CN103934250A - 一种同时抽取生活垃圾堆体内填埋气和渗滤液的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境科学技术领域，涉及一种从生活垃圾堆体内同时抽排填埋气和渗滤液的装置及方法。该装置包括固定在底座（4）上的离心泵（1）、文丘里管（2）、气液分离罐（3）和若干个集水集气井（10），所述的气液分离罐（3）的底部设有离心泵取水口（24），离心泵（1）的进水口（8）与气液分离罐（3）的离心泵取水口（24）相连；离心泵（1）的出口（9）与文丘里管（2）的进口（5）相连，文丘里管（2）的出口（6）与气液分离罐（3）的切向入口（23）相连。该装置省去了常用的压缩空气管道系统，施工方便，实现了填埋气和渗滤液的同时高效抽排，气液分离效果好，增加了填埋气收集量，降低了运行成本。
Description
技术领域
本发明属于环境科学技术领域，涉及一种从生活垃圾堆体内同时抽排填埋气和渗滤液的装置及方法。
背景技术
填埋气是垃圾填埋处理过程中微生物厌氧分解的必然产物，其主要成分是甲烷（体积浓度一般为40%-65%），同时还含有很多恶臭气体。填埋气直接排放对填埋场周边大气环境会造成严重污染，其中的甲烷（分子式为CH4）不仅是易燃易爆的气体，还是高致温室效应气体，甲烷的温室效应潜力是二氧化碳的21倍，有关统计表明，填埋场的甲烷排放量约占全球甲烷排放总量的6%-18%，所以，为了保护大气环境和减少温室气体排放，对填埋气收集处理有重要意义。
垃圾填埋堆体内的渗滤液是填埋场的另一主要污染物。渗滤液主要来自于降雨深入堆体和垃圾自身含水，垃圾中的有机物在微生物作用下也会产生一部分渗滤液。填埋场在建设过程中铺设有渗滤液收集和导排系统，但是经常被堵塞，导致渗滤液积存在底部防渗层上；另一方面，由于垃圾堆体经过压实，内部空隙减少，渗滤液产生后不能迅速下渗，在堆体内不同层之间无规则渗流，这两种情况都不利于堆体的稳定，而且堆体内渗滤液水位过高，既会减小填埋气的产生空间，还会对填埋气集气井起到水封的作用，不利于填埋气的收集。
传统的填埋气收集系统，是利用压缩空气排水法降低集气井内的渗滤液水位，利用罗茨泵抽取填埋气。压缩空气管道分流成细小的管道，进入每一口集气井。集气井外管穿孔，内管较细，不穿孔。压缩空气管的出口固定于内管底部。集气井内管底部和压缩空气管的出口需要淹没在渗滤液中，依靠压缩空气充入渗滤液使内管的渗滤液密度小于管外，产生压力差，将渗滤液排出堆体。集气井内管专门用于排水，穿孔外管用于排出填埋气。这种收集方式的不足在于：采用压缩空气排水法，需要提供空压机、压缩空气输送管道。
中国文献专利《填埋气收集管道四通排水装置》（授权公告号CN202831174U，授权公告日2013.03.27），该实用新型的抽气管道与集水竖井之间通过四通接头连接在一起，排水管和高压进气管的下段口弯曲成U型出气口并插入排水管下段口内。采用四通接头的方式，使抽气管与集水竖井固定在一起且互不干扰，在保证抽气管道畅通的情况下有利于冷凝水的收集和排水处理。但是该方法需要额外配置空气压缩机和高压空气管路，而且集气井的制作和安装繁琐，当垃圾堆体内的液位较高时，排水速度慢，不利于大量抽取填埋气。
中国文献专利《垃圾填埋场生物气与渗滤液一体化抽排系统》（授权公告号CN100526571C，授权公告日2009.08.12），该发明需要在垃圾填埋场投入使用前砌筑完成竖井，随垃圾填埋作业由下至上依次敷设与竖井相通的多水平、多分支的收集疏排通道，收集疏排通道内充填有导水、导气的砂砾。通过分层辐射状敷设的与水平面成一定角度的多水平、多分支收集疏排通道改善垃圾体内部的透水透气性，进行气液一体化收集与疏导；通过发散状的多水平、多分支的收集疏排通道向中心竖井汇聚，实现生物气与渗滤液的集聚。竖井底部安放有潜污泵，渗滤液通过潜污泵和排污管排出堆体。竖井内另外设置排气管，通过堆体外的抽气泵将生物气导出堆体。该发明的造价成本高，施工困难，多水平、多分支的疏排通道容易塌陷、堵塞，降低工程的使用效果，而且使用抽气泵和潜污泵，事实上仍然是填埋气和渗滤液分别抽排。
