CN103523921B

CN103523921B - 一种中期垃圾渗滤液的强化脱氮装置和处理方法

Info

Publication number: CN103523921B
Application number: CN201310400346.6A
Authority: CN
Inventors: 王淑莹; 李忠明; 苗蕾; 彭永臻
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2033-09-05
Also published as: CN103523921A

Abstract

一种中期垃圾渗滤液的强化脱氮装置和处理方法，属于污水处理技术领域。该装置主要为缺氧部分、缓冲部分、好氧部分，并在缺氧和好氧部分投加悬浮填料，在曝气提升的动力下，在三部分间能形成内循环，将C/N比为3～6的中期垃圾深滤液瞬间加入缺氧区，利用缺氧区的填料吸附绝大多数碳源，在循环推动力下液体经过缓冲区，进入好氧区完成有机物氧化、氨氧化后，硝化液再次流入缺氧区，利用吸附的碳源反硝化，如此循环直至反应结束排水。本发明的装置和处理方法，能够营造适合反硝化菌、氨氧化菌（AOB）的生长环境，使单位容积脱氮效率更高，使原水有机碳源利用率更高、节省能耗、缩短反应时间、不投加外碳源、TN去除率高。

Description

一种中期垃圾渗滤液的强化脱氮装置和处理方法

技术领域

本发明涉及生化法污水生物处理技术领域，尤其涉及一种中期垃圾渗滤液生物处理工艺的装置和处理方法，属于污水处理技术领域。

背景技术

随着城市化进程不断加快，垃圾处理问题成为制约城市发展的瓶颈。目前，填埋是城市垃圾处理的最主要方式，这也是适合我国国情、一种有效且低费用的城市垃圾处理方式。我国城市生活垃圾的年产量为2.4亿吨，由此所产生的新鲜垃圾渗滤液年产量约2900万吨，而1吨渗滤液约相当于100t城市污水所含污染物的浓度。垃圾渗滤液具有有机物组分众多、氨氮含量较高、水质水量变化复杂、重金属种类多，磷含量偏低等特点。到目前为止，针对不同时期的垃圾渗滤液，完善的、经济有效的垃圾渗滤液处理技术（尤其是在脱氮方面）有待进一步开发，因此开发适合我国国情的经济有效的生物处理技术，对垃圾渗滤液处理的发展具有重要意义。

中期城市垃圾渗滤液（垃圾填埋时间为5-10年产生的渗滤液）成分非常复杂，通常富含有机物和氨氮，C/N=3-6，同时富含有毒有害的重金属离子。如果采用物化方法处理将会花费大量的成本。而采用传统生物处理工艺处理中期垃圾渗滤液具有一定的脱氮和去除可降解有机物的效果，但无法实现不外加碳源情况下使得TN高效去除，达到排放标准。

发明内容

针对目前中期垃圾渗滤液深度脱氮技术的不足，本发明提供一种结构简单、高效、能耗较低的中期垃圾渗滤液生化处理装置和控制方法，能高效去除垃圾渗滤液中有机物和TN。

为实现上述目的，本发明提供了一种中期城市垃圾渗透液深度脱氮的处理装置系统，包括：水箱（1）、进水泵（2）、一体式气升式内循环生物膜反应器（4）、空压泵（16），该一体式气升内循环生物膜反应器（4）通过导流板沿中心按顺时针或逆时针将一体式气升内循环生物膜反应器（4）内部分为好氧区B、两个缓冲区C1、C2和缺氧区A，好氧区B、两个缓冲区C1、C2和缺氧区A的体积比为2∶1∶1，缺氧区A与好氧区B之间的导流板下部设有圆孔，好氧区B和缓冲区C1之间的导流板上部设有圆孔，同时两个缓冲区C1、C2之间的导流板下端设有空隙作为流动口，缓冲区C2与缺氧区A之间的导流板上部设有圆孔，所述导流板上的圆孔（优选直径1cm）便于液体在各区间循环流动，好氧区B和缺氧区A内添加悬浮填料，好氧区B内填充体积为50%，缺氧区A内填充体积为80%，上述所述的填充体积均为加水后悬浮填料所占的体积；在好氧区B靠近缓冲区C1的一边的底部设置有曝气头（18），曝气头（18）通过导气管依次连通着气体流量计（15）、空压泵（16）；水箱（1）通过进水泵（2）与设在一体式气升内循环生物膜反应器（4）缺氧区上部的进水阀门连接，在一体式气升内循环生物膜反应器（4）好氧区中部设有出水阀门，在一体式气升内循环生物膜反应器（4）各分区底部分别设排泥阀门。

