CN101549909A

CN101549909A - 垃圾渗滤液生物脱氮装置

Info

Publication number: CN101549909A
Application number: CNA200910111790XA
Authority: CN
Inventors: 熊小京; 冯喆文; 郑天凌
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University; Shenzhen Research Institute of Xiamen University
Priority date: 2009-05-16
Filing date: 2009-05-16
Publication date: 2009-10-07

Abstract

垃圾渗滤液生物脱氮装置，涉及一种垃圾处理装置，尤其是涉及一种基于缺氧/好氧生物脱氮技术的垃圾渗滤液生物脱氮装置。提供一种基于缺氧/好氧生物脱氮技术的垃圾渗滤液生物脱氮装置。设有缺氧柱和好氧膜生物反应器，缺氧柱设有柱体、牡蛎壳填料和承托板，柱体底部设有排泥口，柱体顶部设有出气口，承托板设于柱体内下部，承托板上设有通孔，牡蛎壳填料填入柱体内的承托板上，承托板下方设有进水口，在牡蛎壳填料的上方设有出水口；好氧膜生物反应器设有槽体、膜片、布气管和导流板，膜片和导流板设于槽体内，布气管设于槽体底部。

Description

垃圾渗滤液生物脱氮装置

技术领域

本发明涉及一种垃圾处理装置，尤其是涉及一种基于缺氧/好氧生物脱氮技术的垃圾渗滤液生物脱氮装置。

背景技术

城市垃圾填埋场排出的渗滤液中含高浓度的氨氮，由于高浓度的氨氮对微生物具有抑制作用，严重影响渗滤液生化处理系统的正常运行，直接导致处理出水不达标，因此垃圾渗滤液的氨氮生物脱除技术已成为环保领域中的研究热点。

氨氮处理方法可以分为物化法和生化联合法。目前常用的氨氮物化控制技术主要包括空气吹脱法、磷酸铵镁沉淀法、选择性离子法和Fenton氧化法等。采用物化法去除垃圾渗滤液中的氨氮速度快，效果好，但是物化法往往需要消耗化学药剂，费用较高，同时还容易产生二次污染；与物化法相比，生化法可以去除废水中绝大多数有机物、氰化物、氨氮等污染物，具有污染物去除范围广、运行管理方便、运行费用低等优点。

生物脱氮过程可分为硝化反应(Nitrification)阶段和反硝化反应(De-nitrification)阶段。硝化反应是在有氧条件下将氨氮转化为硝酸态氮的过程，它包括两个反应步骤：(1)亚硝化反应，氨氮在亚硝酸菌作用下首先氧化为亚硝酸态氮；(2)硝化反应，亚硝酸态氮在硝酸菌作用下进一步氧化为硝酸态氮；其反应式如下：

NH₄ ⁺+1.5O₂→NO₂ ^-+2H⁺+H₂O

NO₂ ^-+1.5O₂→NO₃ ^-

反硝化反应是在缺氧(无分子态氧)条件下反硝化菌利用可生物降解的有机物作为碳源、能源和电子供体，以硝酸态氮或亚硝酸态氮为电子受体，将亚硝酸态氮和硝酸态氮进一步还原为氮气的过程；其反应式如下：

NO₃ ^-+3H⁺(电子供体)→1/2N₂+H₂O+OH^-

NO₂ ^-+6H⁺(电子供体)→1/2N₂+H₂O+OH^-

废水中含有的多种可生物降解性的有机物，如多糖类、有机酸类、醇类等物质均可作为反硝化反应的电子供体。此外，少量的硝酸态氮可通过微生物内源呼吸过程被反硝化为氮气和氨氮，其反应式如下：

由于硝化反应需要消耗大量的碱度，当污水中氨氮负荷过高时，碱度不足将导致装置中硝化污泥混合液的pH值降至6.5以下，偏离硝化菌生长代谢的适宜pH值，表现为硝化活性降低，硝化反应速率下降。此外，由于在缺氧条件下渗滤液中高浓度的有机物被酸化分解，将导致缺氧槽出水的pH值低下，再流入好氧硝化槽，使pH值降的更低。目前，补充碱度的方式主要是投加NaHCO₃或NaOH，这无疑增加了运行成本与管理的难度。

