CN103755028A

CN103755028A - 单级sbr后置反硝化处理中期垃圾渗滤液深度脱氮的方法

Info

Publication number: CN103755028A
Application number: CN201410020195.6A
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: 2014-01-16
Filing date: 2014-01-16
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2034-01-16
Also published as: CN103755028B

Abstract

单级SBR后置反硝化处理中期垃圾渗滤液深度脱氮的方法，属于生化法污水处理技术领域。针对垃圾渗滤液有机物浓度高、氨氮浓度高、C/P比高（>200）的特点，提出了在“厌氧/好氧/缺氧”运行方式结合实时控制的方法实现了SBR后置反硝化脱氮。长期驯化下，能够富集聚糖菌(GAO)，利用GAO在厌氧段糖原酵解将水中的挥发性有机酸(VFA)转化为聚-β-羟基-链烷酸脂（PHA），在好氧段(溶解氧<0.8mg/L)短程硝化反应的同时PHA大部分转化为糖原，缺氧段利用剩余的PHA和糖原为碳源反硝化脱氮，出水达到最新国家排放标准。该方法具有装置简单、启动快、无外加碳源、脱氮效果好、运行简单、成本低等优点。

Description

单级SBR后置反硝化处理中期垃圾渗滤液深度脱氮的方法

技术领域

本发明涉及生化法污水生物处理技术领域，尤其涉及一种垃圾渗滤液生物脱氮处理的启动和稳定方法。

背景技术

我国正处于城市化在迅速发展，直接导致城市固体废弃物大幅度提高，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。在城市垃圾填埋过程中，由于压实和微生物的分解作用，垃圾中所含的污染物将随水分溶出，并与降雨、径流等一起形成垃圾渗滤液。垃圾渗滤液是一种难处理的高浓度有机废水，含有大量难降解有机物、重金属离子、氨氮和其他一些有毒物质。垃圾渗滤液处理不当将对周围环境带来不可估量的污染和危害，而且对人体健康带来威胁，同时也使卫生填埋丧失原的意义。渗滤液这类高氨氮废水的脱氮问题一直是国内外研究的重点和难点。到目前为止，完善的、经济有效的垃圾渗滤液脱氮处理技术有待进一步开发，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。传统的反硝化过程往往是将硝化液与进水混合，利用进水碳源进行反硝化，然而使用这种方法处理垃圾渗滤液这类高氨氮废水过程中将使得出水不能达标排放；后置反硝化往往采用在后置缺氧段投加外碳源（甲醇等）作为反硝化碳源，然而这一做法不仅增加了运行成本还会使出水中含有机物。由此可见，如何利用原水中的有机物进行反硝化脱氮是经济、高效解决废水生物脱氮问题的关键。

发明内容

针对目前垃圾渗滤液深度脱氮技术的不足，本发明的目的在于提供一种无外加碳源情况下运行简单、启动快、能耗较低的中期垃圾渗滤液生化脱氮方法，能经济、高效去除垃圾渗滤液中有机物和TN，使得出水TN<40mg/L,达到国家垃圾渗滤液氮排放标准。

为实现上述目的，本发明提供了一种单级SBR后置反硝化处理中期垃圾渗滤液深度脱氮的方法，尤其适合垃圾渗滤液这类低磷（C/P>200）废水。利用SBR工艺在厌氧/好氧/缺氧交替运行下富集聚糖菌（GAO）。厌氧段GAO利用胞内糖原提供能量用来吸收水体中的挥发性有机酸（VFA）为主的易降解有机物转化为细胞内的PHA；在后续好氧阶段，PHA用来恢复糖原的储存以及为微生物生长和磷释放提供能量；GAO在好氧段结束时在体内仍存在储存性碳源（PHA和糖原），在缺氧段以这类储存性碳源为反硝化碳源提供碳源完成后置反硝化。

