CN212236724U

CN212236724U - 一种甲烷氧化装置

Info

Publication number: CN212236724U
Application number: CN202021771727.7U
Authority: CN
Inventors: 倪哲; 郭智; 齐长青; 甄胜利; 罗彬�; 张道利
Original assignee: Beijing Geoenviron Engineering and Technology Inc
Current assignee: Beijing Geoenviron Engineering and Technology Inc
Priority date: 2020-08-21
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2020-12-29
Anticipated expiration: 2030-08-21

Abstract

本实用新型公开了一种甲烷氧化装置，属于生活垃圾填埋温室气体减排技术领域，甲烷氧化装置包括：壳体；壳体的底部与垃圾堆体中的导气竖井相连，壳体通过多层筛孔板分成上下连通的多个腔体且最下层腔体与导气竖井相连通；最下层腔体内填充有碎石填料层，剩余腔体内填充有甲烷氧化填料层。本实用新型克服了传统甲烷氧化层水平铺塑工艺由于场地不均匀沉降所带来的断裂和气体“短路”问题，便于对处理效果进行检测和评估，有助于确保甲烷减排效果的有效性、安全性和长期性。

Description

一种甲烷氧化装置

技术领域

本实用新型涉及生活垃圾填埋温室气体减排技术领域，具体涉及一种甲烷氧化装置。

背景技术

生活垃圾填埋过程中无序逸散的甲烷被认为是人类活动温室气体重要的排放源，其释放贯穿了生活填埋场整个运营及后期维护阶段。通常，需要在填埋场中设置主动抽排井和气体处理系统，对产生的填埋气(含甲烷)进行收集、处理或利用，从而降低环境和安全风险。填埋场气体收集过程主要依靠于运行人员的实操经验，同时由于各地区生活垃圾差异性较大，导致一般情况下填埋气实际收集效率非常低，这一现象在我国尤为明显(收集效率<40％)。特别是处于封场中、后期的填埋场，所产生的填埋气中甲烷浓度低于自持燃烧阈值，因此需要通过外加能源对填埋气进行热处理，这极大的增加了填埋场运行维护的经济负担。

在上述背景下，甲烷氧化层技术的提出为生活垃圾填埋场温室气体排放控制提供了新的思路。作为一种新兴技术，其对于甲烷气体排放的削减效果已在实验室和场地试验中得到充分证实：通过在填埋堆体表面水平布设甲烷氧化材料(层)，无序逸散的甲烷气体从堆体中释放后，被覆盖材料中的甲烷氧化微生物所捕集和代谢，最终转化成对对环境无害的二氧化碳和水，从而有效的控制甲烷的释放。

上述在填埋堆体表面水平布设甲烷氧化材料的方式虽然在场地试验中运用广泛，但其存在如下不足之处：

1、现有规范普遍要求采用HDPE膜和黏土作为填埋堆体封场的上覆盖层，导致在实际工程中很难在现有标准的基础上增加甲烷氧化层结构单元；

2、现有平铺的方式忽略了垃圾堆体中导气竖井对于填埋气的高效收集和导排作用；

3、垃圾堆体在稳定化过程中会产生不均匀沉降，导致水平布设的甲烷氧化材料层产生断裂，从而形成气体“短路”现象，使得整个氧化系统效果崩溃；

4、现有甲烷氧化技术系统的设计和实践缺少装置的支撑，导致其实际处理效果难以控制和评估。

总而言之，现有技术和装备的缺失在一定程度上限制了甲烷氧化技术的工程应用。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述不足，本实用新型提供一种甲烷氧化装置。

