專利名稱：一種垃圾填埋惡臭原位控制反應器及其操作方法
技術領域：
本發明涉及惡臭污染控制反應器及其操作方法，具體涉及一種垃圾填埋惡臭原位控制反應器及其操作方法，屬于惡臭氣體生物處理領域。
背景技術：
填埋是我國生活垃圾無害化處置的主要方式之一。隨著城鎮居民對生活環境質量要求的提高和城市化進程的加快，垃圾填埋過程產生的惡臭污染問題日益突出。近年來，國內的一些垃圾填埋場正逐漸被居民區包圍，北京、南京、上海、廣州和杭州等城市垃圾填埋場頻繁發生惡臭擾民事件，直接威脅填埋場周圍居民的生存環境與身心健康，成為填埋場周邊地區社會不穩定因素，嚴重制約了我國經濟、社會和環境的可持續發展與和諧社會的建設進程，垃圾填埋場惡臭污染控制已迫在眉睫。傳統的垃圾填埋場惡臭污染控制主要采用噴灑化學或生物除臭劑和增加日覆土量等手段，不僅除臭效果差、成本高、二次污染嚴重，而且消耗大量土地資源，并在很大程度上減少了垃圾填埋場的有效庫容，影響垃圾填埋場的使用壽命。在填埋庫區，鑒于惡臭具有無組織排放、產生量大、持續時間長和影響范圍廣等特點，收集后進行治理不具有可行性，且惡臭氣體與填埋垃圾、填埋覆土和滲濾液共存，導致惡臭污染物的環境行為變得更為復雜。因此，垃圾填埋場惡臭氣體的原位控制已成為急需解決的關鍵的科學問題之一。垃圾填埋場惡臭原位控制技術是利用垃圾填埋覆土層對填埋氣體的吸附、吸收及微生物降解等作用，達到惡臭氣體減排的目的。填埋覆土層及其優勢微生物在原位控制惡臭氣體遷移和生物轉化的過程中發揮著極為重要的作用。鑒于垃圾填埋惡臭氣體原位控制研究尚處于探索階段，因此，為分析不同填埋覆土材料對填埋惡臭的原位控制效果、摸索最佳工藝參數、探索填埋覆土微生物惡臭原位控制機理，提供一套適合于在實驗室開展垃圾填埋惡臭原位控制研究的反應器很有必要。
發明內容
本發明要克服現有設備和技術無法對垃圾填埋惡臭進行原位控制研究的缺點，提供一種垃圾填埋惡臭原位控制反應器及其操作方法。一種垃圾填埋惡臭原位控制反應器，包括垃圾填埋系統、惡臭原位凈化系統、氣體樣品在線監控系統、液體樣品在線監控系統和環境條件模擬系統；垃圾填埋系統包括相連接的垃圾填埋器、惡臭原位控制反應器底部出口、閥門和滲濾液收集器，垃圾填埋器內填埋實際垃圾或模擬垃圾，垃圾層底部填有礫石層，垃圾頂部留有l(Tl5cm空間；惡臭原位凈化系統包括相連接的填埋覆土器、反應器頂蓋、凈化尾氣出口和尾氣吸收器，填埋覆土器內設有覆土材料層和布孔隔板，垃圾填埋器、填埋覆土器和反應器頂蓋之間由法蘭連接；氣體樣品在線監控系統包括相連接的氣體采樣口和氣相色譜儀或者氣體傳感器，在垃圾頂部空間處設有氣壓計，氣體濃度和氣壓數據傳輸至電腦進行記錄和處理；液體樣品在線監控系統包括滲濾液收集器中的pH計探頭和ORP計探頭,pH計探頭與pH計相連,ORP計探頭與ORP計相連；環境條件模擬系統包括相連接的空氣泵、玻璃轉子流量計、增濕器和惡臭原位控制反應器頂部進口，高位水箱依次與蠕動泵和噴頭相連，溫度和濕度顯示器依次與溫度和濕度探頭、填埋實際垃圾或模擬垃圾或者覆土材料層相連，微電腦時間控制器分別與空氣泵、蠕動泵、加熱器、溫度和濕度顯示器相連，溫濕度數據傳輸至電腦進行記錄和處理。—種垃圾填埋惡臭原位控制反應器的操作方法，其特征在于包括如下步驟:I)將實際垃圾或模擬垃圾裝填入垃圾填埋器；在填埋覆土器內裝填入填埋覆土 ；通過法蘭將垃圾填埋器、填埋覆土器和反應器頂蓋連接，封閉反應器，啟動運行；2)利用微電腦時間控制器控制空氣泵、蠕動泵和加熱器的開關以模擬不同環境條件；空氣泵將新鮮空氣增濕后按(T20m/s的風速通入惡臭原位控制反應器頂部進口 ；當溫度和濕度顯示器顯示溫度和濕度低于設定時，加熱器啟動工作，蠕動泵將高位水箱中的水或營養液按(Γ5Χ 10_7 m/s流量從反應器頂部噴頭噴入反應器；3)填埋垃圾產生的惡臭氣體通過填埋覆土層得到去除，凈化后氣體和多余的空氣從反應器頂端尾氣出口排出；產生的垃圾滲濾液由滲濾液收集器進行收集；反應器運行期間，通過在線監控系統監測氣體和液體樣品，并根據監測結果調控反應器運行條件。本發明與現有技術相比，具有以下優點:(I)可針對實際垃圾或是模擬垃圾開展惡臭污染原位控制的實驗室研究；
