CN210119478U - 一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置 - Google Patents
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Abstract
一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置，属于环境岩土工程技术领域，所述的顶室、反应室、底室分别经连接法兰相连，通过橡胶垫片与紧固螺栓固定连接，所述反应室底部设有带孔板；所述顶室与气泵经连通管道连接，所述底室与甲烷瓶和二氧化碳瓶经连接通道连通，所述反应室的后侧壁上设有测温口、左侧壁上设有气压检测口、右侧壁上设有气体取样口。实现对填埋场覆盖层材料的气体减排功能进行模拟，从而对填埋场覆盖层的设计以及材料的选择进行指导。
Description
技术领域
本实用新型是属于环境岩土工程技术领域，具体涉及一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置。
背景技术
甲烷是全球排放量第二大的温室气体，而垃圾场内会产生大量的甲烷气体，甲烷气体排放量占全球温室气体总排放量4%，并呈现逐年上升的趋势，而我国中小型填埋场并未设置气体收集装置，若其内部的甲烷随意排放到大气中，将会加速温室效应，而甲烷含量过高也会引起爆炸。越来越多的学者对中小型垃圾填埋场的甲烷减排方法进行了研究， 认为生物覆盖屏障系统即黏土层中添加含有甲烷氧化菌的物质将具有良好的甲烷减排效果。
生物覆盖屏障系统研究过程中进行现场试验边界条件很难控制，无法保持变量的统一性，无法研究出单一变量对于覆盖层甲烷运移及氧化的影响，同时无法监测覆盖层内的温度，而利用该土柱装置可以得到覆盖层内部的气体渗透系数以及各层高度的甲烷浓度，可以对不同覆盖材料对甲烷气体的氧化情况进行研究，同时可对反应过程中的温度进行监测，并可以控制单一的变量，从而可以研究某一单一变量对覆盖层内部各高度处氧化速率的影响。
发明内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种模拟垃圾填埋场覆盖层现场环境的土柱装置，该装置顶室、反应室、底室经连接法兰连接，顶室连通气泵，底室连通甲烷瓶与二氧化碳瓶，并在反应室侧壁上设置检测口，实现对填埋场覆盖层材料的气体减排功能进行模拟，从而对填埋场覆盖层的设计以及材料的选择进行指导。
本实用新型采用的技术方案如下：
一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置，所述装置包括顶室、反应室、底室、底座、测温口、气压检测口、连接法兰、橡胶垫片、紧固螺栓、转子流量控制器、气泵、甲烷瓶、二氧化碳瓶、连接通道、气体取样口、调压阀，所述顶室、反应室、底室分别经连接法兰相连，通过橡胶垫片与紧固螺栓固定连接；所述反应室底部设有带孔板；所述顶室与气泵经连通管道连接，该连通管道上设有转子流量控制器、调压阀；所述底室与甲烷瓶和二氧化碳瓶经连接通道连通，该连接通道上设有转子流量控制器；所述反应室的后侧壁上设有测温口、左侧壁上设有气压检测口、右侧壁上设有气体取样口。
所述的一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置，所述甲烷瓶和二氧化碳瓶共同与底室连通，所述甲烷瓶和二氧化碳瓶出口连接通道上分别设有转子流量控制器。
所述的一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置，所述测温口、气压检测口、气体取样口，分别与温度计、气压计、气相色谱仪相连。
所述的一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置，所述反应室为直径为20cm，高70cm的圆柱，顶室以及底室为高度为10cm、直径为20cm的圆柱。
所述的一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置，所述测温口、气压检测口、气体取样口分别同向垂直分布，分别位于反应室高度的20cm、40cm、60cm处。
