CN110092467B

CN110092467B - 利用好氧颗粒污泥膜处理垃圾渗滤液的方法及其膜生物反应器

Info

Publication number: CN110092467B
Application number: CN201910467597.3A
Authority: CN
Inventors: 李新冬; 袁佳彬; 黄万抚; 张鑫; 李睿涵; 李柳
Original assignee: Jiangxi University of Science and Technology
Current assignee: Jiangxi University of Science and Technology
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2021-10-29
Anticipated expiration: 2039-05-31
Also published as: CN110092467A

Abstract

本发明公开一种利用好氧颗粒污泥膜处理垃圾渗滤液的方法，采用普通活性污泥为接种污泥放入反应器进行培养，培养先采用模拟污水洗出沉降性差的絮状污泥，短时间内实现了污泥的颗粒化；然后采用逐渐提高模拟污水与垃圾渗滤液进水比例对反应器内的颗粒污泥驯化，使得颗粒污泥粒径为2.2‑2.7mm以及内部形成了固定的生物群落，污染物去除性能稳定，抗冲击负荷能力增强，完全适应垃圾渗滤液的处理；本发明还提供一种利用好氧颗粒污泥膜处理垃圾渗滤液的方法的膜生物反应器，提供微生物新陈代谢所需的溶解氧以及形成维持颗粒污泥形成的水力剪切力，污染物的去除率非常稳定，本发明对高浓度有机垃圾渗滤液中COD、氨氮、TN、TP去除率分别高达91％、93％、92％、91.3％。

Description

利用好氧颗粒污泥膜处理垃圾渗滤液的方法及其膜生物反应器

技术领域

本发明属于废水处理领域，尤其涉及一种能有效提高处理出水水质、减少占地面积、操作简单、处理成本降低的垃圾渗滤液等高浓度有机废水的处理方法及用于该方法的膜生物反应器。

背景技术

垃圾渗滤液具有高氨氮、C/N(碳氮比)值低以及含有重金属污染物，垃圾渗滤液可生化性极低，难以被微生物降解，因此会对水环境造成严重危害。传统处理方法包括物化法和生物法；物化法主要包括高级氧化法、混凝沉淀、吸附法以及膜处理技术，但成本高且易带来二次污染；生物法因垃圾渗滤液中高的氨氮浓度以及重金属污染物含量高等特点，使得微生物的生理活动受到逆制，对污染物的降解性能降低。

现有的垃圾渗滤液处理方法通常为传统活性污泥处理工艺，传统活性污泥MBR及处理方法没有同步脱氮除磷效果，且耐冲击性能差，严重的膜污染增加了处理垃圾渗滤液的成本。因此，有必要开发一种能够同步脱氮除磷、缓解膜污染、提高高浓度有机污染物的去除率的垃圾渗滤液处理方法其及用于该方法的膜生物反应器。

发明内容

针对现有垃圾渗滤液处理技术存在的缺陷，本发明提供了能够脱氮除磷、缓解膜污染的一种高效、经济的垃圾渗滤液处理技术，即一种利用好氧颗粒污泥膜处理垃圾渗滤液的方法。

本发明的另一目的在于提供一种间歇式好氧颗粒污泥膜生物反应器，能够减少膜污染、提高污染物的去除率和反应器运行的稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种利用好氧颗粒污泥膜处理垃圾渗滤液的方法，步骤包括好氧颗粒污泥的培养和反应器的驯化；

(1)好氧颗粒污泥的培养：在反应器中接入浓度为3300-3500mg/L的普通活性污泥，控制反应器曝气量为0.8L/min，采用模拟污水以间歇方式进行进水培养，反应器中水力停留6小时为一个周期，每个周期开始时反应器重新进水，结束时反应器排水，所述进水量等于所述排水量；培养过程中以污泥的沉降时间划分为三阶段，其中：第一阶段培养时间为7天，沉降5min后排水，洗出大量沉降性不好的污泥；第二阶段培养时间为9天，沉降3min进行排水；第三阶段培养时间为5天，沉降2min进行排水；

(2)反应器的驯化：经步骤(1)培养的好氧颗粒污泥在反应器的驯化分为两阶段：第一阶段，控制反应器曝气量为0.8L/min，进水为模拟污水和垃圾渗滤液体积比1:1的混合液，反应器中水力停留6小时为一个周期，每个周期开始时反应器重新进水，结束时反应器排水，每周期沉降2min进行排水，该阶段培养时间总计为31天，第二阶段，进水为垃圾渗滤液，重复步骤(2)所述的第一阶段的培养方法，该阶段培养时间总计为57天，此阶段每隔3-5天对颗粒污泥的粒径进行一次筛选，选出粒径为2.2-2.7mm的好氧颗粒污泥，此阶段培养的好氧颗粒污泥富集了处理垃圾渗滤液的功能菌群，实现垃圾渗滤液处理过程中的同步脱氮除磷功能。

