分段式生活垃圾生态填埋模拟装置的制作方法
专利名称：分段式生活垃圾生态填埋模拟装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分段式生活垃圾生态填埋模拟装置，属于环保技术领域。
技术背景随着城市化和居民生活消费水平的提高，城市生活垃圾的产生量与日俱增。 卫生填埋作为一种最终处理处置方式，以其工艺简单、投资省、处理量大、运 行费用低的特点得到了广泛应用，是目前国内外城市生活垃圾无害化处理处置 最常用的方法之一。然而，该技术也日益暴露出其局限性，如占地大、选址难、 周边生态景观破坏严重、恶臭与蚊蝇孳生，最为突出的问题是填埋过程中会产 生大量成分复杂、性质多变的高浓度难降解渗滤液，其中的高浓度氨氮尤其难 处理。而在垃圾渗滤液处理处置技术方面，我国现有绝大部分垃圾填埋场缺乏 专门的渗滤液处理处置设施，即使有这些设施的填埋场技术上也主要针对渗滤液高浓度COD、 BOD的三级排放标准，经济上则尚无解决渗滤液高浓度氨氮问 题的能力。据报导，若使垃圾渗滤液水质达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》 (GB 16889—1997)中规定的氨氮排放标准(25mg/L)，场外运行成本均高达 30 45元/吨，为国内绝大部分垃圾填埋场所难以承受。因而，大量含高浓度氨 氮的渗滤液主要依靠纳管稀释进入市政污水管网进行处理，直接导致了污染物 转移、水体富营养化程度加剧以及市政污水处理处置成本大幅度提高等严重问 题。以渗滤液回灌为特征的生物反应器垃圾填埋技术具有为垃圾填埋堆体提供 必要的水分，促进产气与堆体的稳定化，提高渗滤液水质，减少渗滤液产生量 等特点，已引起了国内外研究者的广泛关注，也已有部分实际工程应用。然而， 大量的研究也显示，由于垃圾堆体属于厌氧环境，反硝化作用明显，但对氨氮 的去除效果不佳。为提高氨氮的去除效率、探明渗滤液回灌过程中氮素的迁移 转化规律以及脱氮微生物的菌群结构变化情况，目前对此的大量理论研究正在 开展中。这些研究大多在实验室环境下利用自制装置模拟进行。常见的模拟装 置一般包括垃圾装填系统、渗滤液回灌系统、气体收集系统等。装置主体为垃 圾装填系统，常呈圆柱形，采用有机玻璃或PVC制成。为改善垃圾堆体缺氧环 境、促进氨氮去除，有学者提出在模拟装置原有的垃圾堆体中增设通风系统。 如此设计可有效增加垃圾堆体中的氧含量，有利于氨氮的转化，但该系统的增设也存在弊端垃圾堆体通风，不利于产甲烷菌的生长，抑制了产气与堆体稳 定化。另外，为减小实验装置运行期间的外界温度干扰，尤其是季节变化所带 来的温差影响，目前的研究中多将模拟装置放于装有控温系统的恒温室中。但 由于模拟装置一般体积不大，如单独建一恒温室用于放置，基建和运行费用较 高；而如与其它类的反应器同放于一个恒温室中，则将会产生不同反应器间不 同温度选择的分歧，不利于研究的开展。综上所述可知，生态填埋技术的应用关键是解决渗滤液高浓度氨氮的去除 问题。目前的实验室理论研究虽已基本探明有机物的降解规律，但却还未能明 确渗滤液回灌过程中氮素形态迁移转化以及氮素循环功能微生物菌群多样性变 化规律，不能给实际工程应用提供理论依据。因此，开发适合于实验室研究的 运行费用低且利于氨氮去除的模拟装置是解决这些问题的关键所在。 发明内容本发明的目的是提供一套可在实验室状态下运行、有利于渗滤液氨氮去除 的生活垃圾生态填埋模拟装置。