一种城市生活垃圾干式厌氧-好氧组合处理反应器及工艺

摘要

本发明属于固体废弃物处理技术领域，特别涉及一种城市生活垃圾干式厌氧一好氧组合处理反应器及工艺。组合处理反应器由干式厌氧反应区和好氧反应区两部分组成，城市生活垃圾先经过干式厌氧反应区，产生的沼气经排气口排出，产生的沼渣进入好氧反应区，最后产生的有机肥料从好氧反应区的底部排出。组合处理工艺由预处理工艺、干式厌氧处理工艺和好氧处理工艺三部分组成，城市生活垃圾通过预处理工艺除杂制浆后，进入干式厌氧处理工艺，厌氧反应产生的沼气用于发电或供热，产生的沼液进行循环利用，产生的沼渣通过好氧处理工艺制成高品质有机肥料。

说明书

技术领域

本发明属于固体废弃物处理技术领域，特别涉及一种城市生活垃圾干式厌氧-好氧组合处理反应器及工艺。

背景技术

随着我国社会经济的发展和城市化进程的加快，城市生活垃圾的产生量迅速增加。城市生活垃圾具有组成复杂、产生量和产生特性多变等特点，因而成为固体废弃物污染环境的主要污染源。由于城市生活垃圾产生量大，对人体健康和生态环境具有潜在性危害，城市生活垃圾的处理已引起国内外公众和政府的广泛关注。

常规的城市生活垃圾处理与处置技术主要包括填埋、焚烧和生物处理等。然而，卫生填埋技术处理费用低、简单，但是无法实现城市生活垃圾的资源化。焚烧技术的减量化和无害化效果较好，但是会产生烟尘和有害气体污染，而且焚烧技术对于热值低的城市生活垃圾来说是对资源的极大浪费。寻求其它更为适宜的城市生活垃圾处理技术已成为必然。

由于城市生活垃圾中蕴含着大量生物质能，其高含水特性又为这类废弃物的生物能量转化提供了有利条件，有效利用这类生物质能源，对实现环境和经济的可持续发展具有重要意义。针对城市有机固体废弃物的厌氧-好氧处理技术成为国内外关注的热点之一。

采用厌氧消化技术处理城市生活垃圾，不但可以实现对城市生活垃圾的无害化处理，而且还可以回收沼气，产生的沼气可以用来产热、发电、供应天然气或作为汽车燃料，减少温室气体的排放。

根据固含率(TS)的不同，城市生活垃圾的厌氧消化分为湿式(TS为5％～15％)和干式(TS为15％～40％)两种。已建成运行的厌氧消化工程多采用湿式厌氧消化。湿式厌氧消化反应器体积大，产气率较低，且稀释发酵底物耗水量大，既增加了工艺的运行成本，又浪费水资源，还会产生大量沼液。而干式厌氧消化技术能达到的处理负荷高，产生的沼液量少，单位质量的生活垃圾处理需要的反应器体积小。

城市生活垃圾干式厌氧发酵过程会产生大量沼渣，若处理不当会造成二次污染。但沼渣是未降解的有机质，含有较全面的营养物质和丰富的有机物，是进行好氧堆肥的理想原料。因此，将生活垃圾干式厌氧发酵产生的沼渣进行进一步好氧无害化处理非常必要。

目前，厌氧消化和好氧堆肥技术都已应用于城市生活垃圾的处理，然而，由于城市生活垃圾的组成复杂性，依靠单一厌氧消化或好氧技术处理城市生活垃圾，往往效果不佳，减量化和资源化程度有限。

考虑到单一厌氧消化和好氧堆肥技术各自的局限性，我们提出一种城市生活垃圾干式厌氧-好氧组合处理反应器及工艺，提高城市生活垃圾处理的资源化、减量化和无害化效果。

发明内容

本发明提供了一种可以提高城市生活垃圾的资源化、减量化和无害化效果，运行操作与维护简单，投资和运行成本低的城市生活垃圾干式厌氧-好氧组合处理反应器及工艺。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种城市生活垃圾干式厌氧-好氧组合处理反应器，由干式厌氧反应区和好氧反应区两部分组成，城市生活垃圾先经过干式厌氧反应区，产生的沼气经排气口排出，产生的沼渣进入好氧反应区，最后产生的有机肥料从好氧反应区的底部排出。其中：

