CN1731178A - 城市生活垃圾降解－压缩试验仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了城市生活垃圾降解一压缩试验仪。将内装有密封的垃圾试样室的热水水浴温度控制装置装在杠杆式轴向加压装置的加压平台上，在杠杆式轴向加压装置顶部的球形加压头压在密封的垃圾试样室的“凹”形承压头上，杠杆式轴向加压装置的加压平台上还装有蜗轮式渗滤液循环装置，其储液室排液阀与密封的垃圾试样室的加压盖面板的渗滤液回罐阀相连、储液室进液阀与水箱的水箱排液阀相连。它能模拟卫生填埋场中垃圾的应力状态和生化降解环境；具有的温度控制、渗滤液循环及酸碱中和液添加功能可提高垃圾试样的降解速率；能测定垃圾的压缩量、产气量、产气速率，通过对气体和液体样品的分析，可以测定气体的组分、液体的BOD、COD及pH值。

Description

城市生活垃圾降解-压缩试验仪

技术领域

本发明涉及一种城市生活垃圾降解-压缩试验仪。

背景技术

城市生活垃圾的压缩性是卫生填埋场容量设计和稳定分析的基本参数，垃圾降解产生的气体和液体产量、产率及成分，是垃圾资源化设计的重要参数。

现代化卫生填埋场垃圾堆填高度很大，可达上百米，垃圾在上覆压力作用下发生沉降。垃圾中含有大量的有机质，在生物化学作用下发生分解，使得固体组分减小，产生气体和液体，引起垃圾的变形并对填埋场的安全稳定产生影响。

目前，国内外的环境工作者和岩土工作者分别从不同的角度研究卫生填埋场。岩土工作者侧重研究垃圾的压缩性，采用传统的土工试验用的固结压缩试验仪进行垃圾的压缩性试验，而该仪器只能反映应力作用下土的变形特性，不能反映垃圾的降解作用引起的变形特性。而环境工作者侧重研究垃圾降解的产气和产液规律及流体的迁移特征，没有研究垃圾的骨架变形对产气和产液规律及流体迁移特征的影响，实际上，降解和压缩的相互作用非常重要。

影响垃圾降解速率的影响因素很多，在通常情况下，垃圾降解完成要十几年、甚至更长的时间，进行垃圾的降解压缩试验必须采用能加速垃圾降解的方法。目前，国内外还没有研制出同时具备加速降解功能和压缩功能的专用垃圾试验仪。

发明内容

本发明的目的在于提供能模拟卫生填埋场中垃圾的应力状态(一维)和提高垃圾降解速率的一种城市生活垃圾降解-压缩试验仪。

本发明采用的技术方案是：包括杠杆式轴向加压装置，蜗轮式渗滤液循环装置，热水水浴温度控制装置及密封的垃圾试样室。将内装有密封的垃圾试样室的热水水浴温度控制装置装在杠杆式轴向加压装置的加压平台上，密封的垃圾试样室的试样筒部分露出热水水浴温度控制装置的上端面，在杠杆式轴向加压装置顶部的球形加压头压在密封的垃圾试样室的“凹”形承压头上，杠杆式轴向加压装置的加压平台上还装有蜗轮式渗滤液循环装置，其储液室排液阀与密封的垃圾试验室的加压盖面板渗滤液回罐阀相连、储液室进液阀与水箱的水箱排液阀相连。

采用杠杆式加压装置，给试样室中的垃圾试样进行侧限加压。先添加平衡砝码，使加压杠杆维持水平状态，然后添加加压砝码，给垃圾试样施加试验所需要的轴向压力，压力值通过内置压力传感器和轴向压力传感器测定。试样在压力作用下产生变形，调整蜗轮升降装置，使得杠杆处于水平状态，垃圾试样的压缩变形量可以通过安装在加压盖面板上的位移传感器来测定。

给垃圾试样提供一个厌氧降解的环境，采用热水水浴温度控制装置将垃圾试样的温度调节到最有利于垃圾降解的温度，采用蜗轮式渗滤液循环装置实现了渗滤液的回灌、营养物质和酸碱中和液的添加。

本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：它能模拟卫生填埋场中垃圾的应力状态(一维)和生化降解环境。本发明具有的温度控制、渗滤液循环及酸碱中和液添加功能可提高垃圾试样的降解速率。本发明能测定垃圾的压缩量、产气量、产气速率，通过对气体和液体样品的分析，可以测定气体的组分、液体的BOD、COD及pH值。本发明具有的温度控制、渗滤液循环及酸碱中和液添加功能可提高垃圾试样的降解速率。

