CN107255490A - 多功能垃圾土降解压缩设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能垃圾土降解压缩设备，该装置包括：轴向加压系统、围压模拟系统、渗透液循环系统、气体分析系统、全自动数据采集系统以及其他辅助配件系统。本发明拟采用轴向加压装置对试验进行加压，用温控围压装置通过气体提供围压和恒温工况，可进行渗滤液均布式回灌及降解气回收，测试土样的电阻率。本次设计压缩仪具有以下优势：1)解决了降解仪无法提供围压的局限性；2)提供了可控垂直加压设定；3)渗滤液流速、流量及成份的动态监测；4)提供了电阻率测试模块，测试不同降解沉降阶段垃圾土电阻率变化；5)对降解气成份、流量的监测，达到了新型多功能的目的。

Description

多功能垃圾土降解压缩设备

技术领域

本发明涉及城市固废试验设备技术领域，更具体地说，特别涉及一种多功能垃圾土降解压缩设备。

背景技术

随着我国城镇化建设的快速发展以及城市人口的急剧增加，“垃圾围城”的现象普遍出现。考虑到我国现有的垃圾处理方式以卫生填埋为主，对现有方案的研究表明：封场后的固体废弃物，因内部降解诱发的不均匀沉降，内部气、液收集系统破裂，特别是随着填埋体体积的不断增加，有可能诱发严重的环境地质灾害，对人居安全造成直接威胁。

随着固体废弃物中厨余垃圾所占比例的增加，降解产生渗滤液、填埋气等都可二次开发利用，因此封场后的垃圾土成为一座可利用的生物质能源体。降解产生的可资源化利用的渗滤液、填埋气中含有大量重金属，如何处理和把控成为固体废弃物处理面临的一把双刃剑。

传统的土工压缩试验用固结仪只能研究常规土特性，尚未考虑填埋垃圾土降解过程中其他多因素耦合作用，且垃圾场的生物降解、沉降行为一般持续几十年甚至上百年，因此为了更好的研究压缩性能与机械压力和生物降解的关系，国内从事环境岩土工程的科技作者基于不同的试验目的，研制了仅能试验某一特定试验目的的降解沉降试验仪器。

目前，大部分垃圾土降解沉降压缩仪加压系统多采用杠杆、砝码活滑轮等手工系统，在测试精度上无法达到自动化和精密两方面的要求，同时压缩仪均只能模拟一维轴向压力，与实际的垃圾土的受力情况不符，且无法监测降解和力学耦合进程行为。另外，试验的后处理部分相对不够完善，测试数据存在较大差异，只能用作粗略的定性分析。

发明内容

(一)技术问题

综上所述，为了解决现有技术中压缩仪存在的测试条件与实际垃圾土的受力情况不符而导致测试结果与实际情况差距较大的问题，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种多功能垃圾土降解压缩设备，包括：

轴向加压系统，所述轴向加压系统包括有安装平台、竖直设置于所述安装平台上的荷载架、设置于所述荷载架上的安装横梁、设置于所述安装横梁上的电机伺服作动器、设置于所述电机伺服作动器上的荷载杆、设置于所述荷载杆上用于进行压力测量的荷载传感器，由所述安装平台、所述荷载架以及所述安装横梁构成外部支撑，于所述外部支撑内设置有试验装载装置，所述试验装载装置包括有过滤底座以及加载活塞，所述加载活塞与所述过滤底座间隔设置、并形成有用于装载试验土样的试验间隙，所述加载活塞设置于所述过滤底座的上侧、并位于所述安装横梁的下侧，所述加载活塞通过所述荷载传感器与所述荷载杆连接，通过所述荷载杆可驱动所述加载活塞朝向所述过滤底座方向移动，所述过滤底座设置在所述安装平台上，与所述电机伺服作动器连接有动态控制主机，所述动态控制主机与所述电机伺服作动器信号连接，所述荷载传感器通过数控系统与所述动态控制主机信号连接；

