CN102115256A - 填埋场渗滤液厌氧处理方法 - Google Patents

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Abstract

填埋场渗滤液厌氧处理方法，属于固体废物处理方法，解决中老龄填埋场渗滤液不能直接利用生物处理设施而导致处理成本上升和生物处理设施闲置的问题。本发明的一种方法，为连续式进料，适合处理规模较大的场合，顺序包括：分选破碎步骤、特性分析步骤、水解酸化步骤、初始配料步骤、配料步骤和产生沼气步骤。本发明的另一种方法，为序批式进料，适合处理规模较小的场合，顺序包括：分选破碎步骤、特性分析步骤、配料步骤和产生沼气步骤。本发明工艺简单，可有效利用原有设施，对于混合物料的厌氧消化反应有明显的促进作用，残余沼液可生化性明显高于填埋场渗滤液，处理成本明显低于直接用物化处理方式或膜处理方式处理填埋场渗滤液。

Description

填埋场渗滤液厌氧处理方法
技术领域
本发明属于固体废物处理方法，具体涉及填埋场渗滤液厌氧处理方法，将填埋场渗滤液与生物质垃圾混合配料后进行厌氧消化，以改善填埋场渗滤液的可生化性，同时提高厌氧消化产气效率。
背景技术
我国城市生活垃圾有54.6％通过填埋方式处理，高达60％以上的易腐有机物含量导致填埋场渗滤液有机物和氨氮浓度高。目前常用的填埋场渗滤液处理方式有生物处理、物化处理和膜处理三种方式，三种方式一般会组合应用，以保证出水达标排放。其中，生物处理方式运营成本高，一般用于去除可降解有机物和低浓度的氨氮，物化处理和膜处理方式成本高，一般作为生物处理的预处理或深度处理工艺。新鲜填埋场渗滤液可生化性能较好，随着填埋年限增长，填埋场渗滤液中难降解长链烷烃和芳香烃类有机污染物含量增加，氨氮的累积对微生物生长产生抑制和毒害，使得中老龄填埋场渗滤液的可生化性能大幅度降低，原有的生物处理单元难以对其进行有效处理，必然被闲置。若仅通过物化处理或膜处理来保证出水达标，则会导致处理成本剧增，物化处理或膜处理单元负荷加重，易造成膜管堵塞等现象发生。由于我国生活垃圾卫生填埋起步于较晚，现有的填埋场运行时间不长，所以该现象还没有得到足够重视。随着我国生活垃圾卫生填埋场的大量兴建与投入使用，中老龄填埋场渗滤液难以直接生物处理的现象将越来越引起人们关注。
另一方面，我国大型城市垃圾无害化处理设施(包括生物质垃圾、建筑垃圾等)的用地需求与城市建设用地紧缺之间矛盾日益激烈。在填埋场附近建设包括生物质垃圾处理厂在内的垃圾集中处理设施，将成为大型城市发展的主要趋势。由于厌氧消化方式处理生物质垃圾具有减排温室气体和产生绿色清洁能源的双重优点，将是生物质垃圾处理的主要方式。
发明内容
本发明提出填埋场渗滤液厌氧处理方法，解决中老龄填埋场渗滤液不能直接利用生物处理设施而导致处理成本上升和生物处理设施闲置的问题。
本发明的一种填埋场渗滤液连续式厌氧处理方法，顺序包括：
一、分选破碎步骤：将新鲜生物质垃圾进行筛选，去除其中的无机物和杂质，然后破碎至粒径为5～15mm的生物质垃圾；
二、特性分析步骤：测定所述生物质垃圾的含水率a、干基碳含量C1、干基氮含量N1，测定填埋场渗滤液的干基碳含量C2、干基氮含量N2；
三、水解酸化步骤：将所述生物质垃圾，在30℃～55℃温度下，保持密封，搅拌2～3d，进行水解酸化反应，得到酸化物料；
四、初始配料步骤：将质量m1的酸化物料、质量m2的填埋场渗滤液和质量
Figure BDA0000037948390000021
的厌氧污泥混合，得到初混物料，转步骤六；0＜m1＜1000kg，m2取值满足下述线性规划模型：
目标为：Max m2