所述的一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置，所述装置底部设有底座，述底座高度为10cm。
所述的一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置，所述装置顶室中设有降雨淋喷装置。
本实用新型的优点与效果：
本实用新型通过供气系统模拟垃圾堆体所产生的气体，利用土样反应系统模拟气体在垃圾填埋场覆盖层内的反应，利用检测系统对试验过程中的温度、气压以及气体浓度的变化进行检测，利用此模拟装置，可以对填埋场覆盖层材料的气体减排功能进行模拟，从而对填埋场覆盖层的设计以及材料的选择进行指导。
本实用新型可以根据实际填埋场内覆盖层的压实度及孔隙度对试验材料进行填筑，并可以模拟现场真实环境，因此可以更好的反映出覆盖层内的结构特性对于甲烷运移以及甲烷氧化的影响。
附图说明
图1为本试验装置的立面图；
图2为顶室及反应室连接处示意图；
图3为反应室及底室连接处示意图；
图4为反应系统剖面图。
图中，1为顶室、2为反应室、3为底室、4为底座、5为测温口、6为气压检测口、7为连接法兰、8为橡胶垫片、9为紧固螺栓、10为转子流量控制器、11为气泵、12为甲烷瓶、13为二氧化碳瓶、14为连接通道、15为气体取样口、16为调压阀。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置，由顶室1、反应室2、底室3、底座4、测温口5、气压检测口6、连接法兰7、橡胶垫片8、紧固螺栓9、转子流量控制器10、气泵11、甲烷瓶12、二氧化碳瓶13、连接通道14、气体取样口15、调压阀16，顶室1与气泵11相连通，并在连通管道上设置型转子流量控制器10、调压阀16；其中，转子流量控制器型号为 LZB-3WB型转子流量控制器，气泵型号为ACO-9720型气泵，调压阀型号为AR2000型调压阀。
顶室1、反应室2、底室3分别经连接法兰7相连，通过橡胶垫片8与紧固螺栓9相连；其中反应室下端为具有孔洞的有机玻璃板，其孔径为0.5cm，以防止填埋物下落。
甲烷瓶12、二氧化碳瓶13共同与底室3通过连接通道14连通，并在连接通道14设转子流量控制器10；
反应室2的后部设置有测温口5、左侧设置气压检测口6、右侧设置气体取样口15，其高度位于反应室20cm、40cm、60cm处。
一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置，由供气系统、土样反应系统以及检测系统组成；供气系统包括气泵11、二氧化碳气瓶12、甲烷气瓶13、转子流量控制器10和调压阀16，气泵11通过转子流量控制器10和调压阀16后与顶室1相连，二氧化碳气瓶12以及甲烷气瓶13通过连接通道14与底室3相连。通过底室3将甲烷与二氧化碳气体通入反应室2；
土样反应系统为整套装置的核心装置，包括顶室、反应室以及底室，其中顶室1、反应室2以及底室3通过连接法兰7橡胶垫片8紧固螺栓9相连。土样填筑入反应室2，由底室3通入的甲烷及二氧化碳以及顶室1所通入的空气模拟填埋场现场的气体流动情况，其中通入反应系统内气体的流速以及各层顶室1以及底室3的气压由转子流量控制器和调压阀10控制；
检测系统包括测温口5、气压检测口6以及气体取样口15，分别与温度计、气压计与气相色谱仪相连接使用。气压检测口6也可与电子气压计相连。
整体装置通过底座4固定。
供气系统可以通过控制气压及流量模拟填埋体所产生填埋气的实际情况。
反应室2为直径为20cm，高70cm的圆柱，并在两侧以及后部在高度为20cm、40cm、60cm处设置检测口；顶室1以及底室3为高度为10cm、直径为20cm的圆柱，在底室下方设置有10cm高度的底座4。
检测系统确定土柱内不同高度处的气压变化，检测在反应进行时温度的变化情况，通过气体取样口15取出气体，并将气体送入气相色谱仪中，可以进行气体浓度的检测，从而确定不同材料在不同高度处的甲烷气体氧化速率以及二氧化碳生成速率。
一种模拟填埋场现场试验方法，步骤包括：
（1）打开顶室与反应室之间的螺栓，将制备好的材料装入反应室，拧紧螺栓；
（2）打开气瓶，控制气泵中的调压阀以及气泵及气瓶中的转子流量控制器，气体分别通入顶室与底室；
