CN105776540B - 一种对晚期垃圾渗滤液自养深度脱氮生物处理装置与方法 - Google Patents

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Abstract

一种对晚期垃圾渗滤液自养深度脱氮生物处理装置与方法。晚期垃圾渗滤液分段进水生物处理装置与方法属于垃圾渗滤液生物脱氮技术领域。装置设有原水水箱、出水水箱、一体化自养脱氮SBR反应器、PCL控制系统和在线检测设备。在一体化自养脱氮SBR反应器中主要存在三种细菌，氨氧化菌、厌氧氨氧化菌和反硝化细菌。一体化自养脱氮SBR反应器中设有加热装置、搅拌装置和曝气装置。一个反应周期内包含4个(进水、曝气、进水、缺氧搅拌)单元，晚期垃圾渗滤液在每个曝气和缺氧搅拌阶段均被进水泵快速打入反应器。在曝气阶段进行短程硝化作用，在缺氧搅拌阶段完成厌氧氨氧化和反硝化作用。本发明工艺简单运行管理方便，在不投加任何外碳源条件下实现了对晚期垃圾渗滤液深度脱氮的目的。

Description

一种对晚期垃圾渗滤液自养深度脱氮生物处理装置与方法
技术领域
本发明涉及一种对晚期垃圾渗滤液自养深度脱氮生物处理装置与方法，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。填埋产生的渗滤液如果不采取有效措施加以控制，则会严重污染地表水或地下水。垃圾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。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。传统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。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，短程硝化-厌氧氨氧化工艺可以节约60％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。作为一种可持续发展的生物脱氮技术，厌氧氨氧化工艺有着良好的前景。但是厌氧氨氧化菌属于自养菌倍增时间(11d)长且产率(0.11g[VSS]/g[NH4 +])低，不容易在短时间内富集。同时反应器初期污泥容易流失，导致厌氧氨氧化菌顺利富集更加困难。
不同的学者研究不同的反应器来探索哪种方式适合厌氧氨氧化菌(anammox)生长。例如流化床反应器，生物膜反应器，上流式厌氧污泥床反应器(UASB)以及序批式活性污泥反应器(一体化自养脱氮SBR)反应器。在所有研究过的反应器中序批式活性污泥反应器(一体化自养脱氮SBR)由于其生物截流性好可控性强的特性被认为是最适合厌氧氨氧化菌(anammox)生长的反应器。厌氧氨氧化菌(anammox)在序批式活性污泥反应器(一体化自养脱氮SBR)中增长一倍所需的时间比在连续流反应器中缩短一倍。
厌氧氨氧化的反应条件苛刻(要求进水中NH4 +-N:NO2 --N＝1:1.32)，若进水中NH4 +-N和NO2 --N未达到比例要求则厌氧氨氧化反应后依然会有氮元素的剩余难以达到出水水质要求。对于短程硝化耦合厌氧氨氧化两段式工艺，如何控制短程硝化的反应条件，使出水满足后续厌氧氨氧化的反应要求成为短程硝化耦合厌氧氨氧化两段式工艺一大难题。一体化自养脱氮SBR反应器既存在氨氧化菌又存在厌氧氨氧化菌，在曝气阶段氨氧化菌将部分NH4 +-N转化为NO2 --N，在搅拌阶段厌氧氨氧化菌利用剩余的NH4 +-N将短程硝化阶段生成的NO2 --N转化为N2和少量NO3 --N。一体化自养脱氮反应系统采取循环间歇曝气的方式，每经过一次曝气/搅拌就会去除部分氮素直至反应器中氮素完全去除，工艺简洁，操作方便，效率高效。
目前一体化自养脱氮技术的研究与应用主要集中在污泥硝化液和高氨氮的工业废水，而对于成分复杂、水质水量变化大、氨氮浓度高和微生物营养元素比例失调的晚期垃圾渗滤液报道较少。