约束于： m 2 &GreaterEqual; m 1 &times; C 2 - 25 N 2 25 N 1 - C 1 m 2 &le; m 1 &times; C 2 - 35 N 2 C 1 - 35 N 1 m 2 &le; m 1 &times; ( 8.5 - 10 a ) m 2 &GreaterEqual; m 1 &times; ( 16 - 20 a ) 3 a < 0.85 ;
所述厌氧污泥为市政污水处理厂厌氧消化池的污泥；
五、配料步骤：将质量m1的酸化物料、质量m2的填埋场渗滤液和质量
Figure BDA0000037948390000032
的沼液混合，得到混合物料，m1和m2的取值同步骤四，转步骤六；
六、产生沼气步骤：在温度为30℃～55℃，pH为6.5～7.5的条件下，对于初混物料，保持密封1～2d，收集产生的沼气，提取产生的沼液，然后转步骤五；对于混合物料，保持密封，水力停留20～30d，收集产生的沼气，每天提取产生的沼液，沼渣另行处理，然后转步骤五。
所述水解酸化步骤中，进行水解酸化反应时，可以加入NaOH或Ca(OH)2，控制pH为9.0～11.0，以增大酸化物料中乙酸的含量。
本发明的一种填埋场渗滤液序批式厌氧处理方法，顺序包括：
一、分选破碎步骤：将新鲜生物质垃圾进行筛选，去除其中的无机物和杂质，然后破碎至粒径为5～15mm的生物质垃圾；
二、特性分析步骤：测定所述生物质垃圾的含水率a、干基碳含量C1、干基氮含量N1，测定填埋场渗滤液的干基碳含量C2、干基氮含量N2；
三、配料步骤：将质量m1的生物质垃圾、质量m2的填埋场渗滤液和质量的厌氧污泥混合均匀，得到混合物料，0＜m1＜1000kg，m2的取值满足下述线性规划模型：
目标为：Max m2
约束于： m 2 &GreaterEqual; m 1 &times; C 2 - 25 N 2 25 N 1 - C 1 m 2 &le; m 1 &times; C 2 - 35 N 2 C 1 - 35 N 1 m 2 &le; m 1 &times; ( 8.5 - 10 a ) m 2 &GreaterEqual; m 1 &times; ( 16 - 20 a ) 3 a < 0.85 ;
所述厌氧污泥为市政污水处理厂厌氧消化池的污泥；
四、产生沼气步骤：将所述混合物料在30℃～55℃温度下，控制pH为6.5～7.5，保持密封20～30d，收集产生的沼气。
本发明工艺简单，提供的两种填埋场渗滤液厌氧处理方法，前者为两相连续式厌氧消化工艺，连续进料，适合处理规模较大的场合；后者为单相序批式厌氧消化工艺，序批进料，适合处理规模较小的场合。
本发明利用生物质垃圾处理厂一般与填埋场毗邻的特点，将填埋场渗滤液与生物质垃圾混合，使可生化性不到28％、已无法直接使用生物处理方式进行处理的填埋场渗滤液经过本发明的处理后，残余沼液可生化性提高到60％以上，可有效利用原有的填埋场渗滤液生物处理设施，避免设施闲置。
由于本发明利用填埋场渗滤液中的氨氮作为厌氧消化的活性氮营养物质，补充生物质垃圾氮含量的不足，将所述混合物料的碳氮比(C/N)调节到了最适合厌氧消化反应的25∶1到35∶1，对于混合物料的厌氧消化反应有明显的促进作用，持续产气时间比生物质垃圾单独厌氧消化提高12％～15％，日产气量比生物质垃圾单独厌氧消化提高20％～40％。
本发明处理成本明显低于直接用物化处理方式或膜处理方式处理填埋场渗滤液。
附图说明
图1为本发明所使用的装置示意图，图中标记：水解酸化反应器1，第一离心泵2、配料池3、第二离心泵4、产甲烷反应器5、第三离心泵6、储气罐7；
图2是本发明实施例1、2、3的工艺流程图；
