CN103641268A

CN103641268A - 两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备及工艺

Info

Publication number: CN103641268A
Application number: CN201310206028.6A
Authority: CN
Inventors: 李武; 董有; 李凯; 张璐; 顾铮; 孙志军; 雷涛; 刘宏佳; 刘成
Original assignee: Sinosteel Wuhan Safety & Environmental Protection Research Institute Co Ltd
Current assignee: Sinosteel Wuhan Safety & Environmental Protection Research Institute Co Ltd
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-05-29
Also published as: CN103641268B

Abstract

本发明涉及一种两级生物反应器垃圾处理渗滤液的设备及工艺，包括一级生化池、二级硝化反硝化池，一级生化池、二级硝化反硝化池由管路连接；一级生化池内有射流曝气装置及空气管；二级硝化反硝化池内设液下搅拌器、微孔曝气器，微孔曝气器与曝气风机相连；钢结构膜池内安装有超滤膜元件、微孔曝气器、布水器，超滤膜组件连接超滤膜抽吸泵；二级硝化反硝化池通过出水泵连接独立膜箱内的布水器；微孔曝气器通过安装有电磁阀的进气管路连接曝气风机。本发明采用带独立膜箱的两级生物反应器设备及工艺，解决了渗滤液处理中好氧生物系统效率低，超滤膜丝易污染、清洗频繁、通量衰减快的问题，延长膜使用寿命，提高整个处理系统的污染去除效率。

Description

两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备及工艺

技术领域

本发明涉及水污染处理技术领域，具体涉及一种两级生物反应器垃圾处理渗滤液的设备及工艺，该设备及工艺同样适用于其它高浓度有机工业废水的处理。

背景技术

垃圾渗滤液（包括垃圾填埋场和垃圾焚烧厂的渗滤液）作为一种特殊高浓度有机废水，具有水质复杂且变化大、有机污染物和氨氮浓度高等特点。其中垃圾焚烧厂渗滤液同填埋场渗滤液相比各种污染物浓度更高，污染危害更大。COD 浓度可高达20000～70000mg/L，BOD 浓度在10000～45000mg/L ，氨含量可达1000～4000mg/L。除此之外，还有大量其他的金属、无机污染物。

近年来我国在垃圾渗滤液的处理研究方面取得了一些成功经验，有的已用于工程实践。但是由于垃圾渗滤液水质水量的复杂多变性，现有处理工艺在一定程度存在效率低、投资大、处理成本高、二次污染严重等缺点，这严重阻碍了渗滤液处理技术的推广和应用。

生物处理法是大规模处理污水的廉价方法。但是，由于垃圾渗滤液中存在的高浓度NH₃-N会抑制微生物的活性，从而限制了生物处理法的高效发挥，高浓度的NH₃-N、TN导致最终出水很难达标。

MBR是膜分离技术和活性污泥法相结合的一种新型水处理技术，利用膜的截留作用使微生物完全被截留在生物反应器中，实现水力停留时间和污泥龄的完全分离，使生化反应器内的污泥浓度从3～5g/L提高到10～20g/L，从而提高了反应器的容积负荷，使反应器容积减小。且随着污泥龄的延长，有利于世代期较长的亚硝化菌和硝化菌被保留在反应器中，使氨氮得到较充分的硝化，再通过反硝化过程实现生物脱氮。

根据生物反应器与膜组件设置方式不同，可分为分置式（膜组件与生物反应器分独立设施）和一体式（膜组件安置于生物反应器中）。一体式膜生物反应器也称浸没式，在渗滤液处理过程中因其能耗低而广泛应用。然而由于一体式膜生物反应器不能和生化处理部分分离，导致运行管理复杂，操作维护难度较大，且对生化池的结构形式有较大的限制，普遍存在污染物去除效果不高的缺点。