在一体式气升内循环生物膜反应器（4）设有温控加热装置，该装置包括一体式气升内循环生物膜反应器（4）外部的温控器（28）和一体式气升内循环生物膜反应器（4）好氧区B内的加热棒（29）；一体式气升内循环生物膜反应器（4）另设3个取样口；在好氧区的内壁上设有PH传感器（25），PH传感器（25）与PH计主机（26）连接，在缺氧区的内壁上设有DO传感器（24），DO传感器（24）与DO仪主机（27）连接。

好氧区B悬浮填料的填料负载氨氧化菌和异养菌，缺氧区A的悬浮填料的填料负载反硝化菌。

采用上述装置处理中期垃圾渗滤液深度脱氮的方法，包括以下步骤：

（1）反应器启动阶段，投加富含氨氧化菌和异养菌的悬浮填料于好氧区B，填充比为50%；投加富含反硝化菌的悬浮填料于缺氧区A，填充比为80%，并进行挂膜；

（2）开启进水泵，C/N=3-6的中期渗滤液从水箱通过进水阀门快速进入反应器（如10s-20s均可），进水量为反应器总体积的1/5，快速进水在水力冲击作用下，使绝大部分进水都能停留在缺氧区A，在一个小时的静置时间里，缺氧区富含反硝化菌的悬浮填料能快速吸附大部分有机物和转化储存部分有机物（以PHA的形式）；

（3）开启空压泵，设定流量计的气体流量，设定的气体流量要确保缺氧区的溶解氧含量低于0.2mg/L，然后在曝气气升推动力的作用下，液体从曝气头处向上升然后一部分在好氧区B形成微循环，另一部分被推动通过好氧区B与缓冲区C1之间的导流板上部的圆孔进入缓冲区C1，缓冲区C1的液体进而通过两缓冲区之间导流板下面端的空隙进入了缓冲区C2，缓冲区C2的液体进而通过缺氧区A与缓冲区C2之间导流板上部的圆孔进入了缺氧区A，推动液体进入了好氧区B，好氧区B中填料上富含的异养菌和AOB利用原水中的营养物进行了部分有机物氧化反应、部分氨氮亚硝化反应，并由于O₂分布不均匀会发生同步硝化反硝化进行部分脱氮，液体在循环动力的作用下，经缓冲区C1、C2，进入缺氧区A，利用填料(17)上吸附和储存的碳源进行反硝化，如此在三区之间循环，一直循环至反应结束；

（4）关闭空压泵，打开排泥阀门排出脱落污泥，打开出水阀门，按20%的排水比进行排水，继续从（2）开始下一周期。

在步骤（1）中，悬浮填料挂膜采用在富含对应污泥的容器中闷曝的方式进行。

在步骤（3）所述设定流量计的气体流量，是根据反应器的大小设计气体流量，本实验装置一体式气升内循环生物膜反应器（4）有效体积为10L，设定气体流量为100～140L/h，缺氧区的溶解氧含量低于0.2mg/L。

在步骤（3）所述反应结束的条件为：好氧区pH一阶导数由正变负，且反应时间t大于3h；或由缺氧区DO值突变，由0.3mg/L以下变至0.8mg/L以上。

有益效果

本发明提供的一种中期城市垃圾渗透液深度脱氮的装置和处理方法，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.提高污水中有机物作为反硝化碳源的利用率，从而在提高氮去除效率的同时实现了不添加任何外碳源，大幅降低了运行成本；

2.营造了分别适合反硝化菌、氨氧化菌生长的环境，使单位容积脱的氮效率很高；

3.仅依靠供氧动力能实现内循环，更加节能；.