围压模拟系统，所述围压模拟系统包括有温控压力室以及依次连接的供气设备、气体加热器、气泵，所述温控压力室设置于所述外部支撑内、并套设于所述试验装载装置外，所述气泵通过通气管路与所述温控压力室连通；

渗透液循环系统，所述渗透液循环系统包括有渗透液收集装置、与所述渗透液收集装置连接的循环泵、通过回流管与所述循环泵连接的喷淋头，于所述回流管上设置有可控流量计，所述喷淋头设置于所述加载活塞的下侧面上，于所述过滤底座上设置有渗透液输出管，所述渗透液输出管与所述渗透液收集装置连通，于所述渗透液收集装置上设置有BOD分析仪、COD分析仪以及PH计；

气体分析系统，所述气体分析系统包括有气体收集装置以及气体输出管，所述气体输出管的一端穿过所述加载活塞插入到所述试验间隙内，所述气体输出管的另一端与所述气体收集装置连接，于所述气体收集装置上设置有气体分析仪。

优选地，本发明还包括有试验辅助组件，所述试验辅助组件包括有设置在试验间隙中的土体沉降计、设置到喷淋头底部的土压计以及设置于所述温控压力室上的气压表。

优选地，本发明还包括有围压补偿系统，所述围压补偿系统包括有补气瓶，于所述补气瓶的底部连接有体积控制器、通过所述体积控制器控制所述补气瓶内部气压，于所述补气瓶的顶部设置有补气管路，所述补气管路的一端与所述补气瓶连接，所述补气管路的另一端插入到所述温控压力室内。

优选地，于所述气体输出管上设置有气体质量流量控制器。

优选地，所述供气设备包括有供气设备主机以及与所述供气设备主机连接的缓冲装置，所述气体加热器设置于所述缓冲装置内，所述缓冲装置与所述气泵连接。

优选地，所述缓冲装置为储气橡胶囊。

优选地，所述渗透液收集装置为有机玻璃瓶；所述气体收集装置为有机玻璃瓶。

优选地，本发明还包括有电阻率测试系统，所述电阻率测试系统包括有电压表、电源以及电子补偿仪，所述电源与所述电子补偿仪串联形成供电组件，所述供电组件的正负极两端分别通过所述喷淋头以及所述过滤底座插入到所述试验间隙内，所述电压表设置于所述温控压力室外，所述电压表设置有两根测试导线，所述测试导线穿过所述温控压力室插入到所述试验间隙内。

(三)有益效果

通过上述结构设计，本发明的有益效果为：1、解决了降解仪无法提供围压的局限性；2、提供了以高速数字控制系统为基础的可控垂直加压设定；3、收集渗滤液的同时监测了渗滤液中的ph值，COD和BOD，可自动化设定、监测渗滤液的流量、流速；4、试验腔体外设计的电阻率测试模块，可对不同降解阶段垃圾土的整体电阻率变化特性进行动态跟踪测试；5、对产生气体的流量和成分进行了监测，达到了多功能的目的。

附图说明

图1为本发明实施例中多功能垃圾土降解压缩设备的结构示意图；

图2为本发明实施例中多功能垃圾土降解压缩设备的横截面局部结构示意图；

在图1和图2中，部件名称与附图编号的对应关系为：

安装平台1、荷载架2、安装横梁3、电机伺服作动器4、荷载杆5、

过滤底座6、加载活塞7、试验间隙8、动态控制主机9、

气体加热器10、气泵11、渗透液收集装置12、循环泵13、

喷淋头14、可控流量计15、BOD分析仪16、COD分析仪17、

PH计18、气体收集装置19、气体输出管20、气体分析仪21、

土体沉降计22、土压计23、气压表24、补气瓶25、

体积控制器26、缓冲装置27、电压表28、电源29、

电子补偿仪30。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明目的在于提供一种先进的新型多功能垃圾土降解压缩设备，该压缩设备拟采用动态伺服电机控制的轴向加压装置实现自动化轴向加压，同时在模拟不同环境温度条件下提供围压，解决了降解仪无法提供围压的局限性，并实现了通过渗滤液回灌加速生物降解，实现了量化监测固、液、气动态变化的功能，测试过程实现数字化与程序化，去除人工误差，保证了试验的精度和可靠性。

