一種城市生活垃圾干式厭氧-好氧組合處理反應器及工藝的制作方法
【專利摘要】本發明屬于固體廢棄物處理技術領域，特別涉及一種城市生活垃圾干式厭氧一好氧組合處理反應器及工藝。組合處理反應器由干式厭氧反應區和好氧反應區兩部分組成，城市生活垃圾先經過干式厭氧反應區，產生的沼氣經排氣口排出，產生的沼渣進入好氧反應區，最后產生的有機肥料從好氧反應區的底部排出。組合處理工藝由預處理工藝、干式厭氧處理工藝和好氧處理工藝三部分組成，城市生活垃圾通過預處理工藝除雜制漿后，進入干式厭氧處理工藝，厭氧反應產生的沼氣用于發電或供熱，產生的沼液進行循環利用，產生的沼渣通過好氧處理工藝制成高品質有機肥料。
【專利說明】
一種城市生活垃圾干式厭氧-好氧組合處理反應器及工藝
技術領域
[0001]本發明屬于固體廢棄物處理技術領域，特別涉及一種城市生活垃圾干式厭氧-好氧組合處理反應器及工藝。
【背景技術】
[0002]隨著我國社會經濟的發展和城市化進程的加快，城市生活垃圾的產生量迅速增加。城市生活垃圾具有組成復雜、產生量和產生特性多變等特點，因而成為固體廢棄物污染環境的主要污染源。由于城市生活垃圾產生量大，對人體健康和生態環境具有潛在性危害，城市生活垃圾的處理已引起國內外公眾和政府的廣泛關注。
[0003]常規的城市生活垃圾處理與處置技術主要包括填埋、焚燒和生物處理等。然而，衛生填埋技術處理費用低、簡單，但是無法實現城市生活垃圾的資源化。焚燒技術的減量化和無害化效果較好，但是會產生煙塵和有害氣體污染，而且焚燒技術對于熱值低的城市生活垃圾來說是對資源的極大浪費。尋求其它更為適宜的城市生活垃圾處理技術已成為必然。
[0004]由于城市生活垃圾中蘊含著大量生物質能，其高含水特性又為這類廢棄物的生物能量轉化提供了有利條件，有效利用這類生物質能源，對實現環境和經濟的可持續發展具有重要意義。針對城市有機固體廢棄物的厭氧-好氧處理技術成為國內外關注的熱點之
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[0005]采用厭氧消化技術處理城市生活垃圾，不但可以實現對城市生活垃圾的無害化處理，而且還可以回收沼氣，產生的沼氣可以用來產熱、發電、供應天然氣或作為汽車燃料，減少溫室氣體的排放。
[0006]根據固含率(TS)的不同，城市生活垃圾的厭氧消化分為濕式(TS為5%?15% )和干式(TS為15%?40% )兩種。已建成運行的厭氧消化工程多采用濕式厭氧消化。濕式厭氧消化反應器體積大，產氣率較低，且稀釋發酵底物耗水量大，既增加了工藝的運行成本，又浪費水資源，還會產生大量沼液。而干式厭氧消化技術能達到的處理負荷高，產生的沼液量少，單位質量的生活垃圾處理需要的反應器體積小。
[0007]城市生活垃圾干式厭氧發酵過程會產生大量沼渣，若處理不當會造成二次污染。但沼渣是未降解的有機質，含有較全面的營養物質和豐富的有機物，是進行好氧堆肥的理想原料。因此，將生活垃圾干式厭氧發酵產生的沼渣進行進一步好氧無害化處理非常必要。
[0008]目前，厭氧消化和好氧堆肥技術都已應用于城市生活垃圾的處理，然而，由于城市生活垃圾的組成復雜性，依靠單一厭氧消化或好氧技術處理城市生活垃圾，往往效果不佳，減量化和資源化程度有限。
[0009]考慮到單一厭氧消化和好氧堆肥技術各自的局限性，我們提出一種城市生活垃圾干式厭氧-好氧組合處理反應器及工藝，提高城市生活垃圾處理的資源化、減量化和無害化效果。