本发明的分段式生活垃圾生态填埋模拟装置，包括自上而下同轴线连接的 上端反应器、空心柱和下端反应器，上、下端反应器的壳体分别具有夹套，在 夹套中设有螺旋环绕壳体的导流板，夹套上设置有进水口和出水口，进水口与 温度控制系统的热水出水管连通，上端反应器的底座均布小孔，上端反应器的 顶盖上装置通气及气体采样阀、温度探头和压力表，上端反应器内的上部安装 喷头，在喷头的下方及上端反应器的底部分别设置过滤层，在下端反应器的上 部和底部分别设置过滤层，每个反应器的上、下过滤层之间形成的空腔为垃圾 堆积腔，每个反应器的下方设有与空腔连通的渗滤液取样口，渗滤液取样口经 管道与渗滤液收集桶相连，渗滤液收集桶的出口经泵与喷头相连，在空心柱的 壁上开设有带孔塞的通风口。上述的过滤层可以由上、下两层不锈钢网夹置砾石层构成。本发明装置根据生物脱氮原理去除渗滤液中的高浓度氨氮，生物脱氮原理 --般包括硝化作用和反硝化作用两个步骤，即先在好氧条件下由硝化细菌将氨 氮转化成亚硝酸、硝酸盐，随后在缺氧条件下进一步由反硝化菌作用，将硝酸 盐和亚硝酸盐还原成氮气，释放到环境中。生物脱氮技术的重点是硝化作用的 完成，而好氧环境的营造是反应的关键。分段式生活垃圾生态填埋模拟装置由 两个独立的生态填埋模拟反应器和四周开孔的空心柱组成，从上到下依次为"上 端反应器一空心柱一下端反应器"。上、下端反应器中装填垃圾堆体，营造了缺 氧环境，使渗滤液在堆体中流动时实现反硝化作用。加入的空心柱部分，可实
现通风处理，营造好氧环境，使渗滤液回灌后，改变在经过第一层垃圾堆体后 氧缺乏的状态，使渗滤液在空心柱中滴落时实现自然复氧、完成硝化作用，促 进氨氮的转化。本发明的有益效果在于(1) 本装置在两个反应器之间加入了空心柱部分，可使整个装置形成良好 的"好氧一缺氧一厌氧"环境，使渗滤液回灌后，改变在经过第一层垃圾堆体 后氧缺乏的状态，使渗滤液在空心柱中滴落时实现自然复氧、完成硝化作用， 促进氮素在下一层垃圾堆体中的进一步去除。相比于其他实验中为促进硝化作 用、在垃圾堆体中开孔通风的做法，本装置减少了对垃圾堆体中微生物群落结 构的扰动，尤其是产甲垸微生物，故在渗滤液脱氮的同时也可保证产甲垸过程 的顺利进行。(2) 本装置空心柱与两个反应器的连接灵活，可组合、可拆卸，当拆卸掉 空心柱，两个反应器可组装成普通的整体式垃圾生态填埋模拟装置，用于开展 普通状态下渗滤液回灌过程中垃圾的降解研究实验。因此本发明装置能服务于 不同的实验设计，大大扩展了装置的适用范围。(3) 本装置反应器主体外设夹套，并连接温度调控系统，改变了以往为保 证反应器处于恒温环境而单独放置于一个房间的做法，有效节省了创造恒温环 境的成本，维护管理更加方便，保温效果更加理想。
图1为分段式生活垃圾生态填埋模拟装置的结构示意图具体实施方式
参照图1，本发明的分段式生活垃圾生态填埋模拟装置包括自上而下同轴线连接的上端反应器I、空心柱II和下端反应器III，可直接采用法兰15连接。上 端反应器I和下端反应器III的壳体分别具有夹套17，在夹套17中设有螺旋环绕 壳体的导流板16，可防止夹套中水流受热不均；夹套17上设置有进水口 3和出 水口 12，进水口 3与温度控制系统9的热水出水口通过输水管相连；上端反应 器I的底座19均布小孔，以使渗滤液下渗到空心柱中，在上端反应器I的顶盖 18上装置通气及气体采样阀1、温度探头2和压力表10，上端反应器I内的上 部安装喷头11，在喷头11的下方及上端反应器的底部分别设置过滤层，在下端 反应器III的上部和底部也分别设置过滤层，图示实例中，过滤层由上、下两层 不锈钢网5夹置砾石层4构成。