CN110294575A - 垃圾渗沥液的处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种垃圾渗沥液的处理装置，所述处理装置通过管路由厌氧膜生物反应器(1)、短程硝化反应器(2)和厌氧氨氧化反应器(3)依次串联而成，其中，所述厌氧膜生物反应器(1)设有进水端(1a)和出水端(1b)，所述垃圾渗沥液由所述进水端(1a)进入所述处理装置；所述短程硝化反应器(2)设有进水端(2a)和出水端(2b)，所述短程硝化反应器(2)的所述进水端(2a)与所述厌氧膜生物反应器(1)的所述出水端(1b)相连；以及所述厌氧氨氧化反应器(3)设有进水端(3a)和出水端(3b)，所述厌氧氨氧化反应器(3)的所述进水端(3a)与所述短程硝化反应器(2)的所述出水端(2b)相连。本发明的垃圾渗沥液的处理装置，可实现高效回收能源、高效脱氮和降低后端膜过滤过程浓缩液产量的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种垃圾渗沥液的处理装置，适用于非老龄垃圾渗沥液处理，属于高浓度废水处理领域。
背景技术
近年来，城市每年的生活垃圾产量以8％～10％的速度急剧增长。垃圾渗沥液是垃圾在运输和堆放过程中因降水淋溶、发酵降解、地表水或地下水渗透而产生的，其典型产生场所为垃圾填埋场和垃圾焚烧厂内垃圾储坑。
由于生活垃圾组分复杂，含水率波动较大，同时垃圾堆酵过程中的环境条件(堆酵温度、堆酵时间、空气湿度、降水。地域条件等)具有不确定性，因此垃圾渗沥液有机污染物浓度高且成分复杂，COD可达数万mg/L；氨氮浓度1000～3000mg/L；含盐量通常高达10000mg/L以上；含有大量重金属，属难处理废水。
目前采用单一的处理工艺无法满足处理要求，我国多采用“厌氧(UASB、BAF等)+缺氧/好氧膜生物反应器(A/O-MBR)+后端膜过滤(纳滤和反渗透)”的工艺路线处理非老龄化垃圾渗沥液，使其出水能够达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)中表2的要求，尽管这些组合工艺取得了良好的处理效果，但是仍然存在一些有待改进之处：例如为达到出水总氮指标要求，需要在缺氧段投加外加碳源，大大提高了处理成本；厌氧段效率较低，有机物降解效率和产气率较低，其难以降解的腐殖酸类物质在后端膜过滤过程形成大量浓缩液，后续处置费用高。
因此，需要提出一种新的垃圾渗沥液处理装置，其可以解决现有技术的脱氮难题，减少后端浓缩液的产量，以节省运行能耗并降低处理成本。
发明内容
本发明的目的是针对垃圾渗沥液的复杂特性和现有技术的不足之处，提供一种垃圾渗沥液的处理装置，达到高效回收能源、高效脱氮和降低后端膜过滤过程浓缩液产量的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种垃圾渗沥液的处理装置，所述处理装置通过管路由厌氧膜生物反应器1、短程硝化反应器2和厌氧氨氧化反应器3依次串联而成，
其中，所述厌氧膜生物反应器1设有进水端1a和出水端1b，所述垃圾渗沥液由所述进水端1a进入所述处理装置；
所述短程硝化反应器2设有进水端2a和出水端2b，所述短程硝化反应器2的所述进水端2a与所述厌氧膜生物反应器1的所述出水端1b相连；以及
所述厌氧氨氧化反应器3设有进水端3a和出水端3b，所述厌氧氨氧化反应器3的所述进水端3a与所述短程硝化反应器2的所述出水端2b相连。
在一些实施例中，所述厌氧膜生物反应器1还设有一个出水端1c，所述出水端1c与所述厌氧氨氧化反应器3的所述进水端3a相连。
在一些实施例中，所述厌氧氨氧化反应器3还设有一个出水端3c和回流管5，所述回流管5的一端与所述出水端3c相连，另一端与所述厌氧氨氧化反应器3的所述进水端3a相连。