一种单级SBR后置反硝化处理中期垃圾渗滤液深度脱氮的装置,主要包括：水箱1、进水泵2、进水管3、序批式反应器(SBR)4、机械搅拌器5、溶解氧测定仪6、ORP测定仪7、PH计8、温控系统9、取样口10和12、排水阀11、排泥阀13、气体流量计14、空气压缩泵15、曝气头16；水箱经进水泵由进水管与SBR反应器连接，SBR反应器4底部安装有曝气头16，并使用搅拌器5进行机械搅拌，曝气头16通过泵管依次与气体流量计14、空气压缩泵15连接，溶解氧测定仪6、ORP测定仪7、PH计8通过探头连接SBR反应器4，温控系统9控制水温。

一种单级SBR后置反硝化处理中期垃圾渗滤液深度脱氮的方法，采用序批式的运行方式，优选排水体积和进水体积为反应器中污水体积的10%，进水垃圾渗滤液为典型的中期垃圾渗滤液（C/N=3-6），COD为6000-9000mg/L,NH₄ ⁺-N为1100-1350mg/L,TN为1500-1900mg/L。包括以下步骤和工艺条件：

（1）快速启动阶段：从处理晚期垃圾渗滤液SBR反应器内取出活性污泥混合液，沉淀后将上清液滗去，注入到序批式反应器(SBR)4，接种后控制反应器污泥浓度MLSS=9000-9500mg/L，启动过程依次将原水稀释4、2、1倍数作为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个阶段，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个阶段均采用厌氧/好氧/缺氧运行方式，其中厌氧阶段进水泵2注入垃圾渗滤液（2min），同时开启机械搅拌器5厌氧搅拌2h,转速为80-90rmp;好氧阶段，空气压缩泵15通过泵管、曝气头16好氧曝气，溶解氧(DO)在0.5-0.8mg/L，采用实时控制系统判别硝化终点停止曝气；缺氧段搅拌16小时后排水，投加乙酸钠作为外碳源进行反硝化去除硝态氮、亚硝态氮，每10L的污水对应1-2g乙酸钠；上述Ⅰ、Ⅱ阶段分别运行16周期（一个周期一天）；当第三阶段的缺氧段搅拌16h后反应器中无硝态氮、亚硝态氮，即指示启动阶段结束，进入稳定运行阶段；

上述采用实时控制系统判别硝化终点：pH一阶导数由正变负，且反应时间t大于1h；或由DO值突变，由0.8mg/L以下变至2mg/L以上；

（2）稳定运行阶段(即第ⅳ阶段):采用厌氧/好氧/缺氧运行方式，即厌氧阶段进水泵2注入垃圾渗滤液（2min），同时开启机械搅拌器5厌氧搅拌2h,转速为80-90rmp;好氧阶段，空气压缩泵15通过泵管、曝气头16好氧曝气，溶解氧(DO)在0.5-0.8mg/L，采用实时控制系统判别硝化终点停止曝气；缺氧段采用ORP实时控制判定反硝化终点（ORP的一阶倒数突然变为小于-15mV/5min以上且小于-180mV），排水。稳定运行阶段(ⅳ)缺氧搅拌不超过16小时。

有益效果

针对垃圾渗滤液存在有机物浓度高、氨氮浓度高、C/P比高（>200）的特点，而传统的SBR法很难在无外加碳源的基础上对垃圾渗滤液深度脱氮。本发明针对中期垃圾渗滤液（C/N=3-6）提出了在“厌氧/好氧/缺氧”运行方式结合实时控制的方法实现了SBR后置反硝化脱氮。长期驯化下，能够富集聚糖菌(GAO)，利用GAO在厌氧段糖原酵解将水中的挥发性有机酸(VFA)转化为聚-β-羟基-链烷酸脂（PHA），在好氧段(溶解氧<0.8mg/L)短程硝化反应的同时PHA大部分转化为糖原，缺氧段利用剩余的PHA和糖原为碳源反硝化脱氮，出水达到最新国家排放标准。该方法具有启动快、无外加碳源、脱氮效果好、运行简单、成本低等优点。该方法适合处理C/P比高（>200）、含P低的污水、废水，特别适合垃圾渗滤液的脱氮处理。

本发明提供的一种单级SBR后置反硝化处理中期垃圾渗滤液深度脱氮的方法，与现有技术相比，本发明具有以下优点：反应装置简单、运行方式简单；反应器启动较快，启动成功后不需要外加碳源、脱氮效果好，出水基本没有无机氮且TN<40mg/L；厌氧段能将大部分可生物降解有机物（70%以上）以PHA的形式储存在细胞体内，减少了好氧段去除有机物所需的曝气量，大大减少了运行成本。

