用于估算填埋物或其它地下源产生的气体的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于估算填埋物或其它地下产气物料体中ＬＦＧ产生和气体渗透率的有用方法和系统。一部分填埋物或其它地下产气物料体内的产气速率可通过以下步骤来估算：获得代表这部分填埋物或地下产气物料体的表面边界处大气压的大气压的时间关系记录，在该时间关系记录所包含的时间段内，在填埋（或地下体）位置的至少一个选定位置处测量气压，然后利用该大气压和该时间段上测得的气压估算这部分填埋物或地下产气物料体的ＬＦＧ产生速率和气体渗透率。在优选实施方案中，要在该填埋物的废物部分内的多个选定位置、以及在填埋物未衬砌的情况下于填埋物下方的支撑土壤内测量气压，然后利用测得的压力估算填埋物的ＬＦＧ产生速率和气体渗透率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术提供了一种用于估算其中可产生气流的填埋物或其它地下物料体的产气速率的方法和系统。还提供了一种用于估算产气填埋物的有效气体渗透率的方法。背景根据美国现行法律，为了成功地设计出LFG-能量转化过程以及其它LFG控制系统的LFG收集系统，计算排放的非甲烷有机化合物(NMOC)要求估算填埋物气体(LFG)的产生速率。在NMOC的排放方面，美国法规准许填埋物所有人利用基于估算和/或测量填埋物内产生的LFG浓度和NMOC浓度的分级法(tiered approach)计算排放量。Tier1和2利用了LFG产生公式，该公式部分基于填埋物的尺寸和龄期，它不涉及对LFG的直接测量。由于该公式设计得保守，因此通过该方法得到的产生LFG的估算结果可能高于实际速率，尤其对于干燥环境下的填埋物而言，其低的废物水分含量会限制LFG的产生。Tier3涉及可计算LFG产生速率的测量。在设计LFG-能量转化过程和LFG控制系统时，人们一般采用类似测量和估算方法来估算LFG的产生速率。计算NMOC排放一般不用Tier3的方法，除非用Tier1和2的方法进行的计算指示NMOC排放每年超过50兆克(MG/yr)。美国法规要求填埋物所有人安装LFG控制系统，除非通过Tier1、2或3计算出的NMOC排放低于50MG/yr。需要操作控制系统，直到NMOC排放降到50MG/yr以下，对于封闭的填埋物，随着它的老化最后才出现这种情况。但是还需要定期重新计算NMOC排放，以证明该排放低于该阈值，这导致了额外的花费。Tier3的方法耗时又昂贵，而且按照下面所描述的，它不能提供对LFG产生速率或NMOC排放速率的可靠估算。通过这些方法中的任意一种得到的对LFG产生的过高估算如果导致了所估算的NMOC排放大于50MG/yr，进而需要安装LFG控制系统，那么对于填埋物操作人员来说是很浪费的。对LFG产生速率的过高或过低估算如果导致了过高或过低设计的LFG收集或控制系统，这也是很浪费的。Tier3的方法包括从在填埋物料内钻出的井或井群中抽气，并在离抽气井不同深度和距离之处测量监测探针中的压降，以确定抽气井的“影响半径”(ROI)。一般将Tier3的ROI看作是不产生可测压降的距离。将压降定义为所测填埋物中在抽气以前的“平均静压”与抽气过程中测得的平均压力之差。采用平均压力是为了试图去除大气压波动对测量的影响。假设“平均静压”作为抽气开始后计算压降的参考压力是可确定的。附图说明图1作为压力对离抽气井距离的归纳曲线，表示与Tier3的方法相关的某些测量值。可将离抽气井给定距离处的压降或“影响”定义为I=P0‾-Pe‾---(1)]]>其中 是平均静态绝对压力101(参见图1)，以及 是平均抽气绝对压力102(也参见图1)。进一步如图1所示，可将ROI103直接确定为所测I≤0(在测量误差104范围内)处的离抽气井的距离，或者通过利用半对数回归法对所测I值进行外插来确定。将压力测量值的精度规定为±0.02mm汞柱或者每平方英寸4×10-4磅(psi)。在从抽气井和监测探针抽气的过程中还收集气体样品，并分析其中的氮，以确定从表面漏到填埋物中的大气空气是否构成了进入抽气井的气流的大部分。人们认为氮浓度过量20％意味着过量表面泄漏。