CN104860471B - 半短程硝化联合厌氧氨氧化组合工艺处理晚期垃圾渗滤液脱氮的装置与方法 - Google Patents

Abstract

半短程硝化联合厌氧氨氧化组合工艺处理晚期垃圾渗滤液脱氮的装置与方法，属于垃圾渗滤液生物脱氮领域。该装置设有原水水箱、半短程硝化BAF反应器、厌氧氨氧化UASB反应器。原水水箱和厌氧氨氧化UASB反应器中设有加热装置，半短程硝化BAF反应器中设有曝气装置。原水与UASB的出水在原水水箱中混合，混合液在半短程硝化BAF反应器中将混合液中55％‑60％的氨氮转化为亚硝态氮实现半短程硝化以及有机物的去除，半短程硝化BAF反应器的出水泵入厌氧氨氧化UASB反应器中进行厌氧氨氧化反应，厌氧氨氧化UASB反应器中90％混合液回流到原水水箱，剩余出水排出，一个反应周期结束。本发明在不加任何有机碳源条件下实现对晚期垃圾渗滤液脱氮。

Description

半短程硝化联合厌氧氨氧化组合工艺处理晚期垃圾渗滤液脱 氮的装置与方法

技术领域

本发明涉及一种晚期垃圾渗滤液半短程硝化与厌氧氨氧化组合脱氮装置与方法，属于低碳氮比高浓度氨氮晚期垃圾渗滤液生物脱氮技术领域，适用于晚期垃圾渗滤液等低C/N比高氨氮废水的生物脱氮。

背景技术

近几年来，随着城市固体废物产量的不断增加，填埋法逐渐成为世界上应用最广泛的处理和处置方法。填埋产生的渗滤液因具有成分复杂、水质水量变化大、有机物和氨氮浓度高、微生物营养元素比例失调等水质特点，使其处理成为国际范围内尚未解决的难题之一。采用单一的处理技术往往不能经济高效的处理渗滤液，需要不同特点的工艺联合使用。有机碳源的严重缺乏是晚期渗滤液脱氮效率无法提高的屏障，而外加有机碳源会大幅度的增加污水脱氮的费用。因此，需要提出更为有效的脱氮的装置和方法。

污水生物脱氮通过硝化将NH₄ ⁺-N转化为N0₃ ^--N，再通过反硝化将N0₃ ^--N转化为氮气从水中逸出。反硝化阶段以N0₃ ^--N为电子受体，有机物作为电子供体，将氨氮转化为氮气完成生物脱氮。但对于高氨氮低有机物浓度的晚期垃圾渗滤液脱氮而言，其C/N比往往低于4，由于有机碳源严重不足，导致传统生物脱氮效率只能达到10％左右。

厌氧氨氧化现象自发现以来备受关注。由于在厌氧氨氧化过程中，厌氧氨氧化菌能够将氨氮和亚硝态氮转化为氮气，且不需要氧气的参与，整个过程完全属于自养过程。故与传统的硝化反硝化相比，厌氧氨氧化工艺可以节约50％的供氧费，且无需外加碳源，大大减少了污水处理的处理费用和基建费用。厌氧氨氧化菌的增长率(倍增时间为11d)与产率(0.11g[VSS]/g[NH₄ ⁺])非常低，故污泥产量低，然而氮的转化率却为0.25mg[N]/(mg[SS]·d)接近于传统的好氧硝化水平；在不投加任何化学药品的条件下，既能降低污水处理厂的运行费用，又能够实现氮的高效去除。对低C/N比高氨氮的垃圾渗滤液而言，实现厌氧氨氧化反应是其脱氮的最佳途径，同时也是与其水质特点最为适合的脱氮技术。而厌氧氨氧化的反应条件苛刻(进水中NH₄ ⁺-N:NO₂ ^-N＝1:1.32)，如何解决厌氧氨氧化的反应条件成为目前的一大难题。

半短程硝化反应的实现不仅将NH₄ ⁺-N转化为NO₂ ^-N关键在于使出水中的NH₄ ⁺-N和NO₂ ^-N摩尔比为1:1-1:1.32满足了后续厌氧氨氧化反应条件，工艺简洁，操作方便，效率高效。打破了以往为满足厌氧氨氧化反应将短程硝化的出水和高氨氮的废水配合使用传统繁琐的用法。而半短程硝化的瓶颈在于如何将污泥负荷、水力停留时间、泥龄、曝气量等反应条件相互配合，使反应器出水中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^-N摩尔比为1:1-1:1.32。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种装置及方法，首先实现垃圾渗滤液的半短程硝化反应，而后再实现厌氧氨氧化反应，最终实现经济高效的垃圾渗滤液自养脱氮。