附图说明

图1是本发明所使用装置的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式中所述的稳定运行周期内PH、DO、ORP变化示示意图。

图3是启动和长期运行下COD和TN的去除效果。

图中：1-水箱、2-进水泵、3-进水管、4-序批式反应器(SBR)、5-机械搅拌器、6-溶解氧测定仪、7-ORP测定仪、8-PH计、9-温控系统、10-取样口、11-排水阀、12-取样口、13-排泥阀、14-气体流量计、15-空气压缩泵、16-曝气头。

具体实施方式

下面结合附图来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。

如图1所示为一种单级SBR后置反硝化处理中期垃圾渗滤液深度脱氮所使用的装置，包括：水箱1、进水泵2、进水管3、序批式反应器(SBR)4、机械搅拌器5、溶解氧测定仪6、ORP测定仪7、PH计8、温控系统9、取样口10和12、排水阀11、排泥阀13、气体流量计14、空气压缩泵15、曝气头16等；水箱1、进水泵2、进水管3、依次相连，SBR反应器4底部安装有曝气头16，并使用搅拌器5进行机械搅拌，曝气头16通过泵管依次与气体流量计14、空气压缩泵15连接，溶解氧测定仪6、ORP测定仪7、PH计8通过探头连接SBR反应器4，温控系统9控制水温。

一种单级SBR后置反硝化处理中期垃圾渗滤液深度脱氮的方法是在SBR工艺厌氧/好氧/缺氧交替运行下富集聚糖菌（GAO），利用SBR工艺在厌氧/好氧/缺氧交替运行下富集聚糖菌（GAO）。厌氧段GAO利用胞内糖原提供能量用来吸收水体中的挥发性有机酸（VFA）为主的易降解有机物转化为细胞内的PHA；在后续好氧阶段，PHA用来恢复糖原的储存以及为微生物生长和磷释放提供能量；GAO在好氧段结束时在体内仍存在储存性碳源（PHA和糖原），在缺氧段以这类储存性碳源为反硝化碳源提供碳源完成后置反硝化。

工艺步骤包括：

（1）快速启动阶段：从处理晚期垃圾渗滤液SBR反应器内取出活性污泥混合液，沉淀后将上清液滗去，注入到SBR反应器，接种后控制反应器污泥浓度MLSS=9000-9500mg/L。启动过程根据原水稀释4、2、1倍数分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个阶段（Ⅰ、Ⅱ分别运行16周期，每周期1天），每个阶段均采用厌氧/好氧/缺氧运行方式。即厌氧阶段进水泵2注入垃圾渗滤液（2min），同时开启机械搅拌器5厌氧搅拌2h,转速为80-90rmp;好氧阶段，空气压缩泵15通过泵管、曝气头16好氧曝气，溶解氧(DO)在0.5-0.8mg/L，采用实时控制系统判别硝化终点停止曝气(pH一阶导数由正变负，且反应时间t大于1h；或由DO值突变，由0.8mg/L以下变至2mg/L以上)；缺氧段搅拌16小时后排水，投加1-2g乙酸钠作为外碳源进行反硝化去除硝态氮、亚硝态氮。当缺氧段搅拌16h后反应器中无硝态氮、亚硝态氮，即指示启动阶段结束，进入稳定运行阶段。

（2）稳定运行阶段(ⅳ):采用厌氧/好氧/缺氧运行方式。即厌氧阶段进水泵2注入垃圾渗滤液（2min），同时开启机械搅拌器5厌氧搅拌2h,转速为80-90rmp;好氧阶段，空气压缩泵15通过泵管、曝气头16好氧曝气，溶解氧(DO)在0.5-0.8mg/L，采用实时控制系统判别硝化终点停止曝气（如（1））；缺氧段采用ORP实时控制判定反硝化终点（ORP的一阶倒数突然变为小于-15mV/5min以上且小于-180mV），排水。稳定运行阶段(ⅳ)缺氧搅拌不超过16小时。

