CN101575140A - 一种垃圾渗滤液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种垃圾渗滤液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法，属于环境工程水处理技术领域。本发明的主要技术特点是利用垃圾渗滤液中较高的有机物含量作为碳源，通过磷酸铵镁沉淀法改变垃圾渗滤液的C/N比，将其利用到因为碳源不足而总氮脱除率较低的污水处理中，实现改变C/N比的污水在处理后总氮的脱除率有明显提高。本发明与现有技术相比，具有以废治废，节约垃圾渗滤液处理费和污水厂投加甲醇等碳源成本，易于操作，具有很好的环境效益、经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明属于环境工程水处理技术领域，具体为一种垃圾渗滤液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法。
背景技术
由于受地域、气候和生活习惯的影响，我国某些城市人均生活用水量较大，而且这些城市降雨较多造成地下水位较高，以及多为合流制的排水体系和不甚合理的化粪池设置等因素，总体上造成这些城市的生活污水具有有机物浓度低、氮磷含量并不低的现象，通常把这种有机物含量低而氮、磷含量相对较高的城市污水称为低碳高氮磷城市污水，简称低碳氮比污水。城市污水处理工艺通常是以普通活性污泥法为基础，采用AB法、A/O、A2/O法、SBR、氧化沟等多种污水处理工艺。随着城市周围水体富营养化程度的加剧，具有脱氮除磷的这些工艺逐步需要强化实施，另外，出台的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)对氮、磷排放指标要求均相应进行了提高。
目前应用广泛的污水生物处理厂，对低碳高氮磷城市污水运行过程中存在较多问题，致使出水无法稳定达标。城市低浓度生活污水量普遍较大，有机物浓度较低，碳氮比相对较小，采用这些生物处理工艺处理往往存在处理效率低，容易产生污泥膨胀现象，工艺设备不能完全满足高效低耗要求。产生这些问题的核心就是污水中碳氮比相对偏低，加剧了污水生物处理的难度，对水环境影响较大的氮磷等污染物质的去除不利，直接影响到总氮的达标排放。
在传统的城市污水脱氮除磷系统中，碳源主要消耗于缺氧反硝化、厌氧释磷和异养菌等方面。当进水的COD/TN比值小于5.0时，生物脱氮效果就会受到影响，若比值小于3.0则难以进行生物除磷处理，只有当COD/TN＞6时，方有可能获得良好的脱氮除磷效果。由此可见，低碳高氮磷城市污水在进行生物脱氮除磷处理时存在的主要问题是碳源不足。有机碳源成为制约我国城市污水处理厂生物脱氮除磷的主要因素。在我国，现行的污水处理工程设计多为在水质水量特性不十分明确的前提下进行，设计水质一般按中等浓度设计，而实际运行水质远小于设计值，设计值与实际运行值存在明显差异，主要表现为实际COD/TN比值小于设计值，造成了总氮等指标达标困难等一系列问题。
为提高和稳定生物脱氮除磷效率，当COD/TN＜5时，污水厂一般都是投加外部碳源(如甲醇、乙酸等)用于反硝化，实现提高污水C/N比的目的。但由于污水处理量大，外加碳源(如甲醇、乙酸等)将明显增加污水处理费用，使污水处理厂运行不堪重负。为了解决污水处理厂生物脱氮除磷所需碳源不足的问题，解决环境水体氮素污染问题，还必须要考虑碳源的经济性，以便实现经济效益、社会效益和环境效益三者的统一。
城市垃圾渗滤液是垃圾在填埋过程中产生的一种高浓度有机废水，具有COD较高的特点。如果对垃圾渗滤液加以利用，则必须对高浓度的氨氮进行预处理，以降低垃圾渗滤液中的NH3-N浓度，提高其C/N比。
磷酸铵镁沉淀法(俗称鸟粪石沉淀法)是化学中较多采用的一种同时沉淀较高浓度氨氮和磷酸根的方式，而且磷酸铵镁作为一种重要的缓效性复合肥料可以得到利用。其基本原理为，在含NH4 +和PO4 3-的水中添加镁盐，发生以下的化学反应：
Mg2++HPO4 2-+NH4 ++6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓+H+ (1)
Mg2++PO4 3-+NH4 ++6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓ (2)
Mg2++H2PO4-+NH4 ++6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓+2H+ (3)
沉淀过滤后即可得到MAP(magnesium-ammonium-phosphate)，其分子式是MgNH4PO4·6H2O，其溶度积为2.5×10-13。