【發明內容】
[0010]本發明提供了一種可以提高城市生活垃圾的資源化、減量化和無害化效果，運行操作與維護簡單，投資和運行成本低的城市生活垃圾干式厭氧-好氧組合處理反應器及工
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[0011]本發明的目的是通過以下技術方案實現的:
[0012]本發明的一種城市生活垃圾干式厭氧-好氧組合處理反應器，由干式厭氧反應區和好氧反應區兩部分組成，城市生活垃圾先經過干式厭氧反應區，產生的沼氣經排氣口排出，產生的沼渣進入好氧反應區，最后產生的有機肥料從好氧反應區的底部排出。其中:
[0013]在干式厭氧反應區內設有一穿孔擋板；在干式厭氧反應區底部的外壁上開有一沼液回流管，沼液回流管連接有堿液罐、換熱器、沼液回流栗和沼液回流噴淋裝置，沼液回流噴淋裝置在厭氧反應區的頂部，設有沼液回流噴淋管，沼液回流噴淋管以同一順時針或逆時針傾斜方向均勻排列在沼液回流噴淋裝置上；在干式厭氧反應區下部的側壁上開有一沼渣排出管，沼渣排出管位于干式厭氧反應區內的部分向下傾斜插入物料表面以下，與水平線之間的夾角30°?60°之間；在干式厭氧反應區中部的側壁上設有溫度檢測儀、pH檢測儀和ORP檢測儀；在干式厭氧反應區上部的側壁上開有一進料管，進料管連接有進料栗和物料調節罐，物料調節罐設有物料調節攪拌器；在干式厭氧反應區頂部的外壁上開有排氣管和安全閥；
[0014]好氧反應區呈一定傾斜角度放置，其與水平面之間的夾角在20°?40°之間；在好氧反應區的外壁設有一保溫層，在保溫層的頂部開有一沼液輸送管，沼液輸送管連接有一沼液輸送栗，在保溫層的底部開有一沼液輸出管，沼液輸出管與沼液回流管連接；在好氧反應區底部的外壁上開有一出料管；在好氧反應區中部的側壁上開有一排風管；在好氧反應區上部的側壁上開有一沼渣進料管，沼渣進料管連接有一沼渣進料栗；在好氧反應區頂部的外壁上開有一通風管，通風管連接有一風機。
[0015]本發明的一種城市生活垃圾干式厭氧-好氧組合處理工藝，由預處理工藝、干式厭氧處理工藝和好氧處理工藝三部分組成，城市生活垃圾首先進入預處理工藝，通過人工分選、磁選等初級分選將城市生活垃圾中的金屬和大尺寸異物質分選出來后，進行破碎分選，以使塑料、纖維等輕物質分選出來，隨后將城市生活垃圾投入制漿分離工序，將城市生活垃圾進一步破碎成顆粒粒徑在10_以下的發酵漿液，并分選出輕物質，將發酵漿液投入除砂勻漿工序，去除砂石等小顆粒重物質后，發酵漿液進入干式厭氧處理工藝，通過物料調節罐對發酵漿液進行接種并調節其固含率，調節好的發酵漿液進入上文所述組合反應器的干式厭氧反應區，在中溫(30°C?40°C)或高溫(50°C?65°C)下進行干式厭氧發酵，產生的沼氣從厭氧反應區頂部的排氣口排出，產生的沼液一部分用于回流攪拌，一部分用于好氧反應的增溫保溫，產生的沼渣進入好氧處理工藝，投入上文所述組合反應器的好氧反應區，在高溫50°C?60°C下進行好氧發酵，產生的有機肥料從好氧反應區底部的出料管排出。
[0016]所述的沼液回流攪拌是將回流沼液先經過加熱、加堿處理后再栗入干式厭氧反應區來進行噴淋攪拌，以使得厭氧發酵保持適宜的反應溫度、PH和攪拌強度；
[0017]所述的用于好氧反應增溫保溫的沼液先經過加熱處理后再栗入好氧反應區的保溫層，以使得好氧發酵保持適宜的反應溫度。
