CN106045236A - 一种处理高氮、高碳、高色度有机污水工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种处理高氮、高碳、高色度有机污水工艺，该工艺过程为：将有机污水依次通过厌氧池处理、反硝化池处理、硝化池处理、二沉池处理，最后经膜处理后出水；经过硝化池处理后的部分污水内回流至反硝化池处理；经过二沉池沉淀分离的污泥流至厌氧池、反硝化池和硝化池，剩余污泥进入厌氧池。剩余污泥进入厌氧池，一方面解决了厌氧菌增长速率慢的问题，另一方面解决了剩余污泥去处；反硝化池体积计算有一定的要求，硝化池分段内回流，使高氮、高碳、高色度废水，不受C/N>20的限制，不用额外加入碳源，节约成本，节省了能耗；池子是常规池子体积的三分之一左右，大大降低了投资费用。

Description

一种处理高氮、高碳、高色度有机污水工艺

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，适用于垃圾渗滤液及工业废水，具体涉及一种处理高氮、高碳、高色度有机污水工艺。

背景技术

随着我国城市化的发展以及人们生活水平的逐渐提高，人均固体垃圾产量也日趋增多，成为环境污染的主要因素之一。目前，城市生活垃圾的主要处理工艺包括堆肥工艺、焚烧工艺和卫生填埋工艺三种，其中卫生填埋工艺以其技术成熟、建设和运行费用低、管理方便，处理量占我国垃圾处理总量一半以上。由于受到厌氧发酵、雨水冲淋等多种过程的影响，在垃圾填埋过程中会形成高浓度的垃圾渗滤液，渗滤液中含有大量的有机物、氨氮、病毒、细菌、寄生虫等有害有毒成分，是垃圾填埋过程中产生的主要二次物产物质，对水体、土壤、大气和生物都有严重的影响，必须加以收集并处理，否则将会造成严重的环境污染，使得垃圾的卫生填埋失去意义。

垃圾渗滤液指垃圾在填埋和堆放过程中，通过淋溶作用形成的污水受重力场作用流动的产物，主要有五种来源：降水渗入、地下水反渗、外部地表水渗入、垃圾自身所含水分以及填埋后经堆体中微生物厌氧分解所产生的水分。

垃圾渗滤液特殊的来源导致其水质及水量随着垃圾组成、填埋方式及季节气候的变化而变化，且呈明显的无周期性、一般含有高浓度有机物、重金属盐、SS及氨氮。目前，我国城市垃圾填埋场产生的垃圾渗滤液一般具有以下特点：

1、污染成分复杂且种类较多：

垃圾渗滤液属于高浓度有机废水，其中难降解成分含量高，具有高色度、高COD、高氨氮、高含盐量等特点。渗滤液中含有近百种有机物和各种重金属元素等。

2、水质和水量变化较大：

垃圾渗滤液的水量、水质受外界水文地质、降水量、堆积方式、填埋规模、填埋工艺、填埋时间、垃圾本身成分的影响较大，具有很高的随机性，其水质水量的高变化性也增大了垃圾渗滤液处理的难度。

3、B/C比低，碳氮比失调：

垃圾渗滤液的可生化性较差，BOD/COD比值很低，同时，由于氨氮含量高所导致的碳氮比失调，给生化处理带来了很大的难度。

根据填埋场的"年龄"垃圾渗滤液通常分为早期渗滤液和晚期渗滤液，也分别称为“年轻”渗滤液或“年老”渗滤液：

1、年轻渗滤液的特征：

一般填埋时间在5年以下，渗滤液pH较低一般为6～7，但BOD、COD以及含盐量浓度很高。

2、年老渗滤液的特征：

随着垃圾填埋年数的增加，渗滤液中的有机氮会逐步降解转换成氨氮，加上渗滤液原液或者浓缩液回灌的影响，氨氮含量会逐年升高。同时COD呈现缓慢下降的趋势，但其中易降解的成分逐渐减少，剩下的大部分是难降解物质，渗滤液可生化性变差。