发明内容
本发明的目的就是针对现有晚期垃圾渗滤液高NH4+、低C/N、处理能耗高和出水稳定性差的问题，提出了一种对晚期垃圾渗滤液自养深度脱氮生物处理装置与方法。
晚期垃圾渗滤液分段进水生物处理装置，其特征在于：包括原水水箱、出水水箱、一体化自养脱氮SBR反应器、PCL控制系统；
原水水箱通过进水泵与一体化自养脱氮SBR反应器相连；一体化自养脱氮SBR反应器壁一侧设有进水口，另外一侧设有出水口一体化自养脱氮；一体化自养脱氮SBR反应器设有加热装置、曝气装置和搅拌装置。一体化自养脱氮SBR反应器设有在线pH、DO监测设备，探头通过数据线与测定仪相连接；一体化自养脱氮一体化自养脱氮一体化自养脱氮SBR反应器的一侧设有加热棒并通过导线与温控箱相连接。出水水箱通过出水泵与一体化自养脱氮SBR反应器相连接；PLC控制系统分别与曝气装置、进水泵、出水泵、搅拌器和温控箱相连接控制启停。
本发明同时还提供一种对晚期垃圾渗滤液进行自养深度脱氮的处理方法，包括以下步骤：
1)系统启动阶段：
一体化自养脱氮SBR反应器以9:1的体积比接种处理生活污水SBR反应器短程硝化污泥和厌氧氨氧化污泥，使得污泥浓度MLSS＝6000±300mg/L，MLVSS＝4000±300mg/L，f＝MLVSS/MLSS＝70％。为了避免垃圾渗滤液对污泥产生过分冲击，系统启动初期采用人工配水方式稳定运行30d，随后每10d以20％的梯度增加晚期垃圾渗滤液在配水中体积的比例(即第40d时晚期垃圾渗滤液在配水中比例为20％，第50d时晚期垃圾渗滤液在配水中的比例为40％，直到第80d时100％的晚期垃圾渗滤液)，使得污泥逐步适应晚期垃圾渗滤液，反应器驯化80d。其中每升配水由997.5ml自来水，9430mg(NH4)2SO4，8mg KH2PO4，4.48mgCaCl2·H2O，240mg MgSO4·7H2O，1000mg KHCO3，1.25ml微量元素Ⅰ，1.25ml微量元素Ⅱ构成。微量元素Ⅰ成分(1L)包括：6.369g EDTA，9.14g FeSO4·7H2O，微量元素Ⅱ成分(1L)包括:19.106g EDTA，0.014g H3BO4，0.99g MnCl2·4H2O，0.25g CuSO4·5H2O，0.43g ZnSO4·7H2O，0.19g NiCl2·6H2O，0.22g NaMoO4·2H2O。
2)正常运行阶段：
一体化自养脱氮SBR反应器运行方式为：在每个曝气和缺氧搅拌阶段，原水水箱中晚期垃圾渗滤液均被进水泵打入一体化自养脱氮SBR反应器；一体化自养脱氮SBR反应器通过调节气体流量计控制曝气量，使得反应器在曝气阶段溶解氧浓度为0.1-0.5mg/L；一体化自养脱氮SBR反应器每个运行周期包括4次(进水、曝气、进水、缺氧搅拌)单元、沉淀单元和排水单元。通过曝气/缺氧搅拌循环间歇曝气的运行方式，使得一体化自养脱氮SBR反应器内短程硝化产生的亚硝态氮能够及时的被厌氧氨氧化菌和反硝化菌所利用，完成脱氮作用。其中曝气和缺氧搅拌时间均采用实时控制；在曝气阶段当pH曲线达到氨谷不再下降时停止曝气开始搅拌，在缺氧搅拌阶段当pH曲线不再上升且pH曲线一阶导数趋近于零时再次开启曝气，搅拌器转速为70rmp/min，排水比10％。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)在分段进水的运行方式下，充分利用了原水中的碳源，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)一体化自养脱氮SBR反应器中既可以发生短程硝化反应又可以进行厌氧氨氧化和反硝化过程，相对于传统的硝化-反硝化两级生物脱氮处理工艺，装置简洁操作简单。
(3)一体化自养脱氮SBR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。
(4)本发明采用的一体化自养脱氮工艺以无机碳作为碳源，氨氧化菌的短程硝化作用可节省60％的曝气量，且厌氧氨氧化菌在代谢过程中无N2O生成，因此本工艺温室气体排放少。