在一些实施例中，所述短程硝化反应器2与所述厌氧氨氧化反应器3之间设置沉淀池4，所述沉淀池4设有进水端4a和出水端4b，所述沉淀池4的所述进水端4a与所述短程硝化反应器2的所述出水端2b相连，所述沉淀池4的所述出水端4b与所述厌氧氨氧化反应器3的所述进水端3a相连。
在一些实施例中，所述沉淀池4还设有一个出泥端4c和回流管6，所述回流管6的一端与所述出泥端4c相连，另一端与所述短程硝化反应器2的所述进水端2a相连。
在一些实施例中，所述处理装置还设有一个中间水箱8，所述中间水箱8的一端与所述厌氧膜生物反应器1的所述出水端1b相连，另一端与所述短程硝化反应器2的所述进水端2a相连。
在一些实施例中，所述沉淀池4与所述厌氧氨氧化反应器3之间设置中间水箱7，所述中间水箱7的一端与所述沉淀池4的所述出水端4b相连，另一端与所述厌氧氨氧化反应器3的所述进水端3a相连。
在一些实施例中，所述厌氧膜生物反应器1的所述进水端1a连接至一预处理水箱。
在一些实施例中，所述厌氧膜生物反应器1的所述进水端1a与所述预处理水箱之间设有进水水泵。
在一些实施例中，所述厌氧膜生物反应器1为外置管式膜厌氧膜生物反应器。
本发明采用厌氧膜生物反应器技术代替常规厌氧工艺，以达到提高厌氧反应效率、提升产气率和削减难降解有机物的目的，从而提高整体工艺的处理效率、减少后端浓缩液的产量；通过短程硝化反应器和厌氧氨氧化反应器实现低成本的高效脱氮，解决现有技术的脱氮难题。
附图说明
图1为本发明一个实施方式的垃圾渗沥液处理装置的结构示意图；
图2为本发明另一个实施方式的垃圾渗沥液处理装置的结构示意图；
图3为本发明再一个实施方式的垃圾渗沥液处理装置的结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
1：厌氧膜生物反应器；
1a：进水端；
1b：出水端；
1c：出水端；
2：短程硝化反应器；
2a：进水端；
2b：出水端；
3：厌氧氨氧化反应器；
3a：进水端；
3b：出水端；
3c：出水端；
4：沉淀池；
4a：进水端；
4b：出水端；
4c：出泥端；
5、6：回流管；
7、8：中间水箱；
7a、8a：进水端；
7b、8b：出水端；
8c：出水端；
具体实施方式
下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明的保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。
本申请具体实施方式中所使用的垃圾焚烧渗沥液来自于北京市某垃圾焚烧发电厂，其水质指标如下：pH值:6.0～8.0，COD:40000～42000mg/L，BOD5:21000～23000mg/L，氨氮:1000～1300mg/L，总氮：1300～1700mg/L。
其中，化学需氧量(COD)是水样在一定条件下，以氧化1升水样中还原性物质所消耗的氧化剂的量为指标，折算成每升水样全部被氧化后，需要的氧的毫克数，以mg/L表示，它反映了水中受还原性物质污染的程度，可作为有机物质相对含量的一项综合性指标，其数值越大表明水体的污染情况越严重。
其中，生物需氧量(BOD)是在一定条件下，微生物分解存在于水中的可生化降解有机物所进行的生物化学反应过程中所消耗的溶解氧的数量，一般以mg/L表示，它是反映水中有机污染物含量的一个综合指标，如果进行生物氧化的时间为五天就称为五日生化需氧量(BOD5)，相应地还有BOD10、BOD20等。
其中，氨氮是指水中以游离氨(NH3)和铵离子(NH4 +)形式存在的氮，氨氮是水体中的营养素，可导致水富营养化现象产生，是水体中的主要耗氧污染物，对鱼类及某些水生生物有毒害。
其中，总氮(TN)是指水中各种形态无机和有机氮的总量，包括NO3 -、NO2 -和氨氮等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮，一般以mg/L表示，水中的总氮含量是衡量水质的重要指标之一，常被用来表示水体受营养物质污染的程度。