图3是本发明实施例4、5的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明各实施例所使用的装置，包括依次通过管路连接的水解酸化反应器1，第一离心泵2、配料池3、第二离心泵4、产甲烷反应器5和储气罐7；产甲烷反应器5底部出口通过第三离心泵6和管路连接配料池3。
实施例1，采用两相连续式厌氧消化工艺，如图2所示：
一、分选破碎步骤：将新鲜生物质垃圾(包括50％的厨余垃圾、45％的果蔬垃圾和树叶纸张等杂物)进行筛选，去除其中的无机物和杂质，然后破碎，得到粒径5mm的生物质垃圾；
二、特性分析步骤：测定上述生物质垃圾的含水率a＝75％、干基碳含量C1＝48.95％、干基氮含量N1＝1.81％，测定填埋场渗滤液的干基碳含量C2＝3.64％、干基氮含量N2＝2.47％；
三、水解酸化步骤：将上述生物质垃圾装入密闭的水解酸化反应器1中，温度控制在55℃，搅拌3d，得到酸化物料；
四、初始配料步骤：将100g酸化物料通过第一离心泵2传输到配料池3中，加入96.7g填埋场渗滤液和5g厌氧污泥，混合均匀后，得到初混物料；
五、配料步骤：将100g酸化物料通过第一离心泵2传输到配料池3中，加入96.7g填埋场渗滤液和20g沼液，混合均匀，得到混合物料；
六、产生沼气步骤：控制产甲烷反应器5的温度为55℃、pH为7.5，将201.7g初混物料通过第二离心泵4传输到产甲烷反应器中，密封1d，提取生成的沼液；然后，将216.7g/d的混合物料通过第二离心泵4传输到产甲烷反应器中，保持密封，水力停留30d，收集产生的沼气，每天提取沼液20g通过第三离心泵6回流，残余沼液和沼渣另行处理。经测定，产甲烷反应器的平均沼气产量为10.2L/d，残余沼液的可生化性BOD/COD比值为0.67，高于填埋场渗滤液(BOD/COD比值为0.32)。
实施例1同时设置只用生物质垃圾厌氧消化的对照组，对照组同样持续产气30d，平均日产气速率为8.6L/d。
实施例2，采用两相连续式厌氧消化工艺，如图2所示：
一、分选破碎步骤：将新鲜生物质垃圾(包括50％的厨余垃圾、45％的果蔬垃圾和树叶纸张等杂物)进行筛选，去除其中的无机物和杂质，然后破碎，得到粒径5mm的生物质垃圾；
二、特性分析步骤：测定上述生物质垃圾的含水率a＝75％、干基碳含量C1＝48.95％、干基氮含量N1＝1.81％，测定填埋场渗滤液的干基碳含量C2＝3.64％、干基氮含量N2＝2.47％；
三、水解酸化步骤：将上述生物质垃圾装入密闭的水解酸化反应器1中，采用Ca(OH)2将反应器内的pH调节至9.0，温度控制在55℃，搅拌3d，得到酸化物料(含水率为80％)；
四、初始配料步骤：将100g酸化物料通过第一离心泵2传输到配料池3中，加入96.7g填埋场渗滤液和5g厌氧污泥，混合均匀后，得到初混物料，转步骤六；
五、配料步骤：将100g酸化物料通过第一离心泵2传输到配料池3中，加入96.7g填埋场渗滤液和20g沼液，混合均匀，得到混合物料，转步骤六；
六、产生沼气步骤：控制产甲烷反应器5的温度为55℃、pH为7.5，将201.7g初混物料通过第二离心泵4传输到产甲烷反应器中，密封1d，提取生成的沼液；然后，将216.7g/d的混合物料通过第二离心泵4传输到产甲烷反应器中，保持密封，水力停留30d，收集产生的沼气，每天提取沼液20g通过第三离心泵6回流，残余沼液和沼渣另行处理。经测定，产甲烷反应器的平均沼气产量为11L/d，残余沼液的可生化性BOD/COD比值为0.69，高于填埋场渗滤液(BOD/COD比值为0.32)。
