CN109336254B - 一种用于垃圾渗滤液废水处理的新型厌氧反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于垃圾渗滤液废水处理的新型厌氧反应器，包含厌氧反应器和计算机全自动监控系统，计算机全自动监控系统与厌氧反应器控制连接，厌氧反应器运行过程的温度温度和流量均通过计算机全自动监控系统进行控制，厌氧反应器由进水管、钢结构罐体、布水沉砂板、钢结构平台、第一层导流板分离器、第二层导流板分离器、第一层导流板分离器沼气提升管、内循环回流管、沼气脱水器、第二层导流板分离器沼气提升管、出水管、外循环管和排砂管组成。采用旋流切线布水，减少了厌氧反应器运行的死区和短流；增加废水与厌氧微生物的生物化学反应；设置两层导流板分离器，增强了污泥的截留，同时提高了沼气收集效率；强化了厌氧反应器的运行效能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于垃圾渗滤液废水处理的新型厌氧反应器，具体为环保设备技术领域。
背景技术
厌氧反应器是在厌氧微生物的作用下实现有机质降解的废水生物处理技术，通过微生物生长环境的调控，提高厌氧消化的降解效率；厌氧反应器具有运行能耗低、有机负荷高、氮磷营养需求少、剩余污泥量少以及产生沼气能源等优点，已经在垃圾渗滤液处理中得到广泛的应用。厌氧反应器运行过程的实质是微生物适应环境、微生物形态变化以及建立新的生态系统的过程，产甲烷菌是厌氧反应器的主要微生物菌群，因其生长环境严格厌氧，生长世代周期长，生长速率缓慢，使得大多数厌氧反应器存在启动周期长，有机负荷低，污泥容易流失、产气率低等问题。垃圾渗滤液中含有高浓度的有机物、氨氮及大量的有毒物质，将严重影响微生物的活性以及厌氧反应器的稳定运行。
目前，已有的垃圾渗滤液厌氧生物处理技术主要以UASB和EGSB反应器为主，厌氧反应器容积较大，建设成本较高，运行过程中COD容积负荷较低(≤5kg COD/(m3·d))，有机污染物去除效率低(≤80％)，运行稳定性差，沼气产率较低(≤0.35m3/kgCOD)。同时存在反应器维护检修难度大，成本高的问题。因此，为进一步降低投资、运行成本，提高厌氧消化效率和运行稳定性，有必要改进现有工艺，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于垃圾渗滤液废水生物处理的厌氧反应器。它让垃圾渗滤液废水的适应性增强，厌氧消化周期明显缩短，且使沼气产率和稳定性显著提高。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于垃圾渗滤液废水处理的新型厌氧反应器包含厌氧反应器和计算机全自动监控系统，计算机全自动监控系统与厌氧反应器控制连接，厌氧反应器运行过程的温度温度和流量均通过计算机全自动监控系统进行控制，其中所述的厌氧反应器由进水管、钢结构罐体、布水沉砂板、钢结构平台、第一层导流板分离器、第二层导流板分离器、第一层导流板分离器沼气提升管、内循环回流管、沼气脱水器、第二层导流板分离器沼气提升管、出水管、外循环管和排砂管组成，钢结构罐体的左右两侧底部对应连接设置有进水管和排砂管,钢结构罐体的内部底端左右两侧倾斜放置有两块布水沉砂板，钢结构罐体的顶部中间位置设置有沼气脱水器,沼气脱水器通过两侧的第二层导流板分离器沼气提升管与第二层导流板分离器连接，沼气脱水器通过两侧的第一层导流板分离器沼气提升管与第一层导流板分离器连接，且第一层导流板分离器设置在两个钢结构平台之间，沼气脱水器的底部连接有内循环回流管,内循环回流管一直延伸至钢结构罐体的底部，钢结构罐体的左侧上部连接有出水管，钢结构罐体的右侧上部连接有外循环管。
作为优选，所述的钢结构罐体的外部设置10cm厚的保温岩棉，保温岩棉通过彩钢板或铝板固定，在运行温度较低情况下通过蒸汽或热水进行换热增温、保温。
作为优选，所述的钢结构罐体为圆柱形钢结构，直径与高度的比值为2-5，其最大高度不超过25m。
作为优选，所述的布水沉砂板与钢结构罐体底部水平面的安装角度为20-45°。
作为优选，所述的出水管安装于钢结构罐体的顶部，距离钢结构罐体的罐顶高度为20-40cm，出水管的管径为DN50-DN300。
