专利名称：一种带有上下两层三相分离器的厌氧反应装置及用于垃圾渗滤液处理的方法
技术领域：
一种带有上下两层三相分离器(气液分离/液固分离/气液固分离)的厌氧反应 装置及用于垃圾渗滤液处理的方法，属于废物资源化处理技术领域。
背景技术：
垃圾是人类生产、生活过程中产生的固体废弃物，而生活垃圾随城市化进程的加 快，其产生量急剧增加。目前，国内外对城市生活垃圾的处理方式主要有填埋、焚烧、堆肥及 土地利用等，其中垃圾填埋因操作简便、费用低而被广泛采用.据报道，全世界几乎70%的 城市生活垃圾被填埋处置，但这种处置产生的主要问题是垃圾渗滤液的收集控制问题.因 为垃圾渗滤液可以通过各种不同的途径如无控制的溢出、雨水冲刷、地质沉降或渗透而进 入环境，从而导致垃圾填埋场附近的地表水和地下水的严重污染。而被垃圾渗滤液污染的 地下水、地表水及土壤，通过食物链直接或间接地危害人类的身体健康和生态环境。因此， 垃圾渗滤液在土壤中的环境行为已引起人们的关注。我国生活垃圾的处理途径以卫生填埋为主，约占70%以上。垃圾填埋后会产生垃 圾渗滤液的二次污染。垃圾渗滤液水质状况恶劣，据监测统计得知，其pH值在4 9之间， COD 为 2 62g/L, BOD5 为 0. 06 45g/L, B0D5/C0D 为 0. 5 0. 6，SS 约为 900mg/L,含有 10多种金属离子，氨氮含量高，C/N比例失调，含磷物质相对偏低；如不妥善处理，会污染水 体、土壤、大气等，使地面水体缺氧、水质恶化、富营养化，威胁饮用水和工农业用水水源，使 地下水丧失利用价值，有机污染物进入食物链将直接威胁人类健康。要解决渗滤液污染问题，除了对垃圾处理过程进行控制，尽量减少渗滤液的产生， 关键还是要对渗滤液进行必要的处理，使其达标排放。目前国内外主要的垃圾渗滤液处理 技术有以下几种1、化学处理技术它主要以化学氧化为主要方法降解渗滤液中的难降解 物质，提高渗滤液的可生化性能，从而实现对污染物的完全去除和无害化。它通常作为一 种提高生化性的预处理方式。2、物理处理技术它可以有效去除渗滤液中的金属离子、COD 等，运行稳定性高，安全实用。3、生态处理技术它主要利用实际条件采用土地处理或者人 工湿地的方法对渗滤液进行回灌和过滤，该法抗冲击负荷能力强，投资运行费用低。4、生物 处理技术目前国内外渗滤液的处理工艺，总体上以生物处理工艺为主体。针对我国国内渗 滤液高氨氮、高有机物的特点，厌氧-好氧组合的渗滤液处理工艺一直是国内外研究的热 点。比如UASB工艺在世界上很多国家都具有很好的应用，王坚使用UASB-MBR法处理渗滤 液,达到了系统出水 COD 为 421 755mg/L, BOD 为 9. 1 12. 8mg/L, NH3-H 为 75 57Img/ L ；郑金伟等采用UASBF-SBR工艺处理鞍山垃圾填埋场渗滤液，UASBF反应器的进水由布水 器完成，采用多点进水方式，COD的平均去除率为83%。但由于垃圾渗滤液性质的复杂多变 性，如高氨氮，低碳氮比，磷元素缺乏等，导致生物法处理难度大，而应用物理核化学方法又 导致运行费用高，因此垃圾渗滤液处理技术的推广应用受到一定程度的限制，是垃圾渗滤 液处理技术的主要瓶颈。因此开发新型垃圾渗滤液资源化处理技术，实现其经济、有效地处理将对整个垃圾处置行业产生深远影响。基于环境友好等优点，研制出经济实用的反应器已成为亟待解决的问题，在垃圾 渗滤液处理的同时，实现污水的无害化、资源化处理。在容积负荷、电耗、工程造价、占地面 积等诸多方面，该反应器具有绝对的优势，是对现代高效反应器的一种突破有着重大的理 论意义和实用价值，进一步研究和开发垃圾渗滤液处理高效反应器，推广其应用范围已成 为当前垃圾渗滤液处理的重点内容之一。
发明内容