(2)垃圾填埋器、填埋覆土器和反應器頂蓋之間通過法蘭連接，可根據需要更換不同類型的覆土材料，或是進行不同類型覆土材料的組合或疊加，考察不同類型、不同厚度或不同組合覆土材料對惡臭原位控制效果的影響；(3)可采集填埋垃圾產生的惡臭氣體樣品，使垃圾惡臭產生規律研究成為可能；方便采集填埋垃圾樣品和覆土樣品，使對覆土微生物生態的分析成為可能，進一步可實現微生物活性的優化和調控；(4)可實現不同環境條件(刮風、降雨、氣溫升降等)的模擬，進而對各種不同工藝參數對惡臭原位控制效果的影響進行探討，為研發垃圾填埋惡臭原位控制技術提供研究基礎；(5)采用了氣相色譜儀或者氣體傳感器、溫度和濕度傳感器、pH和ORP計等對惡臭污染原位控制效果等實現在線監控。
圖1是垃圾填埋惡臭原位控制反應器結構示意中:垃圾填埋器1、惡臭原位控制反應器底部出口 2、閥門3、滲濾液收集器4、實際垃圾或模擬垃圾5、礫石層6、填埋覆土器7、反應器頂蓋8、凈化尾氣出口 9、尾氣吸收器10、覆土材料層11、布孔隔板12、法蘭13、氣體采樣口 14、氣相色譜儀或者氣體傳感器15、氣壓計16、電腦17、pH計探頭18、ORP計探頭19、ORP計20、pH計21、空氣泵22、玻璃轉子流量計23、增濕器24、惡臭原位控制反應器頂部進口 25、高位水箱26、蠕動泵27、噴頭28、溫度和濕度顯示器29、溫度和濕度探頭30、微電腦時間控制器31、加熱器32。
具體實施例方式本發明的設計思想是以微生物除臭機理、微生物生態學理論和在線監控技術為指導，從解決垃圾填埋場惡臭氣體污染的現實需求出發，以實現填埋惡臭污染原位去除為主要目標，以現代分子生物學技術為手段，通過實驗室條件下模擬垃圾填埋、填埋覆土和氣候變化等過程，明確不同填埋覆土材料對垃圾填埋場惡臭氣體的減排作用和影響因素，探明填埋覆土功能微生物種群多樣性及演替規律，揭示填埋覆土惡臭原位控制效果與功能微生物種群動力學之間的相互關系，闡明新型填埋覆土惡臭氣體原位控制微生物生態轉化機理，建立“高效原位除臭一功能微生物一在線監測”三位一體關系，為垃圾填埋惡臭污染原位控制提供理論依據。下面結合附圖1對本發明作進一步的詳細說明。如附圖1所示，一種垃圾填埋惡臭原位控制反應器，包括垃圾填埋系統、惡臭原位凈化系統、氣體樣品在線監控系統、液體樣品在線監控系統和環境條件模擬系統；所述的垃圾填埋系統包括相連接的垃圾填埋器1、惡臭原位控制反應器底部出口 2、閥門3和滲濾液收集器4，垃圾填埋器I內填埋實際垃圾或模擬垃圾5，垃圾層底部填有礫石層6，垃圾頂部留有l(Tl5Cm空間；所述的惡臭原位凈化系統包括相連接的填埋覆土器7、反應器頂蓋8、凈化尾氣出口 9和尾氣吸收器10，填埋覆土器7內設有覆土材料層11和布孔隔板12，垃圾填埋器1、填埋覆土器7和反應器頂蓋8之間由法蘭13連接；所述的氣體樣品在線監控系統包括相連接的氣體采樣口 14和氣相色譜儀或者氣體傳感器15，在垃圾頂部空間處設有氣壓計16，氣體濃度和氣壓數據傳輸至電腦17進行記錄和處理；所述的液體樣品在線監控系統包括滲濾液收集器4中的pH計探頭18和ORP計探頭19，pH計探頭18與pH計21相連，ORP計探頭19與ORP計20相連；所述的環境條件模擬系統包括相連接的空氣泵22、玻璃轉子流量計23、增濕器24和惡臭原位控制反應器頂部進口 25，高位水箱26依次與蠕動泵27和噴頭28相連，溫度和濕度顯示器29依次與溫度和濕度探頭30、填埋實際垃圾或模擬垃圾5或者覆土材料層11相連，微電腦時間控制器31分別與空氣泵22、蠕動泵27、加熱器32、溫度和濕度顯示器29相連，溫濕度數據傳輸至電腦17進行記錄和處理。一種垃圾填埋惡臭原位控制反應器的操作方法包括如下步驟:`