城市生活污水如果有比较充足的碳源，污水的脱氮率就越高，但实际上城市生活污水中的碳源物质是有限的，对于低碳高氮磷的低浓度甚至超低浓度的城市污水，缺氧条件下可生物利用的碳源物质不足，就很难达到预期的脱氮率，同时也降低了污水处理工艺的运行效率。因此对于低碳高氮磷城市污水，应将其C/N比提高到一定范围，就可能使总氮脱除率有较大提高。提高污水C/N比的碳源物质，首先应该充分考虑利用既有的废物碳源，尽量替代那些高成本的化工类有机碳源，这具有非常现实的社会效益、经济效益和环境效益。磷酸铵镁沉淀后的垃圾渗滤液具有较高的COD，C/N比得到了明显改善，具有利用作为碳源的条件。
发明内容
本发明的目的是针对城市污水普遍存在碳源不足而造成的污水处理工艺运行对总氮脱除率不高的难题，提供一种垃圾渗滤液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法，实现提高总氮脱除率的目的。
本发明的技术方案如下：
一种垃圾渗滤液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)首先对垃圾渗滤液进行处理，根据垃圾渗滤液氨氮的摩尔浓度，投加磷酸盐和镁盐，投加后磷酸盐的摩尔浓度为氨氮摩尔浓度的1倍，镁盐的摩尔浓度为氨氮摩尔浓度的1～1.5倍，形成磷酸铵镁沉淀，使处理后的垃圾渗滤液氨氮浓度为100～200mg/L，垃圾渗滤液C/N比为15-80；
2)将经处理后的垃圾渗滤液投加到待处理的污水中，使待处理的污水COD含量处于280-400mg/L之间，C/N比值为6.5-12；
3)利用生物处理工艺对步骤2)中的污水进行处理，达到城镇污水处理厂污染物排放标准对总氮的排放标准要求。
上述技术方案中，所述的低碳氮比城市污水的C/N比值低于5。所述的镁盐优选采用氯化镁或硫酸镁，磷盐优选采用磷酸氢二钠或磷酸二氢钠。
具体实施方式
本发明提供的一种垃圾渗滤液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)首先对垃圾渗滤液进行处理，根据垃圾渗滤液氨氮的摩尔浓度，投加磷酸盐和镁盐，投加后磷酸盐的摩尔浓度为氨氮摩尔浓度的1倍，镁盐的摩尔浓度为氨氮摩尔浓度的1～1.5倍，形成磷酸铵镁沉淀，使处理后的垃圾渗滤液氨氮浓度100～200mg/L，垃圾渗滤液C/N比为15-80；
2)将经处理后的垃圾渗滤液投加到待处理的污水中，使待处理的污水COD含量处于280-400mg/L之间，C/N比值为6.5-12；
3)利用生物处理工艺对步骤2)中的污水进行处理，达到城镇污水处理厂污染物排放标准对总氮的排放标准要求。
本发明所述的低碳氮比城市污水的C/N比值低于5。所述的镁盐采用氯化镁或硫酸镁，磷盐采用磷酸氢二钠或磷酸二氢钠。
下面结合实例对本发明进一步说明
实施例1
从深圳市下坪固体废弃物填埋场取得的垃圾渗滤液，在深圳布吉污水厂实验室分析，该垃圾渗滤液成份基本稳定，有机污染和氨氮污染最重，因此调节其pH为9、采用硫酸镁作为镁盐来源，采用磷酸二氢钠作为磷酸根来源、按照氨氮的摩尔比为1添加磷盐和镁盐、沉淀反应时间为30min等条件，考察处理前后的垃圾渗滤液中的CODCr/TN比例变化。
表1垃圾渗滤液主要水质指标
| 项目 | CODCr(mg/L) | BOD5(mg/L) | 总磷(mg/L) | 氨氮(mg/L) | 总氮(mg/L) | CODCr/TN(C/N比) | pH |
| 数值 | 4580 | 2160 | 21 | 2240 | 2534 | 1.8 | 7.5 |
表2磷酸铵镁法沉淀后的主要水质指标
| 项目 | CODCr(mg/L) | BOD5(mg/L) | 总磷(mg/L) | 氨氮(mg/L) | 总氮(mg/L) | CODCr/TN(C/N比) | pH |
| 数值 | 3320 | 2032 | 22.4 | 153 | 186 | 17.8 | 7.6 |
磷酸铵镁沉淀的过程就是一个改变C/N比的过程，垃圾渗滤液经过处理后，氨氮浓度大大降低，降低到153mg/L；TN也降低到186mg/L，COD/TN值由1.8升高到17.8。
在同样的反应器进行对比SBR试验，开始采用实际低COD/TN比城市生活污水进行处理，不投加碳源；然后按3.9％和5.5％比例加入磷酸铵镁处理后的垃圾渗滤液，分别重复试验，考察总氮脱除率的变化。反应控制进水时间0.5h，厌氧搅拌4.5h，曝气6h，沉淀出水1h，试验前后的水质见表3和表4。按3.9％和5.5％比例加入磷酸铵镁沉淀后的垃圾渗滤液作为碳源后，出水水质总氮明显降低，说明磷酸铵镁沉淀后的热解剩余污泥脱水液作为碳源具有良好的提高总氮脱除率作用。
表3磷酸铵镁法沉淀后垃圾渗滤液添加对低碳氮比污水的改变
| 碳源添加比例 | CODCr(mg/L) | BOD5(mg/L) | 总磷(mg/L) | 氨氮(mg/L) | 总氮(mg/L) | CODCr/TN(C/N比) |
| 污水(未添加) | 168 | 73 | 3.5 | 33 | 39 | 4.3 |
| 添加(3.9％) | 296 | 144 | 3.2 | 35 | 39 | 7.2 |