本发明的目的传统的垃圾渗滤液厌氧处理技术，抗冲击负荷较差，受温度、降雨等季节性因素影 响较大，处理费用高，占地面积大，基建、运行费用及维修费用较高，往往出现消化速率慢， 产气量少，搅动作用小，传质过程恶化，污泥流失，导致处理效率下降等问题。针对这些现 状，在传统垃圾渗滤液厌氧处理技术的基础上研究开发了一种用于垃圾渗滤液处理的有上 下重叠式两层三相(气液固)分离装置的厌氧反应器，实现了一种自动化控制、运行费用 低、管理方便、处理负荷高，具有高上升流速、高沼气产率的新技术，并将其规模化产业化， 实现垃圾渗滤液经济有效的资源化处理。本发明的技术方案一种带有上下两层三相分离器的厌氧反应装置，该厌氧反应 装置由上下两层三相分离器串联组成，在装置罐体的底部置有进水口(1)，罐体下部为第一 厌氧反应室(2)，第一厌氧反应室上面置有第一层三相分离器(3)，罐体上部为第二厌氧反 应室(4)，第二厌氧反应室上面置有第二层三相分离器(7)，在罐体的顶部上方置有气液分 离器(9)，在第一层三相分离器与气液分离器之间设有提升管(5)、在第二层三相分离器上 面设有出水口(6)通向罐体外，集气管(8)连接第二层三相分离器与气液分离器，在气液分 离器顶部设有导气管(10)，在气液分离器底部设有回流管(11)通向第一厌氧反应室底部。所述带有上下两层三相分离器的厌氧反应装置高度为12m 30m。所述带有上下两层三相分离器的厌氧反应装置用于垃圾渗滤液处理的方法，垃圾 渗滤液经过水泵由进水口(1)进入厌氧反应装置底部，在第一厌氧反应室(2)与厌氧颗粒 污泥均勻混合，厌氧颗粒污泥的粒径为0. 2mm 3mm，垃圾渗滤液中的大部分有机物在这里 被转化为沼气；所产生的沼气被下部的第一层三相分离器(3)收集，沼气沿着提升管(5)上 升，沼气上升的同时把厌氧反应装置中污泥层的泥水混合液也从提升管中提升至厌氧反应 装置顶部的气液分离器(9)，被分离的沼气从气液分离器顶部的导气管(10)排走，分离出 的泥水混合液沿着回流管(11)返回到第一厌氧反应室的底部，并与底部的厌氧颗粒污泥 和进水充分混合，实现了混合液的内部循环；经过第一层三相分离器分离过的垃圾渗滤液，进入厌氧反应装置上部的第二厌氧 反应室(4)继续进行处理；垃圾渗滤液中的剩余有机物在厌氧反应装置上部的第二厌氧反 应室进一步降解，使垃圾渗滤液得到更好的净化，提高出水水质；从第二厌氧反应室产生的 沼气由第二层三相分离器(7)收集，通过集气管(8)进入气液分离器，也从导气管(10)排 走；最终的出水由出水口(6)排走，沉淀的厌氧颗粒污泥返回至第一及第二各自反应室底 部；垃圾渗滤液完成了处理的全过程。厌氧反应装置实际上是由两个上下重叠的两层三相分离器串联组成的反应装置。一方面通过第一厌氧反应室产生的沼气作为动力，实现了下部混合液的内循环，使渗滤液 获得强化的预处理。另一方面通过采用上下两层的三相分离技术，增强了颗粒污泥与分离 器碰撞的频率，可以保证在较高的上升流速条件下(6m/h 12m/h)有效的维持颗粒污泥的 浓度，防止颗粒污泥的流失，增强处理效果，强化沼气的收集能力。本发明的有益效果1)在处理高浓度的垃圾渗滤液方面具有高稳定性，高负荷的优点。2)采用上下两层三相分离器，增强了沼气收集能力，强化了反应器内循环的进行， 内循环量可以达到进水量的5 10倍。3)反应器上升流速较高，在较高上升流速的条件下(6m/h 12m/h)，可以有效的 维持颗粒污泥的浓度，提高污水处理效率，维持厌氧细菌所需要的最佳生存环境。4)反应器单位容积的生物量更高，可形成大量的颗粒污泥，具有更高的耐氨氮和 有毒物质的负荷能力、其水力负荷可达30kg/m. d 50kg/m. d。5)污泥床处于悬浮或膨胀状态，污泥龄长，污泥产量少，动力消耗小。6)具有较大的高径比，高径比可达到4 8，负荷高，体积小、占地省。