实施例2同时设置只用生物质垃圾厌氧消化的对照组，对照组同样持续产气30d，平均日产气速率为8.6L/d。
实施例3，采用两相连续式厌氧消化工艺，如图2所示：
一、分选破碎步骤：将新鲜生物质垃圾(包括50％的厨余垃圾、45％的果蔬垃圾和树叶纸张等杂物)进行筛选，去除其中的无机物和杂质，然后破碎，得到粒径10mm的生物质垃圾；
二、特性分析步骤：测定上述生物质垃圾的含水率a＝75％、干基碳含量C1＝48.95％、干基氮含量N1＝1.81％，测定填埋场渗滤液的干基碳含量C2＝3.64％、干基氮含量N2＝2.47％；
三、水解酸化步骤：将上述生物质垃圾装入密闭的水解酸化反应器1中，采用NaOH将反应器内的pH调节至11.0，温度控制在30℃，搅拌2d，得到酸化物料(含水率为78％)；
四、初始配料步骤：将100g酸化物料通过第一离心泵2传输到配料池3中，加入96.7g填埋场渗滤液和5g厌氧污泥，混合均匀后，得到初混物料，转步骤六；
五、配料步骤：将100g酸化物料通过第一离心泵2传输到配料池3中，加入96.7g填埋场渗滤液和20g沼液，混合均匀，得到混合物料，转步骤六；
六、产生沼气步骤：控制产甲烷反应器5的温度为30℃、pH为6.5，将201.7g初混物料通过第二离心泵4传输到产甲烷反应器中，密封2d，提取生成的沼液；然后，将216.7g/d的混合物料通过第二离心泵4传输到产甲烷反应器中，保持密封，水力停留20d，收集产生的沼气，每天提取沼液20g通过第三离心泵6回流，残余沼液和沼渣另行处理。经测定，产甲烷反应器的平均沼气产量为8.9L/d，残余沼液的可生化性BOD/COD比值为0.62，高于填埋场渗滤液(BOD/COD比值为0.32)。
实施例3同时设置只用生物质垃圾厌氧消化的对照组，对照组同样持续产气20d，平均日产气速率为7.2L/d。
实施例4，采用单相序批式厌氧消化工艺，如图3所示：
一、分选破碎步骤：将新鲜生物质垃圾进行筛选，去除其中的无机物和杂质，然后破碎至粒径为5mm的生物质垃圾；
二、特性分析步骤：测定所述生物质垃圾的含水率a＝72％、干基碳含量C1＝42.47％、干基氮含量N1＝1.52％，测定填埋场渗滤液的干基碳含量C2＝3.93％、干基氮含量N2＝2.10％；
三、配料步骤：将3000g生物质垃圾、2800g填埋场渗滤液和210g厌氧污泥在配料池3中混合均匀，得到混合物料：
四、产生沼气步骤：将6010g混合物料通过第二离心泵4传输到产甲烷反应器5中，控制温度为30℃、pH为6.5，保持密封20d，收集产生的沼气。平均产气速率达到9.5L/d，20d后，测定残余沼液的可生化性BOD/COD比值为0.58，高于填埋场渗滤液(BOD/COD比值为0.32)。
实施例4同时设置只用生物质垃圾厌氧消化的对照组，对照组同样持续产气20d，平均日产气速率为8.5L/d。
实施例5，采用单相序批式厌氧消化工艺，如图3所示：
一、分选破碎步骤：将新鲜生物质垃圾进行筛选，去除其中的无机物和杂质，然后破碎至粒径为10mm的生物质垃圾；
二、特性分析步骤：测定所述生物质垃圾的含水率a＝72％、干基碳含量C1＝42.47％、干基氮含量N1＝1.52％，测定填埋场渗滤液的干基碳含量C2＝3.93％、干基氮含量N2＝2.10％；
三、配料步骤：将3000g生物质垃圾、2800g填埋场渗滤液和210g厌氧污泥在配料池3中混合均匀，得到混合物料：
四、产生沼气步骤：将6010g混合物料通过第二离心泵4传输到产甲烷反应器5中，控制温度为55℃、pH为7.5，保持密封30d，收集产生的沼气。平均产气速率达到10.6L/d，30d后，测定残余沼液的可生化性BOD/COD比值为0.69，高于填埋场渗滤液(BOD/COD比值为0.32)。