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图；

图2是本发明的杠杆式轴向加压装置结构原理示意图；

图3是本发明的球形加压头结构图；

图4是本发明的蜗轮式渗滤液循环装置结构原理示意图；

图5是本发明的热水水浴温度控制装置结构原理示意图；

图6是本发明的密封的垃圾试样室结构原理示意图；

图7是试样室的加压盖结构示意图；

图8是本发明的渗滤液过滤板结构示意图。

图中：1.杠杆式轴向加压装置，2.蜗轮式渗滤液循环装置，3.热水水浴温度控制装置，4.密封的垃圾试样室，1-1.平衡砝码，1-2.加压杠杆、1-3.蜗轮升降装置，1-4.加压拉杆，1-5.轴向压力传感器，1-6.上加压横梁，1-7.下加压横梁，1-8.球形加压头，1-9.加压平台，1-10.水准仪，1-11.加压砝码，2-1.紧固拉杆，2-2.储液室排液阀，2-3.储液室进液阀，2-4.端盖，2-5.蜗杆，2-6.蜗轮，2-7.储液筒密封垫圈，2-8.活塞密封圈，2-9.活塞，2-10.储液筒，2-11.储液室，3-1.热水循环泵，3-2.水箱排液阀，3-3.水箱，3-4.加热管，3-5.盖板，3-6水温温度传感器，4-1.试样室排液阀，4-2.渗滤液过滤板，4-3.土工布，4-4.试样筒，4-5.试样室，4-6.加压盖，4-7.加压盖密封圈，4-8.加压盖面板密封垫圈，4-9.加压盖面板，4-10.加压盖面板紧固螺丝，4-11.渗滤液回灌阀，4-12.内置压力传感器信号线，4-13.“凹”形承压头，4-14.环形分液槽，4-15.信号线通道孔，4-16.内置压力传感器，4-17.分液孔，4-18.集气阀，4-19.气压测量阀，4-20.位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，包括杠杆式轴向加压装置1，蜗轮式渗滤液循环装置2，热水水浴温度控制装置3及密封的垃圾试样室4。将内装有密封的垃圾试样室4的热水水浴温度控制装置3装在杠杆式轴向加压装置1的加压平台1-9上，密封的垃圾试样室4的试样筒4-4部分露出热水水浴温度控制装置3的上端面，在杠杆式轴向加压装置1顶部的球形加压头1-8压在密封的垃圾试样室4的“凹”形承压头4-13上，杠杆式轴向加压装置1的加压平台1-9上还装有蜗轮式渗滤液循环装置2，其储液室排液阀2-2与密封的垃圾试验室4的加压盖面板渗滤液回罐阀4-11相连、储液室进液阀2-3与水箱3-3的水箱排液阀3-2相连。

如图2、图3所示，所述的杠杆式轴向加压装置1：包括在加压平台1-9下端面装有蜗轮蜗杆升降装置1-3，蜗杆的下端与加压杠杆1-2活动连接，下加压横梁1-7穿过加压杠杆1-2并与加压杠杆1-2活动连接。加压平台1-9两侧装有加压拉杆1-4，加压拉杆1-4两段分别与上加压横梁1-6与下加压横梁1-7连接。在上加压横梁1-6装有带球形加压头1-8的轴向压力传感器1-5。

如图4所示，所述的蜗轮式渗滤液循环装置2：包括在储液筒2-10内装有活塞2-9，活塞杆一端的蜗杆2-5与蜗轮2-6啮合，无杆腔的端盖2-4上装有储液室排液阀2-2和储液室进液阀2-3。

如图5所示，所述的热水水浴温度控制装置3：包括在水箱3-3的盖板3-5上分别装有加热管3-4、水温温度传感器3-6，在水箱3-3外装有热水循环泵3-1和水箱排液阀3-2，在盖板3-5中心开有与试样筒4-4相配合的孔。其中，水箱3-3由双层不锈钢材质制成，中间填塞有保温材料。

如图6、图7、图8所示，密封的垃圾试样室4：包括在试样筒4-4底端装有渗滤液过滤板4-2，在渗滤液过滤板4-2装有土工布4-3，在试样筒4-4上端装有加压盖4-6。加压盖4-6上开有环形分液槽4-14、信号线通道孔4-15和分液孔4-17，在加压盖4-6底端装有内置压力传感器4-16，在加压盖4-6侧壁装有加压盖密封圈4-7，在加压盖4-6上端装有加压盖面板4-9和“凹”形承压头4-13，在加压盖面板4-9上装有集气阀4-18、气压表阀4-19及2个加压盖渗滤液回灌阀4-11。其中，内置压力传感器信号线4-12在信号线通道孔4-15的出口端用环氧树脂密封，确保试样室的密封性。位移传感器4-20安装在固定在试样筒4-4外壁的支架上，位移传感器4-20底端置于加压盖面板4-9上表面。

