想的收集效能的技術問題，實現 了垃圾填埋場堅井整體布局的合理優化，該堅井優化設計方法設計出的堅井，在不同地區 不同垃圾填埋場中沼氣產出規律差異性較大的情況下，能獲得理想的收集效能。
[0005] 本發明提供的一種垃圾填埋場用堅井分布及運行優化設計方法，包括以下步驟：
[0006] Sl:確定堅井所在庫區的基本參數；
[0007]S2 :測定所述庫區垃圾堆體的滲透率及產氣速率；
[0008]S3:根據所述基本參數、滲透率及產氣速率，運用第一優化設計法，計算單個所述 堅井的氣體壓力值，同時，計算出不同抽氣強度、打孔段長度及所述滲透率對應的單個所述 堅井的流量值，并建立流量數據庫；
[0009]S4:根據所述流量數據庫，運用第二優化設計法，確定所述多個堅井最優的井間 距、打孔段長度及抽氣強度；
[0010]S5:根據所述多個堅井最優的井間距及打孔段長度進行填埋場堅井施工，根據所 述最優的抽氣強度運行所述多個堅井。
[0011] 作為優選，所述步驟Si中所述庫區的基本參數通過庫區所填的垃圾資料和入庫 資料確定；所述基本參數包括：所述庫區深度、垃圾填埋齡。
[0012] 作為優選，所述步驟S2中的滲透率通過抽氣試驗確定，產氣速率通過氣體壓力監 測試驗確定。
[0013] 作為優選，所述步驟S3中的所述第一優化設計法包括：
[0014] 根據滲透率及產氣速率，運用沼氣遷移連續性方程確定氣體壓力值；所述沼氣遷
【主權項】
1. 一種垃圾填埋場用堅井分布及運行優化設計方法，其特征在于，包括以下步驟： 51 :確定堅井所在庫區的基本參數； 52 :測定所述庫區垃圾堆體的滲透率及產氣速率； 53 :根據所述基本參數、滲透率及產氣速率，運用第一優化設計法，計算單個所述堅井 的氣體壓力值，同時，計算出不同抽氣強度、打孔段長度及所述滲透率對應的單個所述堅井 的流量值，并建立流量數據庫； S4:根據所述流量數據庫，運用第二優化設計法，確定所述多個堅井最優的井間距、打 孔段長度及抽氣強度； S5 :根據所述多個堅井最優的井間距及打孔段長度進行填埋場堅井施工，根據所述最 優的抽氣強度運行所述多個堅井。
2. 如權利要求1所述的設計方法，其特征在于： 所述步驟Sl中所述庫區的基本參數通過庫區所填的垃圾資料和入庫資料確定；所述 基本參數包括：所述庫區深度、垃圾填埋齡。
3. 如權利要求1所述的設計方法，其特征在于： 所述步驟S2中的滲透率通過抽氣試驗確定，產氣速率通過氣體壓力監測試驗確定。
4. 如權利要求1所述的設計方法，其特征在于： 所述步驟S3中的所述第一優化設計法包括： 根據滲透率及產氣速率，運用沼氣遷移連續性方程確定氣體壓力值；所述沼氣遷移連 續性方程為
；其中，P為氣體壓力；k為垃圾堆體的滲透率；ε為 常數；μ為混合氣體運動粘滯系數；Qg為產氣速率； 運用單個堅井流量計算公式確定單個堅井運行過程中流量的變化范圍；其中，所述單 個堅井流量計算公式為
Qw為堅井流量，單位m 3/h ; μ為混合氣 體運動粘滯系數，單位為Pa · s ;RW為堅井半徑，單位m ;ρ為所述氣體壓力，單位Pa ;P w為抽 氣強度值，單位為Pa ;h為打孔段長度，單位m ;氏為堅井影響半徑，單位m ; 運用所述沼氣遷移連續性方程計算出對應的所述氣體壓力P ;通過計算得到的所述氣 體壓力P、設定不同的滲透率k值、打孔段長度值h及抽氣強度值Pw，運用所述單個堅井流 量計算公式計算出對應的堅井流量值Q w。
5. 如權利要求1所述的設計方法，其特征在于： 所述步驟S4中的所述第二優化設計法為：以所述滲透率值、打孔段長度值、抽氣強度 值和堅井流量值為優化輸入變量，以堅井流量與井間距關系式、井間距合理作用范圍關系 式、堅井流量關系式為約束條件，以堅井流量總和最大化為目標，獲得所述多個堅井同時運 行條件下的最優井間距、打孔段長度和抽氣強度； 其中，所述堅井流量與井間距關系為：
Q'w為多個堅井同 時抽氣條件下的單井氣體流量，單位m3/h ; μ為混合氣體運動粘滯系數，單位Pa *s ;L為井 間距，單位m ;RW為堅井半徑，單位m ;p為所述氣體壓力，單位Pa ;P w為抽氣強度，單位Pa ;h 為打孔段長度，單位m; 所述井間距合理作用范圍關系式為
；其中，H為庫區深度，單位為 m ； 所述堅井流量關系式為
；其中，Qg為堅井覆蓋區域的產氣量， 單位m3/h ;Q' w為第j 口堅井的流量，單位m3/h ;n為堅井數量總和；Qmx為堅井流量總和， 單位m3/h。
【專利摘要】本發明公開了一種垃圾填埋場用豎井分布及運行優化設計方法，包括以下步驟：確定豎井所在庫區的基本參數；測定庫區垃圾堆體的滲透率及產氣速率；運用第一優化設計法計算出不同抽氣強度、打孔段長度及滲透率對應的單個豎井的流量值；根據流量數據庫，運用第二優化設計法，確定多個豎井最優的井間距、打孔段長度及抽氣強度；進行豎井施工，按最優的抽氣強度運行多個豎井。該方法以豎井收集量的最大化為目標，開展多個豎井收集量的預測，給出多個豎井協同運行的最優化方案，通過優化抽氣井的分布和運行狀態，增強了豎井對填埋場庫區內沼氣的控制和收集，有效提高了收集系統的收集效率，為提高填埋場沼氣發電工程的運行效能提供了技術支持。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號】CN104680009
【申請號】CN201510075248
【發明人】劉磊, 薛強, 曾剛, 王平, 陳億軍, 馬駿
【申請人】中國科學院武漢巖土力學研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月12日