本实用新型公开了一种甲烷氧化装置，包括：壳体；

所述壳体的底部与垃圾堆体中的导气竖井相连，所述壳体通过多层筛孔板分成上下连通的多个腔体且最下层腔体与所述导气竖井相连通；

最下层腔体内填充有碎石填料层，剩余腔体内填充有甲烷氧化填料层。

作为本实用新型的进一步改进，所述壳体的上部敞口且截面面积不小于1m²，底部呈锥形；所述壳体的骨架为碳钢骨架、壁板为玻璃钢或不锈钢壁板。

作为本实用新型的进一步改进，所述壳体的底部焊接固定有连接管，所述连接管通过连接法兰与所述导气竖井相连通。

作为本实用新型的进一步改进，所述壳体通过第一筛孔板、第二筛孔板和第三筛孔板自下至上分成相连通的第一腔体、第二腔体和第三腔体；

所述第一腔体在所述第一筛孔板上填充有碎石填料层；

所述第二腔体在所述第二筛孔板上填充有第一甲烷氧化填料层；

所述第三腔体在所述第三筛孔板上填充有第二甲烷氧化填料层。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一腔体的高度为10-15cm，所述第二腔体的高度为10-20cm，所述第三腔体的高度为10-20cm；

所述第一筛孔板、第二筛孔板和第三筛孔板上均贯穿开设有导气孔，所述导气孔的开孔率为4-10％、孔径为4-10mm，所述第二筛孔板和第三筛孔板上均设有滤网层，所述滤网层为土工滤网，规格不小于200g/m²。

作为本实用新型的进一步改进，所述壳体的顶部通过支架安装有遮雨板；所述壳体的外侧设有封场结构层，所述壳体的顶部高于所述封场结构层的顶部。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型的甲烷氧化装置结构简单，制作方便，便于形成标准化的产品，且在使用过程中可拆卸地安装于填埋堆体中导气竖井的上端，操作方便，可以重复利用；

2、本实用新型的甲烷氧化装置与填埋堆体中导气竖井固定连接，可以充分利用导气竖井被动导排填埋气的功能，节约了主动抽气的能耗，降低了填埋场运行维护的成本；同时，填埋气经甲烷氧化装置处理后形成点源排放，便于对减排效果进行监测和评估；

3、本实用新型可以根据项目需要选择不同类型的甲烷氧化填料层，从而保障甲烷减排的有效性；

4、本实用新型克服了传统方式由于场地不均匀沉降所带来的甲烷氧化层断裂和气体“短路”问题，可以保障甲烷减排的安全性和长期性。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例公开的甲烷氧化装置的结构示意图；

图2为本实用新型一种实施例公开的甲烷氧化装置的安装方法的流程图；

图3为本实用新型一种实施例公开的甲烷氧化液态菌剂的制备方法的流程图；

图4为本实用新型一种实施例公开的甲烷氧化方法的流程图。

图中：

1、遮雨板；2、壳体；3、连接管；4、连接法兰；5-1、第一筛孔板；5-2、第二筛孔板；5-3、第三筛孔板；6-1、第一腔体；6-2、第二腔体；6-3、第三腔体；7、土工滤网；8-1、碎石填料层；8-2、第一甲烷氧化填料层；8-3、第二甲烷氧化填料层；9、导气孔；10、导气竖井；11、垃圾堆体；12、封场结构层；13、支架。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细描述：

如图1所示，本实用新型公开了一种甲烷氧化装置，包括：遮雨板1、壳体2、连接管3、连接法兰4、第一筛孔板5-1、第二筛孔板5-2、第三筛孔板5-3、第一腔体6-1、第二腔体6-2、第三腔体6-3、土工滤网7、碎石填料层8-1、第一甲烷氧化填料层8-2、第二甲烷氧化填料层8-3、导气孔9、导气竖井10、垃圾堆体11、封场结构层12和支架13；其中，

本实用新型的壳体2为上部具有上敞口的筒状结构(截面为正方形或圆形等)、下部具有底开口的锥形结构，进一步，筒状结构的截面面积不小于1m²，锥形结构的倾角为8°～15°；本实用新型壳体2的骨架为碳钢骨架、壁板为玻璃钢或不锈钢壁板。本实用新型的壳体2采用碳钢骨架，壁板为玻璃钢或不锈钢材质，主要是从防腐角度考虑；同时，壳体2上部敞口有利于进行气体排放和填料层氧气补给；底部呈锥形，可以快速排净装置中的积水，壳体上部截面面积可以根据场地具体情况设定。