渗滤液产生量的影响因素主要有：

1、垃圾自身因素：即垃圾含水量和饱和持水量，一般垃圾中有机物含量越高，则所含的水量就越多，相应的垃圾渗滤液量就越多。

2、气候因素：即降水量和蒸发量，降水量越大，蒸发量越小，则垃圾产生的渗滤液就越多。

3、雨污分流因素：雨污分流程度以及地形、地质、地貌、植被等，直接影响着渗入量和排渗量，渗入量越大，排渗量越小，则垃圾产生的渗滤液量就可能越多。

工业废水包括生产废水、生产污水及冷却水，是指工业生产过程中产生的废水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物。涉及食品、印染、化工、选矿、冶金等多个行业。

工业废水的特点主要表现为排放量大、组成复杂和污染严重。对废水水质常用两项最主要的污染指标来表示，也就是指悬浮物和化学需氧量。不同的工业废水，其水质差异很大。以化学需氧量为例，较低的也在250～3500mg/L之间，高的常达每升数万毫克，甚至几十万毫克。

目前，垃圾渗滤液和工业废水这两种高氮、高碳、高色度的有机废水的处理方法包括物理化学法和生物法。物理化学法主要有活性炭吸附、化学沉淀、化学氧化、离子交换、膜渗析、气提及湿式氧化法等多种方法。生物处理法主要包括AO工艺、厌氧流化床、好氧稳定塘等。

单一的处理工艺效果有限，实际中高浓度废水处理工艺往往是由若干种单一工艺组合而成。目前针对这种高浓度废水广泛使用以下几种处理工艺：“生化+膜处理”、“碟管式反渗透(DTRO)”、“生化+芬顿”。

“生化+膜处理”工艺：

“生化+膜处理”是目前使用较为广泛的一种工艺。生化主要工艺路线为AO法，即“反硝化+硝化”，通过生化实现去除部分COD和脱氮的目的。膜法主要包括微滤(MBR)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)，常见的组合方式为“微滤+反渗透”或“超滤+纳滤”，通过微滤或超滤实现泥水分离和初级过滤，然后通过纳滤或反渗透实现最终精密过滤，使得出水达标排放。

“生化+膜处理”处理工艺控制要点：

该工艺路线当中，生化是核心和基础，膜处理是保障。即使是过滤精度最好的反渗透膜，对氨氮的截留效果也很有限，因此对于氨氮的去除基本靠生化处理来实现。

生化处理控制要点：

pH值：在硝化和反硝化这两个过程中，每氧化1g氨氮需消耗7.14g碱度，每还原1g硝态氮贡献3.57g碱度，在氨氮浓度较高且脱氮效果较好时，硝化池的pH值往往呈下降趋势，这也是为什么渗滤液生化系统中经常要加碱的原因。合适的生化pH值范围不宜过高也不宜过低，一般控制在6.3～7.0之间。过低的pH值会影响硝化菌的生存环境，过高的pH值会增强总碱度的富积给后端膜系统膜通量增加堵塞风险。

内回流比：内回流是将后端硝化池的混合液回流到前端的反硝化池，通过反硝化池内的反硝化菌对混合液中的硝态氮进行还原变成氮气，实现最终脱氮。过高的回流比一方面可能会导致缺氧池溶解氧过高影响反硝化菌的缺氧环境导致反硝化效果不佳，另一方面高的回流比也会浪费能耗。一般适宜的回流比控制在5～10即可。

溶解氧：对于氨氮浓度很高的垃圾渗滤液，为保证硝化效果，一般溶解氧控制在2.5～3.0之间，过高的溶解氧也可能会在回流时带入反硝化池影响其缺氧环境。

膜系统控制要点：

生化系统和膜系统看似两个分离的单元，但其实是不可分离，相辅相成。若活性污泥性状不佳，沉降性差、絮体松散不密实，在进入后端膜系统时会大大增加膜堵塞的风险影响膜处理的效果，增加膜清洗频率和成本，减少膜使用寿命。因此良好的生化系统和活性污泥状态是膜系统稳定运行的基础。

“生化+膜处理”工艺存在的问题：

该工艺路线核心部分是生化系统，但是由于渗滤液的水质具有难降解成分含量高、COD高、氨氮高、含盐量高等特点，增加了其生化处理的难度，对运营方的技术管理水平提出了很高的要求。