4.pH波动小，不用额外调节pH，有足够的碱度，有利于实现短程硝化；

5.采用序批式的运行方式，时间上的理想推流过程使生化推动力大效率提高，防止污泥膨胀和耐冲击负荷高；

6.在线DO、pH实时控制，精确判断反应终点，节省反应时间和能源等。

7、本发明提供的中期垃圾渗滤液生物处理装置和控制方法，能够营造适合反硝化菌、氨氧化菌（AOB）的生长环境，使单位容积脱氮效率更高，还具有原水有机碳源利用率更高、节省能耗、缩短反应时间、不投加外碳源、TN去除率高等优点。

附图说明

图1是一种中期垃圾渗滤液的强化脱氮装置的结构示意图；

图中：1-水箱；2-进水泵；3-进水阀门；4-一体式气升内循环生物膜反应器；5、9-导流板圆孔；6、7、8-导流板；10-缺氧区悬浮填料；11-导流板7下端流动口；12、13、19-排泥阀门；15-气体流量计；16-空压泵；17-好氧区悬浮填料；18-曝气头；20、22、23-取样阀；21-出水阀门；24-DO传感器；25-PH传感器；26-PH计主机；27-DO仪主机；28-温控器；29-加热棒。

图2是本发明具体实施方式中所述的运行周期内PH、DO变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，但本发明并不限于以下实施例

一种中期垃圾渗滤液的强化脱氮装置的结构示意图参照图1，具体包括：包括：水箱1、进水泵2、一体式气升式内循环生物膜反应器4、空压泵16等。其特征在于：该一体式气升内循环生物膜反应器4通过导流板6、7、8分为好氧区B、缓冲区C1、C2和缺氧区A，同时导流板6、7、8上的圆孔5、9、14可方便液体在各区间循环流动，三区的体积比为：2∶1∶1；好氧区B和缺氧区A内添加填充比分别为50%和80%的悬浮填料17、10；在好氧区B靠近缓冲区的一端的底部设置曝气头18，并通过导气管依次连通着流量计15、空压泵16；进水从水箱1经过进水泵2通过设在缺氧区A上部的进水阀门3进入反应器，出水阀门21设在好氧区B的中部；

一体式气升内循环生物膜反应器4中：设有温控加热装置28、29，该装置包括温控器28和加热棒29；在各分区底部分别设排泥阀门12、13、19；另设3个取样口20、22、23；在好氧区B的内壁上设有PH传感器25，在缺氧区A的内壁上设有DO传感器24。

水箱1长×宽×高=40cm×40cm×30cm，总容积48L。一体式气升内循环生物膜反应器4外形为圆柱体，内径20cm，高度40cm，有效容积为10L；好氧区B有效体积为5L、缓冲区C1、C2有效体积分别为1.25L、缺氧区A有效体积分别为2.5L。圆孔5、9、14的数量根据实际循环速率的要求增加或减少。

结合实验装置，提供了一种中期城市垃圾渗透液处理的控制方法,具体包括：

（1）反应器启动阶段，投加富含硝化菌的悬浮填料于好氧区B，填充比为50%；投加富含反硝化菌的悬浮填料于缺氧区A，填充比为80%；

（2）开启进水泵，C/N=3-6的中期渗滤液从进水箱通过进水阀门快速进入反应器（10s-20s），进水量为反应器总体积的1/5。在水力冲击作用下，绝大部分进水都能停留在缺氧区A，在一个小时的静置时间里，缺氧区富含反硝化菌的悬浮填料能快速吸附大部分有机物和转化储存部分有机物（以PHA的形式）；

（3）开启空压泵，设定流量计的气体流量。在曝气气升推动力的作用下，液体在好氧区B形成了循环，并推动了液体由好氧区B通过圆孔进入了缓冲区C1,进而通过导流板下面的空隙进入了缓冲区C2，进而通过导流板上部的圆孔进入了缺氧区A，推动了原液进入了好氧区B。好氧区B中填料上富含的异养菌和AOB利用原水中的营养物进行了部分有机物氧化反应、部分氨氮亚硝化反应，并由于O₂分布不均匀会发生同步硝化反硝化进行部分脱氮。硝化液在循环动力的作用下，经缓冲区C1、C2，进入缺氧区A，利用填料17上吸附和储存的碳源进行反硝化，一直循环至反应结束；

在步骤（1）中，悬浮填料挂膜阶段采用在富含对应污泥的容器中闷曝的方式进行。

在步骤（3）所述设定流量计的气体流量，是根据反应器的大小设计气体流量，本实验装置有效体积为10L，确保缺氧区的溶解氧含量低于0.2mg/L下设定气体流量，本装置设定约为100～140L/h。

下面结合具体的实例对本发明中所述的方案作进一步介绍：以北京某垃圾填埋场的实际垃圾渗滤液为研究对象，氨氮浓度高达1650～1800mg/L,COD浓度5280～9975mg/mL,C/N比在3～6之间，为典型的中期垃圾渗滤液，实验结果表明：长期连续运行，获得了稳定的工艺性能。