试验装置的安装步骤是：

如图6所示，将渗滤液过滤板4-2的面板朝上放进试样筒4-4，试样筒4-4为耐腐蚀的不锈钢材料制成，其上放置土工布4-3。如图8所示，渗滤液过滤板4-2是由钻有小孔的钢板和钢管焊接而成，它与土工布4-3的作用是：一方面允许渗滤液通过，另一方面又能阻止垃圾试样中细小颗粒渗漏。在加压盖面板4-9与加压盖4-6之间安放加压盖面板密封垫圈4-8，用紧固螺丝4-10将它们固定在一起。将垃圾试样装入试样室4-5，盖上加压盖4-6，加压盖密封圈4-7保证了试样室4-5处于密封状态，给垃圾试样提供一个厌氧降解环境。

将装好垃圾试样的试样桶4-4放入水箱3-3，盖上水箱盖板3-5，安装好加热管3-4和水温温度传感器3-6，用耐热软管将试样桶渗滤液排放阀4-1与水箱渗滤液排放阀3-2内端相连，连接完成后，关闭水箱渗滤液排放阀3-2，开启试样室渗滤液排放阀4-1。

将装有试样桶4-4的水箱3-3放置到加压平台1-9，安装好加压拉杆1-4、上加压横梁1-6、轴向压力传感器1-5、球形加压头1-8，由于水箱3-3底板和加压平台1-9分别制作了固定试样筒4-4和水箱3-3位置的凹形槽(图中未标出)，保证了球形加压头1-8与“凹”形承压头4-13的对中，有利于加压盖4-6对垃圾试样施加轴向压力。

揭开水箱盖板3-5，给水箱3-3充水到所需的水位高度，盖上盖板3-5。用软管将水箱的渗滤液排放阀3-2与蜗轮式渗滤液循环装置的进液阀2-3相连，用软管将蜗轮式渗滤液循环装置的排液阀2-2与加压盖面板4-9上的渗滤液回灌阀4-11相连。

杠杆式加压装置1实现对试样加压的步骤是：在加压杠杆1-2上安放平衡砝码1-1，通过水准仪1-10确定加压杠杆1-2处于水平状态。添加加压砝码1-11，轴向压力传感器1-5和内置压力传感器4-16测定压力。信号线通道孔4-15是内置压力传感器信号线4-12的通道，在加压盖面板4-9处要用环氧树脂密封，保证试样室4-5的密封性能。由于加压盖密封圈4-6与试样筒4-4内壁之间的摩擦阻力，轴向压力传感器1-5压力读数要大于内置压力传感器4-16的压力读数，两者可以互相验证，确保当某一压力传感器发生故障时，可以读取数据。通过导线将轴向压力传感器1-5与内置压力传感器4-16与压力数字显示仪(外接)相连。蜗轮升降装置1-3的蜗杆的下端与加压杠杆1-2活动连接，下加压横梁1-7穿过加压杠杆1-2并与加压杠杆1-2活动连接，当试样在压力的作用下发生压缩后，加压杠杆1-2将偏离水平状态，此时要调整蜗轮升降装置1-3，使加压杠杆1-2处于水平位置，当试样变形稳定后，加压杠杆1-2的水平状态不再改变，此时的位移量即为该级压力下垃圾试样的最终变形量，位移量由安装在加压盖面板4-9上的位移传感器4-20测定。

热水水浴温控装置3实现试样温度调节的步骤是：将温度传感器3-6、加热管3-5和热水循环泵3-1与温度控制仪(外接)相连，将水箱的水温调节到所需的温度，热水循环泵3-1将水箱3-3底部的水抽到顶部，实现热水的循环，给试样筒4-4中的试样提供一个均匀热场。

蜗轮式渗滤液循环装置2实现渗滤液循环的步骤是：端盖2-4、储液筒2-10及活塞2-9由紧固拉杆2-1固定在一起，活塞密封圈2-8及储液筒密封垫圈2-7保证储液室2-11的密封性。开启水箱渗滤液排放阀3-2，开启储液室进液阀2-3，关闭储液室出液阀2-2，旋转蜗轮2-6，通过蜗杆2-5带动活塞2-9向后移动(图4表现为向左移动)，试样室4-5中的渗滤液在气压差和水头差的作用下进入到储液室2-11。关闭储液室2-11的进液阀2-3，开启储液室排液阀2-2，开启位于加压盖面板4-9上的渗滤液回灌阀4-11，反向旋转蜗轮2-6，通过蜗杆2-5带动活塞2-9向前移动(图4表现为向右移动)，将储液室2-11的液体推入到加压盖环形分液槽4-13，再通过分液孔4-17流入到试样室4-5，实现了渗滤液循环。

进行酸碱中和液或营养物质添加时，要关闭水箱排液阀3-2，用软管将盛有酸碱中和液或营养物质的器皿与储液筒进液阀2-3相连，其他步骤与上述渗滤液循环步骤相同。

进行渗滤液试样采集时，要关闭加压盖渗滤液回灌阀4-11，用软管将采用瓶与储液筒排液阀2-2相连，向前推动活塞2-11，渗滤液即被压入到采样瓶，收集到的渗滤液可作BOD、COD和pH值分析。