每个反应器的上、下过滤层之间形成的空腔为 垃圾堆积腔6，每个反应器的下方设有与空腔连通的渗滤液取样口 7，为便于渗 滤液流出及采样需要， 一般在同一水平面对称设置两个取样口。渗滤液取样口 7经管道与渗滤液收集桶13相连，渗滤液收集桶13的出口经泵14与喷头11相 连；在空心柱II的壁上开设有八个带孔塞的通风口 8。图例中，柱体上的通风口外延，外延部分前端加工成螺纹状，制作对应的螺帽，用于柱体密闭。实验时，在上、下端反应器的腔体中放入垃圾堆体，利用温度调控系统在 反应器壳体夹套中通入热水，并控制导入夹套中的水流温度恒定于实验预先设 定的值。利用泵将渗滤液收集桶中的渗滤液定期通过喷头均匀浇灌至垃圾堆体， 回灌速度可利用泵调节。按照预先设定的采样频率定期从反应器的取样口采集 渗滤液，并进行水质分析。空心柱通风口密闭时，可从顶盖的气体采样口取样 分析气体成分与浓度，也可通过压力表和温度探头监测反应器内气体压力与垃 圾堆体温度。根据实验需要，空心柱通风口可自然通风也可强制通风，打开空 心柱通风口的孔塞，即为自然通风状态。如欲进一步提高硝化作用，可采用强 制通风措施，即在通风口处外接鼓风装置。
权利要求
1.分段式生活垃圾生态填埋模拟装置，其特征在于包括自上而下同轴线连接的上端反应器(I)、空心柱(II)和下端反应器(III)，上、下端反应器(I)、(III)的壳体分别具有夹套(17)，在夹套(17)中设有螺旋环绕壳体的导流板(16)，夹套(17)上设置有进水口(3)和出水口(12)，进水口(3)与温度控制系统(9)的热水出水管连通，上端反应器(I)的底座(19)均布小孔，上端反应器(I)的顶盖(18)上装置通气及气体采样阀(1)、温度探头(2)和压力表(10)，上端反应器(I)内的上部安装喷头(11)，在喷头(11)的下方及上端反应器的底部分别设置过滤层，在下端反应器(III)的上部和底部分别设置过滤层，每个反应器的上、下过滤层之间形成的空腔为垃圾堆积腔(6)，每个反应器的下方设有与空腔连通的渗滤液取样口(7)，渗滤液取样口(7)经管道与渗滤液收集桶(13)相连，渗滤液收集桶(13)的出口经泵(14)与喷头(11)相连，在空心柱(II)的壁上开设有带孔塞的通风口(8)。
2. 根据权利要求1所述的分段式生活垃圾生态填埋模拟装置，其特征在于所 说的过滤层由上、下两层不锈钢网(5)夹置砾石层(4)构成。
全文摘要
本发明公开的分段式生活垃圾生态填埋模拟装置，包括自上而下同轴线连接的上端反应器、空心柱和下端反应器。空心柱的加入利于在整个模拟装置中营造良好的“好氧—缺氧—厌氧”环境，使渗滤液在空心柱中滴落时实现自然复氧，加强硝化作用，在不干扰产甲烷过程进行的同时，促进氮素在垃圾堆体中的去除。并通过模拟装置的运行，明确渗滤液在回灌过程中氮素形态迁移转化以及氮素循环功能微生物菌群结构的变化规律，为实际工程应用提供理论依据。同时，本发明中的空心柱拆卸后，上下端的反应器可各自组装成普通的整体式垃圾生态填埋模拟装置，用于开展普通状态下渗滤液回灌过程中垃圾的降解研究实验，大大扩展了本发明的适用范围。
文档编号G09B25/00GK101159102SQ200710156508
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月6日 优先权日2007年11月6日
发明者吴伟祥, 吴松维, 孙营军, 陈英旭 申请人:浙江大学