I)將實際垃圾或模擬垃圾(5)裝填入垃圾填埋器(I);在填埋覆土器(7)內裝填入填埋覆土 ；通過法蘭(13)將垃圾填埋器(I)、填埋覆土器(7)和反應器頂蓋(8)連接，封閉反應器，啟動運行；2)利用微電腦時間控制器(31)控制空氣泵(22)、蠕動泵(27)和加熱器(32)的開關以模擬不同環境條件；空氣泵(22)將新鮮空氣增濕后按(T20m/s的風速通入惡臭原位控制反應器頂部進口(25);當溫度和濕度顯示器(29)顯示溫度和濕度低于設定時，加熱器
(32)啟動工作，蠕動泵(27)將高位水箱(26)中的水或營養液按(Γ5Χ 10_7 m/s流量從反應器頂部噴頭(28)噴入反應器；3)填埋垃圾產生的惡臭氣體通過填埋覆土層(11)得到去除，凈化后氣體和多余的空氣從反應器頂端尾氣出口(9)排出；產生的垃圾滲濾液由滲濾液收集器(4)進行收集；反應器運行期間，通過在線監控系統監測氣體和液體樣品，并根據監測結果調控反應器運行條件。本發明的具體操作方式:(I)反應器的裝填:反應器為內徑0.3m的圓柱體，在反應器底部填入礫石，將實際垃圾或模擬垃圾適當破碎，裝填入垃圾填埋器中壓實，垃圾填埋高度約為0.5m，垃圾頂部留有l(Tl5Cm空間。在填埋覆土器內裝填入一定類型和厚度的填埋覆土材料，類型和厚度根據實驗設計選定。覆蓋材料可以是污泥堆肥、污泥竹炭堆肥、畜禽糞便堆肥、終場覆土和陳年垃圾中的一種或多種。(2)反應器的啟動與調試用法蘭將裝填完畢的垃圾填埋器、填埋覆土器和反應器頂蓋連接、封閉、檢漏，并連接各路管道與相關電器設備。由微電腦時間控制器連接空氣泵以控制氣流的供給頻率，同時玻璃轉子流量計控制氣流的供給量((T20m/s)，實現模擬填埋覆土表層接觸空氣的過程。由微電腦時間控制器連接蠕動泵以控制水或營養液的供給量和供給頻率((T5X10_7 m/s)，通過反應器頂蓋內部噴頭均勻噴灑到填料上，實現模擬降雨或是營養補給的過程。垃圾層和覆土層的溫濕度數值經溫濕度顯示器顯示，當顯示溫度和濕度低于設定時，微電腦時間控制器連接的加熱器啟動工作，實現模擬不同季節溫濕度的變化過程。(3)尾氣吸收和滲濾液收集填埋垃圾產生的惡臭氣體通過填埋覆土層得到去除，凈化后氣體和多余的空氣從反應器頂端尾氣出口排出，由尾氣吸收器吸收，尾氣吸收液預先配置好，并定期進行更換。供給的液體流經覆土層被微生物利用之后，多余的液體順著反應器進入到垃圾層，與垃圾產生的滲濾液一并流入滲濾液收集器中。(4)反應器在線監控反應器運行期間，按設定的采樣時間，定期打開出氣閥門，使氣體流入氣體傳感器或氣相色譜儀，進行在線監測氣體成分和濃度變化，數據輸入電腦進行記錄和處理。通過安裝在滲濾液收集器內部的pH計探頭和ORP探頭來在線監測滲濾液性質的變化。(5)覆土生物樣品采集與分析為分析填埋惡臭氣體原位控制過程填埋覆土層微生物的種群結構、活性和數量，定期采集填埋覆土器內的覆土樣品。一般來講，在反應器運行的關鍵時間點采集。采樣時，停止空氣泵和蠕動泵，打開取樣口法蘭，進行生物樣品取樣，采用傳統微生物學方法和先進的分子生物學方法實施實驗分析。(6)反應器除臭效果調控以前期實驗結果為依據，分析垃圾填埋惡臭原位控制效果與功能微生物種群動力學之間的相互關系，闡明惡臭氣體原位控制微生物學機理，并找到環境限制因子和生物限制因子，提出垃圾填埋覆土惡臭氣體原位控制生物生態調控策略并實施。本發明提出的垃圾填埋惡臭原位控制反應器及其操作方法，已對其具體實施方式
