專利名稱：分段式生活垃圾生態(tài)填埋模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分段式生活垃圾生態(tài)填埋模擬裝置，屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景隨著城市化和居民生活消費(fèi)水平的提高，城市生活垃圾的產(chǎn)生量與日俱增。 衛(wèi)生填埋作為一種最終處理處置方式，以其工藝簡(jiǎn)單、投資省、處理量大、運(yùn) 行費(fèi)用低的特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用，是目前國(guó)內(nèi)外城市生活垃圾無害化處理處置 最常用的方法之一。然而，該技術(shù)也日益暴露出其局限性，如占地大、選址難、 周邊生態(tài)景觀破壞嚴(yán)重、惡臭與蚊蠅孳生，最為突出的問題是填埋過程中會(huì)產(chǎn) 生大量成分復(fù)雜、性質(zhì)多變的高濃度難降解滲濾液，其中的高濃度氨氮尤其難 處理。而在垃圾滲濾液處理處置技術(shù)方面，我國(guó)現(xiàn)有絕大部分垃圾填埋場(chǎng)缺乏 專門的滲濾液處理處置設(shè)施，即使有這些設(shè)施的填埋場(chǎng)技術(shù)上也主要針對(duì)滲濾液高濃度COD、 BOD的三級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)濟(jì)上則尚無解決滲濾液高濃度氨氮問 題的能力。據(jù)報(bào)導(dǎo)，若使垃圾滲濾液水質(zhì)達(dá)到《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》 (GB 16889—1997)中規(guī)定的氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)(25mg/L)，場(chǎng)外運(yùn)行成本均高達(dá) 30 45元/噸，為國(guó)內(nèi)絕大部分垃圾填埋場(chǎng)所難以承受。因而，大量含高濃度氨 氮的滲濾液主要依靠納管稀釋進(jìn)入市政污水管網(wǎng)進(jìn)行處理，直接導(dǎo)致了污染物 轉(zhuǎn)移、水體富營(yíng)養(yǎng)化程度加劇以及市政污水處理處置成本大幅度提高等嚴(yán)重問 題。以滲濾液回灌為特征的生物反應(yīng)器垃圾填埋技術(shù)具有為垃圾填埋堆體提供 必要的水分，促進(jìn)產(chǎn)氣與堆體的穩(wěn)定化，提高滲濾液水質(zhì)，減少滲濾液產(chǎn)生量 等特點(diǎn)，已引起了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注，也已有部分實(shí)際工程應(yīng)用。然而， 大量的研究也顯示，由于垃圾堆體屬于厭氧環(huán)境，反硝化作用明顯，但對(duì)氨氮 的去除效果不佳。為提高氨氮的去除效率、探明滲濾液回灌過程中氮素的遷移 轉(zhuǎn)化規(guī)律以及脫氮微生物的菌群結(jié)構(gòu)變化情況，目前對(duì)此的大量理論研究正在 開展中。這些研究大多在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下利用自制裝置模擬進(jìn)行。常見的模擬裝 置一般包括垃圾裝填系統(tǒng)、滲濾液回灌系統(tǒng)、氣體收集系統(tǒng)等。裝置主體為垃 圾裝填系統(tǒng)，常呈圓柱形，采用有機(jī)玻璃或PVC制成。為改善垃圾堆體缺氧環(huán) 境、促進(jìn)氨氮去除，有學(xué)者提出在模擬裝置原有的垃圾堆體中增設(shè)通風(fēng)系統(tǒng)。 如此設(shè)計(jì)可有效增加垃圾堆體中的氧含量，有利于氨氮的轉(zhuǎn)化，但該系統(tǒng)的增設(shè)也存在弊端垃圾堆體通風(fēng)，不利于產(chǎn)甲烷菌的生長(zhǎng)，抑制了產(chǎn)氣與堆體穩(wěn) 定化。