作为优选，所述的第一层导流板分离器的高度为钢结构罐体总高度的1/3-2/3，第二层导流板分离器位于钢结构罐体的最顶部，距离钢结构罐体的顶部20-50cm。
作为优选，所述的外循环管与钢结构罐体的接口位于第二层导流板分离器的下部，距离第二层导流板分离器的距离为30-100cm，外循环管伸入钢结构罐体长度为50-150cm，外循环管的顶部预留法兰，并用法兰盖密封，外循环管的管径为DN50-DN250。
作为优选，所述的内循环回流管的顶部与沼气脱水罐之间通过橡胶软接头相连，且内循环回流管的顶部设置冲洗口，冲洗口与内循环回流管竖直方向的角度为120-150°，冲洗口的管径DN50-DN150；且内循环回流管外侧设置有排空口，排空口的管径为DN50-DN200。
作为优选，所述的沼气脱水罐的直径为0.5-3.0m，高度为0.5-3.0m。
作为优选，所述的第一层导流板分离器沼气提升管的管径DN50-DN300，第二层导流板分离器沼气提升管的管径为DN50-DN200。
一种用于垃圾渗滤液废水处理的新型厌氧反应器的工作原理为：垃圾渗滤液废水通过水泵泵入厌氧反应器的底部，在布水沉砂板3的导流作用下形成切线布水，与厌氧反应器内部的厌氧污泥发生生物反应，垃圾渗滤液中的可生物降解有机物转化为沼气，在第一层导流板分离器5、第二层导流板分离器6的作用下，将厌氧污泥截留在厌氧反应器中，沼气经过沼气提升管10上升至沼气脱水器9，沼气经过脱水后通过管道进入沼气储存装置，用于资源化利用；沼气脱水后的垃圾渗滤液在重力作用下回流至钢结构罐体2底部，形成内循环，经厌氧处理后的废水进入出水管11，进入后续处理设施，第二层导流板分离器6的下部设置外循环管12，通过水泵循环至布水沉砂板3，钙化的厌氧污泥、无机杂质或剩余污泥通过排砂管13排出钢结构罐体2，利用螺杆泵泵送至污泥浓缩池，经脱水后进行焚烧。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本装置采用旋流切线布水，减少了厌氧反应器运行的死区和短流；较大的高径比，较高的上升流速，增加废水与厌氧微生物的生物化学反应；设置两层导流板分离器，增强了污泥的截留，减少了污泥的流失，同时提高了沼气收集效率；设置沼气脱水器，沼气提升过程中携带的废水在沼气脱水器中得到分离，分离后的废水在重力作用下回流至反应器底部，形成内循环，在内循环和外循环双重水力作用下，进一步强化了厌氧反应器的运行效能。
附图说明
图1为本发明厌氧反应器的结构示意图；
图2为本发明实施例中垃圾渗滤液废水经过厌氧反应器处理前后进出水COD和COD去除率参数变化图；
图3为本发明实施例中垃圾渗滤液废水经过厌氧反应器处理后有机负荷的提高和沼气产率的变化图；
图4为本发明实施例中垃圾渗滤液废水经过厌氧反应器处理后进出水VFAs浓度的变化图；
图5为本发明实施例中不同运行阶段厌氧反应器污泥的比产甲烷活性变化图；
图6为本发明实施例中厌氧反应器不同运行阶段污泥层变化图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：参照图1所示，它包含厌氧反应器和计算机全自动监控系统，计算机全自动监控系统与厌氧反应器控制连接，厌氧反应器运行过程中的温度和流量均通过计算机全自动监控系统进行控制，其中所述的厌氧反应器由进水管1、钢结构罐体2、布水沉砂板3、钢结构平台4、第一层导流板分离器5、第二层导流板分离器6、第一层导流板分离器沼气提升管7、内循环回流管8、沼气脱水器9、第二层导流板分离器沼气提升管10、出水管11、外循环管12和排砂管13组成，钢结构罐体2的左右两侧底部对应连接设置有进水管1和排砂管13,钢结构罐体2的内部底端左右两侧倾斜放置有两块布水沉砂板3，布水沉砂板3与钢结构罐体2底部水平面的安装角度为30°，钢结构罐体2的顶部中间位置设置有沼气脱水器9,沼气脱水罐9的直径为2.0m，高度为0.5m，沼气脱水器9通过两侧的第二层导流板分离器沼气提升管10与第二层导流板分离器6连接，沼气脱水器9通过两侧的第一层导流板分离器沼气提升管7与第一层导流板分离器5连接，第一层导流板分离器沼气提升管7的管径DN100，第二层导流板分离器沼气提升管(10)的管径为DN200，且第一层导流板分离