在干式厌氧反应区内设有一穿孔挡板；在干式厌氧反应区底部的外壁上开有一沼液回流管，沼液回流管连接有碱液罐、换热器、沼液回流泵和沼液回流喷淋装置，沼液回流喷淋装置在厌氧反应区的顶部，设有沼液回流喷淋管，沼液回流喷淋管以同一顺时针或逆时针倾斜方向均匀排列在沼液回流喷淋装置上；在干式厌氧反应区下部的侧壁上开有一沼渣排出管，沼渣排出管位于干式厌氧反应区内的部分向下倾斜插入物料表面以下，与水平线之间的夹角30°～60°之间；在干式厌氧反应区中部的侧壁上设有温度检测仪、pH检测仪和ORP检测仪；在干式厌氧反应区上部的侧壁上开有一进料管，进料管连接有进料泵和物料调节罐，物料调节罐设有物料调节搅拌器；在干式厌氧反应区顶部的外壁上开有排气管和安全阀；

好氧反应区呈一定倾斜角度放置，其与水平面之间的夹角在20°～40°之间；在好氧反应区的外壁设有一保温层，在保温层的顶部开有一沼液输送管，沼液输送管连接有一沼液输送泵，在保温层的底部开有一沼液输出管，沼液输出管与沼液回流管连接；在好氧反应区底部的外壁上开有一出料管；在好氧反 应区中部的侧壁上开有一排风管；在好氧反应区上部的侧壁上开有一沼渣进料管，沼渣进料管连接有一沼渣进料泵；在好氧反应区顶部的外壁上开有一通风管，通风管连接有一风机。

本发明的一种城市生活垃圾干式厌氧-好氧组合处理工艺，由预处理工艺、干式厌氧处理工艺和好氧处理工艺三部分组成，城市生活垃圾首先进入预处理工艺，通过人工分选、磁选等初级分选将城市生活垃圾中的金属和大尺寸异物质分选出来后，进行破碎分选，以使塑料、纤维等轻物质分选出来，随后将城市生活垃圾投入制浆分离工序，将城市生活垃圾进一步破碎成颗粒粒径在10mm以下的发酵浆液，并分选出轻物质，将发酵浆液投入除砂匀浆工序，去除砂石等小颗粒重物质后，发酵浆液进入干式厌氧处理工艺，通过物料调节罐对发酵浆液进行接种并调节其固含率，调节好的发酵浆液进入上文所述组合反应器的干式厌氧反应区，在中温(30℃～40℃)或高温(50℃～65℃)下进行干式厌氧发酵，产生的沼气从厌氧反应区顶部的排气口排出，产生的沼液一部分用于回流搅拌，一部分用于好氧反应的增温保温，产生的沼渣进入好氧处理工艺，投入上文所述组合反应器的好氧反应区，在高温50℃～60℃下进行好氧发酵，产生的有机肥料从好氧反应区底部的出料管排出。

所述的沼液回流搅拌是将回流沼液先经过加热、加碱处理后再泵入干式厌氧反应区来进行喷淋搅拌，以使得厌氧发酵保持适宜的反应温度、pH和搅拌强度；

所述的用于好氧反应增温保温的沼液先经过加热处理后再泵入好氧反应区的保温层，以使得好氧发酵保持适宜的反应温度。

本发明的特点是城市生活垃圾处理反应器的主体由干式厌氧反应区和好氧反应区两部分组成，它们协同作用共同完成城市生活垃圾的降解。城市生活垃圾首先进入干式厌氧反应区，该区顶部设有沼液回流喷淋装置，可同时实现厌氧反应区的搅拌以及温度和pH的调节。沼液回流喷淋装置上的沼液回流喷淋管以同一顺时针或逆时针倾斜方向均匀排列，可使物料向着同一个方向旋转，实现对物料的搅拌；在沼液回流前，通过pH检测仪检测厌氧反应区pH值，若发酵反应处于酸化状态，将碱液罐中的碱液加入回流沼液中，通过回流沼液喷淋调节发酵物料的pH值；此外，还可通过温度检测仪检测厌氧反应区温度，通过换热器的调控对回流沼液进行加热，进而在回流沼液喷淋时调节干式厌氧反应区内的发酵温度。干式厌氧反应区产生的沼渣进入好氧反应区，该区外壁设有一保温层，沼液经过换热器加热后注入保温层，在保证好氧反应温度的同时，实现了沼液的循环利用。

