CN100455526C - 曝气内循环型垃圾渗滤液两相处理反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垃圾渗滤液两相处理反应器，反应器主体由两个大小不等的腔体组成，小腔体为液相曝气区，曝气泵由曝气管经流量计与小腔体底部的气体扩散板相连。大腔体中装有混合填料，导液管经蠕动泵连接两个腔体。两个腔体中间为竖直隔板，隔板中部设有多行小孔使两个腔体连通，并将大腔体分为上部好氧区和下部厌氧区，两个腔体底部均设有电控阀，渗滤液桶由进水管经蠕动泵伸进小腔体内，各项电动设备均与时间控制器相连。本发明利用液相曝气区和多填料好氧区之间的内循环流、隔板以及连通孔，在反应器内形成“液相曝气区-多填料好氧区-多填料厌氧区”，实现垃圾渗滤液高浓度有机物的去除和脱氮，无需为反硝化投加碳源，可实现自动化控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种曝气内循环型垃圾渗滤液两相处理反应器。
背景技术
填埋法是国内外普遍采用的城市生活垃圾处理方式，全球95％以上的城市生活垃圾通过填埋进行处置。垃圾填埋后会发生物理化学和生物化学变化，有机物降解和雨水渗入导致大量渗滤液的产生，持续时间长达50年之久。典型的渗滤液，含有高浓度COD(6000-15000mg/L)和氨氮(500-3000mg/L)，极易引发地下水、地表水污染，刺激地表水体藻类生长，引起水体富营养化，破坏水生生态系统，进而危及人体健康。因此，近年来渗滤液处理倍受人们关注。
填埋层垃圾经过短期的好氧分解之后，进入了厌氧产酸和产甲烷阶段。在酸化阶段产生的大量挥发性有机酸是渗滤液中的主要有机物，这些有机物容易被微生物降解，渗滤液BOD/COD为0.4-0.5。在产甲烷阶段，有机脂肪酸经过甲烷菌的降解与转化，浓度大大降低，渗滤液pH升至7.0以上。随着填埋时间的延长，渗滤液中的有机物主要以高分子腐殖质形式存在，BOD/COD降低至0.1以下，可生化性较差。渗滤液性质是选择处理方法的主要依据，大多数处理方法以COD和氨氮为主要目标污染物，包括物理法、化学法和生物法。物理法主要有沉降、气提、吸附与膜滤等技术；化学法主要有混凝、化学沉淀、化学或电化学氧化等技术；生物法则主要有好氧和厌氧处理技术。在实际应用中，为提高处理效果往往采用多种方法的组合工艺。
Marttinen等人发现，纳滤法对COD和氨氮的去除率为66％和50％，在pH＝11、温度为20℃时，经过24小时的气提，可获得89％的脱氨率，臭氧氧化可增强渗滤液的可生化性。Li等人采用磷酸铵镁沉淀法脱除渗滤液氨氮，反应15分钟后，渗滤液氨氮浓度从5600mg/L降至110mg/L。Steensen利用H2O2/UV、O3/固定催化剂等方法处理难降解有机物，均可获得理想的处理效果。
压力滤膜技术被应用于渗滤液生物处理过程中，如组合工艺：活性污泥-超滤-化学氧化、活性污泥-超滤-反渗透等。活性炭吸附与活性污泥组合工艺也被成功地应用于渗滤液处理，对于难降解性有机物、色度均有高效去除。
与好氧法相比，厌氧法更适合处理高浓度垃圾渗滤液。研究发现，UASB法对COD去除率可达92％。厌氧-好氧组合工艺对COD去除率达80-90％，氨氮达80％以上。好氧活性污泥法和生物膜法也被广泛应用于渗滤液处理。Maehlum采用厌氧-好氧塘以及人工湿地系统处理渗滤液，可获得70％的总氮去除率。Irene等人采用SBR法处理渗滤液，经过20-40天氨氮去除率高达99％。Loukidou等人采用以聚亚胺酯和颗粒状活性炭为填料的移动床生物膜法处理渗滤液，得到几乎100％的氨氮和COD去除率。Imai等人应用活性炭流化床反应器处理渗滤液难降解有机物，获得70％的去除率。Cecen等发现，向活性污泥系统中投加粉状活性炭可强化硝化作用。Ahmet Uygur等发现，向SBR反应器中投加粉状活性炭有利于氨氮脱除。