另外，為減小實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行期間的外界溫度干擾，尤其是季節(jié)變化所帶 來的溫差影響，目前的研究中多將模擬裝置放于裝有控溫系統(tǒng)的恒溫室中。但 由于模擬裝置一般體積不大，如單獨(dú)建一恒溫室用于放置，基建和運(yùn)行費(fèi)用較 高；而如與其它類的反應(yīng)器同放于一個(gè)恒溫室中，則將會(huì)產(chǎn)生不同反應(yīng)器間不 同溫度選擇的分歧，不利于研究的開展。綜上所述可知，生態(tài)填埋技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵是解決滲濾液高濃度氨氮的去除 問題。目前的實(shí)驗(yàn)室理論研究雖已基本探明有機(jī)物的降解規(guī)律，但卻還未能明 確滲濾液回灌過程中氮素形態(tài)遷移轉(zhuǎn)化以及氮素循環(huán)功能微生物菌群多樣性變 化規(guī)律，不能給實(shí)際工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。因此，開發(fā)適合于實(shí)驗(yàn)室研究的 運(yùn)行費(fèi)用低且利于氨氮去除的模擬裝置是解決這些問題的關(guān)鍵所在。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一套可在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下運(yùn)行、有利于滲濾液氨氮去除 的生活垃圾生態(tài)填埋模擬裝置。本發(fā)明的分段式生活垃圾生態(tài)填埋模擬裝置，包括自上而下同軸線連接的 上端反應(yīng)器、空心柱和下端反應(yīng)器，上、下端反應(yīng)器的殼體分別具有夾套，在 夾套中設(shè)有螺旋環(huán)繞殼體的導(dǎo)流板，夾套上設(shè)置有進(jìn)水口和出水口，進(jìn)水口與 溫度控制系統(tǒng)的熱水出水管連通，上端反應(yīng)器的底座均布小孔，上端反應(yīng)器的 頂蓋上裝置通氣及氣體采樣閥、溫度探頭和壓力表，上端反應(yīng)器內(nèi)的上部安裝 噴頭，在噴頭的下方及上端反應(yīng)器的底部分別設(shè)置過濾層，在下端反應(yīng)器的上 部和底部分別設(shè)置過濾層，每個(gè)反應(yīng)器的上、下過濾層之間形成的空腔為垃圾 堆積腔，每個(gè)反應(yīng)器的下方設(shè)有與空腔連通的滲濾液取樣口，滲濾液取樣口經(jīng) 管道與滲濾液收集桶相連，滲濾液收集桶的出口經(jīng)泵與噴頭相連，在空心柱的 壁上開設(shè)有帶孔塞的通風(fēng)口。上述的過濾層可以由上、下兩層不銹鋼網(wǎng)夾置礫石層構(gòu)成。本發(fā)明裝置根據(jù)生物脫氮原理去除滲濾液中的高濃度氨氮，生物脫氮原理 --般包括硝化作用和反硝化作用兩個(gè)步驟，即先在好氧條件下由硝化細(xì)菌將氨 氮轉(zhuǎn)化成亞硝酸、硝酸鹽，隨后在缺氧條件下進(jìn)一步由反硝化菌作用，將硝酸 鹽和亞硝酸鹽還原成氮?dú)?，釋放到環(huán)境中。生物脫氮技術(shù)的重點(diǎn)是硝化作用的 完成，而好氧環(huán)境的營(yíng)造是反應(yīng)的關(guān)鍵。分段式生活垃圾生態(tài)填埋模擬裝置由 兩個(gè)獨(dú)立的生態(tài)填埋模擬反應(yīng)器和四周開孔的空心柱組成，從上到下依次為"上 端反應(yīng)器一空心柱一下端反應(yīng)器"。上、下端反應(yīng)器中裝填垃圾堆體，營(yíng)造了缺 氧環(huán)境，使?jié)B濾液在堆體中流動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)反硝化作用。加入的空心柱部分，可實(shí)
