甲烷浓度为了解老沪闵路垃圾山封场覆土后内部所产填埋气体的浓度,采用人工打孔、采样管下孔、大气采样机取样和奥氏气体分析仪测定,获得如所示的结果。设计方案工程现场条件分析理论产气量的估算对一个填埋场内部填埋的全部垃圾所能产生出来的填埋气体总量,有许多方法可以进行估算。
我们采用的是无细菌细胞产物一个实验式的化学计算方法,得到的理论产气量为:0.204m3/kg混合垃圾(湿基),其中(CH4)=53.4%,(CO2)=46.6%.假定垃圾山内的垃圾储量估计为80万t,则其理论产气量有1.632×108m3,或者说,其理论产气量达2.128×105t.这一估算结果与中实测结果也比较相符。
理论产气率的预测对填埋气体理论产气率的预测我们提出了填埋场内部气体产生速率的数学模型或称动力学模型。至今,除计算机处理模型外,动力学模型主要有3种,今选用估算方法比较简单、使用较为广泛的斯柯尔峡谷动力学模型来预测老沪闵路垃圾山内部甲烷气的产生速率。对储量为80万t生活垃圾的垃圾山来说,甲烷气体产生速率的理论曲线如所示。另外,一般认为甲烷气产生量到达99%时,可认为填埋场内再没有甲烷气可以产出,由此得出老沪闵路垃圾山内部的垃圾需填埋近20a时间才没有甲烷气产出(填埋气体理论产气量和产气率的各种计算方法将另文专题介绍)。
从理论产气量和产气率进行分析(1)垃圾山内部甲烷气体存在着潜在的爆炸危险性由垃圾山内部甲烷浓度的理论估算结果53.4%,与实测高浓度54.3%相一致,这表明垃圾山内部确实存在着严重的甲烷爆炸和燃烧的潜在危险性,为此必须及时地采取防爆安全措施。但甲烷爆炸需要满足3个必要条件,那就是:甲烷的爆炸浓度范围5%~15%;甲烷气体集聚的空间是个相对的有限半封闭体;在常压和常温下要有火种引爆,因为甲烷的自燃点(或称着火点)为538℃,要靠垃圾厌氧发酵所产生的热量是不可能达到这么高的温度。
这3个条件缺少一个就不会发生爆炸。对于前两个条件,就要设法创造一种环境,使爆炸浓度范围内的甲烷气体无法聚集在一个有限的空间内,或者要设法使不断产生出来的甲烷被不停地驱除,导致在有限空间内的甲烷浓度一直达不到其爆炸浓度的下限值5%,从而也不可能发生爆炸。但实际上,沼气的各种防爆设计方案,总是难以避免在有些地方或部位的有限空间内富集着爆炸浓度范围内的甲烷气体。因此,对于后一个火种引爆条件的控制,已引起人们特别的关注,只要落实严格的管理制度,不使火种引入沼气防爆区,爆炸是*可以避免的。为此,对于垃圾山来说,不管是在施工期间,还是在平时,都必须严格贯彻执行“严禁火种进山”。
(2)垃圾山内部甲烷气体产生速率在前3a内大由可知,在垃圾山覆土后的3a内,垃圾产沼为旺盛,到1995年底,甲烷气体的产生速率几乎减少到开始时的一半,所产甲烷气体的总量也已达到理论产气量的一半,在这以后,填埋气体的产生渐趋稳定。这表明,在垃圾山覆土后,要具备有效的技术手段,谨防甲烷气体的聚集和积累,以及能迅速驱散甲烷气的技术措施。
从场地地貌进行分析根据老沪闵路垃圾山原址地形图得知,垃圾山底部标高和周围地表一样,其高程为3.5~3.8m的平地,而且其底部的土壤为亚黏土,故具有较低的渗透性。由此表明,垃圾山内部所产的填埋气体难以横向迁移,而当垃圾山被全部覆土后,所产沼气就只能被封存在里面,因此使甲烷浓度迅速提高,若防爆措施不及时或处理不当,很容易发生垃圾山沼气爆炸事故。
由于老沪闵路垃圾山与地铁一号线新龙华地铁站近在咫尺,来往频繁的地铁列车依山而过,沿途安全是头等重要的事情,为此,对上述两个设计方案,考虑选用第二方案为佳,也就是说,在垃圾山上埋设放空排气管范围内,选择甲烷浓度较高的地块,采取强制机械抽气排放的积极控制方法,迅速降低积聚的甲烷浓度。
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