CN110697991A - 一种垃圾渗沥液生物处理工艺及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垃圾渗沥液生物处理工艺及系统，构建“缺氧池+第一沉淀池+一级好氧池+第二沉淀池+MBR单元+纳滤单元”工艺，其中，MBR单元中的混合液以200％～400％循环比回流到缺氧池。在缺氧池中，反硝化细菌利用渗沥液中的易降解有机物为碳源对回流的混合液进行高效脱氮反应；在一级好氧池中形成大量活性较高且吸附能力强的污泥，通过污泥的吸附作用去除渗沥液中溶解性难降解有机物在内的有机物；MBR单元中的好氧处理则使有机氮、铵态氮转化为硝态氮，为前端缺氧池的高效脱氮创造条件。该工艺可大幅缩短渗沥液处理的水力停留时间，并能在NF后不设置反渗透的情况下，使最终出水水质达到直接排放的标准。

Description

一种垃圾渗沥液生物处理工艺及系统
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，尤其涉及一种垃圾渗沥液生物处理工艺及系统，用于垃圾焚烧厂渗沥液的处理。
背景技术
垃圾焚烧是我国城市生活垃圾处理的一个重要手段，可实现城市生活垃圾的减量化、无害化和资源化。然而，垃圾焚烧厂也会产生渗沥液等二次污染问题。垃圾渗沥液是生活垃圾携带的液体及垃圾在储坑中降解产生的液体，依据气候条件、居民生活习惯等的不同，其产生量可达垃圾总量的5％～20％。垃圾渗沥液具有污染物浓度高、性质复杂等特点，其COD往往高达30000mg/L以上甚至可超过80000mg/L、总氮(TN)浓度通常超过1500mg/L，其处理难度很大。为消除垃圾渗沥液的污染，欧美工业发达国家通常采用渗沥液直接喷入焚烧炉或运送到生活污水处理厂的处理方式，但直接喷入焚烧炉运行成本过高而输送到生活污水处理厂又不被我国相关法规所允许，因此，我国垃圾焚烧厂渗沥液只能采用不同于欧美国家的方式进行处理。垃圾渗沥液的处理工艺或技术从原理角度看多达十余种，然而，大多数工艺由于运行不能达到预期效果或运行成本过高等方面的原因，难以得到推广应用。
经过多年探索，我国目前形成了“调节池+厌氧反应器+MBR系统(两级缺氧/好氧+外置式超滤膜)+纳滤系统(NF)+反渗透系统(RO)”垃圾渗沥液主流工艺，然而，采用该工艺处理存在诸多难以解决的问题：(1)渗沥液停留时间过长(缺氧、厌氧、好氧处理的总水力停留时间超过15d)、好氧处理段能耗过高、处理设施占地面积过大；(2)由于MBR处理系统出水中，CODCr难以降低到1000mg/L以下，从而后续纳滤膜较易被污染；(3)MBR系统出水经过NF处理后，若不启用RO处理系统，总氮浓度难以稳定达到40mg/L以下，从而影响处理后出水向周边达标排放，但RO系统的投入与运行，会带来投资费用高、膜滤浓缩液产生量大幅增加而渗沥液处理成本大幅上升的问题。可见，研发新的垃圾渗沥液处理工艺，大幅降低渗沥液处理的水力停留时间、能耗及浓缩液处理量并提高MBR系统出水前端的脱氮与CODCr去除效果，对提高我国垃圾焚烧厂渗沥液处理环节节能降耗与节地水平十分必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种垃圾渗沥液处理工艺和系统，不仅在NF系统后不设置反渗透的情况下，还能使总氮低于《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)规定的尾水直接排放限值，而且该工艺可大幅度缩短渗沥液生物处理段的水力停留时间，从而起到了节能降耗、减少膜滤浓缩液产生量的积极效果。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种垃圾渗沥液生物处理工艺，该工艺包括：
S1：将待处理的垃圾渗沥液引入调节池进行水质水量调节，然后进入缺氧池，与来自于后置MBR单元的污泥混合液进行混合，并对混合液中的硝态氮进行反硝化脱氮，所述缺氧池的名义水力停留时间为6h～18h、污泥龄保持在6d～8d,维持其混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)达到3000mg/L以上；
S2：将缺氧池出水引入第一沉淀池，进行泥水分离，将所述第一沉淀池的污泥以根据所述缺氧池中的污泥浓度和污泥龄确定的回流比回流至所述缺氧池，剩余污泥排出后进行污泥处理，所述第一沉淀池的名义水力停留时间为3h～5h；
S3：将第一沉淀池中的上清液引入一级好氧池，利用好氧微生物的降解作用去除部分可生物降解有机物，并将部分有机氮与铵态氮转化为硝态氮，同时利用一级好氧池中可降解有机物浓度较高、微生物繁殖较快的特点，形成活性较高且吸附能力较强的污泥，所述一级好氧池的名义水力停留时间为4h～8h、污泥龄保持在6d～8d,维持其混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)达到3000mg/L以上，溶解氧浓度为2.0mg/L以上；
S4：将一级好氧池的出水引入第二沉淀池，进行泥水分离，将所述第二沉淀池的污泥以根据一级好氧池中的污泥浓度和污泥龄所确定的回流比回流至所述一级好氧池，剩余污泥排出后进行污泥处理，所述第二沉淀池的名义水力停留时间为3h～5h；