（3）测温口与电子温度计相连接，气压检测口与气压计相连接，从气体取样口中抽出气体，利用气相色谱仪检测甲烷气体浓度；
（4）反应稳定后，关闭气瓶与气泵，打开反应室与底室之间的螺栓，取出试验材料，试验结束。
甲烷与二氧化碳从底室进入反应室，空气从顶室进入反应室，由于气体在土中的渗透作用及扩散作用，空气将自上而下通入材料内，甲烷与二氧化碳将会自下而上通入材料内。由于材料内存在多种形式的甲烷氧化菌，从而可在空气中氧气的作用下达到甲烷减排的效果。
在步骤（1）中，可在顶室中添加降雨淋喷装置，以模拟填埋场现场降雨环境对覆盖层甲烷减排的影响。
在步骤（2）中，在根据对于现场情况的模拟，调压阀内的大气压可设置为一个大气压。
在步骤（1）中，可以填筑堆肥、陈腐垃圾、填埋场覆盖土材料以及纯黏土等材料。
在步骤（3）中，在求出不同高度处的气体压力后，通过计算其压力梯度求得土的渗透系数。
在步骤（3）中，若将甲烷气体改为氧气瓶及不发生氧化反应的气瓶，利用气相色谱仪可以求出土样的扩散系数。
在步骤（3）中，利用气相色谱仪得出不同反应时间内甲烷与二氧化碳的浓度，可以得出不同材料及不同时间内甲烷的氧化反应方程式。
实施例1
考虑不同含水率覆盖层材料对填埋场甲烷氧化能力影响的模拟试验，步骤包括：
（1）打开气泵11，通过气压检测口6检测不同高度处的气压，以检查装置的气密性；
（2）将按照试验方案所制成的不同含水率的覆盖层材料填筑入反应室2内，同时拧紧顶室1与反应室2间的螺栓9；
（3）打开甲烷气瓶12、二氧化碳气瓶13及气泵11，根据试验方案设计控制气体流速及气压；
（4）通过气压检测口6确定反应进行过程中土柱内的压力，求出压力梯度；
（5）通过测温口5检测在反应进行的过程中，土柱不同高度处的温度；
（6）通过气体取样口15从不同高度处取出气体，并送入气相色谱仪中进行甲烷气体含量的检测，以确定不同含水率材料的甲烷氧化能力；
（7）土柱内气体浓度稳定，视为反应结束，关闭气瓶与气泵，打开反应室2与底室3相连接的螺栓9，取出土样，试验结束。
步骤（2）所述的填筑材料的含水率为10%与20%，其材料填筑的高度为60cm。
步骤（3）所述气泵11内所提供空气的流量为100ml/min,气压为一个大气压，甲烷及二氧化碳的流量为7.5ml/min。
实施例2
考虑不同覆盖层材料对填埋场甲烷氧化能力影响的模拟试验，步骤包括：
（1）打开气泵11，通过气压检测口6检测不同高度处的气压，以检查装置的气密性；
（2）将按照试验方案所制成不同覆盖层材料填筑入反应室2内，同时拧紧顶室1与反应室2之间的螺栓9；
（3）打开甲烷气瓶12、二氧化碳气瓶13及气泵11，根据试验方案设计控制气体流速及气压；
（4）通过气压检测口6确定反应进行过程中土柱内的压力，求出压力梯度；
（5）通过测温口5检测在反应进行的过程中，土柱不同高度处的温度；
（6）通过气体取样口15从不同高度处取出气体，并送入气相色谱仪中进行甲烷气体含量的检测，以确定不同含水率材料的甲烷氧化能力；
（7）土柱内气体浓度稳定，视为反应结束，关闭气瓶与气泵，打开反应室2与底室3相连接的螺栓9，取出土样，试验结束。
步骤（2）所述的填筑材料分别为黏土内掺入质量为3%的堆肥所形成的混合物以及黏土内掺入质量为3%的陈腐垃圾所形成的混合物，其材料填筑的高度为60cm。
步骤（3）所述气泵11内所提供空气的流量为100ml/min,气压为一个大气压，甲烷及二氧化碳的流量为7.5ml/min。
实施例3
考虑不同孔隙率材料对填埋场甲烷氧化能力影响的模拟试验，步骤包括：
（1）打开气泵11，通过气压检测口6检测不同高度处的气压，以检查装置的气密性；
（2）将按照试验方案所制成不同孔隙率覆盖层材料填筑入反应室内，同时拧紧顶室1与反应室2之间的螺栓9；
（3）打开甲烷气瓶12、二氧化碳气瓶13及气泵11，根据试验方案设计控制气体流速及气压；
（4）通过气压检测口6确定反应进行过程中土柱内的压力，求出压力梯度；
（5）通过测温口5检测在反应进行的过程中，土柱不同高度处的温度；
（6）通过气体取样口15从不同高度处取出气体，并送入气相色谱仪中进行甲烷气体含量的检测，以确定不同含水率材料的甲烷氧化能力；