本实用新型壳体2的底部开口与垃圾堆体11中的导气竖井10相连，用于将垃圾堆体11的填埋气(甲烷)通过导气竖井10导排至壳体2内。具体的连接方式为：本实用新型在壳体2的底部焊接固定有连接管3，连接管3优选为金属管；连接管3底部通过连接法兰4安装在导气竖井10的上开口处，通过连接管3将导气竖井10收集的甲烷导入壳体2内。

本实用新型的壳体2通过多层筛孔板分成上下连通的多个腔体且最下层腔体与导气竖井10相连通，最下层腔体内填充有碎石填料层，剩余腔体内填充有甲烷氧化填料层。作为上述的一种实施例，本实用新型的壳体2通过第一筛孔板5-1、第二筛孔板5-2和第三筛孔板5-3自下至上分成相连通的第一腔体6-1、第二腔体6-2和第三腔体6-3，第一腔体6-1在第一筛孔板5-1上填充有碎石填料层8-1，第二腔体6-2在第二筛孔板5-2上填充有第一甲烷氧化填料层8-2，第三腔体6-3在第三筛孔板5-3上填充有第二甲烷氧化填料层8-3。

进一步，本实用新型的腔体高度基于外部大气充氧效率和甲烷通量设定，优选第一腔体6-1的高度为10-15cm，第二腔体6-2的高度为10-20cm，第三腔体6-3的高度为10-20cm；第一筛孔板5-1、第二筛孔板5-2和第三筛孔板5-3上均贯穿开设有导气孔9，导气孔9的开孔率为4-10％、孔径为4-10mm，第二筛孔板5-2和第三筛孔板5-3上均铺设滤网层，滤网层为土工滤网7，规格不小于200g/m²。

进一步，本实用新型的碎石填料层8-1中砾石或碎石的粒径为20-40mm；第一甲烷氧化填料层8-2由填料和甲烷氧化液态菌剂构成，填料包括陶粒填料、垃圾土、生物质堆肥、活性炭和生物炭中的一种或多种、粒径为2-10mm，第一甲烷氧化填料层的含水率为15-25％，pH为6.5-8；第二甲烷氧化填料层8-3由填料和甲烷氧化液态菌剂构成，填料包括陶粒填料、垃圾土、生物质堆肥、活性炭和生物炭中的一种或多种、粒径为0.5-3mm，第二甲烷氧化填料层的含水率为15-25％，pH为6.5-8。更进一步，甲烷氧化液态菌剂的喷洒方法为：第一甲烷氧化填料层8-2和第二甲烷氧化填料层8-3的填料每铺设10cm厚度，轻微压实抹平，并均匀喷洒甲烷氧化液态菌剂，通过均匀喷洒外源液态菌剂，可以进一步强化装置的甲烷氧化效果。

本实用新型壳体2内部构造的原理为：

本实用新型壳体2的内部分层布置的三个筛孔板自然分割成多个空腔，所形成的空腔根据功能需要和填埋气组成可选择相同或不同类型的填充材料，气体通过填料层时，被其中的反应物所吸附和代谢，从而实现对温室气体的减排效果；同时筛孔板的设置能够保证填充材料的均匀沉降，减少气体“短路”现象的出现。筛孔板上设置贯通的导气孔9，以确保气体均匀扩散，开孔率和孔径可以根据需求设定；第二筛孔板5-2和第三筛孔板5-3上端铺设的土工滤网7能够避免小粒径填料的损失；

本实用新型的碎石填料层8-1起到均匀分散填埋气体的作用，第一甲烷氧化填料层8-2和第二甲烷氧化填料层8-3可基于填埋气组成和甲烷通量选择，可以填充相同或不同的一种或多种甲烷氧化材料，从而保障甲烷减排的有效性。

