CN109485149B - 一种实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮和剩余污泥减量的装置与方法 - Google Patents

一种实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮和剩余污泥减量的装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮和剩余污泥减量的装置与方法。晚期垃圾渗滤液首先进入短程硝化反应器，曝气阶段通过pH曲线实时控制曝气时间，进水氨氮全部转化为亚硝态氮；含有亚硝态氮的出水与剩余污泥一同进入发酵耦合反硝化反应器，剩余污泥中一部分微生物被裂解，释放的有机物可以作为反硝化的电子供体，将短程硝化过程产生的亚硝态氮还原为氮气。本发明和传统生物脱氮工艺相比，不仅节约25％曝气量和100％碳源，而且同时完成污泥减量效果，该工艺灵活多变易于调控，适用于高氨氮废水的深度去除。

Description

一种实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮和剩余污泥减量的装置与 方法
技术领域
本发明涉及一种实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮和剩余污泥减量的装置与方法，属于低碳氮比晚期垃圾渗滤液生物脱氮技术领域。
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。传统污水生物脱氮通过硝化将NH4 +-N转化为NO3 --N，再通过反硝化将NO3 --N转化为氮气从水中逸出。反硝化阶段以 NO3 --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。但对于晚期垃圾渗滤液而言，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，传统生物脱氮工艺难以完成对晚期垃圾渗滤液的深度去除，而外加有机碳源会大幅度的增加污水处理费用。
作为活性污泥法的副产物，大量的剩余污泥不可避免的在污水处理过程中产生。剩余污泥中含有丰富的有机碳源，通过发酵作用(增溶、水解、酸化、甲烷化)可以释放出可生物降解的优质碳源(蛋白质、多糖或VFAs)。一旦释放出的碳源加入生物脱氮工艺中，剩余污泥减量和污水处理过程中的碳源匮乏问题将会被同时解决。游离亚硝酸(FNA)作为亚硝酸盐的质子形式，其具有代谢抑制作用主要包括抑制细胞生长、呼吸、糖原生成、蛋白质合成、酶活性，从而可以作为一种可靠的发酵手段。
高氨氮浓度的晚期垃圾渗滤液通过短程硝化过程实现稳定的亚硝态氮积累，FNA利用其杀菌和代谢抑制作用将投加的剩余污泥裂解，致使剩余污泥中包含的有机碳源释放作为反硝化过程的电子供体，将短程硝化产生的亚硝态氮还原为氮气。传统生物脱氮工艺相比，该工艺不仅节约25％曝气量和100％碳源，同时能够完成剩余污泥减量效果。
发明内容
本发明提出了一种实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮和剩余污泥减量技术，具体是晚期垃圾渗滤液首先进入短程硝化反应器，通过pH曲线实时控制曝气时间将进水氨氮全部转化为亚硝态氮，其出水随后和污泥同时进入发酵耦合反硝化反应器，在发酵过程中释放的有机物可以作为反硝化电子供体，通过缺氧搅拌将短程硝化过程产生的亚硝态氮还原为氮气，从而实现晚期垃圾渗滤液的深度脱氮同步污泥减量化。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮和剩余污泥减量工艺，包括原水水箱 (1)、短程硝化反应器(2)、中间水箱(3)、污泥储备罐(4)、发酵耦合反硝化反应器(5)、出水水箱(6)。原水水箱设有溢流管(1.1)和出水口(1.2)；所述短程硝化反应器(2)设有空气压缩机(2.1)、气体流量计(2.2)、曝气砂头(2.10)、第一进水口 (2.3)、第一取样口(2.8)、第一排水口(2.9)、第一放空管(2.6)、第一搅拌器(2.5)、第一进水蠕动泵(2.11)、第一出水蠕动泵(2.12)、pH/DO实时监测装置(2.7)、ORP 实时监测装置(2.4)；所述发酵耦合反硝化反应器(5)设有第二进水口(5.2)、第一进泥口(5.3)、第二取样口(5.7)、第二排水口(5.8)、第二放空管(5.5)、第二进水蠕动泵(5.1)、第二出水蠕动泵(5.9)、第二搅拌器(5.4)、pH实时监测设备(5.6)；