近年来，渗滤液回灌技术也得到了迅速发展，在发达国家已开展了一些现场应用，取得了较好的COD去除效果，但氨氮的去除不佳。在许多渗滤液处理技术中，吸附法如活性炭、沸石等是目前国内外的研究较多和应用较广的方法。有研究表明，活性炭对COD初始浓度为5690～17000mg/L的渗滤液去除率可达95％。物化-生物组合工艺可有效的处理老龄垃圾渗滤液，Emilia Otal等研究发现沸石对渗滤液氨氮具有很好的去除效果。
发明内容
本发明目的是提供一种曝气内循环型垃圾渗滤液两相处理反应器。
曝气内循环型垃圾渗滤液两相处理反应器具有支架，支架上设有反应器本体，反应器本体中间由一块竖直隔板将反应器本体体隔成两大小不等的腔体，竖直隔板下部30cm至35cm区域设有均匀分布的多行连通孔，反应器本体的大、小腔体底部为倒锥腔体，反应器本体的大腔体中装有混合填料，填料上部为砾石层，砾石层中间设有水平放置的布水板，布水板上面设有布水管，布水管经第一蠕动泵、导液管伸到反应器本体的小腔体内，第一蠕动泵与第四时间控制器相连，反应器本体的大腔体不同高度设有多个第一采样管，大腔体的倒锥腔体底部设有电控排水阀，电控排水阀与第五时间控制器相连，电控排水阀下面设有出水收集桶，反应器本体的小腔体为液相曝气区，小腔体倒锥腔体为污泥沉降区，小腔体倒锥腔体底部设有电控排泥阀，电控排泥阀与第三时间控制器相连，电控排泥阀下面设有污泥收集桶；在小腔体不同高度装有第二采样管，曝气泵由一根软管与三通保险阀相连，三通保险阀另一出口由曝气管经玻璃转子流量计伸入小腔体内，并紧贴小腔体内壁伸至底部与多孔型气体扩散板相连；曝气泵与第一时间控制器相连，支架旁边设有一只渗滤液桶，渗滤液桶由进水管经第二蠕动泵伸进小腔体内，第二蠕动泵连接第二时间控制器。
所述的反应器本体大腔体的长方体尺寸为长60～70cm×宽30～40cm×高100～110cm。反应器本体小腔体的长方体尺寸为60cm×宽10～20cm×高100cm。混合填料由煤渣、沸石和活性炭混合而成，混合填料粒径为0.5～1.0cm，煤渣、沸石和活性炭的质量比为2～2.5∶2～2.5∶1。反应器本体大腔体中的混合填料是从底部装填至距离顶部15～20cm处。第一采样管水平插入填料层，第一采样管插入深度为填料层的3/4至4/5，采样管管壁设有均匀分布的多个小孔。
本发明旨在提供一种垃圾渗滤液处理反应器。采用“两相三区”设计思想，即通过工艺优化，在反应器内形成“液相曝气区-多填料好氧区-多填料厌氧区”。利用液相曝气区和多填料好氧区之间的内循环流，充分发挥活性污泥降解-多种填料吸附的联合作用，实现垃圾渗滤液高浓度有机物和氨氮的去除。液相曝气区和填料好氧区的水流可同时汇入填料厌氧区，为厌氧区提供有机物和硝态氮，实现反硝化脱氮，避免传统反硝化过程需要投加有机碳源的问题。反应器运行工艺灵活、操作简便，且可实现自动化控制。
本发明采用“两相三区”设计思想，即通过工艺优化，在反应器内形成“液相曝气区-多填料好氧区-多填料厌氧区”。利用液相曝气区和多填料好氧区之间的内循环流，充分发挥活性污泥降解-多种填料吸附的联合作用，实现垃圾渗滤液高浓度有机物和氨氮的去除。液相曝气区和填料好氧区的水流可同时汇入填料厌氧区，为厌氧区提供有机物和硝态氮，实现反硝化脱氮，避免传统反硝化过程需要投加有机碳源的问题。反应器运行工艺灵活、操作简便，且可实现自动化控制。
附图说明
图1是曝气内循环型垃圾渗滤液两相处理反应器结构示意图；图中：电控板1、第一时间控制器2、第二时间控制器3、第三时间控制器4、第四时间控制器5、第五时间控制器6、曝气泵7、三通保险阀8、玻璃转子流量计9、曝气管10、进水管11、第二蠕动泵12、支架13、渗滤液桶14、导液管15、第二采样管16、液相曝气区17、连通孔18、多孔型气体扩散板19、污泥沉降区20、电控排泥阀21、污泥收集桶22、第一蠕动泵23、布水管24、沙砾层25、布水板26、填料好氧区27、第一采样管28、填料厌氧区29、电控排水阀30、出水收集桶31；
图2是曝气内循环型垃圾渗滤液两相处理流程图。
具体实施方式