本实用新型壳体2的顶部通过支架13安装有遮雨板1，防止雨水进入；壳体2的外侧设有封场结构层12且壳体2的顶部高于封场结构层12的顶部，以防止地表径流倒灌。

如图1、2所示，本实用新型提供一种甲烷氧化装置的安装方法，包括：

S21、选用上部敞口、下部呈锥形的壳体2；

S22、在壳体2的底部开口处焊接固定有连接管3，连接管3通过连接法兰4与垃圾堆体11中的导气竖井10相连通；

S23、在壳体2的底部开口处放置第一筛孔板5-1，在第一筛孔板5-1上铺设砾石或碎石，形成碎石填料层8-1；

S24、在碎石填料层8-1上放置第二筛孔板5-2并铺设滤网层，在滤网层上铺设填料并喷洒甲烷氧化液态菌剂，形成第一甲烷氧化填料层8-2；

S25、在第一甲烷氧化填料层8-2上放置第三筛孔板5-3并铺设滤网层，在滤网层上铺设填料并喷洒甲烷氧化液态菌剂，形成第二甲烷氧化填料层8-3；

S26、在壳体2的外侧用封场结构层12挤密压实，进行二次固定；安装完成后壳体2的顶部高于封场结构层12的顶部，以防止地表径流倒灌。

S27、在壳体2的顶部通过支架13安装遮雨板1。

进一步，在上述安装方法中，也可先组装壳体2的内部结构，完成后再通过连接管3和连接法兰4安装在导气竖井10上。

如图3所示，本实用新型甲烷氧化液态菌剂的制备方法，包括：

S31、在体积比为1:0.5-3的混合清水和填埋渗滤液的混合液中，以总水量计，加入5％-10％市售红糖，并搅拌充分溶解；

S32、调节上述溶液pH到6.5-8之间；

S32、搅拌均匀后静置存放，夏季培养时间为3-5天，其余季节培养时间为7-10天，完成甲烷氧化液态菌剂的制备；其中，甲烷氧化液态菌剂宜随用随配，最长保存时间不长于3个月。

如图4所示，本实用新型还提供一种甲烷氧化装置的氧化方法，包括：

S41、在垃圾堆体中的导气竖井上连接甲烷氧化装置；

S42、导气竖井收集的甲烷经碎石填料层分散后，通过一层或多层的甲烷氧化填料层进行氧化处理；

S43、处理完成后，处理气从壳体的上部敞口排出。

实施例：

我国南方某生活垃圾填埋场总占地面积约4.0万m²，自2012年简易封场以来，已填埋库容约57万m³。目前，填埋堆体内部甲烷浓度在26％左右，低于自持燃烧的阈值，同时预计剩余填埋气产量高达530万m³，温室气体排放潜力巨大。基于此，项目决定采取封场+甲烷氧化的方式对填埋场进行污染治理。根据本填埋场特点，项目共设置导气竖井三十余座，用于搭配上述甲烷氧化装置使用，导气竖井间距为50米。

本实施例中，甲烷氧化装置的安装及使用方法，包括以下步骤：

S1、壳体2的骨架采用碳钢，壁板采用玻璃钢材质，上部敞口，截面采用正方形设计，面积为1.2m×1.2m，底部呈锥形，倾角为10°，连接管为金属管，壳体2与连接管3一端直接焊接，连接管3另一端带连接法兰4。

S2、安装第一筛孔板5-1，第一筛孔板5-1直接放入至壳体底部锥状部位端口，卡住不会下滑，也可进一步焊接，强度更佳；

安装完毕后，于第一筛孔板5-1上方均匀铺装填料，采用卵石满铺方式，并控制铺装总高度为15cm，铺设卵石粒径为20-40mm，填充完毕后，形成碎石填料层8-1。

S3、在碎石填料层8-1上安装第二筛孔板5-2，可放在碎石填料层8-1上，也可进一步焊接，强度更佳；第二筛孔板5-2上铺设滤网层，防止填料下漏；

安装完毕后，于滤网层上方均匀铺装填料，采用陶粒填料和生物质堆肥混合(质量比1:1，粒径在2-10mm)满铺方式，并控制铺装总高度为20cm。每铺设10cm，轻微压实并均匀喷洒甲烷氧化液态菌剂，以调节填料含水率在20-25％，pH在中性左右。填充完毕后，形成第一甲烷氧化填料层8-2。