[0018]本發明的特點是城市生活垃圾處理反應器的主體由干式厭氧反應區和好氧反應區兩部分組成，它們協同作用共同完成城市生活垃圾的降解。城市生活垃圾首先進入干式厭氧反應區，該區頂部設有沼液回流噴淋裝置，可同時實現厭氧反應區的攪拌以及溫度和PH的調節。沼液回流噴淋裝置上的沼液回流噴淋管以同一順時針或逆時針傾斜方向均勻排列，可使物料向著同一個方向旋轉，實現對物料的攪拌；在沼液回流前，通過PH檢測儀檢測厭氧反應區PH值，若發酵反應處于酸化狀態，將堿液罐中的堿液加入回流沼液中，通過回流沼液噴淋調節發酵物料的PH值；此外，還可通過溫度檢測儀檢測厭氧反應區溫度，通過換熱器的調控對回流沼液進行加熱，進而在回流沼液噴淋時調節干式厭氧反應區內的發酵溫度。干式厭氧反應區產生的沼渣進入好氧反應區，該區外壁設有一保溫層，沼液經過換熱器加熱后注入保溫層，在保證好氧反應溫度的同時，實現了沼液的循環利用。
[0019]城市生活垃圾干式厭氧-好氧組合處理工藝由預處理工藝、干式厭氧處理工藝和好氧處理工藝三部分組成，城市生活垃圾首先進入預處理工藝，將城市生活垃圾中的可回收物質和其他雜質分離出來，剩余的城市生活垃圾制成顆粒粒徑在10_以下的發酵漿液，經除砂勻質后進入干式厭氧處理工藝，厭氧反應產成的沼氣用于發電或供熱；產生的沼液一部分用于厭氧反應回流噴淋，一部分用于好氧反應保溫；產生的沼渣進入好氧處理工藝，經好氧堆肥反應制成高品質有機肥料。
[0020]本發明將城市生活垃圾干式厭氧反應產生的沼液進行循環利用，沼渣進行好氧堆月巴，能夠使城市生活垃圾得到徹底的降解，同時實現了沼渣沼液的資源化利用，避免了二次污染，反應器結構緊湊，占地面積小，工藝流程簡潔明晰，運行操作與維護簡單，投資和運行費用低。
[0021]本發明具有如下優點:
[0022]1.將城市生活垃圾的厭氧發酵處理和好氧堆肥處理結合，研制成一種城市生活垃圾干式厭氧-好氧組合處理反應器及工藝。該反應器結構緊湊，占地面積小，工藝流程簡潔明晰，運行操作與維護簡單，投資和運行費用低。
[0023]2.干式厭氧反應區產生的沼液全部進行循環利用，一部分經過加堿、加熱處理后流入沼液回流噴淋裝置，使厭氧反應的溫度、pH和攪拌強度保持在理想范圍內；一部分經過加熱處理后流入保溫層，以保證好氧堆肥反應在恒定高溫下進行。
[0024]3.干式厭氧反應區產生的沼渣進入好氧反應區，進行好氧堆肥反應，可實現沼渣的資源化利用，并避免二次污染。
【附圖說明】
[0025]圖1.本發明所述組合反應器結構示意圖。
[0026]圖2.本發明所述組合反應器的沼液回流噴淋裝置結構示意圖。
[0027]圖3.本發明所述組合反應器的沼液回流噴淋裝置俯視圖。
[0028]附圖標記
[0029]1.物料調節罐2.物料調節攪拌器 3.進料栗
[0030]4.進料管5.安全閥6.排氣管
[0031]7.沼液輸送栗8.沼液回流噴淋裝置9.干式厭氧反應區
[0032]10.沼液回流噴淋管11.沼液回流管12.沼液回流栗
[0033]13.換熱器14.堿液罐15.溫度檢測儀
[0034]16.pH檢測儀17.0RP檢測儀18.穿孔擋板
[0035]19.沼渣排出管20.沼渣進料栗21.沼液輸出管
[0036]22.出料管23.排風管24.風機
[0037]25.通風管26.沼液輸送管27.好氧反應區
[0038]28.保溫層29.沼渣進料管
【具體實施方式】
[0039]實施例1.