城市生活垃圾干式厌氧-好氧组合处理工艺由预处理工艺、干式厌氧处理工艺和好氧处理工艺三部分组成，城市生活垃圾首先进入预处理工艺，将城市生活垃圾中的可回收物质和其他杂质分离出来，剩余的城市生活垃圾制成颗粒粒径在10mm以下的发酵浆液，经除砂匀质后进入干式厌氧处理工艺，厌氧反应产成的沼气用于发电或供热；产生的沼液一部分用于厌氧反应回流喷淋，一部分用于好氧反应保温；产生的沼渣进入好氧处理工艺，经好氧堆肥反应制成高品质有机肥料。

本发明将城市生活垃圾干式厌氧反应产生的沼液进行循环利用，沼渣进行好氧堆肥，能够使城市生活垃圾得到彻底的降解，同时实现了沼渣沼液的资源 化利用，避免了二次污染，反应器结构紧凑，占地面积小，工艺流程简洁明晰，运行操作与维护简单，投资和运行费用低。

本发明具有如下优点：

1.将城市生活垃圾的厌氧发酵处理和好氧堆肥处理结合，研制成一种城市生活垃圾干式厌氧-好氧组合处理反应器及工艺。该反应器结构紧凑，占地面积小，工艺流程简洁明晰，运行操作与维护简单，投资和运行费用低。

2.干式厌氧反应区产生的沼液全部进行循环利用，一部分经过加碱、加热处理后流入沼液回流喷淋装置，使厌氧反应的温度、pH和搅拌强度保持在理想范围内；一部分经过加热处理后流入保温层，以保证好氧堆肥反应在恒定高温下进行。

3.干式厌氧反应区产生的沼渣进入好氧反应区，进行好氧堆肥反应，可实现沼渣的资源化利用，并避免二次污染。

附图说明

图1.本发明所述组合反应器结构示意图。

图2.本发明所述组合反应器的沼液回流喷淋装置结构示意图。

图3.本发明所述组合反应器的沼液回流喷淋装置俯视图。

附图标记

1.物料调节罐 2.物料调节搅拌器 3.进料泵

4.进料管 5.安全阀 6.排气管

7.沼液输送泵 8.沼液回流喷淋装置 9.干式厌氧反应区

10.沼液回流喷淋管 11.沼液回流管 12.沼液回流泵

13.换热器 14.碱液罐 15.温度检测仪

16.pH检测仪 17.ORP检测仪 18.穿孔挡板

19.沼渣排出管 20.沼渣进料泵 21.沼液输出管

22.出料管 23.排风管 24.风机

25.通风管 26.沼液输送管 27.好氧反应区

28.保温层 29.沼渣进料管

具体实施方式

实施例1.

请参见图1。一种城市生活垃圾干式厌氧-好氧组合处理反应器，分为厌氧反应区9和好氧反应区27两部分。

在干式厌氧反应区9内设有一穿孔挡板18；在干式厌氧反应区9底部的外壁上开有一沼液回流管11，沼液回流管11连接有碱液罐14、换热器13、沼液回流泵12和沼液回流喷淋装置8，沼液回流喷淋装置8在厌氧反应区9的顶部，设有沼液回流喷淋管10，沼液回流喷淋管10以同一顺时针或逆时针倾斜方向均匀排列在沼液回流喷淋装置8上；在干式厌氧反应区9下部的侧壁上开有一沼渣排出管19，沼渣排出管19位于干式厌氧反应区9内的部分向下倾斜插入物料表面以下，与水平线之间的夹角30°～60°之间；在干式厌氧反应区9中部的侧壁上设有温度检测仪15、pH检测仪16和ORP检测仪17；在干式厌氧反应区9上部的侧壁上开有一进料管4，进料管4连接有进料泵3和物料调节罐1，物料调节罐1设有物料调节搅拌器2；在干式厌氧反应区9顶部的外壁上开有排气管6和安全阀5：