为实现上述目的，本发明提供一种对晚期垃圾渗滤液进行深度脱氮装置，包括原水水箱、半短程硝化BAF反应器、厌氧氨氧化UASB反应器。原水水箱和厌氧氨氧化UASB反应器均有加热装置，半短程硝化BAF反应器设有曝气装置。

原水水箱连接到半短程硝化BAF反应器底部；半短程硝化BAF反应器分为七段，中间五段相同高度均为300mm；半短程硝化BAF反应器用聚乙烯环作为生物填料，投配比为50％；每段反应器上设有pH探头插口、溶解氧探头插口及取样口，每两端之间放有均匀气孔的筛板，半短程硝化BAF反应器底部有两组曝气头；半短程硝化BAF反应器与厌氧氨氧化UASB反应器相连通；

厌氧氨氧化UASB反应器设有pH探头、内回流装置、出水口及加热带，顶部设有三相分离器；厌氧氨氧化UASB反应器通过蠕动泵连接原水水箱，顶部通过内回流泵入厌氧氨氧化UASB反应器的底部。

本发明同时还提供一种对晚期垃圾渗滤液进行深度脱氮的处理方法，包括以下步骤：

(1)垃圾渗滤液进入原水水箱，与厌氧氨氧化UASB反应器出水在原水水箱中混合，混合液的氨氮浓度维持在180mg/L-200mg/L。

(2)混合液被蠕动泵打入半短程硝化BAF反应器，混合液的水力停留时间HRT为9h。曝气系统进行曝气，半短程硝化BAF反应器底部有两组曝气头，曝气系统进行曝气，半短程硝化BAF反应器底部有两组曝气头，气泵将空气通过第一组曝气头打入半短程硝化BAF反应器,空气在反应器内被利用，被利用过的气体50％排到反应器外，50％被真空泵通过第二组曝气头打回半短程硝化BAF反应器底部，使半短程硝化BAF反应器内填料处于流化状态，在反应器内一方面进行有机物的去除，另一方面NH₄ ⁺-N被氧化为NO₂ ^--N，曝气系统进行曝气控制混合液中溶解氧浓度为2-3mg/L，并且控制水力停留时间HRT＝9h使得半短程硝化BAF反应器出水中中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^-N摩尔比为1:1-1:1.32，满足厌氧氨氧化反应条件。

(3)BAF出水被蠕动泵打入厌氧氨氧化UASB反应器进行厌氧氨氧化反应，反应过程中产生的氮气通过三相气体分离器排出反应器。90％的出水回流到原水水箱对垃圾渗滤液进行稀释，5％出水回流到厌氧氨氧化UASB反应器的底部有助于颗粒状污泥的形成，剩余出水排出反应器。当厌氧氨氧化UASB反应器出水NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N浓度低于5mg/L时，装置实现了晚期垃圾渗滤液的自养脱氮过程。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

渗滤液自养脱氮过程：

(1)在不投加外碳源的条件下，实现了高氨氮低碳氮比的晚期垃圾渗滤液处理的难题，完成了高效生物脱氮，节约碳源大大降低了运行费用。

(2)BAF和厌氧氨氧化UASB反应器有别于传统的生物反应器(如氧化沟、A/O以及MBR等)占地面积小，节约了土地能源降低了建设费用。

(3)半短程硝化反应的实现，降低了能耗提高效率。

(4)BAF半短程硝化反应器中采用填料挂膜培养短程硝化细菌的方式不会产生剩余污泥，如此以来解决了剩余污泥处理的困难，节约了污泥处理所需的费用。

(5)UASB厌氧氨氧化反应器的总氮容积负荷可以达到0.8kg TN/m3d以上，不需要投加碱度，减小运行费用。

(6)该技术不需要添加外加药剂，并且不需要外加水源稀释原液，可以直接处理高氨氮低碳氮比的晚期垃圾渗滤液，工艺简单明了易于管理。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

图2为本发明方法部分流程图。

图3为本发明处理效果趋势图。

主要符号说明如下：1-加热棒；2-原水水箱；3-第一出水管；4-真空泵；5-第一气体流量计；6-第一曝气头；7-筛板；8-第一pH探头插口；9-气体回流管；10-溶解氧探头插口；11-第一取样口；12-第二曝气头；13-第二气体流量计；14-气泵；15-三相气体分离器；16-顶部密封板；17-第二pH探头插口；18-温控探头插口；19-第三蠕动泵；20-第一蠕动泵；21-半短程硝化BAF反应器；22-第四蠕动泵；23-第二蠕动泵；24-第二取样口；25-加热带；26-厌氧氨氧化UASB反应器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

本发明提供一种对晚期垃圾渗滤液深度脱氮装置，该装置包括原水水箱、半短程硝化BAF反应器、厌氧氨氧化UASB反应器；原水水箱和厌氧氨氧化UASB反应器中均设有加热装置，半短程硝化BAF反应器中设有曝气装置。