优选地，所述模拟污水中各种物质的浓度分别为：833.3mg/L CH₃COONa，127.011mg/L NH₄Cl、34.947mg/L KH₂PO₄、50mg/L CaCl₂、50mg/L Fe₂(SO4)₃、20.25mg/LMgSO₄、20.25mg/L MgSO₄·7H₂O、41.5935mg/L H₃BO₃、0.05mg/L CoCl₂·6H₂O、0.03mg/LCuCl₂以及MnSO₄、AlCl₃、ZnCl₂、NiCl₂各0.05-0.06mg/L。

优选地，培养过程中，所述的每个周期结束时反应器排水为排出其容积40％-60％的水。

本发明还提供一种利用好氧颗粒污泥膜处理垃圾渗滤液的方法的膜生物反应器，在处理垃圾渗滤液时，操作简单、占在面积小、成本低；所使用的好氧颗粒污泥是经过长期驯化而得到的，颗粒污泥具有独特的空间结构以及内部已形成了固定的生物群落，抗冲击负荷能力强，对垃圾渗滤液能够完全适应；

膜生物反应包括一侧面从上至下依次设有三个排水口的反应器、放置在所述反应器内的好氧颗粒污泥层，从上至下隔开放置在好氧颗粒污泥层的膜组件和曝气装置，所述反应器上设有进水管、出水管、反冲洗管；

所述进水管设在所述反应器的上方与恒流泵相连用于进水；所述出水管一端依次与所述膜组件相连、抽吸泵连通用于排水；所述反冲洗管设在所述反应器的上方与反冲洗泵相连，手动控制，清洗膜污染；空气泵电性相连，由时间继电器控制所述曝气装置的开启。

较佳地，所述膜组件为外压式PVDF中空微滤膜丝，膜孔径为0.1μm，该种膜材质具有通量大不易断丝的特点、在好氧颗粒污泥以及反应器的运行方式和环境等因素的综合影响下，膜污染可以忽略不计。

较佳地，所述膜组件放置在距离所述反应器底部三分之一高度处，接近污泥层，增大出水量。

较佳地，所述反应器侧面的三个排水口间距为4cm，离所述反应器底部最近的排水口距所述反应器底部8cm，通过该排水口洗出沉降性差的絮状污泥。

较佳地，所述反应器为方形结构，长、宽、高分别为44.9cm、20cm、26cm，有效体积为17.96L，已接近中式规模。

较佳地，所述曝气装置为单排曝气管，加上反应器的方形结构使得反应器中自然形成缺氧区域，好氧/缺氧的环境有利于污染物的去除。

较佳地，所述膜生物反应器运行期间采用好氧/厌氧交替的方式进行，静置1小时，曝气5小时，反应周期6小时，有效提高了膜生物反应器的脱氮效率，也有利于维持反应器中颗粒污泥的稳定，减少絮状污泥的生成；反应器稳定运行期间排泥量很少，甚至可以不排泥运行。

本发明提供一种将膜生物反应器和好氧颗粒污泥结合起来的一种废水处理方法，采用普通活性污泥为接种污泥放入膜生物反应器中进行培养，培养先采用模拟污水，洗出沉降性差的絮状污泥通过排水口排出，短时间内实现了污泥的颗粒化，然后逐渐提高垃圾渗滤液与模拟污水进水比例对反应器内的颗粒污泥长期驯化至颗粒粒径为2.2-2.7mm，富集了处理垃圾渗滤液的特定功能菌，并形成特定的细菌群落，膜污染程度低，产泥量少，其特殊的球型结构形成了水中溶解氧的传递限制，在好氧颗粒污泥内部形成缺氧、厌氧区域，为反硝化菌和聚磷菌等厌氧菌提供了良好的生存环境，具有生物量高、密度大、沉降性能好的特点实现了同步脱氮除磷，本发明的膜生物反应器以序批式(间歇进水)运行，不排泥或者排少量的泥，膜生物反应器底部设有曝气管，曝气管与空气泵相连，由时间继电器控制，提供微生物新陈代谢所需的溶解氧以及形成维持颗粒污泥形成的水力剪切力，本发明好氧颗粒污泥与膜生物反应器相结合，因其优异的稳定性以及较低的生物活性，有利于维持反应器的稳定运行和工程化应用，对高浓度有机垃圾渗滤液中COD、氨氮、TN、TP去除率分别高达91％、93％、92％、91.3％。