技术领域：
本发明涉及一种分段式生活垃圾生态填埋模拟装置，属于环保技术领域。
技术背景随着城市化和居民生活消费水平的提高，城市生活垃圾的产生量与日俱增。 卫生填埋作为一种最终处理处置方式，以其工艺简单、投资省、处理量大、运 行费用低的特点得到了广泛应用，是目前国内外城市生活垃圾无害化处理处置 最常用的方法之一。然而，该技术也日益暴露出其局限性，如占地大、选址难、 周边生态景观破坏严重、恶臭与蚊蝇孳生，最为突出的问题是填埋过程中会产 生大量成分复杂、性质多变的高浓度难降解渗滤液，其中的高浓度氨氮尤其难 处理。而在垃圾渗滤液处理处置技术方面，我国现有绝大部分垃圾填埋场缺乏 专门的渗滤液处理处置设施，即使有这些设施的填埋场技术上也主要针对渗滤液高浓度COD、 BOD的三级排放标准，经济上则尚无解决渗滤液高浓度氨氮问 题的能力。据报导，若使垃圾渗滤液水质达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》 (GB 16889—1997)中规定的氨氮排放标准(25mg/L)，场外运行成本均高达 30 45元/吨，为国内绝大部分垃圾填埋场所难以承受。因而，大量含高浓度氨 氮的渗滤液主要依靠纳管稀释进入市政污水管网进行处理，直接导致了污染物 转移、水体富营养化程度加剧以及市政污水处理处置成本大幅度提高等严重问 题。以渗滤液回灌为特征的生物反应器垃圾填埋技术具有为垃圾填埋堆体提供 必要的水分，促进产气与堆体的稳定化，提高渗滤液水质，减少渗滤液产生量 等特点，已引起了国内外研究者的广泛关注，也已有部分实际工程应用。然而， 大量的研究也显示，由于垃圾堆体属于厌氧环境，反硝化作用明显，但对氨氮 的去除效果不佳。为提高氨氮的去除效率、探明渗滤液回灌过程中氮素的迁移 转化规律以及脱氮微生物的菌群结构变化情况，目前对此的大量理论研究正在 开展中。这些研究大多在实验室环境下利用自制装置模拟进行。常见的模拟装 置一般包括垃圾装填系统、渗滤液回灌系统、气体收集系统等。装置主体为垃 圾装填系统，常呈圆柱形，采用有机玻璃或PVC制成。为改善垃圾堆体缺氧环 境、促进氨氮去除，有学者提出在模拟装置原有的垃圾堆体中增设通风系统。 如此设计可有效增加垃圾堆体中的氧含量，有利于氨氮的转化，但该系统的增设也存在弊端垃圾堆体通风，不利于产甲烷菌的生长，抑制了产气与堆体稳 定化。另外，为减小实验装置运行期间的外界温度干扰，尤其是季节变化所带 来的温差影响，目前的研究中多将模拟装置放于装有控温系统的恒温室中。但 由于模拟装置一般体积不大，如单独建一恒温室用于放置，基建和运行费用较 高；而如与其它类的反应器同放于一个恒温室中，则将会产生不同反应器间不 同温度选择的分歧，不利于研究的开展。综上所述可知，生态填埋技术的应用关键是解决渗滤液高浓度氨氮的去除 问题。目前的实验室理论研究虽已基本探明有机物的降解规律，但却还未能明 确渗滤液回灌过程中氮素形态迁移转化以及氮素循环功能微生物菌群多样性变 化规律，不能给实际工程应用提供理论依据。因此，开发适合于实验室研究的 运行费用低且利于氨氮去除的模拟装置是解决这些问题的关键所在。 发明内容本发明的目的是提供一套可在实验室状态下运行、有利于渗滤液氨氮去除 的生活垃圾生态填埋模拟装置。