現(xiàn)通風(fēng)處理，營(yíng)造好氧環(huán)境，使?jié)B濾液回灌后，改變?cè)诮?jīng)過第一層垃圾堆體后 氧缺乏的狀態(tài)，使?jié)B濾液在空心柱中滴落時(shí)實(shí)現(xiàn)自然復(fù)氧、完成硝化作用，促 進(jìn)氨氮的轉(zhuǎn)化。本發(fā)明的有益效果在于(1) 本裝置在兩個(gè)反應(yīng)器之間加入了空心柱部分，可使整個(gè)裝置形成良好 的"好氧一缺氧一厭氧"環(huán)境，使?jié)B濾液回灌后，改變?cè)诮?jīng)過第一層垃圾堆體 后氧缺乏的狀態(tài)，使?jié)B濾液在空心柱中滴落時(shí)實(shí)現(xiàn)自然復(fù)氧、完成硝化作用， 促進(jìn)氮素在下一層垃圾堆體中的進(jìn)一步去除。相比于其他實(shí)驗(yàn)中為促進(jìn)硝化作 用、在垃圾堆體中開孔通風(fēng)的做法，本裝置減少了對(duì)垃圾堆體中微生物群落結(jié) 構(gòu)的擾動(dòng)，尤其是產(chǎn)甲垸微生物，故在滲濾液脫氮的同時(shí)也可保證產(chǎn)甲垸過程 的順利進(jìn)行。(2) 本裝置空心柱與兩個(gè)反應(yīng)器的連接靈活，可組合、可拆卸，當(dāng)拆卸掉 空心柱，兩個(gè)反應(yīng)器可組裝成普通的整體式垃圾生態(tài)填埋模擬裝置，用于開展 普通狀態(tài)下滲濾液回灌過程中垃圾的降解研究實(shí)驗(yàn)。因此本發(fā)明裝置能服務(wù)于 不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，大大擴(kuò)展了裝置的適用范圍。(3) 本裝置反應(yīng)器主體外設(shè)夾套，并連接溫度調(diào)控系統(tǒng)，改變了以往為保 證反應(yīng)器處于恒溫環(huán)境而單獨(dú)放置于一個(gè)房間的做法，有效節(jié)省了創(chuàng)造恒溫環(huán) 境的成本，維護(hù)管理更加方便，保溫效果更加理想。


圖1為分段式生活垃圾生態(tài)填埋模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的分段式生活垃圾生態(tài)填埋模擬裝置包括自上而下同軸線連接的上端反應(yīng)器I、空心柱II和下端反應(yīng)器III，可直接采用法蘭15連接。上 端反應(yīng)器I和下端反應(yīng)器III的殼體分別具有夾套17，在夾套17中設(shè)有螺旋環(huán)繞 殼體的導(dǎo)流板16，可防止夾套中水流受熱不均；夾套17上設(shè)置有進(jìn)水口 3和出 水口 12，進(jìn)水口 3與溫度控制系統(tǒng)9的熱水出水口通過輸水管相連；上端反應(yīng) 器I的底座19均布小孔，以使?jié)B濾液下滲到空心柱中，在上端反應(yīng)器I的頂蓋 18上裝置通氣及氣體采樣閥1、溫度探頭2和壓力表10，上端反應(yīng)器I內(nèi)的上 部安裝噴頭11，在噴頭11的下方及上端反應(yīng)器的底部分別設(shè)置過濾層，在下端 反應(yīng)器III的上部和底部也分別設(shè)置過濾層，圖示實(shí)例中，過濾層由上、下兩層 不銹鋼網(wǎng)5夾置礫石層4構(gòu)成。每個(gè)反應(yīng)器的上、下過濾層之間形成的空腔為 垃圾堆積腔6，每個(gè)反應(yīng)器的下方設(shè)有與空腔連通的滲濾液取樣口 7，為便于滲 濾液流出及采樣需要， 一般在同一水平面對(duì)稱設(shè)置兩個(gè)取樣口。滲濾液取樣口 7經(jīng)管道與滲濾液收集桶13相連，滲濾液收集桶13的出口經(jīng)泵14與噴頭11相 連；在空心柱II的壁上開設(shè)有八個(gè)帶孔塞的通風(fēng)口 8。圖例中，柱體上的通風(fēng)口外延，外延部分前端加工成螺紋狀，制作對(duì)應(yīng)的螺帽，用于柱體密閉。實(shí)驗(yàn)時(shí)，在上、下端反應(yīng)器的腔體中放入垃圾堆體，利用溫度調(diào)控系統(tǒng)在 反應(yīng)器殼體夾套中通入熱水，并控制導(dǎo)入夾套中的水流溫度恒定于實(shí)驗(yàn)預(yù)先設(shè) 定的值。利用泵將滲濾液收集桶中的滲濾液定期通過噴頭均勻澆灌至垃圾堆體， 回灌速度可利用泵調(diào)節(jié)。