附图说明

图1为本发明利用好氧颗粒污泥膜处理垃圾渗滤液的工艺方法及膜生物反应器的示意图。

具体实施方式

一种利用好氧颗粒污泥膜处理垃圾渗滤液的方法，包括如下步骤：好氧颗粒污泥的培养和反应器的驯化：

(1)好氧颗粒污泥的培养：在反应器中接入浓度为3400mg/L的普通活性污泥，控制反应器曝气量为0.8L/min，采用模拟污水以间歇方式进行进水培养，反应器中水力停留6小时为一个周期，每个周期开始时反应器重新进水，结束时反应器排水，所述进水量等于所述排水量；培养过程中以污泥的沉降时间划分为三阶段，其中：第一阶段培养时间为7天，沉降5min后排水，洗出大量沉降性不好的污泥；第二阶段培养时间为9天，沉降3min进行排水；第三阶段培养时间为5天，沉降2min进行排水；

如图1所示，利用好氧颗粒污泥膜处理垃圾渗滤液的方法的膜生物反应器10，其包括一侧面从上至下依次设置第一排水口21、第二排水口22、第三排水口23的反应器10、所述反应器10内的好氧颗粒污泥层40，从上至下隔开放置在反应器10内的膜组件30和曝气装置70，所述反应器10上设有进水管63、出水管61、反冲洗管62；所述进水管63设在所述反应器10的上方与恒流泵53相连用于进水；所述出水管61的一端依次与所述膜组件30、抽吸泵51相连通用于排水；所述反冲洗管62设在所述反应器10的上方与反冲洗泵52相连，并且手动控制，用于膜污染的清洗；所述曝气装置70与所述反应器10外的空气泵80空气泵电性相连，由时间继电器控制所述曝气装置的开启；所述反应器10长、宽、高分别为44.9cm、20cm、26cm，有效高度为20cm。有效体积为17.96L，换水体积为10.78L，第一排水口21、第二排水口22、第三排水口23中相邻的两者之间的间隔为4cm，第三排水口23距反应器底部8cm，采用的膜组件为外压式PVDF中空微滤膜丝，截留精度为0.1μm，膜面积为10m²，将其放置于距离所述反应器10底部三分之一高度处。

具体实施方法：如图1所示，将膜组件30取出，在反应器10中接入浓度为3400mg/L普通活性污泥，打开进水开关，通过恒流泵53将模拟污水打入反应器10，所述模拟污水中各种物质的浓度分别为：833.3mg/L CH₃COONa，127.011mg/L NH₄Cl、34.947mg/L KH₂PO₄、50mg/L CaCl₂、50mg/L Fe₂(SO4)₃、20.25mg/L MgSO₄、20.25mg/L MgSO₄·7H₂O、41.5935mg/LH₃BO₃、0.05mg/L CoCl₂·6H₂O、0.03mg/L CuCl₂以及MnSO₄、AlCl₃、ZnCl2、NiCl2各0.05mg/L；当模拟污水液面达到距反应器10底部20cm处，关闭开关，静止1小时，此时模拟污水的COD浓度为600mg/L，氨氮浓度为30mg/L，总磷为6mg/L，通过时间继电器80控制开启曝气装置70对反应器10进行曝气，曝气强度为0.8L/min，持续5小时，水力停留6小时为一个周期，每个周期开始时通过恒流泵53重新进水到反应器10，结束时通过抽吸泵51排出反应器10容积50％的水，下一周期反应器10重新进水量与上一周期反应器10的排水量相等即反应器10容积50％的水；培养过程中以污泥的沉降时间划分为三阶段，其中：第一阶段培养时间为7天，沉降5min后排水，通过第二排水口22进行排水，洗出大量沉降性不好的污泥，此时反应器中的污泥浓度下降明显为1400mg/L，第二阶段培养时间为9天，沉降3min进行排水，通过第三排水口23进行排水，此时污泥浓度下降缓慢，下降为1100mg/L；第三阶段培养时间为5天，沉降2min，通过第三排水口23进行排水，第三阶段污泥浓度逐渐回升到较高浓度为2800mg/L，此时反应器中形成了大量黄褐色的颗粒污泥，颗粒化率达到90％以上，COD、氨氮的去除率分别为81％、78％。