请参考图1和图2，其中，图1为本发明实施例中多功能垃圾土降解压缩设备的结构示意图；图2为本发明实施例中多功能垃圾土降解压缩设备的横截面局部结构示意图。

本发明提供了一种多功能垃圾土降解压缩设备，用于实现垃圾土土样的试验。在本发明的一个实施方式中，该降解压缩设备包括：

轴向加压系统，轴向加压系统用于实现垃圾土土样的轴向加压。轴向加压系统包括：1、安装平台，安装平台1为一个平板结构设计的平台；2、竖直设置于安装平台1上的荷载架，荷载架2为杆类部件，荷载架2设置有多个，荷载架2竖直设置在安装平台1上；3、设置于荷载架2上的安装横梁，在本发明的一个实施方式中，荷载架2设置有两个，两个荷载架2间隔设置，安装横梁3的两端分别与荷载架2固定连接，安装横梁3与安装平台1相平行；4、设置于安装横梁3上的电机伺服作动器，电机伺服作动器4用于提供加压压力；5、设置于电机伺服作动器4上的荷载杆，荷载杆5采用金属圆轴结构设计，其用于实现压力的传递；6、设置于荷载杆5上用于进行压力测量的荷载传感器，荷载传感器用于加压压力的检测。由安装平台1、荷载架2以及安装横梁3构成外部支撑，于外部支撑内设置有试验装载装置，试验装载装置包括有过滤底座6以及加载活塞7，加载活塞7与过滤底座6间隔设置、并形成有用于装载试验土样的试验间隙8，垃圾土土样就装载在试验间隙8内。加载活塞7能够对垃圾土土样施加压力，垃圾土土样中的液体可以通过过滤底座6流出。加载活塞7设置于过滤底座6的上侧、并位于安装横梁3的下侧，加载活塞7通过荷载传感器与荷载杆5连接，通过荷载杆5可驱动加载活塞7朝向过滤底座6方向移动，过滤底座6设置在安装平台1上，与电机伺服作动器4连接有动态控制主机9，动态控制主机9与电机伺服作动器4信号连接，荷载传感器通过数控系统与动态控制主机9信号连接。动态控制主机9接收荷载传感器的检测信号，之后与设定值对比，根据对比结果对电机伺服作动器4进行智能控制。

围压模拟系统，围压模拟系统用于对垃圾土土样提供围压压力。围压模拟系统包括有温控压力室以及依次连接的供气设备、气体加热器10、气泵11，温控压力室设置于外部支撑内、并套设于试验装载装置外，气泵11通过通气管路与温控压力室连通。试验装载装置设置在温控压力室内，通过供气设备增加温控压力室内部气压，由气压对垃圾土土样施加压力从而模拟垃圾土在真实环境的土壤压力。

渗透液循环系统，渗透液循环系统用于实现垃圾土土样中渗透液的循环。渗透液循环系统包括有渗透液收集装置12、与渗透液收集装置12连接的循环泵13、通过回流管与循环泵13连接的喷淋头14，于回流管上设置有可控流量计15，喷淋头14设置于加载活塞7的下侧面上，于过滤底座6上设置有渗透液输出管，渗透液输出管与渗透液收集装置12连通，于渗透液收集装置12上设置有BOD分析仪16、COD分析仪17以及PH计18。垃圾土土样中的渗透液从土样中经过过滤底座6、渗透液输出管输入到渗透液收集装置12上，在渗透液收集装置12上设置有BOD分析仪16、COD分析仪17以及PH计18，通过上述分析设备对渗透液进行理化参数分析。

气体分析系统，气体分析系统用于对垃圾土土样产生的气体进行分析。气体分析系统包括有气体收集装置19以及气体输出管20，气体输出管20的一端穿过加载活塞7插入到试验间隙8内，气体输出管20的另一端与气体收集装置19连接，于气体收集装置19上设置有气体分析仪21。