原水水箱(1)通过第一进水蠕动泵(2.11)与短程硝化反应器第一进水口 (2.3)相连；短程硝化反应器第一出水口(2.9)通过第一出水蠕动泵(2.12)与中间水箱进水口(3.1)相连，空气经过空气压缩机(2.1)、气体流量计(2.2)最终通过曝气砂头(2.10)打入短程硝化反应器(2)；中间水箱出水口(3.3)通过第二进水蠕动泵 (5.1)与发酵耦合反硝化反应器(5)相连；污泥储备罐(4)与发酵耦合反硝化第一进泥口(5.3)相连；出水水箱(6)通过第二出水蠕动泵(5.9)与发酵耦合反硝化反应器第二排水口(5.8)相连。
利用所述装置进行一种实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮和剩余污泥减量，其特征在于，包括以下过程：
1)分别将短程硝化污泥、发酵耦合反硝化污泥投加至短程硝化反应器和发酵耦合反硝化反应器中，控制投加后各个反应器混合液污泥浓度分别为 4000-5000mg/L和8797-16522mg/L；
2)将原水水箱中的晚期垃圾渗滤液泵入短程硝化反应器中，打开第一搅拌器和空气压缩机，控制短程硝化反应器溶解氧浓度0.2-0.5mg/L，短程硝化过程中需要消耗碱度，当反应结束后pH降到最低即“氨谷点”，曝气时间通过pH/DO 实时监测装置严格控制，当pH曲线出现“氨谷点”时停止曝气，关闭第一搅拌器和空气压缩机，沉淀30min后将出水排入中间水箱。
3)打开第二进水蠕动泵将中间水箱中亚硝酸盐废水泵入发酵耦合反硝化反应器，同时将储泥罐中污泥投加至发酵耦合反硝化反应器，反硝化过程是一个产生碱度的过程，随着反应的进行pH不断上升，当反硝化结束后pH曲线将出现拐点即“亚硝酸盐肘”，打开第二搅拌器，缺氧搅拌时间通过曝气时间通过 pH/DO实时监测装置严格控制，当pH曲线出现“亚硝酸盐肘”时停止搅拌，关闭第二搅拌器，沉淀90min后将上清液通过第二出水蠕动泵泵入出水水箱。
所述步骤2)短程硝化反应器在运行过程中水力停留时间54-65h；
所述步骤2)短程硝化反应器在运行过程中控制泥龄在15-30天；
所述步骤3)发酵耦合反硝化反应器在运行过程中水力停留时间65h；
所述步骤3)发酵耦合反硝化反应器在运行过程中污泥体积投配比为 16.7-41.7％。
技术原理
一种实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮和剩余污泥减量，首先将晚期垃圾渗滤液泵入短程硝化反应器，通过pH曲线实时控制曝气时间将进水氨氮全部转化为亚硝态氮，实时控制策略不仅可以将硝化作用严格控制在短程硝化阶段，而且避免了过曝气导致的NOB增长和能源浪费。短程硝化反应器出水(含有亚硝态氮)与剩余污泥同时投入发酵耦合反硝化反应器。游离亚硝酸(FNA)作为亚硝态氮的质子化形式具有杀菌和代谢抑制作用，可以将包含在剩余污泥中的有机碳源释放，并逐步降解为可被生物利用的优质有机碳源，释放的有机碳源作为电子供体可以将短程硝化过程产生的亚硝态氮还原为氮气。发酵耦合反硝化反应器的缺氧搅拌时间通过pH曲线实时控制，当出现“亚硝酸盐膝”停止搅拌，在发酵耦合反硝化反应器中同时完成氮素的深度去除和剩余污泥的消化作用。
本发明涉及的一种实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮和剩余污泥减量的装置与方法具有以下优点：
(1)本发明采用的短程硝化作用以无机碳作为碳源，氨氧化菌将氨氮转化为亚硝态氮与传统全程硝化相比节约了25％的曝气量，且在代谢过程中无N2O 生成，因此本工艺温室气体排放少。