7)具有脱氮、脱硫等多种附加效果。8)厌氧反应装置的处理效率和污染指标的处理率都有了一个很大的提高，单位体 积的设备处理效率是原来的3 5倍，污染物指标的去除率提高20% 40%。9)在投资费用方面，处理同样量垃圾渗滤液的反应设备及占地面积体积要小 50% 70%，节省投资费用。目前，国内外已经发展出众多的垃圾渗滤液厌氧处理技术，已被放大应用于垃圾 渗滤液废水处理的行业中。如上海老港填埋场和广州永丰生活垃圾卫生填埋场利用的上流 式厌氧污泥床(UASB)的垃圾渗滤液处理技术，广州大田山垃圾渗滤液生物处理系统采用 的厌氧流化床(AFB)技术以及上流式厌氧负荷床反应器(UFB)在垃圾渗滤液处理中的研究 和应用等均取得了良好的处理效果。但是这些系统均存在启动周期长、负荷低、占地面积较 大、处理效果不够稳定的缺点。针对垃圾渗滤液资源化处理，构建的有上下两层三相分离器的厌氧反应装置已经 成功应用于无锡惠联垃圾热电厂的垃圾渗滤液处理，反应器直径为8m，高度为23. 6m，有效 容积 800m3，进水 COD 大约为 40000mg/L 50000mg/L，出水为 5000mg/L 6000mg/L，厌氧 反应装置对COD的去除率可以达到80%以上，流量为每天300t，对垃圾渗滤液的处理达到 了良好的处理效果。开发并应用垃圾渗滤液高效厌氧反应器，提高反应器的处理效能，缩小反应器的 容积，而降低工程投资，节省占地面积，对于我国这样一个土地资源紧张，公司资金相对不 足，而环保要求又比较迫切的国家，具有很大的现实意义。
图1带有上下两层三相分离器的厌氧反应装置示意图。1、进水口，2、第一厌氧反 应室，3、第一层三相分离器，4、第二厌氧反应室，5、提升管，6、出水口，7、第二层三相分离 器，8、集气管，9、气液分离器，10、导气管，11、回流管。图2厌氧反应装置进出水COD以及去除率的变化图。
具体实施例方式实施例1带有上下两层三相分离器的厌氧反应装置该厌氧反应装置由上下两层三相分离器串联组成，在装置罐体的底部置有进水口 (1)，罐体下部为第一厌氧反应室(2)，第一厌氧反应室上面置有第一层三相分离器(3)，罐 体上部为第二厌氧反应室(4)，第二厌氧反应室上面置有第二层三相分离器(7)，在罐体的 顶部上方置有气液分离器(9)，在第一层三相分离器与气液分离器之间设有提升管(5)、在 第二层三相分离器上面设有出水口(6)通向罐体外，集气管(8)连接第二层三相分离器与 气液分离器，在气液分离器顶部设有导气管(10)，在气液分离器底部设有回流管(11)通向 第一厌氧反应室底部。实施例2带有上下两层三相分离器的厌氧反应装置用于垃圾渗滤液的处理首先是反应器的启动，控制进水温度在30°C 35°C，启动初期通过添加NaOH调节 PH维持在6. 5 8. 0，待负荷提高后，借助反应器的内循环流量和外循环对进水pH进行缓 冲，可减少对NaOH的添加。反应器启动运行的适应期为1 10天，反应器接种污泥后，维 持COD负荷在较低水平，控制启动初期的容积负荷小于5kg/m3 · d，水力停留时间大于24h， 初始COD的去除率较低，在开始启动阶段，防止污泥流失(控制污泥流失率10%。)和反应器 酸化。提高负荷期为30 60天，当连续两天COD的去除率稳定在80%以上时，便进一步提 高负荷；接种污泥经1 10天的适应后，COD去除率将逐渐稳定，产气率逐渐升高，污泥由 “休眠状态”进入到“活化状态”，在提高负荷过程中逐渐增加进水量，降低水力停留时间，在 负荷提高的1 2天内，COD的去除率会有所下降，但再经过2 3天的运行后，去除效果 稳定在80%以上。经过大约60天的稳定运行负荷可提高至30kg/m · d以上。反应器启动结束后，即开始连续进水，进水COD大约为40000mg/L 50000mg/L，出 水为5000 6000mg/L，厌氧反应器对COD的去除率可以达到80%以上。