CN103641268B - 两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备及工艺 - Google Patents

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，具体涉及一种用于垃圾渗滤液处理的设备及工艺，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-stepBioreactorwithIndependentMembraneBox，以下简称TBIMB）设备及工艺，使垃圾渗滤液的CODcr、NH₃-N、TN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浸没式超滤膜组件、微孔曝气器、布水器，浸没式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，浸没式超滤膜组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浸没式超滤膜组件过滤出水，浸没式超滤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SBR高效生化过程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.浸没式超滤膜组件；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是浸没式超滤膜组件，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，浸没式超滤膜组件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，钢膜池内安装有浸没式超滤膜组件17、微孔曝气管21、液位计；浸没式超滤膜组件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，浸没式超滤膜组件17采用耐污染的膜元件；为保证膜元件效率，设置酸碱2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。

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：

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浸没式超滤膜组件17。浸没式超滤膜组件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浸没式超滤膜组件17。模架为316L不锈钢材料制造，浸没式超滤膜组件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 (5)

1.一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备，包括一级生化池（2）、二级硝化反硝化池（9）、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，其特征是在一级生化池（2）内设有射流曝气装置（4）及空气管（3）；二级硝化反硝化池（9）内分为前、后两段池，在前段池内设液下搅拌器（7），在前段池上设碳源投加装置（11），在后段池内设微孔曝气器（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、浸没式超滤膜组件（17）、不锈钢膜支架、连接管件连接组成，钢结构膜池内安装有浸没式超滤膜组件（17）、微孔曝气器（21）、布水器（16），布水器（16）设置在微孔曝气器（21）的下部，浸没式超滤膜组件（17）连接超滤膜抽吸泵（23），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），在独立膜箱（18）上设加酸装置（19）、加碱装置（20）；二级硝化反硝化池（9）后段池下部通过出水泵（15）连接独立膜箱（18）内的布水器（16）；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）；在独立膜箱（18）的上部和二级硝化反硝化池（9）的后段池上部设溢流管道（14）。

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，其特征是浸没式超滤膜组件（17）是可开端盖的帘子膜结构，膜丝根部设有软套保护结构。

3.采用权利要求1-2所述的一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备处理垃圾渗滤液工艺，其特征在于工艺流程是：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）作用下由浸没式超滤膜组件（17）过滤出水，浸没式超滤膜组件（17）通过机械筛分作用对污水和污泥混合液进行固液分离。

4.如权利要求3所述的一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备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。

5.如权利要求3所述的一种两级生物反应器处理垃圾渗滤液设备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。