上述所说方法的缺点是需要提供较多的设备，如空压机、压缩空气管道；集气井等工程施工繁琐，压缩空气排水法压力小、堆体内水位下降不明显，填埋气收集率低；风机耗能大。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种同时抽取生活垃圾堆体内填埋气和渗滤液的装置及方法。
一种同时抽取生活垃圾堆体内填埋气和渗滤液的装置，包括固定在底座上的离心泵、文丘里管、气液分离罐和若干个集水集气井，所述的气液分离罐的底部设有离心泵取水口，离心泵的进水口与气液分离罐的离心泵取水口相连；离心泵的出口与文丘里管的进口相连，文丘里管的出口与气液分离罐的切向入相连。
所述的离心泵、气液分离罐通过焊接或螺栓方式固定在底座上。
所述的文丘里管的出口与切向入口的连接方式为焊接或法兰连接，文丘里管的出口与切向入口之间的水平直线管段的长度为管段直径的5倍或5倍以上。
离心泵从气液分离罐的底部抽水产生持续高速水流，高速水流通过文丘里管时产生真空，利用此处的真空将生活垃圾堆体中的填埋气和渗滤液抽出，气液混合物由文丘里管喷入气液分离罐，经气液分离后填埋气从气液分离罐顶部的排气口排出，渗滤液从下部的排水口排出，气液分离罐底部储存一定体积的渗滤液并设有离心泵取水口，供离心泵抽取。
所述的气液分离罐为密封的圆柱桶，上部为气液分离区，装填有气液分离滤网，或其他具有气液分离功能的材料，其顶部设有气体压力表和排气口；气液分离罐的下部为渗滤液储存区，从上到下依次设有注水口、排水口和放空阀；渗滤液储存区中还设有液位计，切向入口和取水口也位于渗滤液储存区。
所述的液位计的顶端与注水口相平，其底端与放空阀相平，排水口设于高于取水口的位置，切向入口设于高于排水口的位置，注水口的位置高于切向入口10cm，切向入口与气液分离滤网的底部相距15～30cm。
所述的文丘里管上设有真空吸入口，真空吸入口通过止回阀与气液收集总管相连。
所述的集水集气井包括内管和套设在内管外的穿孔外管，集水集气井的内管与通过气液收集支管与气液收集总管连通。
所述的集水集气井设置在生活垃圾填埋堆体上，井间距需要根据生活垃圾堆体的产气量以及填埋气利用设施的处理量来确定，相邻集水集气井的井间距为10～30m。
所述的集水集气井井深为9～15m。
内管的底部比穿孔外管的底部高1m。
所述的内管通过气液收集支管连接至气液收集总管。
所述的穿孔外管的底部密封，其长度与集水集气井的深度相同，其底部1m与顶部1.5m之间设有穿孔。
所述的抽真空和气液分离一体化装置放置在垃圾堆体表面，以尽量缩短负压管段的长度。
所述的抽真空和气液分离一体化装置中与渗滤液接触的部位采用不锈钢材料或有防腐蚀材料的内衬。
所述的集水集气井、气液收集支管、气液收集总管和相配套的阀门、垫片采用HDPE（高密度聚乙烯）材料。
一种利用上述装置同时抽取生活垃圾堆体内填埋气和渗滤液的方法，包括以下步骤：
（1）在垃圾堆体上同时抽取生活垃圾堆体内填埋气和渗滤液的装置；
（2）打开排气口和排水口，关闭放空阀，通过注水口向气液分离罐内注水，直到液位计达到最高液位时停止注水，关闭注水口；
（3）开启离心泵，叶轮旋转产生的高速水流通过文丘里泵产生高真空，将集水集气井内的填埋气和渗滤液抽取至气液分离罐，将气液混合物进行气液分离，填埋气从排气口排出，渗滤液从排水口排出，通过调节排水口阀门使液位计的液位不超过最高显示水位，记录填埋气和渗滤液的流量，监测填埋气的主要成分；
（4）当气液分离罐输出的填埋气中甲烷的体积分数低于25%时，关闭离心泵，检查气液收集系统的气密性，或待生活垃圾堆体内的填埋气甲烷体积分数恢复至40～60%时继续排水抽气。
装置长期不用时，通过放空阀排尽气液分离罐内的液体。
所述的步骤（1）为：在垃圾堆体上安装集水集气井，设置井间距为10～30m，铺设气液收集支管和气液收集总管，抽真空和气液分离一体化装置平放在生活垃圾堆体表面，连接电源，气液分离罐的排气口和排水口分别连接填埋气输送管道和渗滤液输送管道，连接各阀门。
所述的步骤（3），经过重力沉降、离心、冷凝、碰撞、过滤等方法实现气液分离。
本发明具有以下优点：
1）利用文丘里管产生高真空，可以同时抽取填埋气和渗滤液，解决了离心泵只能抽水和负压风机只能抽气的问题；
2）气液分离罐同时实现气液分离和为离心泵提供进水，减少了装置占地面积，提高了工作效率；