图1为本发明一个实施方式的垃圾渗沥液处理装置的结构示意图，如图1所示，处理装置包括厌氧膜生物反应器1、短程硝化反应器2、厌氧氨氧化反应器3和沉淀池4。
厌氧膜生物反应器1设有进水端1a和出水端1b，短程硝化反应器2设有进水端2a和出水端2b，厌氧氨氧化反应器3设有进水端3a和出水端3b，沉淀池4设有进水端4a、出水端4b和出泥端4c，垃圾渗沥液由进水端1a进入处理装置，短程硝化反应器2的进水端2a与厌氧膜生物反应器1的出水端1b相连，沉淀池4的进水端4a与短程硝化反应器2的出水端2b相连，沉淀池4的出水端4b与厌氧氨氧化反应器3的进水端3a相连。通过各个进水端、出水端以及之间的管路将厌氧膜生物反应器1、短程硝化反应器2、沉淀池4和厌氧氨氧化反应器3依次串联起来，从而组成垃圾渗沥液的处理装置。
垃圾渗沥液的处理装置还可包括调节罐、细格栅、进水管道、出水管道、水泵等辅助部分。调节罐用于对待处理的垃圾渗沥液进行调节水量水质，其与厌氧膜生物反应器1的进水端1a相连，调节罐放出的垃圾渗沥液通过细格栅拦截悬浮的大颗粒物质后经进水端1a进入厌氧膜生物反应器1中进行厌氧消化。
垃圾渗沥液原液在厌氧膜生物反应器1内进行有机污染物的降解和转化：设定厌氧膜生物反应器1的水力停留时间为8～10d，运行温度33～37℃，污泥浓度20～25g/L，管式膜错流速率＞2m/s，膜通量20～25L/(m2·h)。
厌氧膜生物反应器1还设有一个出水端1c，出水端1c设在出水端1b和进水端2a之间的管路上，并且出水端1c与厌氧氨氧化反应器3的进水端3a直接相连。经厌氧膜生物反应器1处理，渗沥液COD去除率达90％以上，BOD基本全部去除。处理后的液体从出水端1b排出，其中一部分经进水端2a进入短程硝化反应器2，其余经出水端1c进入厌氧氨氧化反应器3。在出水端1b和进水端2a处分别设置一个阀门和流量计，控制进入短程硝化反应器2的流量占出水端1b排出总流量的55％～60％(体积比)。
本发明所用的厌氧膜生物反应器1为外置管式膜厌氧膜生物反应器，其错流速率维持在2m/s以上。
在短程硝化阶段，采用连续流短程硝化反应器，设定水力停留时间为1～2d,反应温度为25～30℃，溶氧在0.5～1.0mg/L。废水中90％以上的氨氮在短程硝化反应器2中被氧化成亚硝酸氮，随后短程硝化反应器2的出水经出水端2b经进水端4a进入沉淀池4。
设定沉淀池沉淀时间2h，经泥水分离后，上清液经沉淀池4的出水端4b排出，经进水端3a进入厌氧氨氧化反应器3。沉淀池4还设有一个出泥端4c和回流管6，回流管6的一端与出泥端4c相连，另一端与短程硝化反应器2的进水端2a相连，沉淀污泥以100％回流比从出泥端4c经污泥回流管6回流至短程硝化反应器2的进水端2a，部分污泥以剩余污泥形式排出系统。
在厌氧氨氧化阶段，采用UASB形式的厌氧氨氧化反应器，设定水力停留时间为2～3d,反应温度为33～37℃。厌氧氨氧化菌在厌氧条件下，以亚硝酸氮为电子受体和氨氮作为直接电子供体反应生成氮气，实现废水中氨氮的全程自养脱氮。
厌氧氨氧化反应器3还设有一个出水端3c和回流管5，回流管5的一端与出水端3c相连，另一端与厌氧氨氧化反应器3的进水端3a相连，通过设置在出水端3b和出水端3c的阀门和流量计，可控制厌氧氨氧化出水中的一部分经回流管5回流至厌氧氨氧化反应器3的进水端3a，以保证进入厌氧氨氧化反应器3的氨氮浓度低于预定值，剩余部分作为出水排出。回流比视水质而定，例如可以厌氧氨氧化反应器3进水中氨氮浓度低于1500mg/L为调控依据，若进入厌氧氨氧化反应器3的氨氮浓度低于1500mg/L，则无需回流。
图2为本发明另一个实施方式的垃圾渗沥液处理装置的结构示意图，在该实施方式中，处理装置还在沉淀池4与厌氧氨氧化反应器3之间设有一个中间水箱7，中间水箱7的进水端7a与沉淀池4的出水端4b相连，出水端7b与厌氧氨氧化反应器3的进水端3a相连。厌氧氨氧化反应器3的出水端3c通过回流管5与中间水箱7的进水端7a相连。
