CN110655188A - 一种生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理装置及其方法。装置呈同心圆柱构造，分成三个区域。厌氧反应区顶部设有布水器，底部堆存待处理生活垃圾，其上以矿化垃圾作为盖层；好氧反应区内安装有传输器，在传输器出口处连有真空泵与潜水泵，潜水泵另一端与厌氧反应区中布水器相连。使用时厌氧反应区内堆存的垃圾产生的渗滤液先被抽送至好氧反应反应区，在被硝化微生物反应之后通过传输器重新喷淋至厌氧反应区内，与新鲜垃圾产生的甲烷在盖层中硝酸盐型厌氧甲烷氧化微生物作用下发生反应去除污染物。本发明通过循环装置与硝酸盐型厌氧甲烷氧化微生物实现了新鲜垃圾所产生的渗滤液与填埋气的协同去除，兼具成本低、能耗低、空间小的特点。

Description

一种生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理装置及其方法
技术领域
本发明归属废水、废气生物处理领域，具体涉及一种生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理装置。
背景技术
卫生填埋是生活垃圾的主要处理处置方式之一，虽然其费用较低，但填埋过程中持续产生的甲烷易释放到大气中造成大气污染并加剧温室效应，而产生的渗滤液含有高氨氮，若无处理直接排放到环境中则会造成富营养化等一系列环境问题。目前垃圾填埋场普遍采用异位硝化反硝化的方式处理高氨氮渗滤液，而对产生的甲烷大多不进行进一步的收集利用，这不仅增加了环境风险，同时也是一种资源与能源的浪费。
发明内容
本发明针对目前垃圾填埋场填埋过程中产生的无规模应用价值的填埋气的无序排放以及渗滤液高氨氮等问题，提供一种新型垃圾渗滤液与填埋气协同处理装置。
本发明具体采用的技术方案如下：
一种新型生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理装置，其特征在于，所述装置由厌氧反应区、好氧反应区与恒温水浴区依次从内到外逐层嵌套，组成同心圆柱形；厌氧反应区顶部设有布水器，厌氧反应区的内腔底部铺有新鲜垃圾作为填埋层，填埋层上铺有矿化垃圾作为盖层，盖层中富集有硝酸盐型厌氧甲烷氧化微生物；厌氧反应区中设置多根贯穿填埋层和盖层的导气管，使填埋层产生的甲烷能够被均匀导入盖层中；所述厌氧反应区下方设有用于收集渗滤液的渗滤液收集装置，渗滤液收集装置的出水口通过输水泵与好氧反应区下端相连；所述好氧反应区中接种有硝化微生物，底部设有曝气头，顶部设有下细上粗的喇叭状输送器，输送器底部开口与好氧反应区内腔连通，顶部环向与好氧反应区侧壁形成密闭固定；输送器的内腔与真空泵相连，由真空泵控制输送器的内腔形成负压脱气；输送器的内腔中设有潜水泵，通过潜水泵以及厌氧反应区中的布水器，重新将输送器内的渗滤液喷洒至盖层上；所述恒温水浴区用于调节处理装置内部温度。
作为优选，所述厌氧反应区中，填埋层底部与渗滤液收集装置顶部之间通过滤膜相隔，以使填埋层产生的渗滤液进入渗滤液收集装置中聚集，同时阻隔填埋层与盖层落下的固体颗粒。
作为优选，所述滤膜的孔径为120微米。
作为优选，厌氧反应区顶部的布水器为盘式分布器。
作为优选，所述输送器底端和顶端的横截面面积比例为1:10。
作为优选，盖层中设有溶解氧传感器，用于实时监控厌氧反应区内氧气浓度。
作为优选，所述恒温水浴区内设有温控装置，用于感应、显示及调节装置内的温度。
作为优选，所述输水泵采用蠕动泵。
作为优选，所述输送器在好氧反应区中设有多个。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述处理装置的生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理方法，其具体步骤如下：