器5设置在两个钢结构平台4之间，第一层导流板分离器5的高度为钢结构罐体2总高度的1/3，第二层导流板分离器6位于钢结构罐体2的最顶部，距离钢结构罐体2的顶部30cm，沼气脱水器9的底部连接有内循环回流管8,内循环回流管8一直延伸至钢结构罐体2的底部，所述的内循环回流管8的顶部与沼气脱水罐9之间通过橡胶软接头14相连，且内循环回流管8的顶部设置冲洗口15，冲洗口15与内循环回流管8竖直方向的角度为120°，冲洗口15的管径DN50；且内循环回流管8外侧设置有排空口16，排空口16的管径为DN50-DN200，钢结构罐体2的左侧上部连接有出水管11，所述的出水管11距离钢结构罐体2的罐顶高度为30cm，出水管11的管径为DN150，钢结构罐体2的右侧上部连接有外循环管12，外循环管12与钢结构罐体2的接口位于第二层导流板分离器6的下部，距离第二层导流板分离器6的距离为50cm，外循环管12伸入钢结构罐体2长度为100cm，外循环管12的顶部预留法兰，并用法兰盖密封，外循环管12的管径为DN100，所述的钢结构罐体2的外部设置10cm厚的保温岩棉，保温岩棉通过彩钢板或铝板固定，所述的钢结构罐体2为圆柱形钢结构，直径与高度的比值为3，其最大高度不超过25m。
将上述实施例所述的用于垃圾渗滤液废水处理的新型厌氧反应器进行处理垃圾渗滤液废水。
首先将生活垃圾统一收运至垃圾焚烧厂厂区储坑内，在储坑内停留3-7d，储存坑内产生的渗滤液泵送至调节池进行搅拌匀质，再泵送至本实施例的厌氧反应器内，垃圾渗滤液废水的主要特性为高浓度的COD、BOD5、NH4 +-N、VFAs、Ca和Mg，综合水质指标见表1所示。
表1垃圾渗滤液废水水质
本实施例的厌氧反应器运行前接种含有高活性产甲烷菌种的污泥，接种污泥的挥发性悬浮固体(VSS)和总悬浮固体(TSS)比值不低于0.5，接种污泥量为5-10kgVSS/m3。
本实施例厌氧反应器通过提高进水量的方式逐步提高有机负荷，当产气量和COD去除率达到稳定状态时，则进一步提高进水负荷。本实施例厌氧反应器在整个运行过程中主要可划分为四个阶段，污泥驯化阶段(1-15d)，负荷提高阶段(16-73d)，系统恢复阶段(74-83d)和稳定运行阶段(84-106d)；不同运行阶段厌氧反应器污泥的比产甲烷活性如图5所示，不同运行阶段污泥层变化如图6所示。
负荷提高阶段，本实施例厌氧反应器的COD去除率将随着有机负荷的提高而出现波动，本实施例的厌氧反应器进出水COD和COD去除率参数变化如图2所示，经过2d的运行后，COD去除率将恢复到80％以上。经过53d的运行，反应器的有机负荷由6.3kg COD/(m3·d)提高到24.31kg COD/(m3·d)，说明随着进水负荷的提高，厌氧产甲烷菌逐渐适应垃圾渗滤液的处理环境，并呈现出较好的产甲烷活性。在稳定运行过程中，反应器的COD去除率稳定在89.4％-93.4％，本实施例厌氧反应器进出水VFAs浓度的变化如图4所示。出水VFAs低于1000mg/L，维持在596-960mg/L，沼气产率维持在0.42-0.50m3/kg CODremoval(即1m3垃圾渗滤液可以产生22.0-28.3m3沼气)，厌氧反应器启动运行时的水力停留时间为11.4d，有机负荷(Organic lording rate,OLR)为3.0-5.0kg COD/(m3·d)。
对于UASB厌氧反应器在中温条件下(35±1)℃对垃圾渗滤液处理的研究表明，UASB反应器接种粒径为0.5-2.0mm的颗粒污泥，在进水COD为70390-75 480mg/L和停留时间4.5-5.8d的情况下，经过170d的运行，有机负荷与COD去除率分别为12.5kg COD/(m3·d)和82.4％；相比之下，本发明的厌氧反应器启动运行的时间和停留时间约为UASB反应器的1/2，有机负荷约为UASB反应器的2倍，而且去除效果明显高于UASB反应器。