实施例5同时设置只用生物质垃圾厌氧消化的对照组，对照组同样持续产气30d，平均日产气速率为9.2L/d。

Claims (3)

1.一种填埋场渗滤液连续式厌氧处理方法，顺序包括：
一、分选破碎步骤：将新鲜生物质垃圾进行筛选，去除其中的无机物和杂质，然后破碎至粒径为5～15mm的生物质垃圾；
二、特性分析步骤：测定所述生物质垃圾的含水率a、干基碳含量C1、干基氮含量N1，测定填埋场渗滤液的干基碳含量C2、干基氮含量N2；
三、水解酸化步骤：将所述生物质垃圾，在30℃～55℃温度下，保持密封，搅拌2～3d，进行水解酸化反应，得到酸化物料；
四、初始配料步骤：将质量m1的酸化物料、质量m2的填埋场渗滤液和质量
Figure FDA0000037948380000011
的厌氧污泥混合，得到初混物料，转步骤六；0＜m1＜1000kg，m2取值满足下述线性规划模型：
目标为：Max m2
约束于： m 2 &GreaterEqual; m 1 &times; C 2 - 25 N 2 25 N 1 - C 1 m 2 &le; m 1 &times; C 2 - 35 N 2 C 1 - 35 N 1 m 2 &le; m 1 &times; ( 8.5 - 10 a ) m 2 &GreaterEqual; m 1 &times; ( 16 - 20 a ) 3 a < 0.85 ;
所述厌氧污泥为市政污水处理厂厌氧消化池的污泥；
五、配料步骤：将质量m1的酸化物料、质量m2的填埋场渗滤液和质量
Figure FDA0000037948380000021
的沼液混合，得到混合物料，m1和m2的取值同步骤四，转
步骤六；
六、产生沼气步骤：在温度为30℃～55℃，pH为6.5～7.5的条件下，对于初混物料，保持密封1～2d，收集产生的沼气，提取产生的沼液，然后转步骤五；对于混合物料，保持密封，水力停留20～30d，收集产生的沼气，每天提取产生的沼液，沼渣另行处理，然后转步骤五。
2.如权利要求1所述的填埋场渗滤液连续式厌氧处理方法，其特征在于：
所述水解酸化步骤中，进行水解酸化反应时，加入NaOH或Ca(OH)2，控制pH为9.0～11.0。
3.一种填埋场渗滤液序批式厌氧处理方法，顺序包括：
一、分选破碎步骤：将新鲜生物质垃圾进行筛选，去除其中的无机物和杂质，然后破碎至粒径为5～15mm的生物质垃圾；
二、特性分析步骤：测定所述生物质垃圾的含水率a、干基碳含量C1、干基氮含量N1，测定填埋场渗滤液的干基碳含量C2、干基氮含量N2；
三、配料步骤：将质量m1的生物质垃圾、质量m2的填埋场渗滤液和质量
Figure FDA0000037948380000022
的厌氧污泥混合均匀，得到混合物料，0＜m1＜1000kg，m2的取值满足下述线性规划模型：
目标为：Max m2
约束于： m 2 &GreaterEqual; m 1 &times; C 2 - 25 N 2 25 N 1 - C 1 m 2 &le; m 1 &times; C 2 - 35 N 2 C 1 - 35 N 1 m 2 &le; m 1 &times; ( 8.5 - 10 a ) m 2 &GreaterEqual; m 1 &times; ( 16 - 20 a ) 3 a < 0.85 ;
所述厌氧污泥为市政污水处理厂厌氧消化池的污泥；
四、产生沼气步骤：将所述混合物料在30℃～55℃温度下，控制pH为6.5～7.5，保持密封20～30d，收集产生的沼气。
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