3）利用负压抽取堆体内的渗滤液，排水量大，堆体内水位下降快；
4）集水集气井结构简单，省去了传统压缩空气排水法的压缩空气管路和空气压缩机，施工快速，节约运行成本。
附图说明
图1为本发明实施例中同时抽取生活垃圾堆体中填埋气和渗滤液的示意图。；
图2为图1所示装置的俯视图。
图3为图1所示装置的局部放大图。
附图标记为：
1离心泵， 2文丘里管，
3气液分离罐， 4底座，
5文丘里管进口， 6文丘里管出口，
7文丘里管真空吸入口， 8进水口，
9离心泵出水口， 10集水集气井，
11穿孔外管， 12内管，
13气液收集支管， 14气液收集总管，
15止回阀， 16气液分离滤网，
17压力表， 18排气口，
19注水口， 20排水口，
21放空阀， 22液位计，
23切向入口， 24取水口
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做一进步说明。
实施例1
如图1-3所示，为本发明提供的同时抽取生活垃圾堆体内填埋气和渗滤液的装置，包括固定在底座4上的离心泵1、文丘里管2、气液分离罐3和2个集水集气井10（如图1所示），气液分离罐3的底部设有离心泵取水口24，离心泵1的进水口8与气液分离罐3的离心泵取水口24相连；离心泵1的出口9与文丘里管2的进口5相连，文丘里管2的出口6与气液分离罐3的切向入口23相连。
离心泵1和气液分离罐3通过焊接或螺栓方式固定在底座4上。底座4是一块钢板，长6m，宽2m，厚0.2m。该套装置放置在生活垃圾堆体表面，以尽量缩短负压管段的长度。
出口6与切向入口23的连接方式为焊接或法兰连接，出口6与切向入口23之间的水平直线管段的长度为管段直径的5倍或5倍以上。
离心泵1从气液分离罐3的底部抽水产生持续高速水流，高速水流通过文丘里管2时产生真空，利用此处的真空将生活垃圾堆体中的填埋气和渗滤液抽出，气液混合物由文丘里管2喷入气液分离罐3，经气液分离后填埋气从气液分离罐3顶部的排气口18排出，渗滤液从下部的排水口20排出，气液分离罐底部储存一定体积的渗滤液并设有离心泵取水口24，供离心泵抽取。
气液分离罐3为密封的圆柱桶，上部为气液分离区，装填有气液分离滤网16，或其他具有气液分离功能的材料，其顶部设有气体压力表17和排气口18；气液分离罐3的下部为渗滤液储存区，从上到下依次设有注水口19、排水口20和放空阀21；渗滤液储存区中还设有液位计22，切向入口23和取水口24也位于渗滤液储存区。
液位计22的顶端与注水口19相平，其底端与放空阀21相平，排水口20设于高于取水口24的位置，切向入口23的设于高于排水口20的位置，注水口19的位置高于切向入口2310cm，切向入口23与气液分离滤网16的底部相距15～30cm。
文丘里管2上设有真空吸入口7，真空吸入口7通过止回阀15与气液收集总管14相连。
集水集气井10包括内管11和套设在内管11外的穿孔外管12，集水集气井10的内管11与通过气液收集支管13与气液收集总管14连通。
集水集气井10设置在生活垃圾填埋堆体上，井间距需要根据生活垃圾堆体的产气量以及填埋气利用设施的处理量来确定，相邻集水集气井10的井间距为10～30m。
集水集气井10井深为9～15m。
内管11的底部比穿孔外管12的底部高1m。内管11通过气液收集支管13连接至一根气液收集总管14。穿孔外管12的底部密封，其长度与集水集气井10的深度相同，其底部1m与顶部1.5m之间设有穿孔。
抽真空和气液分离一体化装置放置在垃圾堆体表面，以尽量缩短负压管段的长度。
抽真空和气液分离一体化装置中与渗滤液接触的部位采用不锈钢材料或有防腐蚀材料的内衬。
离心泵1的功率是7.5kw，采用三相异步电机，额定工作电压是380V，叶轮、轮壳等接触渗滤液的部件采用防腐蚀玻璃钢涂层材料，进水口和出水口的直径都是DN75mm；文丘里管2的进口5管径DN75mm，出口6管径DN89mm，真空吸入口7的管径DN89mm，出口6之后的直管段长度为1m，材料为不锈钢304，额定抽气量是120Nm3/h，抽水量是50m3/h；气液分离罐3是直径DN500mm，高1.5m的圆柱体罐，渗滤液储存区的高度为0.8m，气液分离区的高度为0.8m，气液分离滤网16选用不锈钢滤网，孔径为1mm，气液分离滤网上部与气液分离罐3的顶部有0.1m高的空间；排气口18和排水口20的直径为DN110mm，材料为不锈钢304。