(5)一体化自养脱氮SBR反应器中均是絮体悬浮污泥，低氧曝气一方面为反应提供足够的氧分，另一方面可以保证反应器内悬浮污泥的有效混合具有一定搅拌作用。
(6)该技术不需要添加外加药剂，驯化之后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为本发明运行方式图。
图3为本发明处理效果趋势图。
主要符号说明如下：1-原水水箱；2-溢流管；3-第一出水口；4-空气压缩机；5-温控箱；6-进水水泵；7-第一进水口；8-气体流量计；9-搅拌器；10-一体化自养脱氮SBR反应器；11-加热棒；12-曝气砂头；13-pH、DO在线检测设备；14-出水水泵；15-第二出水水口；16-PLC控制系统；17-数据分析计算器；18-出水水箱；19-第二进水口。
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：
如图1所示，本发明提供一种对晚期垃圾渗滤液深度脱氮生物处理工艺，该装置包括原水水箱1、出水水箱18、一体化自养脱氮SBR反应器10、PCL控制系统16和在线检测设备13。在原水水箱中1设有溢流管2，第一出水口3，一体化自养脱氮SBR反应器10设有搅拌器9、加热棒11、温控箱5、进水口7、第二出水口15、在线pH、DO检测设备13。
原水水箱1通过进水泵6与一体化自养脱氮SBR反应器10相连接；一体化自养脱氮SBR反应器10一侧设有第一进水口7，另外一侧设有第二出水口15，进水泵6通过第一进水口7将原水水箱1中晚期垃圾渗滤液打入一体化自养脱氮SBR反应器10；一体化自养脱氮SBR反应器10设有在线pH、DO检测设备13，探头通过数据线与测定仪器相连接；曝气系统由空压机4、气体流量计8和曝气砂头12组成，空气经过空压机4、气体流量计8最终通过曝气砂头12打入一体化自养脱氮SBR反应器10；搅拌装置9在一体化自养脱氮SBR反应器10的顶部便于反应器内部活性污泥充分混合；一体化自养脱氮SBR反应器10的一侧设有加热棒11并通过导线与温控箱5相连接，以维持反应器内温度；反应器的出水经过第二出水口15被出水泵14打入出水水箱18；PCL控制系统16分别与空压机4、进水泵6、温控箱5、搅拌器9和出水泵14相连接，并控制启停工作。
具体操作步骤如下：
1)系统启动阶段：
一体化自养脱氮SBR反应器以9:1的体积比接种处理生活污水SBR反应器中短程硝化污泥和厌氧氨氧化污泥，使得混合液污泥浓度(MLSS)＝6000±300mg/L，混合液挥发性污泥浓度(MLVSS)＝4500±350mg/L，f＝MLVSS/MLSS＝70％。为了避免垃圾渗滤液对污泥产生过分冲击，系统启动初期采用人工配水方式稳定运行30d，随后每10d以20％的梯度增加晚期垃圾渗滤液在配水中的体积比例(即第40d时晚期垃圾渗滤液在配水中比例为20％，第50d时晚期垃圾渗滤液在配水中的比例为40％，直到第80d时100％的晚期垃圾渗滤液)，使得污泥逐步适应晚期垃圾渗滤液，第80d时出水TN小于40mg/L，TN去除效率达到85％以上，反应器驯化成功。其中每升配水由997.5ml自来水，9430mg(NH4)2SO4，8mg KH2PO4，4.48mgCaCl2·H2O，240mg MgSO4·7H2O，1000mg KHCO3，1.25ml微量元素Ⅰ，1.25ml微量元素Ⅱ构成。微量元素Ⅰ成分(1L)包括：6.369g EDTA，9.14g FeSO4·7H2O，微量元素Ⅱ成分(1L)包括:19.106g EDTA，0.014g H3BO4，0.99g MnCl2·4H2O，0.25g CuSO4·5H2O，0.43g ZnSO4·7H2O，0.19g NiCl2·6H2O，0.22g NaMoO4·2H2O。
2)正常运行阶段：