发明内容

本发明的目的是针对垃圾渗滤液水质复杂、处理难度大的问题，提供的一种渗滤液处理设备及工艺。本发明采用带独立膜箱的两级生物反应器（Two-step Bioreactor with Independent Membrane Box，以下简称TBIMB）设备及工艺，使垃圾渗滤液的CODcr、NH₃-N、TN等污染物得到极大的去除的同时，解决了渗滤液处理中好氧生物系统效率低，超滤膜丝易污染、清洗频繁、通量衰减快的问题，延长膜使用寿命，提高整个处理系统的污染去除效率。

本发明涉及的一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备，包括一级生化池、二级硝化反硝化池，和独立膜箱，一级生化池、二级硝化反硝化池由管路连接；一级生化池内有射流曝气装置及空气管；二级硝化反硝化池内设液下搅拌器、微孔曝气器，微孔曝气器与曝气风机相连；独立膜箱为钢结构膜池，钢结构膜池内安装有超滤膜组件、微孔曝气器、布水器，超滤膜组件连接超滤膜抽吸泵；二级硝化反硝化池通过出水泵连接独立膜箱内的布水器；微孔曝气器通过安装有电磁阀的进气管路连接曝气风机。

所述的一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备，在二级硝化反硝化池出水泵和一级生化池之间设回流管。

所述的一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备，在独立膜箱和二级硝化反硝化池设溢流管道。

所述的一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备，超滤膜元件是可开端盖的帘子膜结构，便于膜的检修和更换，膜丝根部采用软套保护结构有效防止膜断丝。

所述的一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备，在二级硝化反硝化池上设碳源投加装置。

所述的一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备，在独立膜箱上设加酸装置、加碱装置。

独立膜箱设备采用了一体化的模块化得单元设备设计方式，将膜元件、膜组件、控制进行了模块优化，便于安装、调试和维护，最终使得运行管理大为简化。

本发明涉及的一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液工艺，其工艺流程是：垃圾渗滤液厌氧出水→一级生化池→二级硝化反硝化池→独立膜箱生物反应器→达标排放，流程分两步实施：

第一步是生化活性污泥段，包括两级生化脱氮系统：

A、渗滤液通过进口进入一级生化池，在一级生化脱氮系统中，通过创造好氧、缺氧及厌氧环境去除有机物和氨氮；

B、一级生化池出水进入二级硝化反硝化池中，二级生化脱氮系统前半段设有推流液下搅拌器与碳源投加装置，快速完成反硝化过程，后半段设有微孔曝气器充氧装置强化硝化反应；

C、一级生化池、二级硝化反硝化池两级脱氮系统之间设有回流管，内循环强化生化过程，去除CODcr、NH₃-N、TN、TP等污染物；

第二步是独立膜箱生物反应器段：

经过两级生化过程的渗滤液通过布水器进入独立膜箱生物反应器，膜系统设有溢流管道，保证膜箱内污泥浓度处于适当范围，大部分污染物被混合液中的活性污泥分解，再在抽吸泵作用下由膜组件过滤出水，膜组件通过机械筛分作用对污水和污泥混合液进行固液分离，保证了系统生物量及出水水质。独立膜箱的使用，极大缓解了膜污染程度，可极大延长膜使用寿命。

本发明的有益效果：本发明针对垃圾渗滤液的特点，将传统的生物处理与浸没式膜生物反应器技术优化组合，通过设置独立膜箱和两级生物反应器，很好的解决了垃圾渗滤液处理的难题，本发明的优点如下。

1、工艺针对垃圾渗滤液污染浓度高，水质水量变化大的问题，首先通过生化过程高效去除易降解有机物和氨氮，然后通过膜技术进一步强化生物过程同时滤除难降解有机物，既利用了生物处理和膜技术各自的优点，又避免了单纯膜处理工艺无法彻底消除高浓度有机污染物的缺点，工艺耐冲击负荷，对水量变化适应性强，处理效果好。

2、设置两级生物反应器，在不同的反应空间实现多级硝化、反硝化，使垃圾渗滤液的COD、NH₃-N、TN等污染物得到极大的去除。特别是TN的降解，消除了垃圾渗滤液中氮的干扰，使经过好氧生物反应器处理后的垃圾渗滤液COD、BOD等污染物得到非常彻底的去除。