缺氧生物滤池具有结构简单、缺氧转化率高、运行费用低、管理方便等优点。常用的填料有无机类和有机类两种，其中无机类填料有砂石、陶粒等，而有机类主要采用玻璃钢、聚氯乙烯、聚丙烯维尼伦等制造的不同规则形状的滤料。海产废弃贝壳中含有丰富的CaCO₃，它可以代替NaHCO₃或NaOH为硝化提供碱度。在贝壳的溶出实验中发现，贝壳中含有丰富的CaCO₃可在弱酸性条件下逐渐溶出，通过结合水中的H⁺而游离出OH^-；如将海产废弃贝壳作为缺氧生物滤池的填料，既克服了出水的pH值低下问题，又实现了废弃贝壳的处置。

好氧膜生物反应器(Membrance bioreactor，简称MBR)是直接将膜组件安装在曝气池内，可使污染物的生物转化和活性污泥与处理水的分离两个过程同时进行的反应装置。它既克服了传统活性污泥法本身的一些不可避免的弊病，同时又具有占地少、处理率高、运行管理方便、混合液浓度高、泥龄长、剩余污泥少、出水无悬浮固体与病菌等优点。

2004年任鹤云等(任鹤云，李月中等.MBR法处理垃圾渗滤液工程实例[J].给水排水，2004，30(10)：36-38)报道了有关MBR法处理垃圾渗滤液工程实例。

2006年本申请的发明人熊小京等(熊小京，简海霞.A/A/O-MBR组合工艺处理垃圾渗滤液中操作参数对降解特性的影响[J].现代化工，2006，26(z2)：85-87)报道了A/A/O-MBR组合工艺处理垃圾渗滤液中操作参数对降解特性的影响。2008年发明人熊小京等(熊小京，申茜，王新红，李博.缺氧/好氧牡蛎壳生物滤池的氮磷去除性能研究[J].环境科学与技术.2008，31(12B)：76-79)又报道缺氧/好氧牡蛎壳生物滤池的氮磷去除性能研究。

2007年申欢等(申欢，金奇庭等.水解/好氧MBR组合工艺处理非稳定期垃圾渗滤液[J].中国给水排水，2007，23(15)：82-85)报道了水解/好氧MBR组合工艺处理非稳定期垃圾渗滤液

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于缺氧/好氧生物脱氮技术的垃圾渗滤液生物脱氮装置。

本发明设有缺氧柱和好氧膜生物反应器，缺氧柱设有柱体、牡蛎壳填料和承托板，柱体底部设有排泥口，柱体顶部设有出气口，承托板设于柱体内下部，承托板上设有通孔，牡蛎壳填料填入柱体内的承托板上，承托板下方设有进水口，在牡蛎壳填料的上方设有出水口；好氧膜生物反应器设有槽体、膜片、布气管和导流板，膜片和导流板设于槽体内，布气管设于槽体底部。

在柱体外侧最好设有加热水套。

所述膜片最好为平板膜片。

所述膜片和导流板最好平行竖直设于槽体内。

由于生物填料是构成缺氧生物滤池的核心部分，直接影响着A/O工艺的脱氮效果，因此选择合适的填料对发挥缺氧生物滤池处理效果至关重要。本发明采用牡蛎壳作为缺氧生物滤池的生物填料，一方面利用牡蛎壳粗糙的表面作为滤池生物膜的载体，另一方面利用牡蛎壳在缺氧酸化过程中CaCO₃成分的不断溶出，使缺氧出水的pH值得到提高，为后续的好氧MBR槽的硝化反应提供碱度。

由于采用牡蛎壳填料缺氧生物滤池进行反硝化处理，好氧膜生物反应器进行硝化处理，好氧膜出水部分回流至缺氧生物滤池，因此本发明具有耐渗滤液冲击能力强、生物脱氮率高和出水水质稳定等优点。