在本实施例中，放空阀21距离气液分离罐3底部的高度是0.05m，取水口24距离气液分离罐3底部的高度是0.2m，排水口20距离气液分离罐3底部的高度是0.4m，切向入口23距离气液分离罐3底部的高度是0.6m，注水口19距离气液分离罐3底部的高度是0.7m，液位计22采用有机玻璃液位计。
排气口18排出的填埋气由输送管道输送至火炬系统处理，排水口20排出的渗滤液由输送管道送至渗滤液调节池。填埋气和渗滤液的输送管道的材料都是HDPE高密度聚乙烯。
在一个优选的实施例中，相邻两口集水集气井10的井间距为25m；井深为10m。穿孔外管12的管径为DN160mm，内管11的管径为DN50mm，气液收集支管13的管径为DN50mm，气液收集总管14的管径为DN90mm。气液收集总管14总过止回阀15与真空吸入口7相连，连接方式为法兰。穿孔外管12的底部1m和顶部1.5m不穿孔，穿孔的孔径为10mm，孔距为20cm。穿孔外管12底部密封，内管11的底部比穿孔外管12的底部高1m，内管11与穿孔外管12在井头部位通过管帽和法兰密封。
本实施例中，集水集气井10、气液收集支管13和气液收集总管14采用的管道材质是HDPE高密度聚乙烯。集水集气井10与气液收集总管14的距离为12.5m，也即气液收集支管13的长度是12.5m，气液收集总管14的长度为70m。
一种利用上述装置同时抽取生活垃圾堆体内填埋气和渗滤液的方法，包括以下步骤：
（1）在垃圾堆体上同时抽取生活垃圾堆体内填埋气和渗滤液的装置：
在垃圾堆体上安装集水集气井10，设置井间距为10～30m，铺设气液收集支管13和气液收集总管14，抽真空和气液分离一体化装置平放在生活垃圾堆体表面，连接电源，气液分离罐3的排气口18和排水口20分别连接填埋气输送管道和渗滤液输送管道，连接各阀门；
（2）打开排气口18和排水口20，关闭放空阀21，通过注水口19向气液分离罐3内注水，直到液位计22达到最高液位时停止注水，关闭注水口19；
（3）开启离心泵1，叶轮旋转产生的高速水流通过文丘里泵2产生高真空，将集水集气井10内的填埋气和渗滤液抽取至气液分离罐3，气液混合物经过重力沉降、离心、冷凝、碰撞、过滤等方法实现气液分离，填埋气从排气口18排出，渗滤液从排水口20排出，通过调节排水口20阀门使液位计22的液位不超过最高显示水位，记录填埋气和渗滤液的流量，监测填埋气的主要成分；
（4）当气液分离罐3输出的填埋气中甲烷的体积分数低于25%时，关闭离心泵，检查气液收集系统的气密性，或待生活垃圾堆体内的填埋气甲烷体积分数恢复至40～60%时继续排水抽气。
装置长期不用时，通过放空阀21排尽气液分离罐3内的液体。
本实施例的结果是：开机前，集水集气井8内的渗滤液水位在堆体表面下3m，开机30min后，文丘里管的真空吸入口处负压稳定在-0.08～-0.09MPa之间，渗滤液水位下降到堆体表面以下6.5m，排水口的渗滤液流量是15～18m3/h，此后堆体内渗滤液水位一直稳定在6.5m以下，水位下降速度趋缓，排气口的流量由最初的2m3/h逐渐增大到50m3/h，填埋气中甲烷的体积分数是46%。堆体内渗滤液水位下降缓慢，是因为堆体内本身渗滤液量较大，排水井数量少，井周围的渗滤液都汇集到集水集气井处，当排水速度与汇水速度达到动态平衡时，集气井内的渗滤液水位就非常缓慢。如果增加集水集气井的数量，可实现堆体内的渗滤液水位整体下降。利用本发明可以得到较好的工程效果。