目前运营当中主要存在的问题有：

1、由于氨氮浓度过高，碳氮比失调，运行当中脱氮效果不稳定，时有波动。

2、渗滤液活性污泥与市政污水活性污泥相比性状较差，沉降性和泥水分离性不好，给后端的膜系统增加了很大的运行压力。

3、工艺管控复杂，能耗高，处理总成本高，可达到40～60元/吨水。

4、很多渗滤液处理系统未配合专门的贮泥系统和污泥脱水系统。加上渗滤液污泥增长速度快，排泥压力很大。

5、浓缩液一般往库区作业面上回灌，随着回灌年限的增加通过污染物的累积效应增加渗滤液的水质浓度，给渗滤液处理系统带来压力。

“碟管式反渗透膜处理”处理工艺运行过程中常见问题：高浓度废水经过膜处理系统污染物被截留形成浓缩液，浓缩液采用直接回罐至处理前端或填埋场库区(浓缩液经过渗滤液收集系统再次进入调节池)，在系统内部循环，并未根本性的去除污染物，产生以下问题：

1、对于回流至库区的污染物降解主要依赖垃圾堆体处于厌氧环境，系统中主要是两类细菌：产酸细菌(异养菌)和产甲烷菌(自养菌)，产酸菌比产甲烷菌增长快，产甲烷菌对PH值较敏感，最适宜pH值范围约在6.8～7.2之间，如果产酸菌增长过快，垃圾堆体的PH值将低于6.5，产甲烷菌会受到抑制，两类细菌数量将不平衡(新鲜渗透液含有较高浓度的VFA，可生化性好，因此产酸菌增长很快，这种情况更容易出现)，从而使渗透液停留在产酸阶段，污染物不能彻底分解，导致DTRO系统进水的有机物浓度较高，加速DTRO膜的污染。

2、对于难生物降解的有机物和无机盐类特别是氨氮在系统内积累，反渗透系统进水浓度会越来越高。含污染物越高渗透压越高，进水压力不变的情况下，产水量将降低。随着污染物在系统内的积累从而缩短膜的使用寿命，运行维护成本较高。

芬顿反应可以作为单独处理工艺，又可与其他处理工艺相结合，广泛的应用于工业等高浓度废水。该工艺要点控制如下：

1、温度是芬顿反应的重要影响因素之一。一般化学反应随着温度的升高会加快反应速度，芬顿反应也不例外，温度升高会加快·OH的生成速度，有助于·OH与有机物反应，提高氧化效果和COD_Cr的去除率；但是，温度升高也会加速H₂O₂的分解，分解为O₂和H₂O，不利于·OH的生成。不同种类工业废水的芬顿反应最佳温度，也存在一定差异。

2、pH控制。一般来说，芬顿试剂是在酸性条件下发生反应的，pH升高会仅抑制·OH的产生，而且会产生氢氧化铁沉淀而失去催化能力。当溶液中的H⁺浓度过高，Fe³⁺不能顺利的被还原为Fe²⁺，催化反应受阻。在工程上采用芬顿工艺时，建议将废水调节到2～4，理论上在为3.5时为最佳。

3、有机底物针对不同种类的废水，芬顿试剂的投加量、氧化效果是不同的。这是因为不同类型的废水，有机物的种类是不同的。对于醇类(甘油)及糖类等碳水化合物，在羟基自由基作用下，分子发生脱氢反应，然后C-C键的断链；对于大分子的糖类，羟基自由基使糖分子链中的糖苷键发生断裂，降解生成小分子物质；对于水溶性的高分子及乙烯化合物，羟基自由基使得C＝C键断裂；并且羟基自由基可以使得芳香族化合物的开环，形成脂肪类化合物，从而消除降低该种类废水的生物毒性，改善其可生化性；针对染料类，羟基自由基可以打开染料中官能团的不饱和键，使染料氧化分解，达到脱色和降低COD_Cr的目的。

4、过氧化氢与催化剂投加量芬顿工艺在处理废水时需要判断药剂投加量及经济性。H₂O₂的投加量大，废水COD_Cr的去除率会有所提高，但是当H₂O₂投加量增加到一定程度后，COD_Cr的去除率会慢慢下降。因为在芬顿反应中H₂O₂投加量增加，·OH的产量会增加，则COD_Cr的去除率会升高，但是当H₂O₂的浓度过高时，双氧水会发生分解，并不产生羟基自由基。催化剂的投加量也有与双氧水投加量相同的情况，一般情况下，增加Fe²⁺的用量，废水COD_Cr的去除率会增大，当Fe²⁺增加到一定程度后。COD_Cr的去除率开始下降。原因是因为当Fe²⁺浓度低时，随着Fe²⁺浓度升高，H₂O₂产生的·OH增加；当Fe²⁺的浓度过高时，也会导致H₂O₂发生无效分解，释放出O₂。在工程实际中过氧化氢及催化剂的投加一般通过实验后确定。