3、独立膜箱的设置，在保证垃圾渗滤液中高浓度污染物去除的同时，延长膜使用寿命。

4、浸没式工艺利用曝气时气液向上的剪切力来实现膜面的错流效果，减少对膜的污染，操作压力低，降低了运行能耗，节省运行费用。

5、本发明提供一种在技术上可行、经济上适用、能够在工程上应用的工艺及设备。

附图说明

图1 为本发明的设备构造图。

图2 为本发明工艺流程图。

图中：1.进口；2.一级生化池；3.空气管；4.射流曝气装置；5.排泥泵；6.管路；7.搅拌器；8.微孔曝气器；9. 二级硝化反硝化池；10. 回流管；11. 碳源投加装置；12. 曝气风机；13. 曝气风机；14. 溢流管道；15. 出水泵；16. 布水器；17. 超滤膜元件；18. 独立膜箱；19. 加酸装置；20. 加碱装置；21. 微孔曝气器；22. 超滤排泥泵；23. 超滤膜抽吸泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例来对本发明做进一步说明。

本发明涉及的两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备，包括依次由管路6连接的一级生化池2、二级硝化反硝化池9和独立膜箱18。

如图1所示：1是渗滤液进口，2是一级生化池，3是空气管，4是射流曝气装置，5是好氧排泥泵(另行处理)，经一级生化池2生化处理后的渗滤液通过管路6送至二级硝化反硝化池9中；7是液下搅拌器，8是微孔曝气器，与曝气风机12相连，11是碳源投加装置，15是二级硝化反硝化池9的出水泵，经过两级生物反应后的渗滤液通过管路和出水泵15送至独立膜箱18中固液分离，同时根据水质运行需要，一部分生化系统出水通过回流管10回流至一级生化池2内；16是布水器，使膜箱内均匀布水，21是膜池曝气管，与曝气风机13相连，17是超滤膜元件，14是超滤膜池溢流管道，22是超滤排泥泵（另行处理）；渗滤液通过超滤膜抽吸泵23的作用通过超滤膜进行固液分离产水；19、20分别是自动清洗加酸、加碱装置。

本发明的独立膜箱18由钢结构膜池，浸没式超滤膜元件17、不锈钢膜支架、连接管件连接组成；二级硝化反硝化池9出水通过带有电动阀的管路连接到膜池的布液器16，钢膜池内安装有超滤膜元件17、微孔曝气管21、液位计；超滤膜元件17采用了可以打开端盖的帘子膜结构的膜元件，便于膜的检修和更换，膜丝根部采用软套保护结构有效防止膜断丝；膜翅微孔曝气管21通过安装有电磁阀的进气管路连通曝气风机13；膜池出水通过产水管连接至产水箱；各控制阀通讯连接控制系统。

考虑到垃圾渗滤液污染物浓度大的特点，超滤膜元件17采用耐污染的膜元件；为保证膜元件效率，设置加酸装置19、加碱装置20两套反洗装置，由系统集成控制。

本发明涉及的工艺流程，分两步实施。

第一步生化活性污泥段包括一级生化池2和二级硝化反硝化池9，污染物的脱除是通过反应池中污泥的高效生化过程实现的。一级生化脱氮工艺通过调节曝气可以很容易地实现好氧、缺氧及厌氧状态交替的环境条件或在不同池体创造不同的好氧、缺氧环境条件，通过不同的控制手段而比较灵活地运行来实现硝化反硝化过程。二级硝化反硝化池9前段安装液下搅拌器7形成混合与推流作用，同时在缺氧条件下设置碳源投加装置11可以方便地投加碳源（或原污水）以提供有机碳源作为电子供体使反硝化过程更快地完成，后半段设置鼓风曝气装置强化硝化反应。二级硝化反硝化池9的出水泵15同时作为回流泵使用，通过电动阀门调节，一部分出水回流至一级生化池2，实现内循环强化生化过程，从而使两级生物反应器具有多级硝化反硝化能力，高效去除CODcr、NH₃-N、TN、TP等。

