CN106477721B - 一种硝化反硝化脱氮生物反应器及其工艺调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硝化反硝化脱氮生物反应器及工艺调控方法，包括：填埋场反应器，其内设置垃圾填充层，用于对垃圾进行初步降解；曝气装置，接通所述填埋反应器，用于提供好氧硝化反应的氧气；厌氧反应器，其连接填埋反应器的出水口，用于对填埋反应器流出的渗滤液进行厌氧反应；集水箱，其连接厌氧反应器和填埋反应器，所述集水箱用于储存所述厌氧反应器流出的渗滤液；其中，所述集水箱还包括温控装置和液体泵，所述温控装置对集水箱内渗滤液预热至反应温度，所述液体泵将预热后的渗滤液泵入至填埋反应器。本发明的反应器将垃圾体分为好氧、缺氧和厌氧区域，利用渗滤液回灌实现好氧区硝化后，渗滤液在厌氧区实现反硝化脱氮，氨氮去除更加彻底。

Description

一种硝化反硝化脱氮生物反应器及其工艺调控方法

技术领域

本发明涉及环境工程领域。更具体地说，本发明涉及一种硝化反硝化渗滤液回灌式填埋场脱氮装置及其工艺调控方法。

背景技术

近年来渗滤液的管理已成为垃圾填埋最主要的问题。富含氨氮以及其他污染物的垃圾渗滤液容易对地下水造成二次污染，渗滤液泄漏、危害环境和公众健康的事件常有发生。填埋场渗滤液内氨氮的去除，主要通过挥发、反硝化和厌氧氨氧化等途径实现，垃圾中含氮有机物分解转化生成氨氮，一部分作为氨氮被微生物同化利用，一部分以气态形式散发。剩余部分在好氧环境下，氧化为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，继而被反硝化细菌作用还原为氮气脱除。

生物反应器填埋场是一种新型的垃圾卫生填埋技术，具有加速垃圾稳定化，减少环境污染和渗滤液排量等优点。但是传统厌氧生物反应器填埋场渗滤液回灌过程出现高浓度有机酸及氨氮积累的问题，因此，脱氮型生物反应器填埋技术已成为各国研究者的热点。其中，原位硝化反硝化技术是一种常用的渗滤液脱氮技术，即渗滤液中氨氮经场内好氧硝化处理后，硝化渗滤液回灌至垃圾填埋场上层，以富含有机质的填埋层作为反硝化场所实现反硝化脱氮。

发明内容

本发明目的是提供一种硝化反硝化脱氮生物反应器，通过人为控制垃圾堆体中不同区域的含氧量，将垃圾体分为好氧、缺氧和厌氧区域，利用渗滤液回灌实现好氧区硝化后，渗滤液在厌氧区实现反硝化脱氮。

本发明还有一个目的是提供一种硝化反硝化脱氮生物反应器的工艺调控方法，通过进水量调节因子调控布水器的进水量，调整填埋场反应器内的pH值，缩短反应时间。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种硝化反硝化脱氮生物反应器，包括：

