CN101456651B - 一种垃圾初期渗滤液处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新的垃圾渗滤液处理方法，属废液资源化利用和环境保护工程技术领域。本发明方法利用传统常用的原有的膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器，将两台反应器组合成双联反应器系统；两台反应器作对称布置方式。将垃圾渗滤液先进入第一台反应器使进行厌氧消化而获得氢气；接着将由第一台反应器的部分出水进入第二台反应器再次进行厌氧消化而获得甲烷。本发明方法可同时获得氢气和甲烷，实现废液的资源化利用，同时减少了废液的污染，有利于环境保护。
Description
技术领域
本发明涉及一种新的垃圾渗滤液处理方法，属废液资源化利用和环境保护工程技术领域。
背景技术
氢能作为一种高效、清洁、可再生的燃料，正日益受到人们的重视。从发展清洁能源的角度来看，氢气是最理想的载能体。氢气本身是可再生的，在燃烧时只生成水，不产生任何污染物，甚至也不产生CO2，可以实现真正的“零排放”。
厌氧消化主要是在厌氧条件下微生物的代谢过程，它是复杂有机物(如纤维素、脂肪和蛋白质等)的降解、转化成H2、CO2和水的过程，是一个多类群细菌的协同代谢过程。厌氧消化一般可以分为4个阶段：1)水解阶段，2)发酵(酸化)阶段，3)产氢产乙酸阶段，4)产甲烷阶段。厌氧消化产氢是通过抑制厌氧消化过程中的酸性条件和产甲烷菌的活性，中断产甲烷过程从而达到产生氢气的目的。其实质是产氢产酸发酵细菌对有机物质的发酵过程，将有机物质分解为有机酸(乙酸、丁酸等)和乙醇等产物，同时释放出发酵气体H2和CO2。目前的资料表明，在酸性条件下，抑制产甲烷阶段进行，转而产氢，且H2含量可达60％以上。
厌氧膨胀颗粒污泥床(Expanded Granular Sludge Bed，EGSB)于上世纪90年代初，由G.Lettinga等人在UASB反应器的基础上增加出水循环工艺而开发的第三代高效反应器。它最大的特点是：1)通过污泥的颗粒化，能在反应器中保持足够的生物量，使活性污泥停留时间与废水停留时间分离；2)通过出水循环回流技术，使反应器内的液体升流速度大大提高，从而传质过程大为加强。相比UASB反应器中上升流速一般小于1.0m/h、污泥床基本处于静止状态，EGSB反应器中的上升流速可达2.5～10m/h，污泥床层处于膨胀状态。
目前，国内外对垃圾渗滤液所进行的研究，在垃圾渗滤液处理领域，目前仅针对填埋场渗滤液开展了相关研究，而针对如堆肥厂垃圾初期渗滤液的独立处理工艺和方法还没有相关报道，更未有利用垃圾初期渗滤液厌氧消化产氢利用方面的研究。
发明内容
本发明目的是利用传统常用的原有的膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器来处理生活垃圾初期渗滤液，使废液经两次厌氧消化反应后分别获得氢气和甲烷，实验废液资源化利用，同时减少垃圾渗滤液污染有利于环境保护。
本发明是一种新的处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于有以下过程和步骤：
a、利用传统常用的原有的两台膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器组合成双联反应器系统；将位于一侧的第一台反应器系统与位于另一侧的第二台反应器系统作相对对称布置，其间由管路相连；将渗滤液先进入第一台反应器使渗滤液进行厌氧消化而获得氢气，接着将由第一台反应器的部分出水进入第二台反应器进行厌氧消化而获得甲烷；
b、在处理过程中，垃圾渗滤液的处理条件为：所采用底物是垃圾堆肥厂初期发酵的渗滤液，其原水COD浓度在40000～60000mg/L范围内；垃圾渗滤液有机物含量在80％以上；
在处理过程中，控制系统工艺参数为：
第一台反应器：
