CN108298687A - 一种垃圾渗滤液生物脱氮方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垃圾渗滤液生物脱氮方法，属于环保技术领域。本发明对垃圾焚烧厂渗滤液厌氧消化后的生物脱氮工艺进行了改进，以渗滤液原水为补充碳源，达到COD、氨氮和总氮的高效稳定去除，使得出水指标达到《污水排入城市下水道水质标准》(CJ343‑2010)的接管要求。包括：将传统的硝化反硝化工艺中的反硝化池改为钢结构的UASB反应器；同时取消反硝化池中的机械搅拌或曝气搅拌，通过污泥回流泵和混合液回流泵进行水力搅拌进行代替；好氧池设置为两段，前段微曝气实现亚硝态氮的累积，后端强曝气实现剩余氨氮的全氧化；单独设置MBR膜池，采用内置式超滤膜实现污泥的截留，富集亚硝酸菌和硝酸菌，实现氨氮的高效降解。
Description
技术领域
本发明涉及一种垃圾渗滤液生物脱氮方法，尤其是一种基于垃圾渗滤液原水为外加碳源的垃圾焚烧厂渗滤液生物脱氮方法，属于环保技术领域。
背景技术
目前已有的垃圾渗滤液生物脱氮工艺中，一般采用全程硝化反硝化工艺。经厌氧消化后的渗滤液废水经过反硝化池，优先利用渗滤液废水中的碳源进行反硝化脱氮；再通过硝化池，在强曝气的作用下将氨氮氧化为硝态氮，硝化池混合液回流至反硝化池进行反硝化脱氮。全程硝化反硝化存在曝气能耗高、剩余污泥产量大、碳源投加量大、停留时间长、基建投资成本高的问题。因此，为进一步降低投资和运行成本，有必要急需改进现有工艺，以解决上述问题。
发明内容
本发明目的是为解决上述问题提供一种高效经济的生物脱氮新工艺，即将工艺组成形式进行改进，反硝化工艺采用UASB反应器，使得反硝化反应处于厌氧环境，并可保证充分的混合搅拌效果，提高COD和总氮的去除率；同时设置缺氧段，进一步深度反硝化。在好氧池中设置微氧区和曝气区，在微氧区通过控制溶解氧浓度使得氨氮氧化为亚硝酸盐，形成亚硝酸盐的累积并回流至UASB反应器，实现短程硝化反硝化脱氮；未降解的COD和氨氮在曝气区进一步强曝气氧化，并通过设置硝化液回流泵将曝气区内生成的硝酸盐回流至UASB反应器，进行反硝化脱氮，最后通过内置式MBR膜实现污泥的截留，富集亚硝酸菌和硝酸菌，实现总氮的高效降解。确保最终出水达标。通过新工艺可减少投资、降低能耗、减少剩余污泥的产量。
本发明的技术方案具体包括下列环节：
(1)反硝化
采用UASB反应器进行反硝化，通过进水和混合液回流进行水力搅拌，采用垃圾渗滤液原水为碳源，直接投加至UASB反应器补充反硝化所需碳源，所述垃圾渗滤液原水的投加量为1％～5％(体积比)。
(2)硝化工艺
采用缺氧池、微氧曝气池和强曝气池三段工艺，具体地，其中，缺氧段设置于好氧池前段，进行机械搅拌，控制溶解氧的浓度0.2-0.5mg/L，进一步深度反硝化；好氧池在缺氧段之后，共设置为O1和O2段，O1微曝气，溶解氧浓度为1.0-1.5mg/L，O2强曝气，溶解氧浓度为2.0-3.0mg/L。
本发明的接种污泥取自污水处理厂AO好氧池硝化污泥，经压滤脱水后接种于工艺的各个单元，接种污泥总悬浮固体(TSS)和挥发性悬浮固体(VSS)的浓度比不低于0.6，接种污泥量按照5kgTSS/m3进行投加。
本发明进行生物脱氮的垃圾渗滤液为经过厌氧水解后的废水，水质特征为：COD5000-15000mg/L，氨氮1000-3000mg/L，总氮1200-3500mg/L。