厌氧反应装置对COD的去除率厌氧反应装置对垃圾渗滤液中的COD具有很高的去除效果，垃圾渗滤液为无锡 惠联垃圾热电厂排放的渗滤液，惠联垃圾热电厂所使用的厌氧反应装置直径为8. 0m，高 23. 6m,高径比约为3 1，有效容积为800m3。日处理量为300m3/d，对COD的处理效果如图 2所示。垃圾渗滤液水质随温度、季节的变化而变化，水质不稳定，该厌氧反应装置经过 180天的启动运行，垃圾渗滤液COD值在20000mg/L 100000mg/L之间，波动性较大，厌氧 反应装置处理后出水COD降到1000mg/L 10000mg/L，去除率稳定在80% 90%之间，虽 然水质水量变化很大，但COD的去除率却相对比较稳定，说明该厌氧反应装置具有较强的 抗冲击负荷能力，具有稳定的处理效果。
权利要求
一种带有上下两层三相分离器的厌氧反应装置，其特征在于该厌氧反应装置由上下两层三相分离器串联组成，在装置罐体的底部置有进水口(1)，罐体下部为第一厌氧反应室(2)，第一厌氧反应室上面置有第一层三相分离器(3)，罐体上部为第二厌氧反应室(4)，第二厌氧反应室上面置有第二层三相分离器(7)，在罐体的顶部上方置有气液分离器(9)，在第一层三相分离器与气液分离器之间设有提升管(5)、在第二层三相分离器上面设有出水口(6)通向罐体外，集气管(8)连接第二层三相分离器与气液分离器，在气液分离器顶部设有导气管(10)，在气液分离器底部设有回流管(11)通向第一厌氧反应室底部。
2.根据权利要求1所述带有上下两层三相分离器的厌氧反应装置，其特征在于反应装 置高度为12m 30m。
3.权利要求1所述带有上下两层三相分离器的厌氧反应装置用于垃圾渗滤液处理的 方法，其特征在于垃圾渗滤液经过水泵由进水口(1)进入厌氧反应装置底部，在第一厌氧 反应室(2)与厌氧颗粒污泥均勻混合，厌氧颗粒污泥的粒径为0. 2mm 3mm，垃圾渗滤液 中的大部分有机物在这里被转化为沼气；所产生的沼气被下部的第一层三相分离器(3)收 集，沼气沿着提升管(5)上升，沼气上升的同时把厌氧反应装置中污泥层的泥水混合液也 从提升管中提升至厌氧反应装置顶部的气液分离器(9)，被分离的沼气从气液分离器顶部 的导气管(10)排走，分离出的泥水混合液沿着回流管(11)返回到第一厌氧反应室的底部， 并与底部的厌氧颗粒污泥和进水充分混合，实现了混合液的内部循环；经过第一层三相分离器分离过的垃圾渗滤液，进入厌氧反应装置上部的第二厌氧反应 室(4)继续进行处理；垃圾渗滤液中的剩余有机物在厌氧反应装置上部的第二厌氧反应室 进一步降解，使垃圾渗滤液得到更好的净化，提高出水水质；从第二厌氧反应室产生的沼气 由第二层三相分离器(7)收集，通过集气管(8)进入气液分离器，也从导气管(10)排走；最 终的出水由出水口(6)排走，沉淀的厌氧颗粒污泥返回至第一及第二各自反应室底部；垃 圾渗滤液完成了处理的全过程。
全文摘要
一种带有上下两层三相分离器的厌氧反应装置及用于垃圾渗滤液处理的方法，属于废物资源化处理技术领域。本发明采用上下两层三相分离器，增强了沼气收集能力，强化了反应器内循环的进行，内循环量可以达到进水量的5～10倍。反应器上升流速较高，在较高上升流速的条件下(6m/h～12m/h)，可以有效的维持颗粒污泥的浓度，提高污水处理效率，维持厌氧细菌所需要的最佳生存环境。在处理高浓度的垃圾渗滤液方面具有高稳定性，高负荷的优点。
文档编号C02F9/14GK101891341SQ20101022319
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月1日 优先权日2010年7月1日
发明者阮文权 申请人:江南大学