首先，将新鲜垃圾装入厌氧反应区中形成填埋层，并在其上覆盖富集有硝酸盐型厌氧甲烷氧化微生物的矿化垃圾形成盖层；新鲜垃圾逐渐自身分解产生渗滤液与填埋气，其中填埋气向上方盖层扩散，渗滤液向下渗透；
而后，渗滤液通过滤膜在渗滤液收集装置处被收集，再通过输水泵泵入好氧反应区；
再后，通过曝气头的曝气维持好氧反应区中渗滤液的好氧环境，渗滤液在好氧反应区通过硝化微生物的作用将氨氮转化为硝酸盐或亚硝酸盐，经过好氧处理的渗滤液通过传输器的底部进入渐扩的上升通道中，在渐扩流动产生的溶解气体释放同时配合真空泵的负压抽吸作用，对渗滤液中的氧气进行去除；
最后，渗滤液被潜水泵泵入厌氧反应区的布水器处，再被均匀洒下，在盖层的矿化垃圾处与新鲜垃圾产生的填埋气接触，在硝酸盐型厌氧甲烷氧化微生物作用下同步将硝酸盐与甲烷转化为二氧化碳和氮气，实现渗滤液与填埋气污染物的协同去除。
本发明的有益效果是：
本发明以新型的硝酸盐型厌氧甲烷氧化生物脱氮技术为核心，利用其可以协同处理甲烷与硝酸盐的特性，构造新型生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理装置。通过交替好氧/厌氧的水力学设计，使得渗滤液中的氨氮可在好氧条件下转化为硝酸盐后仍可回流至厌氧反应区中，与生活垃圾产生的甲烷在盖层的硝酸盐型厌氧甲烷氧化微生物作用下，转化为氮气与二氧化碳，实现了填埋气与渗滤液高效协同的处理效果。
附图说明
图1为一种新型垃圾渗滤液与填埋气协同处理装置示意图；
图2为处理装置的俯视图；
图中：布水器1、厌氧反应区2、导气管3、快速滤膜4、渗滤液收集装置5、输水泵6、好氧反应区7、曝气头8、传输器9、真空泵10、潜水泵11、恒温水浴区12、温控装置13、填埋层14、盖层15、溶解氧感应器16。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
如图1和2所示，为本发明设计的一种新型生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理装置，该装置由厌氧反应区2、好氧反应区7与恒温水浴区12依次从内到外逐层嵌套，组成同心圆柱形。三个区域之间呈同心圆柱构造但不直接连通，仅有厌氧反应区2、好氧反应区7通过流路间接连通。本发明在反应装置中同时设置了相连的厌氧反应区2与好氧反应区7，且两个区域之间通过循环装置进行水力循环。本发明通过流程优化，使得垃圾处理过程中产生的渗滤液和填埋气能够被硝化微生物与硝酸盐型厌氧甲烷氧化微生物协同处理。下面详细描述各结构的具体实现方式：
厌氧反应区2位于整个装置的中心，呈中空柱状，其顶部设有布水器1，本实施例中布水器1为盘式分布器，以便于布水更为均匀。厌氧反应区2的内腔底部铺有新鲜垃圾作为填埋层14，填埋层14上铺有矿化垃圾作为盖层15，且盖层15的矿化垃圾中富集有硝酸盐型厌氧甲烷氧化微生物，以便于后续的水气协同处理。填埋层14和盖层15的具体厚度可以根据需要进行调整。由于垃圾腐熟过程中会产生大量的渗滤液，其垃圾层体较为密实，气体上升可能存在不通畅的情况，因此本发明在厌氧反应区2中设置多根贯穿填埋层14和盖层15的导气管3，使填埋层14产生的甲烷能够被均匀导入盖层15中。垃圾腐熟过程中产生的渗滤液会在重力作用下沉积到厌氧反应区2底部，因此需要在厌氧反应区2下方设有用于收集渗滤液的渗滤液收集装置5。本实施例中渗滤液收集装置5为一个倒漏斗状的容器，顶部开口与厌氧反应区2底部等径，底部设有出水口。由于填埋层14与盖层15的垃圾均可能产生大量的固体垃圾颗粒，因此在需要在填埋层14底部与渗滤液收集装置5顶部进水口之间设置一层横向的快速滤膜4，通过滤膜4相隔可以使填埋层14产生的渗滤液快速进入渗滤液收集装置5中聚集，同时阻隔填埋层14与盖层15落下的固体颗粒。考虑到一般垃圾颗粒的粒径，滤膜4的孔径可以设置为120微米。