(1)反应器温度35±1℃，通过反应器主体外部的水浴夹套保温调节；
(2)维持反应主体pH在适合产氢范围pH5.0-5.5，用盐酸和氢氧化钠进行人工调节；
(3)液体上升流速(Vup)3.0m/h；
(4)水力停留时间(HRT)30h；
(5)有机负荷在1.4～16.7gCODcr/L·d之间；
(6)发酵类型以乙醇发酵型为主。
第二台反应器：
(1)反应器温度35±1℃，通过反应器主体外部的水浴夹套保温调节；
(2)维持反应主体pH在适合产氢范围pH6.8-7.2，用盐酸和氢氧化钠进行人工调节；
(3)液体上升流速(Vup)3.2m/h；
(4)水力停留时间(HRT)43h；
(5)有机负荷在1.4～16.7gCODcr/L·d之间；
c、过程处理结果：经两台EGSB反应器厌氧消化后产生的混合气中，第一台反应器所产生的混合气中氢气含量为19％-33％，第二台反应器所产生的混合气中甲烷含量为67％-78％；最终COD去除率达到90％以上。
本发明处理过程的机理如下所述：
垃圾渗滤液在双联膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器系统中发生厌氧消化反应；消化反应分4个阶段，即水解阶段、发酵(酸化)阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段；渗滤液中的有机物是在水解菌的作用下水解后转化为单体，随后进入发酵阶段，在发酵细菌作用下，这些单体转化为各种小分子物质，一种产氢产乙酸细菌将一部分小分子物质转化为乙酸和氢气，此阶段为产氢产乙酸阶段(通过控制反应条件，使第一台反应器厌氧消化过程主要包括此前三个阶段，而抑制以后阶段的进行)，最后，一种产甲烷细菌将乙酸、氢气、CO2转化为甲烷，整个厌氧消化过程到此结束(第二台反应器包括完整的厌氧消化四个阶段)。
本发明处理方法的特点和有点如下所述：
本发明利用两台EGSB厌氧反应器组成双联处理系统，第一台反应器重点是获得氢气，第二台反应器接续由第一台反应器的部分出水进行再次厌氧消化而主要获得甲烷。
本发明处理方法针对厌氧消化过程中两种优势菌种最适宜的反应条件的不同，分别设置两台EGSB反应器对应的操作条件；其操作温度均为中温35±1℃；其控制pH值分别为：第一台反应器pH为5.0-5.5；第二台反应器pH为6.8-7.2。
本发明处理方法不但能获得氢气和甲烷两种能源产品，而且能使垃圾渗滤液废液实验无害化稳定化处理，降低垃圾渗滤液的污染，改善环境，达到环境保护的目的。
附图说明
图1为本发明利用两台EGSB厌氧消化反应器组成双联反应器的系统流程示意图。
图2为本发明方法垃圾渗滤液经EGSB厌氧消化产氢后COD处理效果图。
图3为本发明方法垃圾渗滤液经EGSB厌氧消化产沼气后COD处理效果图。
图4为本发明方法EGSB反应器氢气产率与氢气含量变化图。其中a为有机负荷变化；b为氢气产量变化；c为氢气含量变化。
图5为本发明方法EGSB反应器沼气产率和组分变化图。其中a.为气体产率变化b为气体组分变化。
具体实施方式
本发明利用传统常用的原有的两台膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器组合成双联反应器系统；两台反应器作相对对称布置，其间由管路相连；该双联EGSB反应器系统流程如图1所示。
垃圾渗滤液为某堆肥厂的垃圾初期渗滤液，垃圾渗滤液首先由第一台(产氢反应器)系统的进料泵将其抽到缓冲罐中，在循环泵作用下，将渗滤液送入第一台反应器底部，液体自下而上流动，经系统中各种菌的作用下进行厌氧消化后，含有氢气的混合气从上部气口排出并收集之；处理后的渗滤液由上部出水口流出，一部分出水进入缓冲罐与来自原进料罐中的渗滤液汇合并混合；另一部分出水经所述缓冲罐上部出水口排出，并进入第二台反应器(产沼反应器)系统中的进料罐中以作为产沼反应器的进水，再通过该系统的进料泵、缓冲罐、循环泵送至第二台反应器的底部，渗滤液自下而上，经次反应系统各种菌的作用下厌氧消化产生甲烷，混合气从上部气口排出并收集之；出水经上部出水口排出。