因此，采用本发明提供的装置和方法可以减少设备投入和运行成本，能快速降低堆体内的渗滤液水位，增加填埋气收集量，并且具有施工简单的特点，可有效节省填埋气收集系统的工程量。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种同时抽取生活垃圾堆体内填埋气和渗滤液的装置，其特征在于：包括固定在底座（4）上的离心泵（1）、文丘里管（2）、气液分离罐（3）和若干个集水集气井（10），所述的气液分离罐（3）的底部设有离心泵取水口（24），离心泵（1）的进水口（8）与气液分离罐（3）的离心泵取水口（24）相连；离心泵（1）的出口（9）与文丘里管（2）的进口（5）相连，文丘里管（2）的出口（6）与气液分离罐（3）的切向入口（23）相连。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的离心泵（1）、气液分离罐（3）通过焊接或螺栓方式固定在底座（4）上。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的出口（6）与切向入口（23）的连接方式为焊接或法兰连接，出口（6）与切向入口（23）之间的水平直线管段的长度为管段直径的5倍或5倍以上。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的气液分离罐（3）为密封的圆柱桶，上部为气液分离区，装填有气液分离滤网（16），其顶部设有气体压力表（17）和排气口（18）；
气液分离罐（3）的下部为渗滤液储存区，从上到下依次设有注水口（19）、排水口（20）和放空阀（21）；渗滤液储存区中还设有液位计（22）。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述的液位计（22）的顶端与注水口（19）相平，其底端与放空阀（21）相平；
所述的排水口（20）设于高于取水口（24）的位置；
所述的切向入口（23）设于高于排水口（20）的位置；
所述的注水口（19）的位置高于切向入口（23）10cm；
所述的切向入口（23）与气液分离滤网（16）的底部相距15～30cm。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的文丘里管（2）上设有真空吸入口（7），真空吸入口（7）通过止回阀（15）与气液收集总管（14）相连。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的集水集气井（10）包括内管（11）和套设在内管（11）外的穿孔外管（12），集水集气井（10）的内管（11）与通过气液收集支管（13）与气液收集总管（14）连通。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：所述的内管（11）的底部比穿孔外管（12）的底部高1m；
相邻集水集气井（10）的井间距为10～30m；
所述的集水集气井（10）井深为9～15m；
所述的穿孔外管（12）的底部密封，其长度与集水集气井（10）的深度相同，其底部1m与顶部1.5m之间设有穿孔。
9.一种利用权利要求1-8中任一所述的装置同时抽取生活垃圾堆体内填埋气和渗滤液的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）在垃圾堆体上设置同时抽取生活垃圾堆体内填埋气和渗滤液的装置；
（2）打开上述装置的排气口（18）和排水口（20），关闭放空阀（21），通过注水口（19）向气液分离罐（3）内注水，直到液位计（22）达到最高液位时停止注水，关闭注水口（19）；
（3）开启离心泵（1），叶轮旋转产生的高速水流通过文丘里泵（2）产生高真空，将集水集气井（10）内的填埋气和渗滤液的混合物抽取至气液分离罐（3），气液混合物进行气液分离后成为填埋气和渗滤液两股流体，其中，填埋气从排气口（18）排出，渗滤液从排水口（20）排出，通过调节排水口（20）阀门使液位计（22）的液位不超过最高显示水位，记录填埋气和渗滤液的流量，监测填埋气的主要成分；
（4）当气液分离罐（3）输出的填埋气中甲烷的体积分数低于25%时，关闭离心泵，检查气液收集系统的气密性，或待生活垃圾堆体内的填埋气甲烷体积分数恢复至40～60%时继续排水抽气。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的步骤（3）中，气液分离的方式为重力沉降、离心、冷凝、碰撞或过滤中的一种或一种以上。
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