渗滤液收集装置5的底部出水口通过输水泵6与好氧反应区7下端相连，用于将渗滤液泵入好氧反应区7中。输水泵6可以采用蠕动泵。好氧反应区7的作用是对渗滤液进行硝化，将渗滤液中含有的大量氨氮转化为硝氮，因此该区域中需要接种有硝化微生物。好氧反应区7底部设有与外部风机相连的曝气头8，用于向渗滤液曝气，维持好氧环境。好氧反应区7顶部设有下细上粗的输送器9，本实施例中输送器9在好氧反应区7中设有2个，输送器9呈喇叭状，底部具有直管段，上部为渐扩段，渐扩段底端和顶端的横截面面积比例为1:10。,输送器9底部开口与好氧反应区7内腔连通，顶部环向与好氧反应区7侧壁形成密闭固定。在运行过程中，随着好氧反应区7内渗滤液的持续泵入，其液面逐渐上升，直至输送器9底部开口位置。随着渗滤液继续泵入，其会从输送器9底部开口进入，由于上升流道呈渐扩形式，因此会形成流体的流动面突扩，此过程中会出现渗滤液中溶解气体的溶出。而输送器9的内腔通过管道与真空泵10相连，由真空泵10对输送器9的内腔进行真空抽气，使得渗滤液被负压脱气，去除其中的大部分溶解氧。输送器9的内腔中设有潜水泵11，通过潜水泵11可以将脱氧后的渗滤液泵入厌氧反应区2中的布水器1，然后通过布水器1重新将输送器9内的渗滤液喷洒至盖层15上。整个过程中，恒温水浴区12可用于调节处理装置内部温度，使其保持在最佳温度。
另外，为了方便监控反应参数，盖层15中设有溶解氧传感器16，用于实时监控厌氧反应区内氧气浓度。同时，恒温水浴区12内设有温控装置13，用于感应并显示装置温度，自主调节温度至适宜反应发生温度，保证微生物活性及反应速率。
本发明中，以硝酸盐型厌氧甲烷氧化微生物为核心，此类微生物可以协同处理甲烷与硝酸盐，因此通过流程的优化，使得渗滤液中的氨氮可在好氧条件下转化为硝酸盐后仍可回流至厌氧反应区中，与生活垃圾产生的甲烷在盖层的硝酸盐型厌氧甲烷氧化微生物作用下，转化为氮气与二氧化碳，实现了填埋气与渗滤液高效协同的处理效果。
因此基于上述处理装置，本发明提供了一种生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理方法，其具体步骤如下：
首先，将新鲜垃圾也就是尚未进行腐熟的垃圾，装入厌氧反应区2中形成填埋层14，并在其上覆盖富集有硝酸盐型厌氧甲烷氧化微生物的矿化垃圾形成盖层15。随着腐熟过程的进行，新鲜垃圾逐渐自身分解产生渗滤液与填埋气，其中填埋气向上方盖层15扩散，渗滤液向下渗透。
而后，渗滤液通过滤膜4的过滤后，在渗滤液收集装置5处被收集，再通过输水泵6泵入好氧反应区7。
再后，通过曝气头8的曝气维持好氧反应区7中渗滤液的好氧环境，渗滤液在好氧反应区7通过硝化微生物的作用将氨氮转化为硝酸盐或亚硝酸盐，经过好氧处理的渗滤液通过传输器9的底部进入渐扩的上升通道中，在渐扩流动产生的溶解气体释放同时配合真空泵10的负压抽吸作用，对渗滤液中的氧气进行去除。
最后，渗滤液被潜水泵11泵入厌氧反应区2的布水器1处，再被均匀洒下，在盖层15的矿化垃圾处与新鲜垃圾产生的填埋气接触，在硝酸盐型厌氧甲烷氧化微生物作用下同步将硝酸盐与甲烷转化为二氧化碳和氮气，实现渗滤液与填埋气污染物的协同去除。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡遵循本发明原则所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理装置，其特征在于，所述装置由厌氧反应区(2)、好氧反应区(7)与恒温水浴区(12)依次从内到外逐层嵌套，组成同心圆柱形；厌氧反应区(2)顶部设有布水器(1)，厌氧反应区(2)的内腔底部铺有新鲜垃圾作为填埋层(14)，填埋层(14)上铺有矿化垃圾作为盖层(15)，盖层(15)中富集有硝酸盐型厌氧甲烷氧化微生物；厌氧反应区(2)中设置多根贯穿填埋层(14)和盖层(15)的导气管(3)，使填埋层(14)产生的甲烷能够被均匀导入盖层(15)中；所述厌氧反应区(2)下方设有用于收集渗滤液的渗滤液收集装置(5)，渗滤液收集装置(5)的出水口通过输水泵(6)与好氧反应区(7)下端相连；所述好氧反应区(7)中接种有硝化微生物，底部设有曝气头(8)，顶部设有下细上粗的喇叭状输送器(9)，输送器(9)底部开口与好氧反应区(7)内腔连通，顶部环向与好氧反应区(7)侧壁形成密闭固定；输送器(9)的内腔与真空泵(10)相连，由真空泵(10)控制输送器(9)的内腔形成负压脱气；输送器(9)的内腔中设有潜水泵(11)，通过潜水泵(11)以及厌氧反应区(2)中的布水器(1)，重新将输送器(9)内的渗滤液喷洒至盖层(15)上；所述恒温水浴区(12)用于调节处理装置内部温度。