如图1所示，本发明提供一种对晚期垃圾渗滤液深度脱氮装置，该装置包括原水水箱2、半短程硝化BAF反应器21、厌氧氨氧化UASB反应器26。在原水水箱2与厌氧氨氧化UASB反应器26中均设有加热装置，半短程硝化BAF反应器设有曝气装置。厌氧氨氧化UASB反应器26出水通过第四蠕动泵22打回原水水箱2与垃圾渗滤液在原水水箱2中混合。原水水箱通过第一出水管4和第一蠕动泵20与半短程硝化BAF反应器21相连接；半短程硝化BAF反应器21分为七段中间五段相同高度均为300mm，每段反应器上部有第一pH探头插口8溶解氧探头插口10以及取样口11每段之间放有均匀气孔的筛板7；半短程硝化BAF反应器曝气系统由第一曝气头6第二曝气头12气泵14以及真空泵4组成，气泵14与第二曝气头12和第二气体流量计13相连接，真空泵4与第一曝气头6和第一气体流量计5相连接。半短程硝化BAF反应器21与厌氧氨氧化UASB反应器26通过第二蠕动泵23和出水管相连接。

厌氧氨氧化UASB反应器26设有第二PH探头插口17取样口24以及温控探头插口18以及加热带25加热带25均匀的缠绕于厌氧氨氧化UASB反应器26，顶部设有三相分离器15和顶部密封板16；厌氧氨氧化UASB反应器26出水一部分通过第四蠕动泵22回流到原水水箱2，一部分通过回流管被第三蠕动泵19回流到厌氧氨氧化UASB反应器26的底部，剩余部分排出厌氧氨氧化UASB反应器26。

垃圾渗滤液进入原水水箱，与厌氧氨氧化UASB反应器出水在原水水箱中混合，混合液的氨氮浓度维持在180mg/L-200mg/L。开启进水水泵，将混合液打入半短程硝化BAF反应器中，开启曝气系统，进行有机物的去除以及半短程硝化反应。曝气系统不仅为生化反应提供足够的氧分，而且使半短程硝化BAF反应器中的填料在反应器内流化完全。研究发现当溶解氧DO＝2-3mg/L，水力停留时间HRT＝9h时，半短程硝化BAF反应器出水中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N比例为1:1-1:1.32满足厌氧氨氧化的反应条件。半短程硝化BAF反应器出水通过进水管送入厌氧氨氧化UASB反应器，打开加热装置进行厌氧氨氧化反应，反应产生的气体通过三项分离器排出反应器，反应器的出水90％回流到原水水箱中对渗滤液进行稀释，5％出水回流到反应器的底部，剩余出水排出反应器。

整个反应系统在运行过程中，主要依靠厌氧氨氧化UASB反应器的厌氧氨氧化反应进行脱氮，其进水的NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N均来自与半短程硝化BAF反应器，半短程硝化BAF反应器不仅能提供厌氧氨氧化反应的原料而且还可以去除原水中的COD以减少对厌氧氨氧化细菌的抑制，硝化细菌和厌氧氨氧化细菌均是自养菌，因此整个系统在不添加任何有机碳源的条件下，完成氮素90％的去除，实现真正意义上的脱氮。

本发明同时还提供一种对晚期垃圾渗滤液进行深度脱氮的处理方法，包括以下步骤：

(1)垃圾渗滤液进入原水水箱，与厌氧氨氧化UASB反应器出水在原水水箱中混合，混合液的氨氮浓度维持在180mg/L-200mg/L。

(2)混合液被蠕动泵打入半短程硝化BAF反应器，混合液的水力停留时间HRT为9h。曝气系统进行曝气，曝气系统进行曝气，半短程硝化BAF反应器底部有两组曝气头，气泵将空气通过第一组曝气头打入半短程硝化BAF反应器,空气在反应器内被利用，被利用过的气体50％排到反应器外，50％被真空泵通过第二组曝气头打回半短程硝化BAF反应器底部，使反应器内填料完全流化，在反应器内一方面进行有机物的去除，另一方面NH₄ ⁺-N被氧化为NO₂ ^--N，曝气系统进行曝气控制混合液中溶解氧浓度为2-3mg/L，并且控制水力停留时间HRT＝9h使得流到半短程硝化BAF反应器出水中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^-N摩尔比为1:1-1:1.32，满足厌氧氨氧化反应条件。

(3)BAF出水被蠕动泵打入厌氧氨氧化UASB反应器进行厌氧氨氧化反应，反应过程中产生的氮气通过三相气体分离器排出反应器。90％的出水回流到原水水箱对垃圾渗滤液进行稀释，5％出水回流到厌氧氨氧化UASB反应器的底部有助于颗粒状污泥的形成，剩余出水排出反应器。当厌氧氨氧化UASB反应器出水NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N浓度低于5mg/L时，装置实现了晚期垃圾渗滤液的自养脱氮过程。