一体化自养脱氮SBR反应器运行方式为：在每个曝气和缺氧搅拌阶段，原水水箱中晚期垃圾渗滤液均被进水泵打入一体化自养脱氮SBR反应器；一体化自养脱氮SBR反应器通过调节气体流量计控制曝气量，使得反应器在曝气阶段溶解氧浓度在0.1-0.5mg/L，此时反应器中进行短程硝化反应；一体化自养脱氮SBR反应器每个运行周期包括4次(进水、曝气、进水、缺氧搅拌)单元、沉淀单元和排水单元。通过曝气/缺氧搅拌循环间歇曝气的运行方式，一体化自养脱氮SBR反应器内短程硝化产生的亚硝态氮能够及时的被厌氧氨氧化菌和反硝化菌利用，完成脱氮作用。其中曝气和缺氧搅拌时间均采用实时控制；在曝气阶段当pH曲线达到氨谷不再下降时停止曝气，在缺氧搅拌阶段当pH曲线不再上升且pH曲线一阶导数趋近于零时再次开启曝气，搅拌器转速为70rmp/min，排水比10％。
实验结果表明，系统稳定运行以后实现了晚期垃圾渗滤液的自养深度脱氮过程。如图2所示，系统在运行50d时出水总氮在50-60mg/L，总氮去除率低于80％。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60d的85％以上，此时出水总氮浓度已经低于50mg/L。最终经过100d的运行，系统出水总氮浓度小于30mg/L，总氮去除率达到了88％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 (1)

1.对晚期垃圾渗滤液进行自养深度脱氮的方法，其特征在于：装置包括原水水箱、出水水箱、一体化自养脱氮SBR反应器、PLC控制系统；
原水水箱通过进水泵与一体化自养脱氮SBR反应器相连；一体化自养脱氮SBR反应器壁一侧设有进水口，另外一侧设有出水口；一体化自养脱氮SBR反应器设有加热装置、曝气装置和搅拌装置；一体化自养脱氮SBR反应器设有在线pH、DO监测设备，探头通过数据线与测定仪相连接；一体化自养脱氮一体化自养脱氮一体化自养脱氮SBR反应器的一侧设有加热棒并通过导线与温控箱相连接；出水水箱通过出水泵与一体化自养脱氮SBR反应器相连接；PLC控制系统分别与曝气装置、进水泵、出水泵、搅拌器和温控箱相连接控制启停；
包括以下步骤：
1)系统启动阶段：
一体化自养脱氮SBR反应器以9:1的体积比接种处理生活污水SBR反应器中短程硝化污泥和厌氧氨氧化污泥，使得混合液污泥浓度MLSS＝6000±300mg/L，混合液挥发性污泥浓度MLVSS＝4000±300mg/L，f＝MLVSS/MLSS＝70％；系统启动初期采用人工配水方式稳定运行30d，随后每10d以20％的梯度增加晚期垃圾渗滤液在配水中体积的比例，反应器驯化80d；其中每升人工配水由997.5ml自来水，9430mg(NH4)2SO4，8mg KH2PO4，4.48mg CaCl2·H2O，240mg MgSO4·7H2O，1000mg KHCO3，1.25ml微量元素Ⅰ，和1.25ml微量元素Ⅱ构成；1L微量元素Ⅰ成分包括：6.369g EDTA和9.14g FeSO4·7H2O，1L微量元素Ⅱ成分包括:19.106g EDTA，0.014g H3BO4，0.99g MnCl2·4H2O，0.25g CuSO4·5H2O，0.43g ZnSO4·7H2O，0.19g NiCl2·6H2O和0.22g NaMoO4·2H2O；
2)正常运行阶段：
一体化自养脱氮SBR反应器运行方式为：在每个曝气和缺氧搅拌阶段，原水水箱中晚期垃圾渗滤液均被进水水泵打入一体化自养脱氮SBR反应器；一体化自养脱氮SBR反应器通过调节气体流量计控制曝气量，使得反应器在曝气阶段溶解氧浓度为0.1-0.5mg/L；一体化自养脱氮SBR反应器每个运行周期包括4次综合单元、沉淀单元和排水单元；每次综合单元为进水、曝气、进水、缺氧搅拌；其中曝气和缺氧搅拌时间均采用实时控制；在曝气阶段当pH曲线不再下降达到氨谷时停止曝气，在缺氧搅拌阶段当pH曲线不再上升且pH曲线一阶导数趋近于零时再次开启曝气，搅拌器转速为70rmp/min，排水比10％。
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