如图1所示，曝气内循环型垃圾渗滤液两相处理反应器具有支架13，支架13上设有反应器本体，反应器本体中间由一块竖直隔板将反应器本体体隔成两大小不等的腔体，竖直隔板下部30cm至35cm区域设有均匀分布的多行连通孔18，反应器本体的大、小腔体底部为倒锥腔体，反应器本体的大腔体中装有混合填料，填料上部为砾石层25，砾石层中间设有水平放置的布水板26，布水板上面设有布水管24，布水管经第一蠕动泵23、导液管紧贴15紧贴伸到反应器本体的小腔体内，第一蠕动泵紧贴23紧贴与第四时间控制器紧贴5紧贴相连，反应器本体的大腔体不同高度设有多个第一采样管紧贴28紧贴，大腔体的倒锥腔体底部设有电控排水阀紧贴30紧贴，电控排水阀紧贴30紧贴与第五时间控制器紧贴6紧贴相连，电控排水阀紧贴30紧贴下面设有出水收集桶紧贴31紧贴，反应器本体的小腔体为液相曝气区紧贴17紧贴，小腔体倒锥腔体为污泥沉降区紧贴20紧贴，小腔体倒锥腔体底部设有电控排泥阀紧贴21紧贴，电控排泥阀紧贴21紧贴与第三时间控制器紧贴4紧贴相连，电控排泥阀紧贴21紧贴下面设有污泥收集桶紧贴22紧贴；在小腔体不同高度装有第二采样管紧贴16紧贴，曝气泵紧贴7紧贴由一根软管与三通保险阀紧贴8紧贴相连，三通保险阀另一出口由曝气管紧贴10紧贴经玻璃转子流量计紧贴9紧贴伸入小腔体内，并紧贴小腔体内壁伸至底部与多孔型气体扩散板紧贴19紧贴相连；曝气泵紧贴7紧贴与第一时间控制器紧贴2紧贴相连，支架旁边设有一只渗滤液桶紧贴14紧贴，渗滤液桶由进水管紧贴11紧贴经第二蠕动泵紧贴12紧贴伸进小腔体内，第二蠕动泵连接第二时间控制器紧贴3紧贴。
所述的反应器本体大腔体的长方体尺寸为长60～70cm×宽30～40cm×高100～110cm。反应器本体小腔体的长方体尺寸为60cm×宽10～20cm×高100cm。混合填料由煤渣、沸石和活性炭混合而成，混合填料粒径为0.5～1.0cm，煤渣、沸石和活性炭的质量比为2～2.5∶2～2.5∶1。反应器本体大腔体中的混合填料是从底部装填至距离顶部15～20cm处。第一采样管紧贴28紧贴水平插入填料层，第一采样管紧贴28紧贴插入深度为填料层的3/4至4/5，采样管管壁设有均匀分布的多个小孔。
如图2所示，运行方式可采用间歇式或连续式，具体可通过时间控制器来实现。在系统运行参数已经确定后，调节微电脑时间控制器实现可自动进水、自动曝气与污泥沉降、自动循环、自动排水以及自动排泥等操作。
(1)反应器功能：在液相曝气区，渗滤液中的有机物、氨氮等污染物通过活性污泥微生物的生物降解与生物转化过程，分解为二氧化碳、水，硝酸盐等。填料好氧区之所以为好氧区，是因为液相曝气区的循环液处于好氧状态，随着循环液在固液两相之间的循环，部分活性污泥将被带入固相填料区，并附着在填料表面，形成生物膜。在填料好氧区，多孔性的煤渣、沸石和活性炭具有很强的吸附作用，并可实现优势互补，能够将氨氮等污染物吸附在颗粒表面或微孔当中，进一步降低循环液中的污染物负荷；被填料吸附的污染物，在生物膜的作用下得到降解和进一步硝化。在填料厌氧区定期排水过程中，上层好氧区以及液相曝气区的污水会同时进入填料厌氧区。因此，在填料厌氧区的污水当中既包括来自填料好氧区的硝酸盐，又包括来自液相曝气区的部分有机物(其负荷可以控制)，部分有机物的存在可以为反硝化菌提供碳源，实现无人工投加碳源的反硝化脱氮过程，具有前置反硝化工艺的功效。
(2)反应器的启动与调试：要达到垃圾渗滤液氨氮高效脱除并节省能耗，各个环节和反应区要发挥最佳功能并达到优化组合，整个反应器需要一套最佳运行参数，包括进水量、进水水质、曝气量、曝气时间、填料好氧区水力停留时间、液相曝气区污泥状态与停留时间、填料好氧区水力停留时间等，这些参数决定着反应器的性能，需要经过调试与现场实验对运行参数进行优化选择。为缩短活性污泥驯化时间，可直接取垃圾渗滤液处理厂的污泥进行调试；先预设各个运行参数开启整个系统，从反应器的各个采样口取样进行水质和污泥性质分析，根据运行效果再调整运行参数，直到获得最佳的运行效果并达到节省能耗，方可得到一套最佳的系统运行参数。