第二步独立膜箱18生物反应器，通过机械筛分作用对悬浮物和胶体进行分离截留，保证了系统生物量及出水水质。二级硝化反硝化池9出水通过布水器16进入超滤膜箱18中，独立膜箱18溢流至二级硝化反硝化池9的前端，保证膜箱内污泥浓度在适当范围，同时在超滤膜抽吸泵23负压抽吸的作用下，通过超滤膜实现泥水膜分离保证出水水质。利用曝气时气液向上的剪切力来实现膜面的错流效果，减少对膜的污染。配套的化学清洗系统通过自动控制定期对膜进行清洗，保障膜系统的正常运行。

实施实例：

垃圾焚烧厂渗滤液处理难度较大，分别以国内中部、南部某地垃圾渗滤液处理工程为例，对不同水质渗滤液进行处理。

实例一: 以中部某地生活垃圾焚烧厂渗滤液处理工程为例，该焚烧厂渗滤液处理水量200m³/d。

使用本发明工艺进出水参数表：

项目	CODcr(mg/L)	BOD₅(mg/L)	NH₃-N(mg/L)	TN(mg/L)	TP(mg/L)
						TBIMB系统进水	4000~6000	1500~3000	1100~1500	1500~2000	20~30
TBIMB系统出水	<500	<30	<7	<100	<2

上述工艺流程中一级生化池2为SBR反应池，分为两个单池，单格有效容积达600m³，水力停留时间6天，设计污泥负荷2.2kgBOD/kgMLSS·d。反应池安装液下推进式搅拌机、射流曝气器。每个SBR反应池每天分3班运行，每班运行8小时。

上述工艺流程中二级硝化反硝化池9为SBR出水缓冲池，为一个二级硝化A/O池子，有效容积为300m³，总水力停留时间1.5天。缓冲池前段安装液下推进式搅拌机7、后段采用鼓风曝气。

上述工艺流程中独立膜箱18采用不锈钢制造，分为三组，单组膜组件尺寸（长×宽×高mm）2148×855×2695mm，安装有可以打开端盖的帘子膜结构的超滤膜元件17。超滤膜元件17为PVDF材料制造，膜纤维内径为1.2mm，外径为1.8mm，过滤孔径0.03μm，截留分子量10万道尔顿，膜丝根部采用软套保护结构有效防止膜断丝。

带独立膜箱18的两级生物反应器（TBIMB）系统集成所有自动控制程序，设置监控管理站，使装置完全自动化运行，无人值守。

该渗滤液经过TBIMB装置处理后，COD去除率高达92%，氨氮和总氮的去除可分别高达99%和95%。出水稳定达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的排放标准。

实例二:以南部某地生活垃圾填埋场渗滤液处理工程为例，该填埋场渗滤液处理水量1500m³/d。

使用本发明工艺进出水参数表：

项目	CODcr(mg/L)	BOD₅(mg/L)	NH₃-N(mg/L)	TN(mg/L)	TP(mg/L)
						TBIMB系统进水	4000~6000	1500~3000	500~600	600~800	20~30
TBIMB系统出水	<500	<30	<7	<45	<2

上述工艺流程中一级生化池2分为缺氧段和好氧段，缺氧段有效容积3000m³，好氧段有效容积6600m³，每段分为两组，总水力停留时间6.4天，设计污泥负荷2.2kgBOD/kgMLSS·d。缺氧段安装液下推进式搅拌机，好氧段安装射流曝气器，污水依次通过缺氧段和好氧段24小时连续运行。

上述工艺流程中二级硝化反硝化池9为一个二级硝化A/O池，缺氧段有效容积800m³，好氧段有效容积800m³，总水力停留时间1.5天。缺氧段前段安装液下推进式搅拌机、好氧段采用射流曝气。