按照預(yù)先設(shè)定的采樣頻率定期從反應(yīng)器的取樣口采集 滲濾液，并進(jìn)行水質(zhì)分析?？招闹L(fēng)口密閉時(shí)，可從頂蓋的氣體采樣口取樣 分析氣體成分與濃度，也可通過壓力表和溫度探頭監(jiān)測(cè)反應(yīng)器內(nèi)氣體壓力與垃 圾堆體溫度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，空心柱通風(fēng)口可自然通風(fēng)也可強(qiáng)制通風(fēng)，打開空 心柱通風(fēng)口的孔塞，即為自然通風(fēng)狀態(tài)。如欲進(jìn)一步提高硝化作用，可采用強(qiáng) 制通風(fēng)措施，即在通風(fēng)口處外接鼓風(fēng)裝置。
權(quán)利要求
1.分段式生活垃圾生態(tài)填埋模擬裝置，其特征在于包括自上而下同軸線連接的上端反應(yīng)器(I)、空心柱(II)和下端反應(yīng)器(III)，上、下端反應(yīng)器(I)、(III)的殼體分別具有夾套(17)，在夾套(17)中設(shè)有螺旋環(huán)繞殼體的導(dǎo)流板(16)，夾套(17)上設(shè)置有進(jìn)水口(3)和出水口(12)，進(jìn)水口(3)與溫度控制系統(tǒng)(9)的熱水出水管連通，上端反應(yīng)器(I)的底座(19)均布小孔，上端反應(yīng)器(I)的頂蓋(18)上裝置通氣及氣體采樣閥(1)、溫度探頭(2)和壓力表(10)，上端反應(yīng)器(I)內(nèi)的上部安裝噴頭(11)，在噴頭(11)的下方及上端反應(yīng)器的底部分別設(shè)置過濾層，在下端反應(yīng)器(III)的上部和底部分別設(shè)置過濾層，每個(gè)反應(yīng)器的上、下過濾層之間形成的空腔為垃圾堆積腔(6)，每個(gè)反應(yīng)器的下方設(shè)有與空腔連通的滲濾液取樣口(7)，滲濾液取樣口(7)經(jīng)管道與滲濾液收集桶(13)相連，滲濾液收集桶(13)的出口經(jīng)泵(14)與噴頭(11)相連，在空心柱(II)的壁上開設(shè)有帶孔塞的通風(fēng)口(8)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式生活垃圾生態(tài)填埋模擬裝置，其特征在于所 說的過濾層由上、下兩層不銹鋼網(wǎng)(5)夾置礫石層(4)構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開的分段式生活垃圾生態(tài)填埋模擬裝置，包括自上而下同軸線連接的上端反應(yīng)器、空心柱和下端反應(yīng)器?？招闹募尤肜谠谡麄€(gè)模擬裝置中營(yíng)造良好的“好氧—缺氧—厭氧”環(huán)境，使?jié)B濾液在空心柱中滴落時(shí)實(shí)現(xiàn)自然復(fù)氧，加強(qiáng)硝化作用，在不干擾產(chǎn)甲烷過程進(jìn)行的同時(shí)，促進(jìn)氮素在垃圾堆體中的去除。并通過模擬裝置的運(yùn)行，明確滲濾液在回灌過程中氮素形態(tài)遷移轉(zhuǎn)化以及氮素循環(huán)功能微生物菌群結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，為實(shí)際工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。同時(shí)，本發(fā)明中的空心柱拆卸后，上下端的反應(yīng)器可各自組裝成普通的整體式垃圾生態(tài)填埋模擬裝置，用于開展普通狀態(tài)下滲濾液回灌過程中垃圾的降解研究實(shí)驗(yàn)，大大擴(kuò)展了本發(fā)明的適用范圍。
文檔編號(hào)G09B25/00GK101159102SQ200710156508
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者吳偉祥, 吳松維, 孫營(yíng)軍, 陳英旭 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)