(3)运行参数设定：在摸清反应器运行参数的基础上，可实现自动化运行。检查整套反应器系统的电路、管路、气路、气体流量计、反应容器、电动设备等。根据反应器可承受的水力负荷及污染物负荷参数，设定第二蠕动泵流量，再设定第二时间控制器工作与停止时间。调节玻璃转子流量计设定流量，三通保险阀是为保护曝气泵，避免其过度产热而设置，再设定第一时间控制器工作与停止时间。调节第一蠕动泵设定流量，在设定第四时间控制器工作与停止时间。设定第三时间控制器工作与停止时间，以确定电控排泥阀的开启与关闭时间。设定第五时间控制器工作与停止时间，以确定电控排水阀的开启与关闭时间。
(4)系统运行：在设定完各项运行参数以后，向渗滤液桶中注入待处理的垃圾渗滤液；开启总控电源，使进入各台时间控制器进入自动控制状态，使得第二蠕动泵间歇式或连续式工作，定期地量地将待处理渗滤液经过进水管输送至液相曝气区。曝气泵经过玻璃转子流量计、曝气管以及多孔型气体扩散板定期定量地将空气鼓入液相曝气区。第一蠕动泵经过导液管、布水管、布水板、沙砾层以及连通孔，实现渗滤液定期定量地在液相曝气区和填料好氧区之间循环。当曝气泵停止工作时，液相曝气区中的活性污泥开始沉降，电控排泥阀与污泥沉降过程相结合，定期定量地将污泥沉降区中的部分污泥排入污泥收集桶。电控排水阀可定期定量地将填料厌氧区中的处理水排入出水收集桶。
Claims (6)
1.一种曝气内循环型垃圾渗滤液两相处理反应器，其特征在于，它具有支架(13)，支架(13)上设有反应器本体，反应器本体中间由一块竖直隔板将反应器本体隔成两大小不等的腔体，竖直隔板下部30cm至35cm区域设有均匀分布的多行连通孔(18)，反应器本体的大、小腔体底部为倒锥腔体，反应器本体的大腔体中装有混合填料，填料上部为砾石层(25)，砾石层中间设有水平放置的布水板(26)，布水板上面设有布水管(24)，布水管经第一蠕动泵(23)、导液管(15)伸到反应器本体的小腔体内，第一蠕动泵(23)与第四时间控制器(5)相连，反应器本体的大腔体不同高度设有多个第一采样管(28)，大腔体的倒锥腔体底部设有电控排水阀(30)，电控排水阀(30)与第五时间控制器(6)相连，电控排水阀(30)下面设有出水收集桶(31)，反应器本体的小腔体为液相曝气区(17)，小腔体倒锥腔体为污泥沉降区(20)，小腔体倒锥腔体底部设有电控排泥阀(21)，电控排泥阀(21)与第三时间控制器(4)相连，电控排泥阀(21)下面设有污泥收集桶(22)；在小腔体不同高度装有第二采样管(16)，曝气泵(7)由一根软管与三通保险阀(8)相连，三通保险阀另一出口由曝气管(10)经玻璃转子流量计(9)伸入小腔体内，并紧贴小腔体内壁伸至底部与多孔型气体扩散板(19)相连；曝气泵(7)与第一时间控制器(2)相连，支架旁边设有一只渗滤液桶(14)，渗滤液桶由进水管(11)经第二蠕动泵(12)伸进小腔体内，第二蠕动泵连接第二时间控制器(3)。
2.根据权利要求1所述的一种曝气内循环型垃圾渗滤液两相处理反应器，其特征在于，所述的反应器本体大腔体的长方体尺寸为长60～70cm×宽30～40cm×高100～110cm。
3.根据权利要求1所述的一种曝气内循环型垃圾渗滤液两相处理反应器，其特征在于，所述的反应器本体小腔体的长方体尺寸为60cm×10～20cm×100cm。
4.根据权利要求1所述的一种曝气内循环型垃圾渗滤液两相处理反应器，其特征在于，所述的混合填料由煤渣、沸石和活性炭混合而成，混合填料粒径为0.5～1.0cm，煤渣、沸石和活性炭的质量比为2～2.5∶2～2.5∶1。
5.根据权利要求1所述的一种曝气内循环型垃圾渗滤液两相处理反应器，其特征在于，所述的反应器本体大腔体中的混合填料是从底部装填至距离顶部15～20cm处。
6.根据权利要求1所述的一种曝气内循环型垃圾渗滤液两相处理反应器，其特征在于，所述的第一采样管(28)水平插入填料层，第一采样管(28)插入深度为填料层的3/4至4/5，采样管管壁设有均匀分布的多个小孔。
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