芬顿工艺运行过程中常见问题：

1、芬顿处理劳动强度大。双氧水操作难度大，硫酸亚铁投加必须是固体，且硫酸亚铁含铁20％左右，相对于聚铁的11％含铁，大大增加了污泥处理强度。

2、芬顿处理的成本高，污泥多。如双氧水的药剂成本高也是一方面，并且现在大多数企业所计算的成本往往还不包括污泥增加(硫酸亚铁的投加带来的大量污泥)，设备折旧，维修费用等。

3、芬顿处理容易返色。如双氧水与硫酸亚铁的投加量与投加比例控制不好，或三价铁不沉淀容易导致废水呈现出微黄色或黄褐色。

4、比较难控制。因为双氧水与硫酸亚铁的最佳比例需要进行正交实验才可以得出，并且受到反应PH值、反映时间长短、搅拌混合程度的影响，所以比例很难控制。

5、芬顿处理腐蚀性大，连水泥池都被腐蚀掉。双氧水强氧化性，其氧化性仅次于氟气(F₂)，如果防护不好对人体都有一定程度的腐蚀，硫酸亚铁也具有一定的腐蚀性。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种处理垃圾渗滤液等高氮、高碳、高色度有机污水工艺。该工艺可用于垃圾渗滤液、化工、印染、农药等高氮、高碳、高色度有机废水的处理。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述处理高氮、高碳、高色度有机污水工艺过程为：将有机污水依次通过厌氧池处理、反硝化池处理、硝化池处理、二沉池处理，最后经膜处理后出水；经过硝化池处理后的部分污水内回流至反硝化池处理；经过二沉池分离后的污泥外回流至厌氧池、反硝化池和硝化池处理(进行工艺调整所需)，剩余污泥进入厌氧池。

其中，硝化池处理后的部分污水内回流至反硝化池处理时，回流比为5～6，其水力停留时间不超过1小时，常规回流比在10以上，停留时间在5小时以上。因此本发明能节省能耗降低成本；所述硝化池设有两个回流点将混合液回流至反硝化池的回流管道连通的管道(根据水质水量条件确定，分若干段进行回流)，所述反硝化池内部设有折流板。

下面结合原理对本发明作进一步说明：

厌氧池：厌氧池内利用厌氧菌的作用，使有机物发生水解、酸化和甲烷化，去除废水中的大分子有机物，并提高污水的可生化性，有利于后续的好氧处理。高分子有机物的厌氧降解过程可以被分为四个阶段：水解阶段、发酵(或酸化)阶段、产乙酸阶段和产甲烷阶段。上述四个阶段的反应速度依废水的性质而异，通过上述四个阶段的的反应将废水中高分子有机物分解为小分子。目前常规工艺一般省去厌氧池，原水经调节池直接进水反硝化池；本发明设置厌氧池主要目的在于大分子有机物开环破键，增加其可生化性，仅使有机氮转化为无机氮。

反硝化池：反硝化池主要是去除经硝化后的污水中的硝氮。传统工艺反硝化为另类专用菌种，该发明专利反硝化菌不是另类特殊菌种，而是一般好氧菌(即混合液回流中的好氧菌)，在缺氧的情况下，为了生存夺取混合液中的硝氮中的氮，使氮与氮相结合变成氮气而去除。

反硝化：

同时，实现短程与超短程反硝化，NH₃-N直接在反硝化池中去除，去除率到20-30％，大大减少了原废水中的氨氮直接进入反硝化池的量，达到节能效果，提高了硝化池抗冲击负荷能力。

超短程反硝化：

短程反硝化：

硝化池这一反应单元是多功能的，去除BOD，硝化和吸收磷等均在此处进行。本发明硝化池处理后的部分污水内回流至反硝化池处理时，回流比为5～6，其水力停留时间不超过一定时间。