S4、在第一甲烷氧化填料层8-2上安装第三筛孔板5-3，可放在第一甲烷氧化填料层8-2上，也可进一步焊接，强度更佳；第三筛孔板5-3上铺设滤网层，防止填料下漏；

安装完毕后，于滤网层上方均匀铺装填料，采用生物质堆肥和生物炭混合(质量比1:1，粒径在0.5-3mm)满铺方式，并控制铺装总高度为20cm。每铺设10cm，轻微压实并均匀喷洒甲烷氧化液态菌剂，以调节填料含水率在20-25％，pH在中性左右。填充完毕后，形成第二甲烷氧化填料层8-3。

上述第一、第二和第三筛孔板材质均为碳钢，开孔率为5％，孔径均为8mm，上述所使用的滤网层为土工滤网，规格为300g/m²。

上述甲烷氧化液态菌剂现用现配，采取以下步骤进行：

1)按照体积比为1:2混合清水和中期或后期填埋渗滤液，以总水量计，加入5％市售红糖，并搅拌充分溶解；

2)调节上述溶液pH到7.5左右；

3)搅拌均匀后静置存放，培养7天，从而完成甲烷氧化液态菌剂的制备。

S5、甲烷氧化装置通过连接管3安装于堆体中已有导气竖井10的上端，并通过连接法兰4固定。

S6、安装后的甲烷氧化装置壳体2周围用封场结构层12挤密压实，进行二次固定。安装完成后壳体2上部高于封场结构层12的顶部，以防止地表径流倒灌。

S7、将遮雨板1通过支架13焊接于壳体2的上部。

上述装置通过与填埋场导排竖井相连接，对其中所收集的温室气体进行有效处理，排气可以满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中关于“导气管排放口的甲烷体积分数不大于5％”的环保要求，从而达到温室气体减排的目标。该甲烷氧化装置及方法操作简单，特别适合搭配被动导气竖井使用，安装和拆卸方便，能够重复利用，成本低，工艺简单。同时，该装置的使用也克服了传统甲烷氧化层水平铺塑工法由于场地不均匀沉降所产生的断裂和气体“短路”问题，可以保障甲烷减排效果的安全性和长期性。进一步讲，通过所提供的方法，选择不同的甲烷氧化材料和投加外源菌剂，可以适应对不同特征的温室排放，从而保证处理效果的有效性。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种甲烷氧化装置，其特征在于，包括：壳体；

2.如权利要求1所述的甲烷氧化装置，其特征在于，所述壳体的上部敞口且截面面积不小于1m²，底部呈锥形；所述壳体的骨架为碳钢骨架、壁板为玻璃钢或不锈钢壁板。

3.如权利要求1或2所述的甲烷氧化装置，其特征在于，所述壳体的底部焊接固定有连接管，所述连接管通过连接法兰与所述导气竖井相连通。

4.如权利要求1所述的甲烷氧化装置，其特征在于，所述壳体通过第一筛孔板、第二筛孔板和第三筛孔板自下至上分成相连通的第一腔体、第二腔体和第三腔体；

所述第一腔体在所述第一筛孔板上填充有碎石填料层；

5.如权利要求4所述的甲烷氧化装置，其特征在于，所述第一腔体的高度为10-15cm，所述第二腔体的高度为10-20cm，所述第三腔体的高度为10-20cm；

6.如权利要求1所述的甲烷氧化装置，其特征在于，所述壳体的顶部通过支架安装有遮雨板；所述壳体的外侧设有封场结构层，所述壳体的顶部高于所述封场结构层的顶部。