（1）启动阶段：选取聚丙烯空心环为悬浮填料（填料密度为0.98-1.00g·cm-1，空隙率94-96%，为Φ25、高4mm的圆柱状），挂膜阶段将好氧区B和缺氧区A将要投加的填料分别投加进对应富含AOB（氨氧化菌）和反硝化菌的容器中以闷曝的方式进行15天，投加富含硝化菌的悬浮填料于好氧区B，填充比为50%,投加富含反硝化菌的悬浮填料于缺氧区A，填充比为80%,通过温控系统（28、29），保持反应器温度在25-28℃；

（2）开启进水泵2，调整泵速使渗滤液进水速度为0.2L/s，将C/N=3-6的中期渗滤液从进水箱1通过进水阀门3快速进入反应器（10s），进水量为反应器总体积的1/5。在水力冲击作用下，绝大部分进水都能停留在缺氧区A，在一个小时的静置时间里，缺氧区富含反硝化菌的悬浮填料17能快速吸附大部分有机物和转化储存部分有机物（以PHA的形式）；

（3）开启空压泵16，设定流量计15的气体流量为100～140L/h，缺氧区的溶解氧含量低于0.2mg/L，在曝气气升推动力的作用下，液体在好氧区B形成了循环，并推动了液体由好氧区B通过圆孔9进入了缓冲区C1,进而通过导流板7下面的空隙11进入了缓冲区C2，进而通过导流板6上部的圆孔5进入了缺氧区A，推动了原液进入了好氧区B。好氧区B中填料上富含的异养菌和AOB利用原水中的营养物进行了部分有机物氧化反应、部分氨氮亚硝化反应，并由于O₂分布不均匀会发生同步硝化反硝化进行部分脱氮。硝化液在循环动力的作用下，经缓冲区C1、C2，进入缺氧区A，利用填料17上吸附和储存的碳源进行反硝化，一直循环X小时至反应结束（即好氧区pH一阶导数由正变负，且反应时间t大于3h；或由缺氧区DO值突变，由0.3mg/L以下变至0.8mg/L以上。）；

（4）关闭空压泵16，打开排泥阀门12、13、19排出脱落污泥，打开出水阀门21，按20%的排水比进行排水，继续从（2）开始下一周期。

最终出水TN在3.5～34mg/L，去除率达到了97%以上；COD在625±180mg/L,去除率达到了92%以上。通过本发明的处理系统和处理方法处理后，在无外加碳源的条件下实现了总氮的深度去除，出水TN达到了《生活垃圾填埋场污染控制标准（GB16889-2008）》TN排放标准。

本发明的技术原理如下：

将一体式反应器分割为缺氧部分、缓冲部分、好氧部分，并在缺氧和好样部分投加富含反硝化菌悬浮填料和氨氧化菌悬浮填料。采用间歇进水，间歇排水的运行方式（排水比20%）将C/N比为3～6的中期垃圾深滤液快速加入缺氧区（进水比20%），使进水大多数停留在缺氧区，充分利用缺氧区的填料充分吸附和储存绝大多数碳源。打开好氧区底部靠近缓冲区的曝气头，在曝气提升的动力下，在好氧区、缓冲区、缺氧区三部分间能形成内循环。在循环推动力下液体经过缓冲区，进入缺氧区完成有机物氧化、氨氧化过程后，硝化液再次流入缺氧区，利用吸附的碳源反硝化，并如此循环下去直至反应结束排水。采用PH、DO实时控制能控制反应结束点。

本发明在一体式的反应器中，通过创造适合不同目标菌的生存环境，强化了各区域的生化反应作用，并且在充分利用曝气推动力实现了内循环。总之，在无添加外碳源和大幅降低动力消耗的前提下，高效地完成了中期垃圾渗滤液的深度脱氮。