使用上述方法对实际中期垃圾渗滤液进行脱氮试验，本试验所采的SBR反应器、有效体积为10L(内径20cm，高为50cm)，排水比为10%。启动和运行结果显示系统脱氮效果稳定。经过60天的驯化后，启动阶段完成。稳定运行至125天，当进水COD、NH₄ ⁺-N、TN浓度分别为6810-8208mg/L、1032-1327mg/L、1542-1983mg/L，可以实现出水COD、NH₄ ⁺-N、TN浓度分别为525-923mg/L、1.2-6.2mg/L、22.4-35.7mg/L，出水达到垃圾渗滤液氮的排放标准，去除率分别超过了87.5%、99.4%、94.8%。

以上对本发明所提供的一种单级SBR后置反硝化处理中期垃圾渗滤液深度脱氮的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

1.一种单级SBR后置反硝化处理中期垃圾渗滤液深度脱氮的装置,主要包括：水箱、进水泵、进水管、序批式反应器(SBR)、机械搅拌器、溶解氧测定仪、ORP测定仪、PH计、温控系统、取样口、排水阀、排泥阀、气体流量计、空气压缩泵、曝气头；水箱经进水泵由进水管与序批式反应器(SBR)连接，序批式反应器(SBR)底部安装有曝气头，并使用搅拌器进行机械搅拌，曝气头通过泵管依次与气体流量计、空气压缩泵连接，溶解氧测定仪、ORP测定仪、PH计通过探头连接序批式反应器(SBR)，温控系统控制水温。

2.采用权利要求1的装置处理中期垃圾渗滤液深度脱氮的方法，其特征在于，采用序批式的运行方式，进水垃圾渗滤液为中期垃圾渗滤液，渗滤液C/N=3-6，COD为6000-9000mg/L,NH₄ ⁺-N为1100-1350mg/L,TN为1500-1900mg/L，包括以下步骤和工艺条件：

（1）快速启动阶段：从处理晚期垃圾渗滤液SBR反应器内取出活性污泥混合液，沉淀后将上清液滗去，注入到序批式反应器(SBR)，接种后控制反应器污泥浓度MLSS=9000-9500mg/L，启动过程依次将原水稀释4、2、1倍数作为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个阶段，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个阶段均采用厌氧/好氧/缺氧运行方式，其中厌氧阶段进水泵注入垃圾渗滤液，同时开启机械搅拌器厌氧搅拌2h,转速为80-90rmp;好氧阶段，空气压缩泵通过泵管、曝气头好氧曝气，溶解氧(DO)在0.5-0.8mg/L，采用实时控制系统判别硝化终点停止曝气；缺氧段搅拌16小时后排水，投加乙酸钠作为外碳源进行反硝化去除硝态氮、亚硝态氮，每10L的污水对应1-2g乙酸钠；上述Ⅰ、Ⅱ阶段分别运行14周期；

（2）稳定运行阶段，即第ⅳ阶段:采用厌氧/好氧/缺氧运行方式，即厌氧阶段进水泵注入垃圾渗滤液，同时开启机械搅拌器厌氧搅拌2h,转速为80-90rmp;好氧阶段，空气压缩泵通过泵管、曝气头好氧曝气，溶解氧(DO)在0.5-0.8mg/L，采用实时控制系统判别硝化终点停止曝气；缺氧段采用ORP实时控制判定反硝化终点，排水。

3.按照权利要求2的方法，其特征在于，当第三阶段的缺氧段搅拌16h后反应器中无硝态氮、亚硝态氮，即指示启动阶段结束，进入稳定运行阶段。

4.按照权利要求2的方法，其特征在于，步骤（1）采用实时控制系统判别硝化终点：pH一阶导数由正变负，且反应时间t大于1h；或由DO值突变，由0.8mg/L以下变至2mg/L以上。

5.按照权利要求2的方法，其特征在于，步骤（2）缺氧段采用ORP实时控制判定反硝化终点：ORP的一阶倒数突然变为小于-15mV/5min以上且小于-180mV。

6.按照权利要求2的方法，其特征在于，稳定运行阶段(ⅳ)缺氧搅拌不超过16小时。

7.按照权利要求2的方法，其特征在于，采用序批式的运行方式，排水体积和进水体积为反应器中污水体积的10%。