(2)短程硝化反应器中采用的是絮体悬浮污泥，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。
(3)通过pH曲线实时控制曝气时间将进水氨氮全部转化为亚硝态氮，实时控制策略不仅可以将硝化作用严格控制在短程硝化阶段，而且避免了过曝气导致的NOB增长和能源浪费。
(4)利用游离亚硝酸的杀菌和代谢抑制作用，将包含在剩余污泥中的有机碳源释放，并逐步降解为可被生物利用的优质有机碳源，释放的有机碳源作为电子供体可以将短程硝化过程产生的亚硝态氮还原为氮气。在节约100％碳源的同时，完成剩余污泥的消化作用。
(5)短程硝化和发酵耦合反硝化的反应时间均采用pH曲线实时控制，当进水晚期垃圾渗滤液水质波动，依然可以系统的稳定运行，实现系统氮素的高效去除。
附图说明
图1为一种实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮和剩余污泥减量的流程图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种晚期垃圾渗滤液深度脱氮同步剩余污泥减量化技术，其特征在于，包括原水水箱(1)、短程硝化反应器(2)、中间水箱(3)、污泥储备罐 (4)、发酵耦合反硝化反应器(5)、出水水箱(6)。
原水水箱设有溢流管(1.1)和出水口(1.2)；所述短程硝化反应器(2)设有空气压缩机(2.1)、气体流量计(2.2)、曝气砂头(2.10)、第一进水口(2.3)、第一取样口(2.8)、第一排水口(2.9)、第一放空管(2.6)、第一搅拌器(2.5)、第一进水蠕动泵(2.11)、第一出水蠕动泵(2.12)、pH/DO实时监测装置(2.7)、ORP实时监测装置(2.4)；所述发酵耦合反硝化反应器(5)设有第二进水口(5.2)、第一进泥口(5.3)、第二取样口(5.7)、第二排水口(5.8)、第二放空管(5.5)、第二进水蠕动泵(5.1)、第二出水蠕动泵(5.9)、第二搅拌器(5.4)、pH实时监测设备(5.6)；
原水水箱(1)通过第一进水蠕动泵(2.11)与短程硝化反应器第一进水口 (2.3)相连；短程硝化反应器第一出水口(2.9)通过第一出水蠕动泵(2.12)与中间水箱进水口(3.1)相连，空气经过空气压缩机(2.1)、气体流量计(2.2)最终通过曝气砂头(2.10)打入短程硝化反应器(2)；中间水箱出水口(3.3)通过第二进水蠕动泵 (5.1)与发酵耦合反硝化反应器(5)相连；污泥储备罐(4)与发酵耦合反硝化第一进泥口(5.3)相连；出水水箱(6)通过第二出水蠕动泵(5.9)与发酵耦合反硝化反应器第二排水口(5.8)相连。
本实施例中具体试验用水为实际晚期垃圾渗滤液，其平均氨氮浓度为 1736±40mg/L，COD平均浓度为2109±200mg/L，平均碱度为4000±1000mg/L (以CaCO3计)。试验短程硝化反应器采用序批式SBR，有效容积为10L，排水比 50％；发酵耦合反硝化反应器采用有效容积为6L序批式SBR，污泥体积投配比 16.7-41.7％。
具体操作过程如下：
1)分别将短程硝化污泥、发酵耦合反硝化污泥投加至短程硝化反应器和发酵耦合反硝化反应器中，控制投加后各个反应器混合液污泥浓度分别为 4000-5000mg/L和8797-16522mg/L；
2)将原水水箱中的晚期垃圾渗滤液泵入短程硝化反应器中，打开第一搅拌器和空气压缩机，控制短程硝化反应器溶解氧浓度0.2-0.5mg/L，短程硝化过程中需要消耗碱度，当反应结束后pH降到最低即“氨谷点”，曝气时间通过pH/DO 实时监测装置严格控制，当pH曲线出现“氨谷点”时停止曝气，关闭第一搅拌器和空气压缩机，沉淀30min后将出水排入中间水箱。
3)打开第二进水蠕动泵将中间水箱中亚硝酸盐废水泵入发酵耦合反硝化反应器，同时将储泥罐中污泥投加至发酵耦合反硝化反应器，反硝化过程是一个产生碱度的过程，随着反应的进行pH不断上升，当反硝化结束后pH曲线将出现拐点即“亚硝酸盐肘”打开第二搅拌器，缺氧搅拌时间通过曝气时间通过 pH/DO实时监测装置严格控制，当pH曲线出现“亚硝酸盐肘”时停止搅拌，关闭第二搅拌器，沉淀90min后将上清液通过第二出水蠕动泵泵入出水水箱。