填埋反应器，其内设置垃圾填充层，用于对垃圾进行初步降解；

曝气装置，其选择性接通所述填埋反应器，用于提供好氧硝化反应的氧气；

厌氧反应器，其连接填埋反应器的出水口，用于对填埋反应器流出的渗滤液进行厌氧反应；

集水箱，其连接厌氧反应器和填埋反应器，所述集水箱用于储存所述厌氧反应器流出的渗滤液；

其中，所述集水箱还包括温控装置和液体泵，所述温控装置对集水箱内渗滤液预热至反应温度，所述液体泵将预热后的渗滤液泵入至填埋反应器。

优选的是，所述厌氧反应器为UASB厌氧反应器。

优选的是，所述厌氧反应器还包括：

三相分离器，其安装在所述厌氧反应器和集水箱的连通管路上，用于对厌氧反应器产生的渗滤液与气、固两相进行分离。

优选的是，所述填埋场反应器还包括：

布水器，其安装在所述填埋场反应器的上部，用于向填埋场反应器内通入水；

第一填充层，其平铺在所述垃圾填充层的上部，用于对进入填埋场反应器的液体进行过滤；

第二填充层，其平铺在所述垃圾填充层的下部，用于对流出填埋场反应器的渗滤液进行过滤。

优选的是，还包括：

填埋场集水箱，其设置所述填埋反应器和厌氧反应器的连通管路上，用于收集填埋场反应器流出的渗滤液，并将渗滤液排入至所述厌氧反应器。

优选的是，所述填埋场反应器采用有机塑料板焊制。

本发明的目的还通过一种硝化反硝化脱氮生物反应器的工艺调控方法来实现，包括以下步骤：

步骤1、布水器向填埋场反应器通水，进水量为Q，垃圾填充层的含氮有机物水解转化生成氨氮；

步骤2、曝气装置向填埋场反应器内通入空气，有机物进行好氧硝化反应；

步骤3、填埋场反应器的渗滤液通过填埋场集水箱流入厌氧反应器，进行厌氧反应，产生甲烷气体；

步骤4、厌氧反应完全的渗滤液经三相分离器后进入集水箱，集水箱将渗滤液的温度预热至后回灌入填埋场反应器，在填埋场反应内进行反硝化反应去除氨氮。

优选的是，当检测到填埋场反应器的t时刻pH值>7.8，调节布水器的进水量Q′，使Q′＝ηQ；

其中，η为进水量调节因子。

优选的是，所述进水量调节因子η为：

其中，t为填埋时间；M_s0为固相中COD浓度初值；k₁为固相中氨氮有机物的水解速率常数；k₂为生物好氧硝化反应降解有机物的速率常数；k₃为生物反硝化反应降解有机物的速率常数；pH(t)为t时刻的pH值；

为标准pH值。

本发明至少包括以下有益效果：1、脱氮生物反应器是通过人为控制垃圾堆体中不同区域的含氧量，将垃圾体分为好氧、缺氧和厌氧区域，利用渗滤液回灌实现好氧区硝化后，渗滤液在厌氧区实现反硝化脱氮，氨氮去除更加彻底；2、脱氮生物反应器能够加速垃圾的稳定化进程、减少渗滤液的产量和提高渗滤液性能，节省成本。3、填埋场反应器通过曝气装置通入所需氧气量，加速好氧降解，缩短填埋场垃圾降解稳定时间。4、通过进水量调节因子调控布水器的进水量，调整填埋场反应器内的pH值，缩短反应时间。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明的硝化反硝化脱氮生物反应器的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1示出了根据本发明的一种实现形式，硝化反硝化脱氮生物反应器包括：填埋场反应器110、厌氧反应器130、三相分离器140和UASB集水箱150。

填埋场反应器110为直径40cm、高100cm的圆柱形反应器，其内壁涂覆有防腐涂层，反应器的顶盖上开设气体取样口111、进水口112，其底部开设出水口，将垃圾粉碎成3cm大小的块状后从顶盖倒入填埋场反应器110，利用重力压实后形成垃圾填充层，填埋场反应器110对垃圾填充层进行初步降解，降解产生的气体从气体取样口111进行取样，垃圾填充层产生的渗滤液从出水口排出；曝气装置117包括气泵118和空气转子流量计119，曝气装置117固定安装在所述填埋场反应器110的底部，其连接填埋场反应器110的底部的入气口，利用气泵118将空气泵入填埋场反应器110，空气转子流量计119安装在气泵118连通填埋场反应器110的管路上，能够测量空气的进气量；其中，当需要加快好氧硝化反应速率，人工接通曝气装置117和填埋反应器110，将空气填埋反应器110，空气与垃圾填充层进行逆流接触，反应发生在氧气与垃圾填充层中的氨氮有机物接触的过程中，使填埋场反应器110底部进行好氧硝化反应；

厌氧反应器130为封闭型反应器，其内设置有包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥反应床，颗粒污泥或絮状污泥中富含厌氧产甲烷菌。厌氧反应器130侧面设置有取样口131，用于采集内部反应物，通过检测反应物从而判断反应进行程度，其顶面上开设排气阀，用于排放反应气体，其顶部的侧面开设上开设出水口，用于排出反应完的渗滤液；厌氧反应器130底部进水口通过管路连接填埋场反应器110的出水口，垃圾填充层产生的渗滤液从出水口排出后从厌氧反应器130底部进入，渗滤液向上通过污泥反应床，厌氧反应发生在废水和污泥反应床接触的过程，反应完全的渗滤液经出水口排出厌氧反应器130，气体从厌氧反应器130的排气阀排出。