（7）待土柱内气体浓度稳定后，视为反应结束，关闭气瓶与气泵，打开反应室2与底室3相连接的螺栓9，取出土样，试验结束。
步骤（2）所述的填筑材料分别为孔隙率为0.29与0.45，其材料填筑的高度为60cm。
步骤（3）所述气泵11内所提供空气的流量为100ml/min,气压为一个大气压，甲烷及二氧化碳的流量为7.5ml/min。
Claims (7)
1.一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置，其特征在于：所述装置包括顶室（1）、反应室（2）、底室（3）、底座（4）、测温口（5）、气压检测口（6）、连接法兰（7）、橡胶垫片（8）、紧固螺栓（9）、转子流量控制器（10）、气泵（11）、甲烷瓶（12）、二氧化碳瓶（13）、连接通道（14）、气体取样口（15）、调压阀（16），所述顶室（1）、反应室（2）、底室（3）分别经连接法兰（7）相连，通过橡胶垫片（8）与紧固螺栓（9）固定连接，所述反应室（2）底部设有带孔板；所述顶室（1）与气泵（11）经连接通道（14）连接，该连接通道（14）上设有转子流量控制器（10）、调压阀（16）；所述底室（3）与甲烷瓶（12）和二氧化碳瓶（13）经连接通道（14）连通，该连接通道（14）上设有转子流量控制器（10）；所述反应室（2）的后侧壁上设有测温口（5）、左侧壁上设有气压检测口（6）、右侧壁上设有气体取样口（15）。
2.根据权利要求1所述的一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置，其特征在于：所述甲烷瓶（12）和二氧化碳瓶（13）共同与底室（3）连通，所述甲烷瓶（12）和二氧化碳瓶（13）出口连接通道（14）上分别设有转子流量控制器（10）。
3.根据权利要求1所述的一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置，其特征在于：所述反应室（2）为直径为20cm，高70cm的圆柱，顶室（1）以及底室（3）为高度为10cm、直径为20cm的圆柱。
4.根据权利要求1所述的一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置，其特征在于：所述测温口（5）、气压检测口（6）、气体取样口（15）分别同向垂直分布，分别位于反应室（2）高度的20cm、40cm、60cm处。
5.根据权利要求1所述的一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置，其特征在于：所述测温口（5）、气压检测口（6）、气体取样口（15），分别与温度计、气压计、气相色谱仪相连。
6.根据权利要求1所述的一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置，其特征在于：所述装置底部设有底座（4），所述底座（4）高度为10cm。
7.根据权利要求1所述的一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置，其特征在于：所述装置顶室（1）中设有降雨淋喷装置。
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110057957A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-07-26 | 吉林建筑科技学院 | 一种模拟垃圾填埋场现场环境的试验装置 |
| CN111420962A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-07-17 | 河海大学 | 一种实验室垃圾填埋模拟实验装置 |
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- 2019-05-13 CN CN201920674986.9U patent/CN210119478U/zh not_active Expired - Fee Related
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