本发明接种完成后，采用连续进水的运行方式开始运行，控制生化反应总水力停留时间为6-10d，其中，UASB为0.5-1d，缺氧池为1-2d，微氧区(O1区)2-3d，曝气区(O2区)2-4d，MBR池根据膜尺寸设置，不计入生化反应停留时间。；各生化反应单元的温度均为25-35℃，污泥龄15-20d；整个工艺系统进水氨氮负荷为0.1-0.35kgNH4 +-N/(m3·d)；通过MBR膜的截留和MBR池的污泥回流量来控制UASB反应器和好氧池污泥浓度8-12g/L；缺氧池溶解氧浓度为0.2-0.5mg/L，好氧池中O1区和O2区池溶解氧浓度分别为0.5-1.0mg/L，2.0-2.5mg/L，好氧池O1区、O2区回流比为100％～500％，通过MBR池定期排泥。
本发明的有益效果：
关于反硝化，传统的工艺设置钢筋混凝土反硝化池，池体内设置机械搅拌或曝气搅拌。本发明采用UASB反应器用于反硝化，通过进水和混合液回流进行水力搅拌，可保证充分的混合搅拌效果，提高COD和总氮的去除率，并减少运营成本。传统的反硝化工艺采用工业甲醇作为碳源，存在运行成本增加，运输不方便等问题。为经济便利的提供工艺所需的碳源，工艺中采用垃圾渗滤液原水为碳源，直接投加至UASB反应器补充反硝化所需碳源。
本发明通过对工艺的改进，建设投资可减少15-30％，工艺中可减少15-20％的曝气量，减少50％以上的剩余污泥产生量，工艺中不需要外加甲醇补充碳源，直接以渗滤液原水作为反硝化碳源。最终出水COD低于500mg/L，氨氮低于10mg/L，总氮低于70mg/L。
附图说明
图1工艺流程图
图2新工艺沿程COD降解变化图
图3添加渗滤液原水碳源后工艺单元氮的变化
图4好氧反应器O1区短程硝化运行情况
图5投加不同浓度渗滤液作为碳源时总氮的浓度变化
具体实施方式
实施例1
工艺接种污泥取自污水处理厂AO好氧池硝化污泥，经压滤脱水后接种于工艺的各个单元，接种污泥总悬浮固体(TSS)和挥发性悬浮固体(VSS)的浓度比不低于0.6，接种污泥量按照5kgTSS/m3进行投加。
接种完成后，采用连续进水的运行方式开始运行，控制水力停留时间为6d，好氧池温度25-35℃，污泥龄15-20d，进水氨氮负荷为0.1-0.35kg NH4 +-N/(m3·d)，通过MBR膜的截留和MBR池的污泥回流控制好氧池污泥浓度8-12g/L，缺氧池溶解氧浓度为0.2-0.5mg/L，好氧池中O1和O2池溶解氧浓度分别为0.5-1.0mg/L，2.0-2.5mg/L，好氧池O1段混合液回流比为100％，通过MBR池定期排泥。
如图2所示，工艺运行过程中沿程对UASB反应器、缺氧池、O1、O2池和MBR膜池出水COD进行检测，COD总的去除率稳定在88.5％以上，MBR出水COD明显低于AO池，表明好氧池中尚有部分未降解或难以降解的COD在MBR的作用下截留在了好氧池中。根据垃圾渗滤液的成分分析可以判断，MBR膜截留的有机物质主要为难降解的大分子有机物质。但在整个系统运行的不同阶段，在生物降解和膜截留的共同作用下，系统对COD的去除实现了稳定高效的运行。基于图2分析，COD的去除主要由三部分组成，分别为UASB反应器的反硝化对碳源的消耗、好氧池对COD的降解以及MBR膜的截留作用。
如图1、2所示，工艺运行过程中沿程UASB反应器、缺氧池、O1、O2、MBR各单元对COD去除率的平均值分别75.6％、18.2％、12.4％、24.5％、6.6％，对COD去除的贡献值分别为83.6％、4.9％、2.7％、4.7％、4.0％；工艺对COD的去除实现了稳定高效的运行。其中UASB反应器的反硝化对碳源的消耗发挥了主要作用。