连续试验结果表明：
该工艺在进水氨氮、总氮和COD浓度分别为1736±40mg/L，2023± 75mg/L，和2109±200mg/L的条件下，总氮去除率和总氮去除速率可以达到 95.0％和0.63kg/m3d。超过53.7％的剩余污泥在该系统中完成减量化，平均细胞衰减速率为0.237/d，平均污泥消化速率高达5.09kg/m3d。

Claims (1)

1.一种实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮和剩余污泥减量的方法，所用装置包括原水水箱(1)、短程硝化反应器(2)、中间水箱(3)、污泥储备罐(4)、发酵耦合反硝化反应器(5)、出水水箱(6)；
原水水箱设有溢流管(1.1)和出水口(1.2)；所述短程硝化反应器(2)设有空气压缩机(2.1)、气体流量计(2.2)、曝气砂头(2.10)、第一进水口(2.3)、第一取样口(2.8)、第一排水口(2.9)、第一放空管(2.6)、第一搅拌器(2.5)、第一进水蠕动泵(2.11)、第一出水蠕动泵(2.12)、pH/DO实时监测装置(2.7)、ORP实时监测装置(2.4)；所述发酵耦合反硝化反应器(5)设有第二进水口(5.2)、第一进泥口(5.3)、第二取样口(5.7)、第二排水口(5.8)、第二放空管(5.5)、第二进水蠕动泵(5.1)、第二出水蠕动泵(5.9)、第二搅拌器(5.4)、pH实时监测设备(5.6)；
原水水箱(1)通过第一进水蠕动泵(2.11)与短程硝化反应器第一进水口(2.3)相连；短程硝化反应器第一排水口(2.9)通过第一出水蠕动泵(2.12)与中间水箱进水口(3.1)相连，空气经过空气压缩机(2.1)、气体流量计(2.2)最终通过曝气砂头(2.10)打入短程硝化反应器(2)；中间水箱出水口(3.3)通过第二进水蠕动泵(5.1)与发酵耦合反硝化反应器(5)相连；污泥储备罐(4)与发酵耦合反硝化第一进泥口(5.3)相连；出水水箱(6)通过第二出水蠕动泵(5.9)与发酵耦合反硝化反应器第二排水口(5.8)相连；
其特征在于，该方法包括以下过程：
1)分别将短程硝化污泥、发酵耦合反硝化污泥投加至短程硝化反应器和发酵耦合反硝化反应器中，控制投加后各个反应器混合液污泥浓度分别为4000-5000mg/和8797-16522mg/L；
2)将原水水箱中的晚期垃圾渗滤液泵入短程硝化反应器中，打开第一搅拌器和空气压缩机，控制短程硝化反应器溶解氧浓度为0.2-0.5mg/L，短程硝化过程中需要消耗碱度，当反应结束后pH降到最低即“氨谷点”，曝气时间通过pH/DO实时监测装置严格控制，当pH曲线出现“氨谷点”时停止曝气，关闭第一搅拌器和空气压缩机，沉淀30min后将出水排入中间水箱；
3)打开第二进水蠕动泵将中间水箱中亚硝酸盐废水泵入发酵耦合反硝化反应器，同时将污泥储备罐中污泥投加至发酵耦合反硝化反应器，游离亚硝酸作为亚硝态氮的质子化形式具有杀菌和代谢抑制作用，在游离亚硝酸作用下剩余污泥中的有机碳源被释放，并逐步降解为可被生物利用的优质有机碳源，释放的有机碳源作为反硝化的电子供体，将短程硝化过程产生的亚硝态氮还原为氮气；反硝化过程是一个产生碱度的过程，随着反应的进行pH不断上升，当反硝化结束后pH曲线将出现明显拐点即“亚硝酸盐肘”，打开第二搅拌器，缺氧搅拌时间通过pH实时监测设备严格控制，当pH曲线出现“亚硝酸盐肘”时停止搅拌，关闭第二搅拌器，沉淀90min后将上清液通过第二出水蠕动泵泵入出水水箱；
所述步骤2)短程硝化反应器在运行过程中水力停留时间为54-65h；
所述步骤2)短程硝化反应器在运行过程中控制泥龄在15-30天；
所述步骤3)发酵耦合反硝化反应器在运行过程中水力停留时间为65h；
所述步骤3)发酵耦合反硝化反应器在运行过程中污泥体积投配比为16.7-41.7％。
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