为了能够对垃圾土土样进行更加全面的理化测试，本发明还提供了试验辅助组件，试验辅助组件包括有设置在试验间隙8中的土体沉降计22、设置到喷淋头14底部的土压计23以及设置于温控压力室上的气压表24。土体沉降计22用于对土样沉降进行参数测量。土压计23用于检测土样受压时反馈的反作用力数值。气压表24用于对气压室内部气压进行检测。

在对垃圾土土样进行试验过程中，温控压力室内部气压会出现压力下降的问题(产生该问题的因素包括设备气密性、气体进入到土样缝隙内等)，为了保证试验结果的可靠性，本发明还提供了围压补偿系统用于对温控压力室内部气压进行微调。围压补偿系统包括有补气瓶25，于补气瓶25的底部连接有体积控制器26、通过体积控制器26控制补气瓶25内部气压，于补气瓶25的顶部设置有补气管路，补气管路的一端与补气瓶25连接，补气管路的另一端插入到温控压力室内。

具体地，于气体输出管20上设置有气体质量流量控制器。

在本发明的一个实施方式中，供气设备包括有供气设备主机以及与供气设备主机连接的缓冲装置27，气体加热器10设置于缓冲装置27内，缓冲装置27与气泵11连接。通过缓冲装置27向温控压力室充气，其具有如下两个优点：能够在缓冲装置27内对气体进行理化处理，例如改变其温度、湿度等；可以对冲入到温控压力室内的气体进行流量控制。

在本发明的一个实施方式中，缓冲装置27为储气橡胶囊。当然，本发明还可以将缓冲装置27设计为不锈钢储气罐。

具体地，渗透液收集装置12为有机玻璃瓶；气体收集装置19为有机玻璃瓶。

本发明还提供了一个能够对垃圾土试样进行电阻率测试的系统，电阻率测试系统包括有电压表28、电源29以及电子补偿仪30，电源29与电子补偿仪30串联形成供电组件，供电组件的正负极两端分别通过喷淋头14以及过滤底座6插入到试验间隙8内，电压表28设置于温控压力室外，电压表28设置有两根测试导线，测试导线穿过温控压力室插入到试验间隙8内。

本发明的使用方法如下：首先，设备之间以及设备与外接管口之间的密封性；确定气密性良好之后，将制作好的土样装进试验间隙8内，土样内设置SSG土体沉降计22，控制土样密度为1.22g/cm3；装样完成后，打开气体加热器10对供气设备提供的气体进行加热至30℃，利用气泵11加压到100MPa，之后将空气输送进封闭的温控压力室内；检查土压力计，无线温度传感器，荷重传感器，打开动态伺服电机作动器，数据采集系统和数字控制系统，根据试验要求进行轴向加载，并通过SSG型土体沉降计22测得土体沉降；轴向加载系统启动后，开启渗透液循环系统和短程硝化—厌氧氨氧化除氨氮装置，通过BOD分析仪16、COD测定仪和PH计18对得到的渗滤液进行BOD，COD以及PH值等参数的测定；利用喷淋头14模拟降雨以及渗滤液回灌，淋溶强度用可控式流量计控制在0.1～10mL/s。开启气体分析系统，利用饱和氯化钠溶液收集气体，利用气压表24和red-y smart气体质量流量控制器监测试样在外部应力场、温度场以及模拟降雨环境下因生化反应产生的填埋气压力和流量的变化，利用GEM2000plus垃圾填埋场气体分析仪21对气体的成份进行动态跟踪分析；开启电阻率测试系统，利用DDC-8电子自动补偿仪测量回路中的电流大小及电极间电位差得出土体的含水率和孔隙率。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (8)