上述工艺流程中独立膜箱18采用不锈钢制造，分为六组，单组膜组件尺寸（长×宽×高mm）4100×2900×4500mm，安装有可以提升的的超滤膜元件17。模架为316L不锈钢材料制造，超滤膜元件17为PTFE材料制造，膜纤维内径为1.2mm，外径为1.8mm，过滤孔径0.1μm，截留分子量10万道尔顿，膜丝根部采用独有的 “U-Shape”结构有效防止膜断丝。

该渗滤液经过TBIMB装置处理后，COD去除率高达92%，氨氮和总氮的去除可分别高达99%和94%。再经过纳滤进行深度处理，出水稳定达到GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》的排放标准。

Claims

1.一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备，其特征是包括一级生化池（2）、二级硝化反硝化池（9），和独立膜箱（18），一级生化池（2）、二级硝化反硝化池（9）由管路（6）连接；一级生化池（2）内有射流曝气装置（4）及空气管（3）；二级硝化反硝化池（9）内设液下搅拌器（7）、微孔曝气器（8），微孔曝气器（8）与曝气风机（12）相连；独立膜箱（18）由钢结构膜池、浸没式超滤膜元件（17）、不锈钢膜支架、连接管件连接组成，钢结构膜池内安装有超滤膜元件（17）、微孔曝气器（21）、布水器（16），超滤膜组件（17）连接超滤膜抽吸泵（23）；二级硝化反硝化池（9）通过出水泵（15）连接独立膜箱（18）内的布水器（16）；微孔曝气器（21）通过安装有电磁阀的进气管路连接曝气风机（13）。

2.如权利要求1所述的一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备，其特征是在二级硝化反硝化池（9）出水泵（15）和一级生化池（2）之间设回流管（10）。

3.如权利要求1所述的一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备，其特征是在独立膜箱（18）和二级硝化反硝化池（9）设溢流管道（14）。

4.如权利要求1所述的一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备，其特征是超滤膜元件（17）是可开端盖的帘子膜结构。

5.如权利要求1所述的一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备，其特征是在二级硝化反硝化池（9）上设碳源投加装置（11）。

6.如权利要求1所述的一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备，其特征是在独立膜箱上设加酸装置（19）、加碱装置（20）。

7.一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液工艺，其特征工艺流程是：垃圾渗滤液厌氧出水→一级生化池→二级硝化反硝化池→独立膜箱生物反应器→达标排放，流程分两步实施：

第一步是生化活性污泥段，包括两级生化脱氮系统：

A、渗滤液通过进口（1）进入一级生化池（2），在一级生化脱氮系统中，通过创造好氧、缺氧及厌氧环境去除有机物和氨氮；

B、一级生化池（2）出水进入二级硝化反硝化池（9）中，二级生化脱氮系统前半段设有推流液下搅拌器（7）与碳源投加装置（11），快速完成反硝化过程，后半段设有微孔曝气器（8）充氧装置强化硝化反应；

C、一级生化池（2）、二级硝化反硝化池（9）两级脱氮系统之间设有回流管（10），内循环强化生化过程，去除CODcr、NH₃-N、TN、TP等污染物；

第二步是独立膜箱（18）生物反应器段：

经过两级生化过程的渗滤液通过布水器（16）进入独立膜箱（18）生物反应器，膜系统设有溢流管道（14），大部分污染物被混合液中的活性污泥分解，再在抽吸泵（23）作用下由膜组件（17）过滤出水，膜组件（17）通过机械筛分作用对污水和污泥混合液进行固液分离。

8.如权利要求7所述的一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液工艺，其特征是：一级生化池（2）为SBR反应池，二级硝化反硝化池（9）为SBR出水缓冲池，为一个二级硝化A/O池子。

9.如权利要求7所述的一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液工艺，其特征是：一级生化池（2）分为缺氧段和好氧段，二级硝化反硝化池（9）为一个二级硝化A/O池子。