本发明的分段式生活垃圾生态填埋模拟装置，包括自上而下同轴线连接的 上端反应器、空心柱和下端反应器，上、下端反应器的壳体分别具有夹套，在 夹套中设有螺旋环绕壳体的导流板，夹套上设置有进水口和出水口，进水口与 温度控制系统的热水出水管连通，上端反应器的底座均布小孔，上端反应器的 顶盖上装置通气及气体采样阀、温度探头和压力表，上端反应器内的上部安装 喷头，在喷头的下方及上端反应器的底部分别设置过滤层，在下端反应器的上 部和底部分别设置过滤层，每个反应器的上、下过滤层之间形成的空腔为垃圾 堆积腔，每个反应器的下方设有与空腔连通的渗滤液取样口，渗滤液取样口经 管道与渗滤液收集桶相连，渗滤液收集桶的出口经泵与喷头相连，在空心柱的 壁上开设有带孔塞的通风口。上述的过滤层可以由上、下两层不锈钢网夹置砾石层构成。本发明装置根据生物脱氮原理去除渗滤液中的高浓度氨氮，生物脱氮原理 --般包括硝化作用和反硝化作用两个步骤，即先在好氧条件下由硝化细菌将氨 氮转化成亚硝酸、硝酸盐，随后在缺氧条件下进一步由反硝化菌作用，将硝酸 盐和亚硝酸盐还原成氮气，释放到环境中。生物脱氮技术的重点是硝化作用的 完成，而好氧环境的营造是反应的关键。分段式生活垃圾生态填埋模拟装置由 两个独立的生态填埋模拟反应器和四周开孔的空心柱组成，从上到下依次为"上 端反应器一空心柱一下端反应器"。上、下端反应器中装填垃圾堆体，营造了缺 氧环境，使渗滤液在堆体中流动时实现反硝化作用。加入的空心柱部分，可实
现通风处理，营造好氧环境，使渗滤液回灌后，改变在经过第一层垃圾堆体后 氧缺乏的状态，使渗滤液在空心柱中滴落时实现自然复氧、完成硝化作用，促 进氨氮的转化。本发明的有益效果在于(1) 本装置在两个反应器之间加入了空心柱部分，可使整个装置形成良好 的"好氧一缺氧一厌氧"环境，使渗滤液回灌后，改变在经过第一层垃圾堆体 后氧缺乏的状态，使渗滤液在空心柱中滴落时实现自然复氧、完成硝化作用， 促进氮素在下一层垃圾堆体中的进一步去除。相比于其他实验中为促进硝化作 用、在垃圾堆体中开孔通风的做法，本装置减少了对垃圾堆体中微生物群落结 构的扰动，尤其是产甲垸微生物，故在渗滤液脱氮的同时也可保证产甲垸过程 的顺利进行。(2) 本装置空心柱与两个反应器的连接灵活，可组合、可拆卸，当拆卸掉 空心柱，两个反应器可组装成普通的整体式垃圾生态填埋模拟装置，用于开展 普通状态下渗滤液回灌过程中垃圾的降解研究实验。因此本发明装置能服务于 不同的实验设计，大大扩展了装置的适用范围。(3) 本装置反应器主体外设夹套，并连接温度调控系统，改变了以往为保 证反应器处于恒温环境而单独放置于一个房间的做法，有效节省了创造恒温环 境的成本，维护管理更加方便，保温效果更加理想。
图1为分段式生活垃圾生态填埋模拟装置的结构示意图具体实施方式
参照图1，本发明的分段式生活垃圾生态填埋模拟装置包括自上而下同轴线连接的上端反应器I、空心柱II和下端反应器III，可直接采用法兰15连接。上 端反应器I和下端反应器III的壳体分别具有夹套17，在夹套17中设有螺旋环绕 壳体的导流板16，可防止夹套中水流受热不均；夹套17上设置有进水口 3和出 水口 12，进水口 3与温度控制系统9的热水出水口通过输水管相连；上端反应 器I的底座19均布小孔，以使渗滤液下渗到空心柱中，在上端反应器I的顶盖 18上装置通气及气体采样阀1、温度探头2和压力表10，上端反应器I内的上 部安装喷头11，在喷头11的下方及上端反应器的底部分别设置过滤层，在下端 反应器III的上部和底部也分别设置过滤层，图示实例中，过滤层由上、下两层 不锈钢网5夹置砾石层4构成。