通过此种实施例可以表明本厌氧反应器，厌氧消化的适应性大幅提高，明显缩短消化周期，同时提高了沼气产率和反应器的运行稳定性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种用于垃圾渗滤液废水处理的新型厌氧反应器，其特征在于：它包含厌氧反应器和计算机全自动监控系统，计算机全自动监控系统与厌氧反应器控制连接，厌氧反应器运行过程中的温度和流量均通过计算机全自动监控系统进行控制，其中所述的厌氧反应器由进水管(1)、钢结构罐体(2)、布水沉砂板(3)、钢结构平台(4)、第一层导流板分离器(5)、第二层导流板分离器(6)、第一层导流板分离器沼气提升管(7)、内循环回流管(8)、沼气脱水器(9)、第二层导流板分离器沼气提升管(10)、出水管(11)、外循环管(12)和排砂管(13)组成，钢结构罐体(2)的左右两侧底部对应连接设置有进水管(1)和排砂管(13),钢结构罐体(2)的内部底端左右两侧倾斜放置有两块布水沉砂板(3)，所述的布水沉砂板(3)与钢结构罐体(2)底部水平面的安装角度为20-45°，钢结构罐体(2)的顶部中间位置设置有沼气脱水器(9),沼气脱水器(9)通过两侧的第二层导流板分离器沼气提升管(10)与第二层导流板分离器(6)连接，沼气脱水器(9)通过两侧的第一层导流板分离器沼气提升管(7)与第一层导流板分离器(5)连接，所述的第一层导流板分离器沼气提升管(7)的管径DN50-DN300，第二层导流板分离器沼气提升管(10)的管径为DN50-DN200，且第一层导流板分离器(5)设置在两个钢结构平台(4)之间，第一层导流板分离器(5)的高度为钢结构罐体(2)总高度的1/3-2/3，第二层导流板分离器(6)位于钢结构罐体(2)的最顶部，距离钢结构罐体(2)的顶部20-50cm，沼气脱水器(9)的底部连接有内循环回流管(8),内循环回流管(8)一直延伸至钢结构罐体(2)的底部，钢结构罐体(2)的左侧上部连接有出水管(11)，所述的出水管(11)距离钢结构罐体(2)的罐顶高度为20-40cm，出水管(11)的管径为DN50-DN300，钢结构罐体(2)的右侧上部连接有外循环管(12)，其中所述的钢结构罐体(2)的外部设置10cm厚的保温岩棉，保温岩棉通过彩钢板或铝板固定，所述的钢结构罐体(2)为圆柱形钢结构，直径与高度的比值为2-5，其最大高度不超过25m。
2.根据权利要求1所述的一种用于垃圾渗滤液废水处理的新型厌氧反应器，其特征在于：所述的外循环管(12)与钢结构罐体(2)的接口位于第二层导流板分离器(6)的下部，距离第二层导流板分离器(6)的距离为30-100cm，外循环管(12)伸入钢结构罐体(2)长度为50-150cm，外循环管(12)的顶部预留法兰，并用法兰盖密封，外循环管(12)的管径为DN50-DN250。
3.根据权利要求1所述的一种用于垃圾渗滤液废水处理的新型厌氧反应器，其特征在于：所述的内循环回流管(8)的顶部与沼气脱水器(9)之间通过橡胶软接头(14)相连，且内循环回流管(8)的顶部设置冲洗口(15)，冲洗口(15)与内循环回流管(8)竖直方向的角度为120-150°，冲洗口(15)的管径DN50-DN150；且内循环回流管(8)外侧设置有排空口(16)，排空口(16)的管径为DN50-DN200。
4.根据权利要求1所述的一种用于垃圾渗滤液废水处理的新型厌氧反应器，其特征在于：所述的沼气脱水器(9)的直径为0.5-3.0m，高度为0.5-3.0m。
5.根据权利要求1所述的一种用于垃圾渗滤液废水处理的新型厌氧反应器，其特征在于：所述的厌氧反应器的工作原理为：垃圾渗滤液废水通过水泵泵入厌氧反应器的底部，在布水沉砂板(3)的导流作用下形成切线布水，与厌氧反应器内部的厌氧污泥发生生物反应，垃圾渗滤液中的可生物降解有机物转化为沼气，在第一层导流板分离器(5)、第二层导流板分离器(6)的作用下，将厌氧污泥截留在厌氧反应器中，沼气经过沼气提升管(10)上升至沼气脱水器(9)，沼气经过脱水后通过管道进入沼气储存装置，用于资源化利用；沼气脱水后的垃圾渗滤液在重力作用下回流至钢结构罐体(2)底部，形成内循环，经厌氧处理后的废水进入出水管(11)，进入后续处理设施，第二层导流板分离器(6)的下部设置外循环管(12)，通过水泵循环至布水沉砂板(3)，钙化的厌氧污泥、无机杂质或剩余污泥通过排砂管(13)排出钢结构罐体(2)，利用螺杆泵泵送至污泥浓缩池，经脱水后进行焚烧。
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