硝化：

二沉池：本发明用二沉池替代常规超滤，实现泥水分离，污泥一部分回流至厌氧反应器，上清液作为处理水排放；二沉池代替常规的超滤，达到泥水分离，节约投资、运行成本。

膜处理：膜截留大于一定分子量的有机物以及多价离子，如无机盐或葡萄糖、蔗糖等小分子有机物从溶剂中分离出来，使得出水达标排放。

各池出水指标见表1。

表1各池出水指标，单位：mg/l

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、二沉池剩余污泥进入厌氧池，解决了厌氧菌生长速率慢的问题，保证有机氮及难生化降解物质转化为无机氮和易生化降解物质。

2、反硝化菌不是另类特殊菌种，而是一般好氧菌，只是在缺氧情况下，为了生存夺取硝氮中的氧，而达到去氮的效果，不受传统C/N必须大于20的限制，也不需额外增加碳源。

3、硝化菌增长速率较慢，对PH敏感性强，硝化池PH不低于一定值。

4、硝化菌为好氧菌，不能缺氧时间太长，故缺氧池(即反硝化池)水力停留时间不能超过一定时间，大大低于传统工艺时间，反硝化池体积大大小于传统设计。

5、硝化池分若干段内回流进入反硝化池，利用超短程与短程反硝化脱氮，氨氮不用转化成硝氮后，而是利用混合液回流中的硝氮在生物酶的作用下直接反应，达到去除氮效果，大大节省建设和运行成本。

6、硝化池污水内回流至反硝化池，回流比R有一定要求。

7、常规工艺二沉池剩余至污泥脱水系统，经脱水后外运，本技术剩余污泥回流至厌氧池，一部分在无氧状态下转化为厌氧菌；一部分腐化，在厌氧菌作用下降解成分，分解成可生化的小分子，进入生化无害处理，达到少或无污泥化运行。

8、各池子体积小，节约投资建设成本，如常规100吨/日规模的系统，反硝化池一般200m³左右，硝化池池容为600m³左右，此工艺池子至少比传统工艺池体小三分之二。

9、反硝化池内部设有折流板，可以使进水充分混合。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

所述处理高氮、高碳、高色度有机污水工艺为：将有机污水依次通过厌氧池处理、反硝化池处理、硝化池处理、二沉池处理，最后经膜处理后出水；经过硝化池处理后的部分污水内回流至反硝化池处理；经过二沉池沉淀分离的污泥外回流至厌氧池、反硝化池和硝化池进行工艺调整，剩余污泥进入厌氧池。

其中，硝化池处理后的部分污水内回流至反硝化池处理时，回流比为5—6，所述硝化池中部和末端均设有与将部分污水回流至反硝化池的回流管道连通的管道。所述反硝化池内部设有折流板。

工程案例：某垃圾填埋场设计日处理量100吨，工艺采用碟管式反渗透膜处理工艺，截至2016年6月，现运行近6年，目前进水COD约4000mg/l，BOD约1000mg/l，NH₃-N约1700mg/l，ss约200mg/l，PH约9，随着运行年限的增加，进水浓度越来越高，保证日处理的前提下，运行过程中出现以下问题：膜使用寿命越来越短，更换费用昂贵；出水频临超标的现象，现场空余空间少，无法增加常规的生化处理设施。针对以上问题采用本技术在现场进行改造，改造成本发明所述的工艺：在膜处理前端加设生化段，厌氧池体积200m³，反硝化体积30m³并设有折流板，硝化池体积200m³，在硝化池中间位置和接近末端设有回流管，污水可回流至反硝化池，二沉池采用体积15m³的罐装体，然后进入原有反渗透系统，保留一级反渗透即可满足稳定达标出水要求。

传统的碟管式反渗透膜处理只是物理泥水分离，污染物的内循环，并无根本去除污染物；而生化处理使污染物变为二氧化碳和氮气，做到根本性的污染物硝减；生化处理是成本最经济的处理方式。

Claims (4)

1.一种处理高氮、高碳、高色度有机污水工艺，其特征在于，所述工艺过程为：将有机污水依次通过厌氧池处理、反硝化池处理、硝化池处理、二沉池处理，最后经膜处理后出水；经过硝化池处理后的部分污水内回流至反硝化池处理；经过二沉池分离后的污泥外回流至厌氧池、反硝化池和硝化池处理，剩余污泥进入厌氧池。

2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，硝化池处理后的部分污水内回流至反硝化池处理时，回流比为5～6。

3.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述硝化池设有两个回流点与将部分污水回流至反硝化池的回流管道连通的管道，实现短程和超短程反硝化。

4.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述反硝化池内部设有折流板。