厌氧氨氧化反应器3采用SBR形式，设定进水时间0.5h，反应时间9h，沉淀时间1.5h，排水时间0.5h，闲置时间0.5h。其余处理单元的运行参数设置同图1。
图3为本发明再一个实施方式的垃圾渗沥液处理装置的结构示意图，在该实施方式中，处理装置在厌氧膜生物反应器1与短程硝化反应器2之间、短程硝化反应器2与厌氧氨氧化反应器3之间分别设置中间水箱8和中间水箱7，中间水箱8的进水端与厌氧膜生物反应器1的出水端1b相连，中间水箱8的一个出水端8b与短程硝化反应器2的进水端2a相连，另一个出水端8c与中间水箱7的进水端7a相连，在出水端8b和进水端2a处分别设置一个阀门和流量计，控制进入短程硝化反应器2的流量占出水端8b排出总流量的55％～60％(体积比)。中间水箱7的进水端7a还与短程硝化反应器2的出水端2b相连、与氧氨氧化反应器3的出水端3c通过回流管5相连，中间水箱7的出水端7b与厌氧氨氧化反应器3的进水端3a相连。
短程硝化反应器2采用SBR形式，设定进水时间0.5h，反应时间5h，沉淀时间1.5h，排水时间0.5h，闲置时间0.5h。厌氧膜生物反应器1的运行参数设置同图1，厌氧氨氧化反应器3的运行参数设置同图2。
此外，根据实际情况可设置或不设置其它前置预处理工艺。预处理工艺一般包括水质水量调节和去除废水中油脂类物质等，涉及的设备主要有调节池和刮油刮渣机等。当垃圾渗沥液需要进行预处理时，可在厌氧膜生物反应器1的进水端1a处可设置一个进水水泵，预处理后的原液储存在预处理水箱，通过设在进水端1a处的进水水泵进入厌氧膜生物反应器1。
本发明所提供的垃圾渗沥液的处理装置，其工作原理为：
厌氧膜生物反应器是将厌氧生物反应器和膜组件结合的工艺，依靠膜的截留作用，微生物被完全截留在反应器内，保证了高度稳定的微生物浓度，不会发生污泥流失，污泥浓度稳定。除微生物，所有的悬浮物和一部分有机物也被膜截留，其出水水质优良、稳定。部分难以被常规厌氧反应器降解的有机物在相对延长的停留时间(通过膜的截留作用实现)条件下能够被驯化的微生物有效降解，从而提升有机物的总体去除效率，达到减少后端膜过滤工艺中浓缩液产量的目的，同时厌氧膜生物反应器的产气率也同样处于较高水平，从而有效提升能源回收效率。在绝大部分有机污染物被降解转化为生物气的同时，有机氮被转化为氨氮。
厌氧膜生物反应器的出水中包括少量难生物降解有机物和大量氨氮，一部分出水进入短程硝化反应器，氨氧化菌将其中的氨氮氧化为亚硝酸盐氮，之后进入厌氧氨氧化反应器；另一部分厌氧膜生物反应器出水直接进入厌氧氨氧化反应器。在厌氧氨氧化反应器内，氨氮和亚硝酸盐氮在厌氧氨氧化菌的作用下生成氮气，完成高效脱氮过程。
短程硝化和厌氧氨氧化不需要外加碳源，短程硝化和厌氧氨氧化承受的氨氮负荷较高，可以降低基建成本，提高脱氮效率。
经本发明的处理装置处理过的垃圾渗沥液，有机污染物和总氮浓度得到有效去除，后续可根据不同排放标准或回用要求进行进一步处理。
以UASB为对照反应器，对比如图1所示的本发明处理装置与对照反应器对COD和总氮的去除效果，结果表明，稳定运行以后(约1-2月)，UASB对COD的去除率约为85％，对总氮基本没有去除效果；而本发明的处理装置对COD去除率在92％以上，总氮去除率在75％以上，沼气产率也比对照反应器的沼气产率大。
本发明中的“厌氧氨氧化反应器”一般为池型和罐体结构，容积可通过氨氮去除计算，其功能为在厌氧条件下，氨氮和亚硝态氮到氮气的转化，实现最终渗沥液中的总氮去除。
本发明所参考的污水排放标准为2016年8月1日实施的《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T31962—2015)，回用标准根据不同的回用位置有不同的要求，如：《城市污水再生利用工业用水水质》GB/T19923-2005中敞开式循环冷却水系统补水。此外，根据地区不同，排放污水的标准也有不同。本发明的装置可根据不同的排放标准在上述实施方式的基础上进行变更和改装。