本发明基于缺氧/好氧(简称A/O)生物脱氮工艺，将贝壳填料缺氧生物滤池与好氧膜生物反应器组合而设计出一种高效生物脱氮装置，特别适用于含高浓度氨氮的垃圾渗滤液的处理，作为解决垃圾渗滤液处理中生物脱氮率低下问题、遏制其对水环境污染的重要工程手段，不仅具有重要的应用价值，而且具有很好的社会意义。

附图说明

图1为本发明的实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例的膜片结构示意图。

图3为本发明实施例的导流板结构示意图。

图4为本发明实施例的承托板结构示意图。

图5为本发明实施例在运行稳定期中系统各处理单元的氨氮浓度的时间变化图。在图5中，横坐标为时间(d)，纵坐标为氨氮浓度mg/L；◆为生物滤池(BF)进水，▲为好氧膜生物反应器的槽体内，■为生物滤池(BF)出水，■为好氧膜生物反应器出水。

图6为本发明实施例在运行稳定期中系统各处理单元的总硝态氮浓度的时间变化图。在图6中，横坐标为时间(d)，纵坐标为总硝态氮浓度(mg/L)；◆为生物滤池(BF)进水，■为好氧膜生物反应器的槽体内，▲为好氧膜生物反应器出水。

图7为本发明实施例不同渗滤液进水氨氮浓度条件下整套系统氨氮去除效果比较图。在图7中，横坐标为时间(d)，纵坐标为氨氮去除率(％)；◆为浓度，■为中浓度，▲为高浓度。

图8为本发明实施例不同渗滤液进水氨氮浓度条件下整套系统总氮去除效果比较图。在图8中，横坐标为时间(d)，纵坐标为总氮去除率(％)；◆为浓度，■为中浓度，▲为高浓度。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明在处理垃圾渗滤液中的突出效果给予说明。

如图1～4所示，本发明实施例设有缺氧柱A和好氧膜生物反应器B，缺氧柱A设有柱体2、牡蛎壳填料9和承托板8，柱体2底部设有排泥口11，排泥口11位于承托板8下方，柱体2顶部设有出气口12，承托板8设于柱体2内下部，承托板8上设有若干通孔13，牡蛎壳填料9填入柱体2内的承托板8上，承托板8下方设有进水口14，在牡蛎壳填料9的上方设有出水口18。在柱体2外侧设有加热水套10。

好氧膜生物反应器B设有槽体3、膜片15、布气管17和导流板16，膜片15和导流板16平行竖直设于槽体3内，布气管17设于槽体3底部。膜片15可采用日本KUBOTA公司出品的聚丙烯复合平板膜，尺寸为0.303m×0.212m，表面积为0.1285m²，孔径为0.1～0.4μm，膜片采用两片。布气管17和导流板16。膜片15和导流板16平行竖直设于槽体3内部，布气管17设于槽体3底部。

本发明开拓性地以牡蛎壳作为生物膜的载体，因牡蛎壳具有粗糙的表面而具有作为生物膜载体的可能性，且经试验证实粗糙的牡蛎壳表面非常适合反硝化细菌的生长。

使用时，水槽1内的垃圾渗沥液在蠕动泵4的作用下，与由蠕动泵5从好氧膜生物反应器中的一膜片15抽出的回流液合并，流入缺氧柱的柱体2的底部，柱体2中填充约100cm高的牡蛎壳填料9(投影面积1cm×3cm，孔隙率80％)，牡蛎壳填料9表面生长着反硝化细菌，反硝化细菌在缺氧条件下，将来自好氧膜生物反应器的回流液中的硝氮和亚硝氮转化成氮气，使进水中的氮化物得到完全去除，反应生成的气体从出气口12排出，柱体2的出水由顶部出水口18直接溢流至好氧膜生物反应器。

好氧膜生物反应器的槽体3内的好氧微生物所需氧气由曝气机7供给，并通过布气管17在槽体3内释放出来，槽体3内的导流板16在曝气状态下起到一个将气液混合均匀的作用，处理水在蠕动泵6的作用下经另一片膜15抽出。