经以上步骤培养的好氧颗粒污泥在反应器的驯化分为两阶段：第一阶段，进水为模拟污水和垃圾渗滤液的混合溶液，体积比为1:1，每个周期开始时反应器重新进水，结束时反应器排水，每周期沉降2min进行排水，该阶段培养时间总计为31天，打开进水开关，通过恒流泵53将混合溶液加满反应器，静置1小时，通过时间继电器控制开启曝气装置70对反应器10进行曝气，曝气强度为0.8L/min，持续5小时，水力停留时间为6小时，此时混合溶液的氨氮浓度为40mg/L，COD为500mg/L，由于垃圾渗滤液成分复杂，具有多种有毒有害物质，污泥出现了部分解体，污染物去除率骤降，氨氮、COD的去除率分别为54％、75％，当发现污泥增多或出现沉降性不好的污泥时，通过排水口22排出沉降性能不好的污泥；经过31天的培养，污泥浓度逐渐回升，解体终止，同时对氨氮、COD的去除率分别为83％、90％；第二阶段，打开进水开关，通过恒流泵53将垃圾渗滤液加满反应器10，静止1小时，通过时间继电器控制开启曝气装置70对反应器10进行曝气，曝气强度为0.8L/min，持续5小时，水力停留时间为6小时，垃圾渗滤液的氨氮和COD浓度分别为50mg/L、300mg/L，初期经历了第一阶段同样的情况，也经历了污泥解体，污染物去除率降低，当发现污泥增多或出现沉降性不好的污泥时，通过排水口22排掉沉降性能不好的污泥；该阶段培养时间总计为57天，此阶段每隔3-5天对颗粒污泥的粒径进行一次筛选，选出粒径为2.2-2.7mm的好氧颗粒污泥，此阶段培养的好氧颗粒污泥富集了处理垃圾渗滤液的特定功能菌群，实现垃圾渗滤液的同步脱氮除磷功能，反应器中垃圾渗滤液处理最终稳定，稳定后COD、氨氮、TN、TP去除率分别高达91％、93％、92％、91.3％。在一个反应周期结束后打开抽吸泵51开关通过膜组件30进行抽水，压力为0.6Mpa，流量为15L/h，出水达到GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染物排放标准》和GB8978-2002《污水综合排放标准》一级B排放标准。该阶段原则上需要定期对膜进行反冲洗，但是实验发现，膜污染程度很低，可忽略，因此只需每隔15-20天将膜组件取出进行手动清洗即可。

Claims

1.一种利用好氧颗粒污泥膜处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于，包括如下步骤：好氧颗粒污泥的培养和膜生物反应器的驯化：

（1）好氧颗粒污泥的培养：在膜生物反应器中接入浓度为3300-3500mg/L的普通活性污泥，所述膜生物反应器包括一侧面从上至下依次设置第一排水口、第二排水口、第三排水口；采用模拟污水以间歇方式进水，静置1小时后控制膜生物反应器曝气强度为0.8L/min持续5小时，水力停留6小时为一个周期，下个周期开始时膜生物反应器重新进水，结束时排水，排水量等于进水量；培养过程中以污泥的沉降时间划分为三阶段，其中：第一阶段培养时间为7天，沉降5min后通过第二排水口排水，洗出大量沉降性不好的污泥；第二阶段培养时间为9天，沉降3min后通过第三排水口排水；第三阶段培养时间为5天，沉降2min后通过第三排水口排水；

所述模拟污水中各种物质的浓度分别为：833.3mg/L CH₃COONa，127.011mg/L NH₄Cl、34.947mg/L KH₂PO₄、50mg/L CaCl₂、50mg/L Fe₂(SO₄)₃、20.25mg/L MgSO₄、20.25mg/LMgSO₄·7H₂O、41.5935mg/L H₃BO₃、0.05mg/L CoCl₂·6H₂O、0.03mg/L CuCl₂以及MnSO₄、AlCl₃、ZnCl₂、NiCl₂各0.05-0.06mg/L；

（2）膜生物反应器的驯化：经步骤（1）培养的好氧颗粒污泥在膜生物反应器的驯化分为两阶段：第一阶段，控制膜生物反应器曝气量为0.8L/min持续5小时，进水为模拟污水和垃圾渗滤液体积比1:1的混合液，静置1小时，膜生物反应器中水力停留6小时为一个周期，每个周期开始时膜生物反应器重新进水，结束时排水，每个周期沉降2min进行排水，当发现污泥增多或出现沉降性不好的污泥时，通过第二排水口排出沉降性能不好的污泥，该阶段培养时间总计为31天；第二阶段，进水为垃圾渗滤液，重复步骤（2）第一阶段的培养方法，该阶段培养时间总计为57天，此阶段每隔3-5天对颗粒污泥的粒径进行一次筛选，选出粒径为2.2-2.7mm的好氧颗粒污泥，此阶段培养的好氧颗粒污泥富集了处理垃圾渗滤液的功能菌群，实现了垃圾渗滤液处理过程中的同步脱氮除磷功能。

2.如权利要求1所述的利用好氧颗粒污泥膜处理垃圾渗滤液的方法，其特征在于：步骤（1）每个周期结束时膜生物反应器排水为排出其容积40%-60%的水。