上述实施方式展示了本发明的处理装置的主要设计原理和处理单元，但是进出水方式、回流设置、阀门和流量计等的设置并不限于以上阐述，同时根据垃圾渗沥液的实际情况可以设置或不设置前置预处理工艺和后续深度处理工艺。
此外，本发明的处理装置适用但不限于垃圾渗沥液的处理，还可用于高浓度有机废水的处理。
综上所述，本发明采用厌氧膜生物反应器技术代替常规厌氧工艺，以达到提高厌氧反应效率、提升产气率和削减难降解有机物的目的，从而提高整体工艺的处理效率、减少后端浓缩液的产量；通过短程硝化反应器和厌氧氨氧化反应器实现低成本的高效脱氮，解决现有技术的脱氮难题。
本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种垃圾渗沥液的处理装置，其特征在于，所述处理装置通过管路由厌氧膜生物反应器(1)、短程硝化反应器(2)和厌氧氨氧化反应器(3)依次串联而成，
其中，所述厌氧膜生物反应器(1)设有进水端(1a)和出水端(1b)，所述垃圾渗沥液由所述进水端(1a)进入所述处理装置；
所述短程硝化反应器(2)设有进水端(2a)和出水端(2b)，所述短程硝化反应器(2)的所述进水端(2a)与所述厌氧膜生物反应器(1)的所述出水端(1b)相连；以及
所述厌氧氨氧化反应器(3)设有进水端(3a)和出水端(3b)，所述厌氧氨氧化反应器(3)的所述进水端(3a)与所述短程硝化反应器(2)的所述出水端(2b)相连。
2.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述厌氧膜生物反应器(1)还设有一个出水端(1c)，所述出水端(1c)与所述厌氧氨氧化反应器(3)的所述进水端(3a)相连。
3.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述厌氧氨氧化反应器(3)还设有一个出水端(3c)和回流管(5)，所述回流管(5)的一端与所述出水端(3c)相连，另一端与所述厌氧氨氧化反应器(3)的所述进水端(3a)相连。
4.如权利要求1至3中任一项所述的处理装置，其特征在于，所述短程硝化反应器(2)与所述厌氧氨氧化反应器(3)之间设置沉淀池(4)，所述沉淀池(4)设有进水端(4a)和出水端(4b)，所述沉淀池(4)的所述进水端(4a)与所述短程硝化反应器(2)的所述出水端(2b)相连，所述沉淀池(4)的所述出水端(4b)与所述厌氧氨氧化反应器(3)的所述进水端(3a)相连。
5.如权利要求4所述的处理装置，其特征在于，所述沉淀池(4)还设有一个出泥端(4c)和回流管(6)，所述回流管(6)的一端与所述出泥端(4c)相连，另一端与所述短程硝化反应器(2)的所述进水端(2a)相连。
6.如权利要求1至3中任一项所述的处理装置，其特征在于，所述处理装置还设有一个中间水箱(8)，所述中间水箱(8)的一端与所述厌氧膜生物反应器(1)的所述出水端(1b)相连，另一端与所述短程硝化反应器(2)的所述进水端(2a)相连。
7.如权利要求4所述的处理装置，其特征在于，所述沉淀池(4)与所述厌氧氨氧化反应器(3)之间设置中间水箱(7)，所述中间水箱(7)的一端与所述沉淀池(4)的所述出水端(4b)相连，另一端与所述厌氧氨氧化反应器(3)的所述进水端(3a)相连。
8.如权利要求1至3中任一项所述的处理装置，其特征在于，所述厌氧膜生物反应器(1)的所述进水端(1a)连接至一预处理水箱。
9.如权利要求8所述的处理装置，其特征在于，所述厌氧膜生物反应器(1)的所述进水端(1a)与所述预处理水箱之间设有进水水泵。
10.如权利要求1至3中任一项所述的处理装置，其特征在于，所述厌氧膜生物反应器(1)为外置管式膜厌氧膜生物反应器。
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