半短程硝化BAF反应器在进水后，首先进行曝气一方面给生化反应提供足够的氧分，另一方面使填料在反应器内完全流化。半短程硝化BAF反应器高2100mm，因此气泵要克服2100mm高水给的压力，当气泵压力提高时必然会导致曝气量的增大，导致半短程硝化BAF反应器内溶解氧浓度升高，有利于NOB的生长致使NOB成为优势菌种对AOB产生冲击，所以半短程硝化BAF反应器曝气系统中包括气体回流装置，被气泵打入半短程硝化BAF反应器的空气被反应器中细菌利用，随着反应进行空气中氧含量逐渐降低，被利用过的空气一部分排到反应器外；另外一部分经气体被真空泵抽回半短程硝化BAF反应器，这部分气体氧含量低不会影响BAF短程硝化效果，而且使半短程硝化BAF反应器内填料处于流化状态。通过控制反应器内的溶解氧为2-3mg/L以及水力停留时间HRT＝9h，半短程硝化BAF反应器的出水中NH4⁺-N和NO₂ ^—N摩尔比为1:1-1:1.32。

厌氧氨氧化UASB反应器的进水来自半短程硝化BAF反应器的出水满足厌氧氨氧化反应，原水中绝大多数的氮素将以氮气的形式从反应器中脱除，实现真正意义上的脱氮。

如图3可知，系统在运行前15d时出水总氮在50-60mg/L，总氮去除率低于80％左右。随后系统逐渐稳定，总氮去除效率有明显改观，从50％提升到第40d的90％，此时出水总氮浓度已经低于50mg/L。最终经过100天的运行，系统出水总氮浓度小于30mg/L，总氮去除率达到了92％以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.半短程硝化联合厌氧氨氧化组合工艺处理晚期垃圾渗滤液脱氮的装置，其特征在于：包括原水水箱、半短程硝化BAF反应器、厌氧氨氧化UASB反应器；原水水箱和厌氧氨氧化UASB反应器均有加热装置，半短程硝化BAF反应器设有曝气装置；

原水水箱连接到半短程硝化BAF反应器底部；半短程硝化BAF反应器分为七段，中间五段相同高度均为300mm；半短程硝化BAF反应器用聚乙烯环作为生物填料，投配比为50％；每段反应器上设有pH探头插口、溶解氧探头插口及取样口，每两端之间放有均匀气孔的筛板，半短程硝化BAF反应器底部有两组曝气头；半短程硝化BAF反应器与厌氧氨氧化UASB反应器相连通；

厌氧氨氧化UASB反应器设有pH探头、内回流装置、出水口及加热带，顶部设有三相分离器；厌氧氨氧化UASB反应器通过蠕动泵连接原水水箱，顶部通过内回流泵入厌氧氨氧化UASB反应器的底部。

2.应用权利要求1所述的装置处理晚期垃圾渗滤液脱氮的方法，其特征在于：

垃圾渗滤液进入原水水箱，与厌氧氨氧化UASB反应器出水在原水水箱中混合，混合液的平均氨氮浓度维持在180mg/L-200mg/L，混合液被蠕动泵打入半短程硝化BAF反应器，混合液的水力停留时间HRT为9h；曝气系统进行曝气，半短程硝化BAF反应器底部有两组曝气头，气泵将空气通过第一组曝气头打入半短程硝化BAF反应器空气在反应器内被利用，被利用过的气体50％排到反应器外，50％被真空泵通过第二组曝气头打回半短程硝化BAF反应器底部，使反应器内填料完全流化；在反应器内一方面进行有机物的去除，另一方面NH₄ ⁺-N被氧化为NO₂ ^--N，曝气系统控制混合液中溶解氧浓度为2-3mg/L，并且控制水力停留时间HRT＝9h使得半短程硝化BAF反应器出水中NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N摩尔比为1:1-1:1.32，此时半短程硝化BAF反应器出水满足厌氧氨氧化的反应条件；蠕动泵将半短程硝化BAF反应器出水注入厌氧氨氧化UASB反应器，混合液中的NH₄ ⁺-N和NO₂ ^-N被厌氧氨氧化细菌利用转化为N₂，这部分气体通过三相气体分离器排出反应器；90％的出水回流到原水水箱对垃圾渗滤液进行稀释，5％的出水回流到厌氧氨氧化UASB反应器的底部，剩余出水排出反应器；当厌氧氨氧化UASB反应器的总氮负荷达到5Kg/m³d以上，并且出水NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N去除率大于90％时，装置实现了晚期垃圾渗滤液的自养脱氮过程。