1.一种多功能垃圾土降解压缩设备，其特征在于，包括：

轴向加压系统，所述轴向加压系统包括有安装平台(1)、竖直设置于所述安装平台上的荷载架(2)、设置于所述荷载架上的安装横梁(3)、设置于所述安装横梁上的电机伺服作动器(4)、设置于所述电机伺服作动器上的荷载杆(5)、设置于所述荷载杆上用于进行压力测量的荷载传感器，由所述安装平台、所述荷载架以及所述安装横梁构成外部支撑，于所述外部支撑内设置有试验装载装置，所述试验装载装置包括有过滤底座(6)以及加载活塞(7)，所述加载活塞与所述过滤底座间隔设置、并形成有用于装载试验土样的试验间隙(8)，所述加载活塞设置于所述过滤底座的上侧、并位于所述安装横梁的下侧，所述加载活塞通过所述荷载传感器与所述荷载杆连接，通过所述荷载杆可驱动所述加载活塞朝向所述过滤底座方向移动，所述过滤底座设置在所述安装平台上，与所述电机伺服作动器连接有动态控制主机(9)，所述动态控制主机与所述电机伺服作动器信号连接，所述荷载传感器通过数控系统与所述动态控制主机信号连接；

围压模拟系统，所述围压模拟系统包括有温控压力室以及依次连接的供气设备、气体加热器(10)、气泵(11)，所述温控压力室设置于所述外部支撑内、并套设于所述试验装载装置外，所述气泵通过通气管路与所述温控压力室连通；

渗透液循环系统，所述渗透液循环系统包括有渗透液收集装置(12)、与所述渗透液收集装置连接的循环泵(13)、通过回流管与所述循环泵连接的喷淋头(14)，于所述回流管上设置有可控流量计(15)，所述喷淋头设置于所述加载活塞的下侧面上，于所述过滤底座上设置有渗透液输出管，所述渗透液输出管与所述渗透液收集装置连通，于所述渗透液收集装置上设置有BOD分析仪(16)、COD分析仪(17)以及PH计(18)；

气体分析系统，所述气体分析系统包括有气体收集装置(19)以及气体输出管(20)，所述气体输出管的一端穿过所述加载活塞插入到所述试验间隙内，所述气体输出管的另一端与所述气体收集装置连接，于所述气体收集装置上设置有气体分析仪(21)。

2.根据权利要求1所述的多功能垃圾土降解压缩设备，其特征在于，

还包括有试验辅助组件，所述试验辅助组件包括有设置在试验间隙中的土体沉降计(22)、设置到喷淋头底部的土压计(23)以及设置于所述温控压力室上的气压表(24)。

3.根据权利要求1所述的多功能垃圾土降解压缩设备，其特征在于，

还包括有围压补偿系统，所述围压补偿系统包括有补气瓶(25)，于所述补气瓶的底部连接有体积控制器(26)、通过所述体积控制器控制所述补气瓶内部气压，于所述补气瓶的顶部设置有补气管路，所述补气管路的一端与所述补气瓶连接，所述补气管路的另一端插入到所述温控压力室内。

4.根据权利要求1所述的多功能垃圾土降解压缩设备，其特征在于，

于所述气体输出管上设置有气体质量流量控制器。

5.根据权利要求1所述的多功能垃圾土降解压缩设备，其特征在于，

所述供气设备包括有供气设备主机以及与所述供气设备主机连接的缓冲装置(27)，所述气体加热器设置于所述缓冲装置内，所述缓冲装置与所述气泵连接。

6.根据权利要求5所述的多功能垃圾土降解压缩设备，其特征在于，

所述缓冲装置为储气橡胶囊。

7.根据权利要求1至6任一项所述的多功能垃圾土降解压缩设备，其特征在于，

所述渗透液收集装置为有机玻璃瓶；

所述气体收集装置为有机玻璃瓶。

8.根据权利要求7所述的多功能垃圾土降解压缩设备，其特征在于，

还包括有电阻率测试系统，所述电阻率测试系统包括有电压表(28)、电源(29)以及电子补偿仪(30)，所述电源与所述电子补偿仪串联形成供电组件，所述供电组件的正负极两端分别通过所述喷淋头以及所述过滤底座插入到所述试验间隙内，所述电压表设置于所述温控压力室外，所述电压表设置有两根测试导线，所述测试导线穿过所述温控压力室插入到所述试验间隙内。