垃圾试样降解产气量的测量方法是：关闭加压盖渗滤液回灌阀4-11，关闭水箱排液阀3-2，打开集气阀4-18，用软管与湿式气体流量计(外接)相连，测定气体的产量，采用专用的真空气体收集袋收集气体样品，用于作气体成分分析。

试样室4-5的气压测量方法是：关闭集气阀4-18，关闭加压盖渗滤液回灌阀4-11，关闭水箱排液阀3-2，将气压测量阀4-19与气压表(外接)相连，开启气压测量阀4-19，从气压表上读出试样室的气压值。

本发明通过密封的垃圾试样室、热水水浴温度控制装置、蜗轮式渗滤液循环装置模拟垃圾的生化降解条件，通过杠杆式轴向加压装置实现垃圾试样的轴向恒载加压。本发明具有的温度控制、渗滤液循环及中和液添加功能可提高垃圾试样的降解速率。本发明可测定垃圾试样在不同生化降解条件和应力状态下的压缩量、产气量、产气速率，通过对气体和渗滤液样品的采集，可测定气体组成及含量、渗滤液BOD、COD及pH值，以上参数的测定为卫生填埋场的容量设计、稳定分析及资源化设计提供基本参数。

Claims (5)

1、城市生活垃圾降解—压缩试验仪，其特征在于：包括杠杆式轴向加压装置(1)，蜗轮式渗滤液循环装置(2)，热水水浴温度控制装置(3)及密封的垃圾试样室(4)；将内装有密封的垃圾试样室(4)的热水水浴温度控制装置(3)装在杠杆式轴向加压装置(1)的加压平台(1-9)上，密封的垃圾试样室(4)的试样筒(4-4)部分露出热水水浴温度控制装置(3)的上端面，在杠杆式轴向加压装置(1)顶部的球形加压头(1-8)压在密封的垃圾试样室(4)的“凹”形承压头(4-13)上，杠杆式轴向加压装置(1)的加压平台(1-9)上还装有蜗轮式渗滤液循环装置(2)，其储液室排液阀(2-2)与密封的垃圾试验室(4)的加压盖面板渗滤液回罐阀(4-11)相连、储液室进液阀(2-3)与水箱(3-3)的水箱排液阀(3-2)相连。

2、根据权利要求1所述的城市生活垃圾降解—压缩试验仪，其特征在于：所述的杠杆式轴向加压装置(1)：包括在加压平台(1-9)下端面装有蜗轮蜗杆升降装置(1-3)，蜗杆的下端与加压杠杆(1-2)活动连接，下加压横梁(1-7)穿过加压杠杆(1-2)并与加压杠杆(1-2)活动连接，加压平台(1-9)两侧装有加压拉杆(1-4)，加压拉杆(1-4)两端分别与上加压横梁(1-6)与下加压横梁(1-7)连接，在上加压横梁(1-6)装有带轴向压力传感器(1-5)的球形加压头(1-8)。

3、根据权利要求1所述的城市生活垃圾降解—压缩试验仪，其特征在于所述的蜗轮式渗滤液循环装置(2)：包括在储液筒(2-10)内装有活塞(2-9)，活塞杆一端的蜗杆(2-5)与蜗轮(2-6)啮合，无杆腔的端盖(2-4)上装有储液室排液阀(2-2)和储液室进液阀(2-3)。

4、根据权利要求1所述的城市生活垃圾降解—压缩试验仪，其特征在于所述的热水水浴温度控制装置(3)：包括在水箱(3-3)的盖板(3-5)上分别装有加热管(3-4)、水温温度传感器(3-6)，在水箱(3-3)外装有热水循环泵(3-1)和水箱排液阀(3-2)，在盖板(3-5)中心开有与试样筒(4-4)相配合的孔。

5、根据权利要求1所述的城市生活垃圾降解—压缩试验仪，其特征在于密封的垃圾试样室(4)：包括在试样筒(4-4)底端装有渗滤液过滤板(4-2)，在渗滤液过滤板(4-2)装有土工布(4-3)，在试样筒(4-4)上端装有加压盖(4-6)，加压盖(4-6)上开有环形分液槽(4-14)、信号线通道孔(4-15)和分液孔(4-17)，在加压盖(4-6)底端装有内置压力传感器(4-16)，在加压盖(4-6)侧壁装有加压盖密封圈(4-7)，在加压盖(4-6)上端装有加压盖面板(4-9)和“凹”形承压头(4-13)，在加压盖面板(4-9)上装有集气阀(4-18)、气压表阀(4-19)及2个加压盖渗滤液回灌阀(4-11)，加压盖面板(4-9)上装有位移传感器(4-20)。

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