好氧反应区27呈一定倾斜角度放置，其与水平面之间的夹角在20°～40°之间；在好氧反应区27的外壁设有一保温层28，在保温层28的顶部开有一沼液 输送管26，沼液输送管26连接有一沼液输送泵7，在保温层28的底部开有一沼液输出管21，沼液输出管21与沼液回流管11连接；在好氧反应区27底部的外壁上开有一出料管22；在好氧反应区27中部的侧壁上开有一排风管23；在好氧反应区27上部的侧壁上开有一沼渣进料管29，沼渣进料管29连接有一沼渣进料泵20；在好氧反应区27顶部的外壁上开有一通风管25，通风管25连接有一风机24。

将预处理后的城市生活垃圾投入物料调节罐1中，在物料调节搅拌器2的作用下将城市生活和沼渣进行充分混合，并完成接种，接种后形成的物料在进料泵3的作用下从进料管4泵入干式厌氧反应区9内进行干式厌氧消化反应，物料依靠重力自上而下移动；在物料发酵过程中，生成的沼液一部分通过沼液回流泵12的作用经沼液回流管11和换热器13回流至沼液回流喷淋装置8，余下的在沼液输送泵7的作用下经沼液输送管26泵入堆肥反应器的保温层28。在沼液回流前，可通过pH检测仪16检测物料的pH值，若物料pH值小于6，可确认发酵反应处于酸化状态，此时可将碱液罐14中的碱液加入回流沼液中，以调节回流沼液的pH值，进而在回流沼液喷淋时调节发酵物料的pH值；此外，还可通过温度检测仪15检测反应器内的发酵温度，并通过换热器13的调控实现对回流沼液的加温加热，进而在回流沼液喷淋时调节反应器内的发酵温度；沼液泵入沼液回流喷淋装置8后，经沼液回流喷淋管10喷淋在发酵物料上，沼液回流喷淋管以同一顺时针或逆时针倾斜方向均匀排列在沼液回流喷淋装置上(请参见图2和图3)，可使物料向着同一个方向旋转，从而实现对物料的搅拌；生成的沼渣一部分进入物料调节罐1，余下的通过沼渣进料泵20的作用泵入好氧反应区27内进行好氧堆肥反应，好氧反应区27呈一定倾斜角度放置，沼渣依靠重力作用自上而下流动，风机24产生的气流通过通风管25通入好氧反应区，再经排风管 23排出，可保证好氧堆肥的良好通风，加热处理后的沼液在保温层28顶部流入，底部流出，可保证好氧发酵所需的温度，生成的有机肥料最终通过出料管22排出；生成的沼气可经排气管6排出。

利用上述组合反应器处理城市生活垃圾时，可以在中温(30℃～40℃)或高温(50℃～65℃)条件下进行厌氧发酵，在高温50℃～60℃下进行好氧发酵，可以处理固含率为15％～40％的发酵物料。

一种城市生活垃圾干式厌氧-好氧组合处理工艺，分为预处理工艺、干式厌氧处理工艺和好氧处理工艺三部分。具体操作方法：

城市生活垃圾首先进入预处理工艺，通过人工分选和磁选将城市生活垃圾中的金属和大尺寸异物质分选出来后，城市生活垃圾再进行破碎分选，将塑料、纤维等轻物质分选出来，经破碎分选后的城市生活垃圾随后进入制浆分离工序，将城市生活垃圾进一步破碎成颗粒粒径在10mm以下的发酵浆液，并分选出轻物质，制得的发酵浆液随后进入除砂匀浆工序，去除砂石等小颗粒重物质后进入干式厌氧处理工艺；发酵浆液先进入物料调节罐，对发酵浆液进行接种并调节其固含率，将调配好的发酵浆液投入本发明所提供组合反应器的干式厌氧反应区，在中温(30℃～40℃)或高温(50℃～65℃)下进行发酵，形成高浓度沼气、沼渣和沼液，生成的沼气可用于发电或作为燃料进行供热；生成的沼液一部分通过加热、加碱处理后进行回流喷淋，用于调控厌氧发酵反应所需的温度、pH和搅拌，余下的经过加热处理后泵入好氧反应区的保温层，用于控制好氧发酵反应所需的温度；生成的沼渣一部分回用于发酵浆液的接种，余下的进入好氧处理工艺，投入本发明所提供组合反应器的好氧反应区，在高温50℃～60℃下进行好氧发酵，形成高品质有机肥料。