進行了描述，本領域的技術人員明顯能在不脫離本發明內容、精神和范圍內對本文所述的反應器和操作方法進行改動或適當變更與組合，來實現本發明技術。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發明精神、范圍和內容中，均屬于本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種垃圾填埋惡臭原位控制反應器，其特征在于，包括垃圾填埋系統、惡臭原位凈化系統、氣體樣品在線監控系統、液體樣品在線監控系統和環境條件模擬系統；所述的垃圾填埋系統包括相連接的垃圾填埋器(I)、惡臭原位控制反應器底部出口(2)、閥門(3)和滲濾液收集器(4)，垃圾填埋器(I)內填埋實際垃圾或模擬垃圾(5)，垃圾層底部填有礫石層(6)，垃圾頂部留有l(Tl5Cm空間；所述的惡臭原位凈化系統包括相連接的填埋覆土器(7)、反應器頂蓋(8 )、凈化尾氣出口( 9 )和尾氣吸收器(10 )，填埋覆土器(7 )內設有覆土材料層(11)和布孔隔板(12)，垃圾填埋器(I)、填埋覆土器(7)和反應器頂蓋(8)之間由法蘭(13)連接；所述的氣體樣品在線監控系統包括相連接的氣體采樣口(14)和氣相色譜儀或者氣體傳感器(15)，在垃圾頂部空間處設有氣壓計(16)，氣體濃度和氣壓數據傳輸至電腦(17)進行記錄和處理；所述的液體樣品在線監控系統包括滲濾液收集器(4)中的pH計探頭(18)和ORP計探頭(19)，pH計探頭(18)與pH計(21)相連，ORP計探頭(19)與ORP計(20)相連；所述的環境條件模擬系統包括相連接的空氣泵(22)、玻璃轉子流量計(23)、增濕器(24)和惡臭原位控制反應器頂部進口(25)，高位水箱(26)依次與蠕動泵(27)和噴頭(28)相連，溫度和濕度顯示器(29 )依次與溫度和濕度探頭(30 )、填埋實際垃圾或模擬垃圾(5 )或者覆土材料層(11)相連，微電腦時間控制器(31)分別與空氣泵(22)、蠕動泵(27)、加熱器(32)、溫度和濕度顯示器(29)相連，溫濕度數據傳輸至電腦(17 )進行記錄和處理。
2.一種垃圾填埋惡臭原位控制反應器的操作方法，其特征在于包括如下步驟: 1)將實際垃圾或模擬垃圾(5)裝填入垃圾填埋器(I);在填埋覆土器(7 )內裝填入填埋覆土 ；通過法蘭(13)將垃圾填埋器(I)、填埋覆土器(7)和反應器頂蓋(8)連接，封閉反應器，啟動運行； 2)利用微電腦時間控制器(31)控制空氣泵(22)、蠕動泵(27)和加熱器(32)的開關以模擬不同環境條件；空氣泵(22)將新鮮空氣增濕后按(T20m/s的風速通入惡臭原位控制反應器頂部進口(25);當溫度和濕度顯示器(29)顯示溫度和濕度低于設定時，加熱器(32)啟動工作，蠕動泵(27)將高位水箱(26)中的水或營養液按(Γ5Χ 10_7 m/s流量從反應器頂部噴頭(28)噴入反應器； 3)填埋垃圾產生的惡臭氣體通過填埋覆土層(11)得到去除，凈化后氣體和多余的空氣從反應器頂端尾氣出口(9 )排出；產生的垃圾滲濾液由滲濾液收集器(4)進行收集；反應器運行期間，通過在線監控系統監測氣體和液體樣品，并根據監測結果調控反應器運行條件。
全文摘要
本發明公開了一種垃圾填埋惡臭原位控制反應器及其操作方法。所述的垃圾填埋惡臭原位控制反應器包括垃圾填埋系統、惡臭原位凈化系統、氣體樣品在線監控系統、液體樣品在線監控系統和環境條件模擬系統。本發明可針對實際垃圾或是模擬垃圾，選用、疊加或組合不同類型覆土材料，模擬不同環境條件開展填埋惡臭污染原位控制的研究；可實現對惡臭污染原位控制效果的在線監控；可采集填埋垃圾產生的惡臭氣體樣品，使垃圾惡臭產生規律研究成為可能；實現對覆土生物樣品的采集，使對覆土微生物生態的分析成為可能，進一步可實現垃圾填埋覆土惡臭氣體原位控制生物生態調控。
文檔編號B09B1/00GK103071661SQ201210568138
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月24日 優先權日2012年12月24日
發明者丁穎, 錢愛愛, 徐夢婷, 張杭君, 楊俊 , 錢騁為, 胡澤暉 申請人:杭州師范大學