| 添加(5.5％) | 352 | 189 | 3.1 | 35 | 39 | 8.6 |
表4SBR处理效果对比
| 项目 | CODCr(mg/L) | BOD5(mg/L) | 总磷(mg/L) | 氨氮(mg/L) | 总氮(mg/L) | 总氮脱除率％ |
| 污水(未添加) | 43 | 8 | 1.2 | 1.3 | 21 | 40 |
| 添加(3.9％) | 46 | 7 | 0.9 | 1.2 | 13 | 66.6 |
| 添加(5.5％) | 48 | 8 | 1.0 | 1.3 | 14 | 64.1 |
实施例2
从深圳市下坪固体废弃物填埋场取得的垃圾渗滤液，调节其pH为9、采用氯化镁作为镁盐来源，采用磷酸氢二钠作为磷酸根来源、按照氨氮的摩尔比的1倍添加磷盐和氨氮的摩尔比的1.5倍添加镁盐、沉淀反应时间为30min等条件，考察处理前后的垃圾渗滤液中的CODCr/TN比例变化。
表5垃圾渗滤液主要水质指标
| 项目 | CODCr(mg/L) | BOD5(mg/L) | 总磷(mg/L) | 氨氮(mg/L) | 总氮(mg/L) | CODCr/TN(C/N比) | pH |
| 数值 | 5840 | 2620 | 23 | 2450 | 2756 | 2.1 | 7.3 |
表6磷酸铵镁法沉淀后的主要水质指标
| 项目 | CODCr(mg/L) | BOD5(mg/L) | 总磷(mg/L) | 氨氮(mg/L) | 总氮(mg/L) | CODCr/TN(C/N比) | pH |
| 数值 | 4450 | 2320 | 24 | 112 | 133 | 33.5 | 7.6 |
磷酸铵镁沉淀的过程就是一个改变C/N比的过程，垃圾渗滤液经过处理后，氨氮浓度大大降低，降低到112mg/L；TN也降低到133mg/L，COD/TN值由2.1升高到33。
在同样的反应器进行对比SBR试验，开始采用实际低COD/TN比城市生活污水进行处理，不投加碳源；然后按4.0％和5.0％比例加入磷酸铵镁处理后的垃圾渗滤液，分别重复试验，考察总氮脱除率的变化。反应控制进水时间0.5h，厌氧搅拌4.5h，曝气6h，沉淀出水1h，试验前后的水质见表7和表8。按4.0％和5.0％比例加入磷酸铵镁沉淀后的垃圾渗滤液作为碳源后，出水水质总氮明显降低，说明磷酸铵镁沉淀后的垃圾渗滤液作为碳源具有良好的提高总氮脱除率作用。
表7磷酸铵镁法沉淀后垃圾渗滤液添加对低碳氮比污水的改变
| 碳源添加比例 | CODCr(mg/L) | BOD5(mg/L) | 总磷(mg/L) | 氨氮(mg/L) | 总氮(mg/L) | CODCr/TN(C/N比) |
| 污水(未添加) | 167 | 78 | 3.7 | 31 | 36 | 4.64 |
| 添加(4.0％) | 345 | 169 | 3.2 | 31 | 36 | 9.5 |
| 添加(5.0％) | 388 | 193 | 3.1 | 31 | 36 | 10.7 |
表8SBR处理效果对比
| 项目 | CODCr(mg/L) | BOD5(mg/L) | 总磷(mg/L) | 氨氮(mg/L) | 总氮(mg/L) | 总氮脱除率％ |
| 污水(未添加) | 43 | 8 | 2.1 | 1.1 | 22 | 38.8 |
| 添加(4.0％) | 49 | 8 | 1.1 | 1.3 | 14 | 61.1 |
| 添加(5.0％) | 47 | 9 | 1.2 | 1.4 | 13 | 63.8 |
Claims (3)
1.一种垃圾渗滤液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1)首先对垃圾渗滤液进行处理，根据垃圾渗滤液氨氮的摩尔浓度，投加镁盐和磷酸盐，投加后镁盐的摩尔浓度为氨氮摩尔浓度的1～1.5倍，磷酸盐的摩尔浓度为氨氮摩尔浓度的1倍，形成磷酸铵镁沉淀，使处理后的垃圾渗滤液氨氮浓度为100～200mg/L，垃圾渗滤液C/N比为15-80；
2)将经处理后的垃圾渗滤液投加到待处理的污水中，使待处理的污水COD含量处于280-400mg/L之间，C/N比值为6.5-12；
3)利用生物处理工艺对步骤2)中的污水进行处理，达到城镇污水处理厂污染物排放标准对总氮的排放标准要求。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾渗滤液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法，其特征在于：所述的低碳氮比城市污水的C/N比值低于5。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾渗滤液作碳源对低碳氮比城市污水的处理方法，其特征在于：所述的镁盐采用氯化镁或硫酸镁，磷盐采用磷酸氢二钠或磷酸二氢钠。
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