图3所示的是按照体积比2.5％投加原水作为外加碳源后系统各单元氮的转化情况。系统进水的平均氨氮浓度为1365mg/L，由于硝化液回流、亚硝化液和污泥的回流稀释作用，进入UASB反应器的平均氨氮浓度为479mg/L，进入缺氧池的氨氮浓度为330mg/L，经过好氧池O1和O2的硝化反应后出水的氨氮浓度仅为5.2mg/L，说明氨氮在好氧池内实现了完全的硝化反应。UASB出水亚硝态氮和硝态氮浓度分别为6.5和30mg/L，说明投加原水为碳源后，UASB反应器发生了充分的反硝化反应。随着好氧池硝化反应的进行，O1区的亚硝态氮浓度提高至145mg/L，亚硝态氮累积率达到93.4％，实现了短程硝化和氨氮的去除。此外，由于短程硝化反硝化的稳定运行，出水氨氮和总氮分别低于5mg/L和67mg/L，去除率分别达到99.6％和95.4％，满足国家颁布的最新排放标准的要求。
由于垃圾焚烧厂渗滤液属于“新鲜”的废水，具有较高的可生化性，渗滤液的主要成分为腐殖类高分子碳水化合物、中等分子量的灰黄霉酸类物质、高浓度的挥发性污染物、低碳醇以及碳原子数小于7的挥发性有机酸，因此，渗滤液原水中含有大量易于生物降解的小分子有机物质，以渗滤液原水作为碳源有利于反硝化对碳源的需求。
图5所示的，是在不同碳源投加情况下的系统进出水TN和硝态氮的变化情况。由于碳源是影响反硝化脱氮的重要因素，若碳氮比过低，将不能满足反硝化对碳源的需求，而碳氮比过高将导致异氧菌在有机碳源降解过程中对溶解氧的争夺，从而与氨氧化菌产生溶解氧的竞争并抑制硝化反应的进程，最终影响反硝化脱氮的运行效果。工艺运行中以垃圾渗滤液原水为外加碳源，分析了不同碳源浓度情况下总氮的去除效果，渗滤液投加量(以渗滤液所占COD计)分别为2g/L，3g/L，4g/L，5g/L。如图5所示，当投加量低于3g/L时，出水中的TN呈现升高趋势，当投加量高于4g/L时，出水中的TN和硝态氮均开始明显下降，出水总氮低于70mg/L。进一步，在最佳投加量的基础上进行了系统短程硝化的稳定运行，好氧池O1出水亚硝态氮的累积率可达到90％以上，硝态氮浓度低于50mg/L，为短程硝化反硝化创造了稳定的实现条件。
对比例 以甲醇为补加碳源
如图4所示，工艺运行共分为五个阶段进行试验，第一阶段S1(0-40d)：低碳氮比情况下的工艺运行；第二阶段S2(41-50d)：以甲醇为外加碳源情况下的工艺运行；第三阶段S3(51-55d)：低碳氮比运行变化分析(停止投加甲醇)；第四阶段S5(56-95d)：以甲醇为碳源的优化运行分析；第五阶段S5(96-120d)：以最优化碳源投加情况下的运行分析。
系统进水氨氮、好氧池O1区亚硝态氮、硝态氮和亚硝态氮累积率的变化：阶段S1，好氧池O1出水亚硝态氮浓度逐渐升高，在溶解氧0.5-1.0mg/L的条件下出现了亚硝态盐的累积，而硝态氮浓度则在前15d内出现了大幅度降低，在15d后又逐步上升，亚硝态氮则在15d后出现大幅度上升，证明了溶解氧浓度为0.5-1.0mg/L条件下可实现亚硝态盐的累积；阶段S2中，在系统中以甲醇作为反硝化的碳源进行投加，O1出水中的硝态氮和亚硝态氮浓度呈现降低趋势，而亚硝态氮累积率由44.6％升高至78.7％，分析原因主要为硝化液和亚硝化液回流至UASB反应器，在投加甲醇为碳源的情况下促进了反硝化进程，硝态氮和亚硝态氮在反硝化作用下得到去除；阶段S3中，停止投加碳源，以分析在停止碳源投加的情况下，短程硝化的运行效果，结果显示O1出水中的亚硝态氮和硝态氮的浓度均有所上升，但在停止外加碳源的情况下亚硝态氮的累积率开始下降，由79％下降至75％，主要原因为在无外加碳源情况下UASB反应器反硝化受到抑制，导致硝化液回流中的硝态氮在系统内开始累积，硝态氮浓度的增加量高于亚硝态氮。