每个反应器的上、下过滤层之间形成的空腔为 垃圾堆积腔6，每个反应器的下方设有与空腔连通的渗滤液取样口 7，为便于渗 滤液流出及采样需要， 一般在同一水平面对称设置两个取样口。渗滤液取样口 7经管道与渗滤液收集桶13相连，渗滤液收集桶13的出口经泵14与喷头11相 连；在空心柱II的壁上开设有八个带孔塞的通风口 8。图例中，柱体上的通风口外延，外延部分前端加工成螺纹状，制作对应的螺帽，用于柱体密闭。实验时，在上、下端反应器的腔体中放入垃圾堆体，利用温度调控系统在 反应器壳体夹套中通入热水，并控制导入夹套中的水流温度恒定于实验预先设 定的值。利用泵将渗滤液收集桶中的渗滤液定期通过喷头均匀浇灌至垃圾堆体， 回灌速度可利用泵调节。按照预先设定的采样频率定期从反应器的取样口采集 渗滤液，并进行水质分析。空心柱通风口密闭时，可从顶盖的气体采样口取样 分析气体成分与浓度，也可通过压力表和温度探头监测反应器内气体压力与垃 圾堆体温度。根据实验需要，空心柱通风口可自然通风也可强制通风，打开空 心柱通风口的孔塞，即为自然通风状态。如欲进一步提高硝化作用，可采用强 制通风措施，即在通风口处外接鼓风装置。
权利要求
1.分段式生活垃圾生态填埋模拟装置，其特征在于包括自上而下同轴线连接的上端反应器(I)、空心柱(II)和下端反应器(III)，上、下端反应器(I)、(III)的壳体分别具有夹套(17)，在夹套(17)中设有螺旋环绕壳体的导流板(16)，夹套(17)上设置有进水口(3)和出水口(12)，进水口(3)与温度控制系统(9)的热水出水管连通，上端反应器(I)的底座(19)均布小孔，上端反应器(I)的顶盖(18)上装置通气及气体采样阀(1)、温度探头(2)和压力表(10)，上端反应器(I)内的上部安装喷头(11)，在喷头(11)的下方及上端反应器的底部分别设置过滤层，在下端反应器(III)的上部和底部分别设置过滤层，每个反应器的上、下过滤层之间形成的空腔为垃圾堆积腔(6)，每个反应器的下方设有与空腔连通的渗滤液取样口(7)，渗滤液取样口(7)经管道与渗滤液收集桶(13)相连，渗滤液收集桶(13)的出口经泵(14)与喷头(11)相连，在空心柱(II)的壁上开设有带孔塞的通风口(8)。
2. 根据权利要求1所述的分段式生活垃圾生态填埋模拟装置，其特征在于所 说的过滤层由上、下两层不锈钢网(5)夹置砾石层(4)构成。
全文摘要
本发明公开的分段式生活垃圾生态填埋模拟装置，包括自上而下同轴线连接的上端反应器、空心柱和下端反应器。空心柱的加入利于在整个模拟装置中营造良好的“好氧—缺氧—厌氧”环境，使渗滤液在空心柱中滴落时实现自然复氧，加强硝化作用，在不干扰产甲烷过程进行的同时，促进氮素在垃圾堆体中的去除。并通过模拟装置的运行，明确渗滤液在回灌过程中氮素形态迁移转化以及氮素循环功能微生物菌群结构的变化规律，为实际工程应用提供理论依据。同时，本发明中的空心柱拆卸后，上下端的反应器可各自组装成普通的整体式垃圾生态填埋模拟装置，用于开展普通状态下渗滤液回灌过程中垃圾的降解研究实验，大大扩展了本发明的适用范围。
文档编号G09B25/00GK101159102SQ200710156508
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月6日 优先权日2007年11月6日
发明者吴伟祥, 吴松维, 孙营军, 陈英旭 申请人:浙江大学
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