该双联反应器系统的特点是：第二台反应器产甲烷所采用的料液是第一台反应器产氢后流出的料液。两个反应系统结合联合使用，达到同时产氢产甲烷的目的，而且高度有效利用了垃圾渗滤液。
实施例：本发明处理方法的实施例中，采用的工艺条件如下：
第一台EGSB反应器(产氢反应器)：温度35±1℃，反应主体pH控制在5.0-5.5，水力停留时间(HRT)为30h，液体上升流速(Vup)为3.0m/h，有机负荷(OLR)在1.4～16.7gCODcr/L·d之间，发酵类型以乙醇型发酵为主。
第二台EGSB反应器(产沼反应器)：温度35±1℃，反应主体pH控制在6.8-7.2，水力停留时间(HRT)为43h，液体上升流速(Vup)为3.2/h，有机负荷(OLR)在1.4～16.7gCODcr/L·d之间。
对整个处理过程进行检测，其测试结果见附图中的图2、图3、图4、图5。
图2为垃圾渗滤液经EGSB厌氧消化产氢后COD处理效果图。从图中表示出第一反应器(产氢反应器)进出水的COD，以及COD去除率的变化；表明COD去除率最高可以达到70％，COD去除率一般稳定在50％左右。
图3为垃圾渗滤液经EGSB厌氧消化产沼气后COD处理效果图。表明COD去除率可达到90％以上，COD去除率一般稳定在95％左右。
图4为EGSB反应器氢气产率与氢气含量变化图。图中a表示有机负荷变化，b表示氢气产率变化，c表示氢气含量变化。图4表示在有机负荷逐渐提高的情况下，氢气含量和氢气产率在稳定阶段(II)保持稳定，在第II阶段，反应器平均和最大产氢气速率分别为1025mlH2/L渗滤液·d和1460ml H2/L渗滤液·d；氢气含量在19％-33％之间。
图5为EGSB反应器沼气产率与沼气组分变化图。图中a表示沼气甲烷的产率变化，b表示气体组分变化。图5表示出系统稳定阶段(20天以后)，有机负荷相对稳定前提下，甲烷含量在60％-80％之间，甲烷产率基本稳定在4-6L/L·d之间。
Claims (1)
1.一种处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于有以下过程和步骤：
a、利用传统常用的原有的两台膨胀颗粒污泥床EGSB反应器组合成双联反应器系统；将位于一侧的第一台反应器系统与位于另一侧的第二台反应器系统作相对对称布置，其间由管路相连；将渗滤液先进入第一台反应器使渗滤液进行厌氧消化而获得氢气，接着将由第一台反应器的部分出水进入第二台反应器进行厌氧消化而获得甲烷；
b、在处理过程中，垃圾渗滤液的处理条件为：所采用的底物是垃圾堆肥厂初期发酵的渗滤液，其原水COD浓度在40000～60000mg/L范围内；垃圾渗滤液有机物含量在80％以上；
在处理过程中，控制系统工艺参数为：
第一台反应器：
(1)反应器温度35±1℃，通过反应器主体外部的水浴夹套保温调节；
(2)维持反应主体pH在适合产氢范围pH5.0-5.5，用盐酸和氢氧化钠进行人工调节；
(3)液体上升流速(Vup)3.0m/h；
(4)水力停留时间(HRT)30h；
(5)有机负荷在1.4～16.7gCODcr/L·d之间；
(6)发酵类型以乙醇发酵型为主；
第二台反应器：
(1)反应器温度35±1℃，通过反应器主体外部的水浴夹套保温调节；
(2)维持反应主体pH在适合产氢范围pH6.8-7.2，用盐酸和氢氧化钠进行人工调节；
(3)液体上升流速(Vup)3.2m/h；
(4)水力停留时间(HRT)43h；
(5)有机负荷在1.4～16.7gCODcr/L·d之间；
c、过程处理结果：经两台EGSB反应器厌氧消化后产生的混合气中，第一台反应器所产生的混合气中氢气含量为19％-33％，第二台反应器所产生的混合气中甲烷含量为67％-78％；最终COD去除率达到90％以上。
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