经实验验证，本发明所用牡蛎壳填料非常适合作为生物膜载体，微生物可在牡蛎壳表面附着生长，并形成生物膜。因此，可以得出牡蛎壳适合作为缺氧生物滤池的生物膜载体的结论。其次，本发明对垃圾渗沥液的处理具有较高的氨氮及总氮去除效率，推流式的缺氧生物滤池不仅能够为后续的硝化反应阶段提供充足的碱度，使缺氧柱出水维持在稳定的pH值范围，而且本身具有的推流式反应器的特点，反应物浓度由进口向出口递减，生成物浓度由进口向出口递增，既保证了回流的硝化液的有效去除，同时反硝化阶段所产生的碱度也一定程度上缓解了后续硝化阶段对碱度的需求。而全混式好氧膜生物反应器中独特的平板膜(两片)和导流板设计，使好氧槽内气液混合更加均匀，氧气利用率大幅度提高，大大提高了好氧槽的硝化效率。

本发明不仅大幅度提高了垃圾渗沥液中的氨氮和总氮的去除效果，而且为海产养殖废弃物—牡蛎壳资源化再利用寻找一条新的途径。图5和6给出在进水氨氮浓度为204mg/L、200％的回流比条件下，系统在稳定期运行时各处理单元的氨氮浓度与总硝态氮浓度的时间变化。由图5和6可知，氨氮的去除主要发生在好氧膜生物反应器内，总硝态氮的去除主要发生在缺氧柱内，膜片对氨氮和总硝态氮没有去除效果，好氧膜生物反应器的总硝态氮浓度稳定在45～50mg/L时，缺氧柱出水总硝态氮浓度基本稳定在3mg/L左右，可见缺氧柱的反硝化脱氮效果十分明显。

图7和图8分别给出不同垃圾渗沥液进水氨氮浓度时整套系统氨氮和总氮去除效果比较图。当进水氨氮浓度为低、中、高浓度时(162.0、207.8和408.4mg/L)，组合工艺对氨氮的平均去除率分别为82.9％、90.3％和78.1％；对总氮的平均去除率分别55.4％、67.1％和54.2％。

本发明采用牡蛎壳为缺氧生物膜的载体，因牡蛎壳具有粗糙的表面非常适合反硝化细菌的生长。牡蛎壳填料缺氧柱/好好氧膜生物反应器组合工艺流程为：原水槽内的垃圾渗沥液在蠕动泵的作用下，与由蠕动泵从好氧膜生物反应器中的一片膜片抽出的回流液合并，流入缺氧柱的底部；填料表面生长着反硝化细菌，反硝化细菌在缺氧条件下，将来自好氧膜生物反应器的回流液中硝氮与亚硝氮转化成氮气，并从出气口排出，柱体的出水由顶部直接溢流至好氧膜生物反应器。好氧膜生物反应器内的好氧微生物所需氧气由曝气机供给，槽内的导流板起到使气液混合均匀的作用，处理水在蠕动泵的作用下经另一片膜抽出。

本发明对垃圾渗沥液的处理显示出较高的氨氮及总氮去除效果，缺氧柱中推流式的上升流动保证了柱出水维持在稳定的pH值范围，不仅能够为后续的硝化反应阶段提供充足的碱度。而全混式好氧膜生物反应器中独特的平板膜(两片)和导流板设计，使好氧槽内气液混合更加均匀，氧气利用率大幅度提高，大大提高了好氧槽的硝化效率。

Claims

1.垃圾渗滤液生物脱氮装置，其特征在于设有缺氧柱和好氧膜生物反应器，缺氧柱设有柱体、牡蛎壳填料和承托板，柱体底部设有排泥口，柱体顶部设有出气口，承托板设于柱体内下部，承托板上设有通孔，牡蛎壳填料填入柱体内的承托板上，承托板下方设有进水口，在牡蛎壳填料的上方设有出水口；好氧膜生物反应器设有槽体、膜片、布气管和导流板，膜片和导流板设于槽体内，布气管设于槽体底部。

2.如权利要求1所述的垃圾渗滤液生物脱氮装置，其特征在于在柱体外侧设有加热水套。

3.如权利要求1所述的垃圾渗滤液生物脱氮装置，其特征在于所述膜片为平板膜片。

4.如权利要求1所述的垃圾渗滤液生物脱氮装置，其特征在于所述膜片和导流板平行竖直设于槽体内。