基于以上分析，可以发现外加碳源，通过亚硝化液和硝化液回流至UASB反应器，硝态氮和亚硝态氮在碳源充足的条件下可进行有效的反硝化脱氮；而在未投加外碳源的情况，低碳比具有明显的反硝化的抑制作用。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一种垃圾渗滤液生物脱氮方法，其特征在于，反硝化工艺采用UASB反应器，同时在UASB反应器之后设置缺氧段，进一步深度反硝化；在缺氧池之后设置好氧池，好氧池中设置微氧区和曝气区，在微氧区通过控制溶解氧浓度使得氨氮氧化为亚硝酸盐，形成亚硝酸盐的累积并回流至UASB反应器，实现短程硝化反硝化脱氮；未降解的COD和氨氮在曝气区进一步强曝气氧化，并通过设置硝化液回流泵将曝气区内生成的硝酸盐回流至UASB反应器，进行反硝化脱氮，最后通过内置式MBR膜实现污泥的截留，富集亚硝酸菌和硝酸菌，实现总氮的高效降解。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾渗滤液生物脱氮方法，其特征在于，包括以下环节：
(1)反硝化
采用UASB反应器进行反硝化，通过进水和回流液进行水力搅拌，采用垃圾渗滤液原水为碳源，直接投加至UASB反应器补充反硝化所需碳源，所述垃圾渗滤液原水的投加量为体积比1％～5％；
(2)硝化
采用缺氧池、微氧曝气池和强曝气池三段工艺，其中，缺氧段设置于好氧池前段，进行机械搅拌，控制溶解氧的浓度0.2-0.5mg/L，进一步深度反硝化；好氧池在缺氧段之后，分为微氧区和曝气区微氧区微曝气，溶解氧浓度为1.0-1.5mg/L，曝气区强曝气，溶解氧浓度为2.0-3.0mg/L。
3.根据权利要求1或2所述的一种垃圾渗滤液生物脱氮方法，其特征在于，接种污泥取自污水处理厂AO好氧池硝化污泥，经压滤脱水后接种于各个单元，接种污泥总悬浮固体(TSS)和挥发性悬浮固体(VSS)的浓度比不低于0.6，接种污泥量按照5kgTSS/m3进行投加。
4.根据权利要求1～3任一所述的一种垃圾渗滤液生物脱氮方法，其特征在于，采用连续进水的运行方式运行。
5.根据权利要求1～4任一所述的一种垃圾渗滤液生物脱氮方法，其特征在于，控制生化反应总水力停留时间为6-10d，其中，UASB为0.5-1d，缺氧池为1-2d，微氧区2-3d，曝气区2-4d，MBR池根据膜尺寸设置，不计入生化反应停留时间。
6.根据权利要求5所述的一种垃圾渗滤液生物脱氮方法，其特征在于，生化反应各单元的温度均为25-35℃，污泥龄15-20d。
7.根据权利要求1～6任一所述的一种垃圾渗滤液生物脱氮方法，其特征在于，整个工艺系统进水氨氮负荷为0.1-0.35kgNH4 +-N/(m3·d)；通过MBR膜的截留和MBR池的污泥回流量来控制UASB反应器和好氧池污泥浓度8-12g/L。
8.根据权利要求1～7任一所述的一种垃圾渗滤液生物脱氮方法，其特征在于，缺氧池溶解氧浓度为0.2-0.5mg/L，好氧池中微氧区和曝气区溶解氧浓度分别为0.5-1.0mg/L，2.0-2.5mg/L，微氧区、曝气区回流至UASB反应器的回流比为100％-500％。
9.根据权利要求1或2所述的一种垃圾渗滤液生物脱氮方法，其特征在于，通过MBR池定期排泥，维持好氧池污泥浓度为8-12g/L。
10.根据权利要求1或2所述的一种垃圾渗滤液生物脱氮方法，其特征在于，在UASB反应器进水端设置垃圾渗滤液补充装置，用于添加渗滤液原水为碳源。
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