[0040]請參見圖1。一種城市生活垃圾干式厭氧-好氧組合處理反應器，分為厭氧反應區9和好氧反應區27兩部分。
[0041]在干式厭氧反應區9內設有一穿孔擋板18 ;在干式厭氧反應區9底部的外壁上開有一沼液回流管11，沼液回流管11連接有堿液罐14、換熱器13、沼液回流栗12和沼液回流噴淋裝置8，沼液回流噴淋裝置8在厭氧反應區9的頂部，設有沼液回流噴淋管10，沼液回流噴淋管10以同一順時針或逆時針傾斜方向均勻排列在沼液回流噴淋裝置8上；在干式厭氧反應區9下部的側壁上開有一沼渣排出管19，沼渣排出管19位于干式厭氧反應區9內的部分向下傾斜插入物料表面以下，與水平線之間的夾角30°?60°之間；在干式厭氧反應區9中部的側壁上設有溫度檢測儀15、pH檢測儀16和ORP檢測儀17 ;在干式厭氧反應區9上部的側壁上開有一進料管4，進料管4連接有進料栗3和物料調節罐1，物料調節罐I設有物料調節攪拌器2 ;在干式厭氧反應區9頂部的外壁上開有排氣管6和安全閥5:
[0042]好氧反應區27呈一定傾斜角度放置，其與水平面之間的夾角在20°?40°之間；在好氧反應區27的外壁設有一保溫層28，在保溫層28的頂部開有一沼液輸送管26，沼液輸送管26連接有一沼液輸送栗7，在保溫層28的底部開有一沼液輸出管21，沼液輸出管21與沼液回流管11連接；在好氧反應區27底部的外壁上開有一出料管22 ;在好氧反應區27中部的側壁上開有一排風管23 ;在好氧反應區27上部的側壁上開有一沼渣進料管29，沼渣進料管29連接有一沼渣進料栗20 ;在好氧反應區27頂部的外壁上開有一通風管25，通風管25連接有一風機24。
[0043]將預處理后的城市生活垃圾投入物料調節罐I中，在物料調節攪拌器2的作用下將城市生活和沼渣進行充分混合，并完成接種，接種后形成的物料在進料栗3的作用下從進料管4栗入干式厭氧反應區9內進行干式厭氧消化反應，物料依靠重力自上而下移動；在物料發酵過程中，生成的沼液一部分通過沼液回流栗12的作用經沼液回流管11和換熱器13回流至沼液回流噴淋裝置8，余下的在沼液輸送栗7的作用下經沼液輸送管26栗入堆肥反應器的保溫層28。在沼液回流前，可通過pH檢測儀16檢測物料的pH值，若物料pH值小于6，可確認發酵反應處于酸化狀態，此時可將堿液罐14中的堿液加入回流沼液中，以調節回流沼液的PH值，進而在回流沼液噴淋時調節發酵物料的pH值；此外，還可通過溫度檢測儀15檢測反應器內的發酵溫度，并通過換熱器13的調控實現對回流沼液的加溫加熱，進而在回流沼液噴淋時調節反應器內的發酵溫度；沼液栗入沼液回流噴淋裝置8后，經沼液回流噴淋管10噴淋在發酵物料上，沼液回流噴淋管以同一順時針或逆時針傾斜方向均勻排列在沼液回流噴淋裝置上(請參見圖2和圖3)，可使物料向著同一個方向旋轉，從而實現對物料的攪拌；生成的沼渣一部分進入物料調節罐1，余下的通過沼渣進料栗20的作用栗入好氧反應區27內進行好氧堆肥反應，好氧反應區27呈一定傾斜角度放置，沼渣依靠重力作用自上而下流動，風機24產生的氣流通過通風管25通入好氧反應區，再經排風管23排出，可保證好氧堆肥的良好通風，加熱處理后的沼液在保溫層28頂部流入，底部流出，可保證好氧發酵所需的溫度，生成的有機肥料最終通過出料管22排出；生成的沼氣可經排氣管6排出。
[0044]利用上述組合反應器處理城市生活垃圾時，可以在中溫(30°C?40°C )或高溫(50 0C?65°C )條件下進行厭氧發酵，在高溫50 °C?60 °C下進行好氧發酵，可以處理固含率為15%?40%的發酵物料。
[0045]一種城市生活垃圾干式厭氧-好氧組合處理工藝，分為預處理工藝、干式厭氧處理工藝和好氧處理工藝三部分。具體操作方法:
[0046]城市生活垃圾首先進入預處理工藝，通過人工分選和磁選將城市生活垃圾中的金屬和大尺寸異物質分選出來后，城市生活垃圾再進行破碎分選，將塑料、纖維等輕物質分選出來，經破碎分選后的城市生活垃圾隨后進入制漿分離工序，將城市生活垃圾進一步破碎成顆粒粒徑在1mm以下的發酵漿液，并分選出輕物質，制得的發酵漿液隨后進入除砂勻漿工序，去除砂石等小顆粒重物質后進入干式厭氧處理工藝；發酵漿液先進入物料調節罐，對發酵漿液進行接種并調節其固含率，將調配好的發酵漿液投入本發明所提供組合反應器的干式厭氧反應區，在中溫(30°C?40°C)或高溫(50°C?65°C)下進行發酵，形成高濃度沼氣、沼渣和沼液，生成的沼氣可用于發電或作為燃料進行供熱；生成的沼液一部分通過加熱、加堿處理后進行回流噴淋，用于調控厭氧發酵反應所需的溫度、PH和攪拌，余下的經過加熱處理后栗入好氧反應區的保溫層，用于控制好氧發酵反應所需的溫度；生成的沼渣一部分回用于發酵漿液的接種，余下的進入好氧處理工藝，投入本發明所提供組合反應器的好氧反應區，在高溫50°C?60°C下進行好氧發酵，形成高品質有機肥料。
【主權項】
1.一種城市生活垃圾干式厭氧-好氧組合處理反應器，由干式厭氧反應區和好氧反應區兩部分組成，其特征是: 在干式厭氧反應區內設有一穿孔擋板；在干式厭氧反應區底部的外壁上開有一沼液回流管，沼液回流管連接有堿液罐、換熱器、沼液回流栗和沼液回流噴淋裝置，沼液回流噴淋裝置在厭氧反應區的頂部，設有沼液回流噴淋管，沼液回流噴淋管以同一順時針或逆時針傾斜方向均勻排列在沼液回流噴淋裝置上；在干式厭氧反應區下部的側壁上開有一沼渣排出管，沼渣排出管位于主體發酵罐內的部分向下傾斜插入物料表面以下，與水平線之間的夾角30°?60°之間；在干式厭氧反應區中部的側壁上設有溫度檢測儀、pH檢測儀和ORP檢測儀；在干式厭氧反應區上部的側壁上開有一進料管，進料管連接有進料栗和物料調節罐，物料調節罐設有物料調節攪拌器；在干式厭氧反應區頂部的外壁上開有排氣管和安全閥； 好氧反應區呈一定傾斜角度放置，其與水平面之間的夾角在20°?40°之間；在好氧反應區的外壁設有一保溫層，在保溫層的頂部開有一沼液輸送管，沼液輸送管連接有一沼液輸送栗，在保溫層的底部開有一沼液輸出管，沼液輸出管與沼液回流管連接；在好氧反應區底部的外壁上開有一出料管；在好氧反應區中部的側壁上開有一排風管；在好氧反應區上部的側壁上開有一沼渣進料管，沼渣進料管連接有一沼渣進料栗；在好氧反應區頂部的外壁上開有一通風管，通風管連接有一風機。2.一種利用權利要求1所述的組合反應器進行城市生活垃圾處理的工藝，由預處理工藝、干式厭氧處理工藝和好氧處理工藝三部分組成，其特征是:城市生活垃圾首先進入預處理工藝，通過人工分選、磁選等初級分選將城市生活垃圾中的金屬和大尺寸異物質分選出來后，進行破碎分選，以使塑料、纖維等輕物質分選出來，隨后將城市生活垃圾投入制漿分離工序，將城市生活垃圾進一步破碎成顆粒粒徑在10_以下的發酵漿液，并分選出輕物質，將發酵漿液投入除砂勻漿工序，去除砂石等小顆粒重物質后，發酵漿液進入干式厭氧處理工藝，通過物料調節罐對發酵漿液進行接種并調節其固含率，調節好的發酵漿液進入上文所述組合反應器的干式厭氧反應區，在中溫(30°C?40°C)或高溫(50°C?65°C)下進行干式厭氧發酵，產生的沼氣從干式厭氧反應區頂部的排氣口排出，產生的沼液一部分用于回流攪拌，一部分用于好氧反應的增溫保溫，產生的沼渣進入好氧處理工藝，投入上文所述組合反應器的好氧反應區，在高溫50°C?60°C下進行好氧發酵，產生的有機肥料從好氧反應區底部的出料管排出。3.根據權利要求2所述的工藝，其特征是:所述的沼液回流攪拌是將回流沼液先經過加熱、加堿處理后再栗入干式厭氧反應區來進行噴淋攪拌，以使得厭氧發酵保持適宜的反應溫度、PH和攪拌強度。4.根據權利要求2所述的工藝，其特征是:所述的用于好氧反應增溫保溫的沼液先經過加熱處理后再栗入好氧反應區的保溫層，以使得好氧發酵保持適宜的反應溫度。
【文檔編號】C12P5/02GK105886385SQ201410742317
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月9日
【發明人】劉建偉, 張波, 呂臣
【申請人】北京建筑大學