如果表面泄漏不用气体分析或浅土监测探针中的负表压来表示，那么就要假设该井的抽气速率等于ROI所包括的填埋物料体积内的LFG产生速率。不考虑ROI外部的填埋物料会形成进入抽气井的气流。Tier3的方法完全基于以下假设抽气速率等于在抽气井与ROI之间的废物体积内的LFG产生速率。该假设与气体流向抽气井的基本原理相矛盾。为了说明这一点，假设LFG产生速率在整个填埋物中是均匀的，并且废物的有效气体渗透率比覆盖层的气体渗透率大得多，这样就可以忽略废物中的垂直压力梯度。该情况下，废物与大气之间由于通过覆盖层的气流而产生的平均压差可由Darcy定律(Al’Hussainy和其他人，1966)简单给定 qLFG=kCμΔP0bc---(2)]]>或ΔP0=qLFGμcbckc---(3)]]>其中qLFG是填埋物单位面积的产气速率kc是覆盖层的有效气体渗透率μ是LFG的动态粘度bc是覆盖层厚度ΔP0是压差P0-PaPa是大气压P0是废物中的压力假设LFG的产生速率均一，并且填埋物的分布很广，那么废物中的静压是P‾0=P0‾+ΔP0---(4)]]>其中 是平均大气压。假设同上，则 在整个填埋物范围内是均匀的。对于小压差而言，抽气井产生的压降可由下式给出(假设是理想气体和稳流条件，并且忽略了可压缩效应)ΔPe=-Qeμ2πkrbrPDi---(5)]]>其中Kr是废物的有效水平气体渗透率，Qe是井的抽气速率，PD是流向井的气流的适当无量纲压力解式(pressuresolution)，ΔPe是静压与流动压力之差，以及br是废物厚度对于井完全穿透衬砌填埋物(其覆盖层的渗透率较低)中的高渗透性废物的情况，合适的PD函数是Hantush(1964)相对在有限的床体内没有流体储存的渗漏的有限地层给出的函数PD=K0(r/B);B=(krbrbckc)1/2---(6)]]>其中K0是零次的修正Bessel函数。于是方程(5)变为ΔPe=-Qeμ2πkrbrK0(r/B)---(7)]]>那么抽气过程中废物内的平均绝对压力就是Pe＝P0+ΔPe(8)根据(7)的废物102中的广义绝对压力以及它与静压101的关系都示于图1中。在Tier3的方法中，将ROI103定义为距离抽气井的径向距离，在该距离处抽气过程中的绝对压力与静态绝对压力之差在测量误差104的范围内为零，即P0-Pe＝0 (9)利用Tier3的判据，作出以下假设ΔPe≅0=-Qeμ2πkrbrK0(re/B)---(10)]]>其中re是影响半径。方程(8)和(10)以及图1示出了Tier3方法的两个问题。首先，尽管抽气井产生的压降随着r增加接近零(随着r→∞，K0→0)，但它实际上不会达到零，影响半径取决于测量误差。误差越大，影响半径越小，反之亦然。其次，更为重要的是，LFG的产生速率在方程(7)中不起作用，这样在测量误差范围内ΔPe为零处的距离(re)就与LFG的产生速率无关。因此，就不能利用Tier3的方法确定LFG的产生速率了。美国专利5063519提供了对“影响半径”的补充分析法(即Tier3)以及其它LFG收集方法。‘519专利提供了以下方法作为解决方案独立于通过利用测试期间收集的土壤样品确定土壤渗透率得到的填埋物气体压力的测量结果，进行填埋物覆盖层土壤的有效气体渗透率的测量。在‘519专利中，建议测试者不要将探针(压力测量装置)插到填埋物的废物部分中。测试者利用渗透率及其空间变率、压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种估算位于填埋位置的填埋物的ＬＦＧ产生速率的方法，其包括以下步骤：ａ．获得代表填埋物表面边界处大气压的大气压的时间关系记录，ｂ．在步骤ａ的时间关系记录所包含的时间段内，于填埋位置的选定地下位置测量气压，以及ｃ．利用 步骤ａ的大气压和步骤ｂ的测量气压估算一部分填埋物的ＬＦＧ产生速率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：HW本特利，GR沃尔特，SJ史密斯，J唐，CT威廉逊，
申请(专利权)人：水土地化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]