集水箱150包括集水箱进水口、集水箱出水口、加热器、温控装置和蠕动泵153，集水箱进水口通过管道连接厌氧反应器130出水口，将其内渗滤液排入集水箱150；温控装置包括温度计151和温控仪152，所述温度计151底部浸入渗滤液液面以下，检测渗滤液的温度；温度计151将温度数据传输至温控仪152，温控仪152内PID控制器控制加热器是否进行加热。渗滤液的预热温度设定为35℃，当温控仪152 接收到渗滤液温度低于设定温度，其控制加热器进行加热，当温度上升至35℃时停止加热。其连接厌氧反应器和填埋反应器，所述集水箱用于储存所述厌氧反应器流出的渗滤液；集水箱出水口通过管路连接填埋场反应器110的进水口112，按照实验需要将预热后的渗滤液回灌至填埋场反应器110，填埋层上部进行反硝化反应去除氨氮；其中，集水箱出水口连接填埋场反应器110的管路上安装蠕动泵153，蠕动泵153用于控制渗滤液的回灌量。

在另一实施例中，所述厌氧反应器130为UASB厌氧反应器，UASB厌氧反应器又称升流式厌氧污泥床法，其由下至上分为补水区、反应区，反应区内设置有污泥反应床，废水由UASB厌氧反应器底部进入，向上流动通过污泥反应床，渗滤液在污泥反应床内进行厌氧反应产生气体，气体从排气阀排出，渗滤液从出水口排出，实现渗滤液的高效化厌氧反应。

在另一实施例中，所述UASB厌氧反应器还包括三相分离器140，其安装在所述厌氧反应器和集水箱的之间，大部分有机物在在厌氧状态下产生的沼气，沼气的主要成分为甲烷和二氧化碳，由于所产气体的搅动引起了内部的循环，气体附着在污泥颗粒上，附着污泥颗粒和没有附着的气体向反应器顶部上升进入三相分离器140，三相分离器140将附着污泥颗粒与沼气进行分离，被分离的气体(沼气)导出反应器收集利用，被分离的污泥颗粒则回流到厌氧反应区，提高污泥颗粒利用率，加快反应速率。

在另一实施例中，所述填埋场反应器110还包括：

布水器116安装在所述填埋场反应器110的上部，其连接供水管，用于向填埋场反应器110内通入水。不定时利用布水器110向填埋场反应器加入水，模拟现实垃圾填埋场中降水对反应的影响，使反应更趋近于实际垃圾填埋场。

第一填充层114为沙子填充层，如图1所示，沙子平铺在所述垃圾填充层的上部，并进行压实后形成沙子填充层，用于对进入填埋场反应器110的液体进行过滤；

第二填充层115为砾石填充层，如图1所示，砾石将粉碎后将其均匀颗粒平铺在填埋场反应器110的内底面上，并进行压实后形成砾石填充层，其位于所述垃圾填充层的下部，用于对流出填埋场反应器的渗滤液进行过滤。

在另一实施例中，所述脱氮反应器还包括：填埋场集水箱120，其设置所述填埋反应器110和厌氧反应器130的连通管路上，用于收集和储存填埋场反应器流出的渗滤液，并将渗滤液通过蠕动泵121排入至所述厌氧反应器130，便于反应连续进行。

在另一实施例中，所述填埋场反应器110采用有机塑料板焊制，具有坚固、防腐蚀的作用，节省实验成本。

本发明还提供一种硝化反硝化脱氮生物反应器的工艺调控方法，包括以下步骤：

步骤1、布水器116向填埋场反应器110内通入常温水，进水量为Q，填埋场反应器110的温度设定为25℃，将PH值调节至6.5-7.5，垃圾填充层的含氮有机物水解转化生成氨氮，一部分作为氨氮被微生物同化利用，一部分以气态形式散发经气体取样口111排出；

步骤2、曝气装置117的气泵118向填埋场反应器110内通入空气，使填埋场反应器110内氧气含量为13-17％，为通过空气转子流量计119测量泵入的气体流量，填埋场反应器110下层有机物进行好氧硝化反应；