2.按照权利要求1所述一种生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理装置，其特征在于：所述厌氧反应区(2)中，填埋层(14)底部与渗滤液收集装置(5)顶部之间通过滤膜(4)相隔，以使填埋层(14)产生的渗滤液进入渗滤液收集装置(5)中聚集，同时阻隔填埋层(14)与盖层(15)落下的固体颗粒。
3.按照权利要求1所述一种生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理装置，其特征在于：所述滤膜(4)的孔径为120微米。
4.按照权利要求1所述一种生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理装置，其特征在于：厌氧反应区(2)顶部的布水器(1)为盘式分布器。
5.按照权利要求1所述一种生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理装置，其特征在于：所述输送器(9)底端和顶端的横截面面积比例为1:10。
6.按照权利要求1所述一种生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理装置，其特征在于：盖层(15)中设有溶解氧传感器(16)，用于实时监控厌氧反应区内氧气浓度。
7.按照权利要求1所述一种生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理装置，其特征在于：所述恒温水浴区(12)内设有温控装置(13)，用于感应、显示及调节装置内的温度。
8.按照权利要求1所述一种生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理装置，其特征在于：所述输水泵(6)采用蠕动泵。
9.按照权利要求1所述一种生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理装置，其特征在于：所述输送器(9)在好氧反应区(7)中设有多个。
10.一种利用权利要求1所述处理装置的生活垃圾渗滤液与填埋气协同处理方法，其特征在于，具体步骤如下：
首先，将新鲜垃圾装入厌氧反应区(2)中形成填埋层(14)，并在其上覆盖富集有硝酸盐型厌氧甲烷氧化微生物的矿化垃圾形成盖层(15)；新鲜垃圾逐渐自身分解产生渗滤液与填埋气，其中填埋气向上方盖层(15)扩散，渗滤液向下渗透；
而后，渗滤液通过滤膜(4)在渗滤液收集装置(5)处被收集，再通过输水泵(6)泵入好氧反应区(7)；
再后，通过曝气头(8)的曝气维持好氧反应区(7)中渗滤液的好氧环境，渗滤液在好氧反应区(7)通过硝化微生物的作用将氨氮转化为硝酸盐或亚硝酸盐，经过好氧处理的渗滤液通过传输器(9)的底部进入渐扩的上升通道中，在渐扩流动产生的溶解气体释放同时配合真空泵(10)的负压抽吸作用，对渗滤液中的氧气进行去除；
最后，渗滤液被潜水泵(11)泵入厌氧反应区(2)的布水器(1)处，再被均匀洒下，在盖层(15)的矿化垃圾处与新鲜垃圾产生的填埋气接触，在硝酸盐型厌氧甲烷氧化微生物作用下同步将硝酸盐与甲烷转化为二氧化碳和氮气，实现渗滤液与填埋气污染物的协同去除。
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