以上对本发明所提供的一种中期垃圾渗滤液生物处理工艺的处理装置和控制方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种处理中期垃圾渗滤液深度脱氮的方法，其特征在于，其装置系统包括：水箱(1)、进水泵(2)、一体式气升式内循环生物膜反应器(4)、空压泵(16)，该一体式气升内循环生物膜反应器(4)通过导流板沿中心按顺时针或逆时针将一体式气升内循环生物膜反应器(4)内部分为好氧区(B)、第一缓冲区(C1)、第二缓冲区(C2)和缺氧区(A)，好氧区(B)、两个缓冲区(C1、C2)和缺氧区(A)的体积比为2:1:1，缺氧区(A)与好氧区(B)之间的导流板下部设有圆孔，好氧区(B)和第一缓冲区(C1)之间的导流板上部设有圆孔，同时两个缓冲区(C1、C2)之间的导流板下端设有空隙作为流动口，第二缓冲区(C2)与缺氧区(A)之间的导流板上部设有圆孔，好氧区(B)和缺氧区(A)内添加悬浮填料，好氧区(B)内填充体积为50％，缺氧区(A)内填充体积为80％，上述所述的填充体积均为加水后悬浮填料所占的体积；在好氧区(B)靠近缓冲区(C1)的一边的底部设置有曝气头(18)，曝气头(18)通过导气管依次连通着气体流量计(15)、空压泵(16)；水箱(1)通过进水泵(2)与设在一体式气升内循环生物膜反应器(4)缺氧区上部的进水阀门连接，在一体式气升内循环生物膜反应器(4)好氧区中部设有出水阀门，在一体式气升内循环生物膜反应器(4)各分区底部分别设排泥阀门；

包括以下步骤：

(1)反应器启动阶段，投加富含氨氧化菌和异养菌的悬浮填料于好氧区(B)，填充比为50％；投加富含反硝化菌的悬浮填料于缺氧区(A)，填充比为80％，并进行挂膜；

(2)开启进水泵，C/N＝3-6的中期城市垃圾渗透液从水箱通过进水阀门快速进入一体式气升式内循环生物膜反应器(4)，进水量为一体式气升式内循环生物膜反应器(4)总体积的1/5，快速进水在水力冲击作用下，使绝大部分进水都能停留在缺氧区(A)，在一个小时的静置时间里，缺氧区富含反硝化菌的悬浮填料能快速吸附大部分有机物和转化储存部分有机物；

(3)开启空压泵，设定流量计的气体流量，确保缺氧区的溶解氧含量低于0.2mg/L，然后在曝气气升推动力的作用下，液体从曝气头处向上升然后一部分在好氧区(B)形成微循环，另一部分被推动通过好氧区(B)与第一缓冲区(C1)之间的导流板上部的圆孔进入第一缓冲区(C1)，第一缓冲区(C1)的液体进而通过两缓冲区之间导流板下面的空隙进入了第二缓冲区(C2)，第二缓冲区(C2)的液体进而通过缺氧区(A)与第二缓冲区(C2)之间导流板上部的圆孔进入了缺氧区(A)，推动液体进入了好氧区(B)，好氧区(B)中填料上富含的异养菌和氨氧化菌(AOB)利用原水中的营养物进行了部分有机物氧化反应、部分氨氮亚硝化反应，并由于O₂分布不均匀会发生同步硝化反硝化进行部分脱氮，液体在循环动力的作用下，经第一缓冲区(C1)和第二缓冲区(C2)，进入缺氧区(A)，利用填料(17)上吸附和储存的碳源进行反硝化，如此在三区之间循环，一直循环至反应结束；

(4)关闭空压泵，打开排泥阀门排出脱落污泥，打开出水阀门，按20％的排水比进行排水，继续从(2)开始下一周期。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于，在步骤(1)中，悬浮填料挂膜采用在富含对应菌的容器中闷曝的方式进行。

3.按照权利要求1的方法，其特征在于，一体式气升内循环生物膜反应器(4)有效体积为10L，设定气体流量为100～140L/h，确保缺氧区的溶解氧含量低于0.2mg/L。

4.按照权利要求1的方法，其特征在于，在步骤(3)所述反应结束的条件为：好氧区pH一阶导数由正变负，且反应时间t大于3h；或由缺氧区DO值突变，由0.3mg/L以下变至0.8mg/L以上。

5.按照权利要求1方法，其特征在于，其中所述的装置系统，在一体式气升内循环生物膜反应器(4)设有温控加热装置，该装置包括一体式气升内循环生物膜反应器(4)外部的温控器(28)和一体式气升内循环生物膜反应器(4)好氧区(B)内的加热棒(29)；一体式气升内循环生物膜反应器(4)另设3个取样口；在好氧区的内壁上设有pH传感器(25)，pH传感器(25)与pH计主机(26)连接，在缺氧区的内壁上设有DO传感器(24)，DO传感器(24)与DO仪主机(27)连接。