步骤3、填埋场反应器110的渗滤液通过填埋场集水箱120流入厌氧反应器130，进行厌氧反应，产生甲烷气体；

步骤4、厌氧反应完全的渗滤液经三相分离器140后进入集水箱150，集水箱150将渗滤液的温度预热至35℃后回灌入填埋场反应器110，进行反硝化反应去除氨氮。

在另一实施例中，当检测到填埋场反应器在t时刻pH值>7.8，调节布水器的进水量Q′：

Q′＝ηQ (1)

其中，η为进水量调节因子。

所述进水量调节因子η为：

其中，t为填埋时间，单位为小时；M_s0为固相中COD浓度初值，经实验测量为53000mg/L；k₁为固相中氨氮有机物的水解速率常数，为2.5×10^-3L·(mg·d)^-1，；k₂为生物好氧硝化反应降解有机物的速率常数，为1.7×10^-3L·(mg·d)^-1；k₃为生物反硝化反应降解有机物的速率常数。为3.1×10^-3L·(mg·d)^-1；pH(t)为t时刻的pH值；

为标准pH值，通常为7.8。

通过公式1-2确定进水量，从而调整填埋场反应器110内的pH值，防止因pH值增大导致的反应速率下降的问题。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种硝化反硝化脱氮生物反应器的工艺调控方法，其特征在于，使用硝化反硝化脱氮生物反应器；包括：

填埋场反应器，其内设置垃圾填充层，用于对垃圾进行初步降解；

曝气装置，其接通所述填埋反应器，用于提供好氧硝化反应的氧气；

厌氧反应器，其连接填埋反应器的出水口，用于对填埋反应器流出的渗滤液进行厌氧反应；

集水箱，其连接厌氧反应器和填埋反应器，所述集水箱用于储存所述厌氧反应器流出的渗滤液；

其中，所述集水箱还包括温控装置和液体泵，所述温控装置对集水箱内渗滤液预热至反应温度，所述液体泵将预热后的渗滤液泵入至填埋反应器；

还包括：

步骤1、布水器向填埋场反应器通水，进水量为Q，垃圾填充层的含氮有机物水解转化生成氨氮；

步骤2、曝气装置向填埋场反应器内通入空气，有机物进行好氧硝化反应；

步骤3、填埋场反应器的渗滤液通过填埋场集水箱流入厌氧反应器，进行厌氧反应，产生甲烷气体；

步骤4、厌氧反应完全的渗滤液经三相分离器后进入集水箱，集水箱将渗滤液预热后回灌入填埋场反应器，在填埋场反应器内进行反硝化反应去除氨氮；

当检测到填埋场反应器的t时刻pH值>7.8，调节布水器的进水量Q′，使Q′＝ηQ；

其中，η为进水量调节因子；

所述进水量调节因子η为：

其中，t为填埋时间；M_s0为固相中COD浓度初值；k₁为固相中氨氮有机物的水解速率常数；k₂为生物好氧硝化反应降解有机物的速率常数；k₃为生物反硝化反应降解有机物的速率常数；pH(t)为t时刻的pH值；

为标准pH值。

2.如权利要求1所述的硝化反硝化脱氮生物反应器的工艺调控方法，其特征在于，所述厌氧反应器为UASB厌氧反应器。

3.如权利要求1或2所述的硝化反硝化脱氮生物反应器的工艺调控方法，其特征在于，所述厌氧反应器还包括：

三相分离器，其安装在所述厌氧反应器和集水箱的连通管路上，用于对厌氧反应器产生的渗滤液与气、固两相进行分离。

4.如权利要求3所述的硝化反硝化脱氮生物反应器的工艺调控方法，其特征在于，所述填埋场反应器还包括：

布水器，其安装在所述填埋场反应器的上部，用于向填埋场反应器内通入水；

第一填充层，其平铺在所述垃圾填充层的上部，用于对进入填埋场反应器的液体进行过滤；

第二填充层，其平铺在所述垃圾填充层的下部，用于对流出填埋场反应器的渗滤液进行过滤。

5.如权利要求4所述的硝化反硝化脱氮生物反应器的工艺调控方法，其特征在于，还包括：

填埋场集水箱，其设置所述填埋反应器和厌氧反应器的连通管路上，用于收集填埋场反应器流出的渗滤液，并将渗滤液排入至所述厌氧反应器。

6.如权利要求4所述的硝化反硝化脱氮生物反应器的工艺调控方法，其特征在于，所述填埋场反应器采用有机塑料板焊制。

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