S5：将所述第二沉淀池的出水引入MBR单元进行好氧处理，将好氧处理中的污泥混合液以200％～400％的循环比回流到所述缺氧池，所述MBR单元的名义水力停留时间为24h～72h,溶解氧浓度为2.0mg/L以上；
S6：将MBR单元的出水引入纳滤单元进一步处理，经过处理后，出水进行排放。
优选地，所述MBR单元包括二级好氧池和外置式超滤膜。
本发明还提供了一种所述的垃圾渗沥液生物处理系统，包括依次排列并连通的调节池、缺氧池、第一沉淀池、一级好氧池、第二沉淀池、MBR单元、纳滤单元；
其中，所述MBR单元包括二级好氧池和外置式超滤膜，所述二级好氧池底部设有内回流管路连接到所述缺氧池的进水端；所述第一沉淀池通过第一污泥回流管路连接所述缺氧池，所述二级缺氧池通过第二污泥回流管路连接所述一级好氧池。
优选地，还包括污泥处理单元，所述第一沉淀池和所述第二沉淀池均连接所述污泥处理单元。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
原始垃圾渗沥液中通常含有8000mg/L以上的挥发性脂肪酸(VFA)，将缺氧池设置在第一工序并将MBR单元中的污泥混合液回流到缺氧池，是利用反硝化微生物极易利用的小分子有机酸作为碳源对MBR单元回流的污泥混合液进行脱氮，使缺氧脱氮过程的水力停留时间得到了有效缩短，并保证了整个工艺的脱氮效率；设置水力停留时间短的一级好氧池，是利用一级好氧池中可降解有机物浓度较高、微生物繁殖较快的特点，想成活性较高且吸附能力较强的污泥，通过第二沉淀池的作用，吸附了溶解性有机物的污泥进行沉降并外排，由此能大幅度地去除溶解性难降解有机物和含氮有机物，从而为缩短MBR单元的曝气处理时间、降低整个工艺的难降解有机碳及其携带的有机氮起到了重要的支撑作用；由于一级好氧池形成的污泥能吸附溶解性难降解有机物、含氮有机物并通过第二沉淀池排放，因而进入MBR单元中难生物降解有机物、含氮有机物浓度较低，因此，MBR生物处理时间在比传统工艺缩短的情况下(仅需24h～72h，而当前主流的处理工艺MBR单元名义水力停留时间往往超过140h)，依然可达到很好的有机氮、CODCr处理效果；目前主流的“调节池+厌氧反应器+MBR系统(两级缺氧/好氧+外置式超滤膜)+纳滤系统(NF)+反渗透系统(RO)”工艺MBR系统出水CODCr为1000mg/L～1500mg/L，而本发明工艺MBR处理系统出水CODCr为300mg/L～600mg/L，大幅降低了后续膜滤处理的压力以及对膜的污染。
CODCr不超过100000mg/L、总氮浓度不超过4000mg/L的垃圾渗沥液采用本发明的处理工艺，最后处理后的水中CODCr与总氮分别能降低到100mg/L、40mg/L以下，所有污染物均能达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)规定的尾水直接排放标准；该工艺缺氧、好氧等总的生物处理水力停留时间不高于108h，其中，好氧处理段总水力停留时间不超过80h，与传统的处理工艺相比，总生物处理时间缩短了将近50％以上，好氧时间缩短了30％以上，总处理能耗节约了40％以上；NF出水无需再经过反渗透处理，不仅进一步降低了运行费用，而且使全工艺的浓缩液产生量减少到进水量的25％以下，显著降低了浓缩液的处理费用。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的处理工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种垃圾渗沥液生物处理工艺及系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
参看图1，本发明提供的一种垃圾渗沥液生物处理工艺以及使用的系统，首先优选将垃圾焚烧厂渗沥液引入调节池调节水质水量，为了使水质均匀，调节池的底部进一步优选设置有潜水搅拌器对水进行连续搅拌；然后再进入缺氧池，并且后续工序中MBR单元的混合液以200％～400％的循环比回流到缺氧池，由MBR单元的回流混合液中的硝态氮利用渗沥液中原有的挥发性脂肪酸等易降解有机物进行反硝化脱氮，其名义水力停留时间为6h～18h、污泥龄保持在6d～8d，缺氧池中MLVSS浓度达到3000mg/L以上；在缺氧池中进行反硝化脱氮后的混合液进入第一沉淀池，进行泥水分离，使沉淀污泥以根据缺氧池中的污泥浓度和污泥龄所确定的回流比回流至缺氧池，其余的作为剩余污泥排放处理，其名义水力停留时间为3h～5h；第一沉淀池的上清液进入一级好氧池，利用好氧微生物的降解作用去除部分可生物降解有机物，并将部分有机氮与铵态氮转化为硝态氮，同时，利用一级好氧池中可降解有机物浓度较高、微生物繁殖较快的特点，形成活性较高且吸附能力较强的污泥，能大幅度地去除溶解性难降解有机物和含氮有机物，溶解氧浓度达到2.0mg/L以上，其名义水力停留时间为4h～8h，污泥龄保持在6d-8d，MLVSS浓度达到3000mg/L以上；之后，一级好氧池的混合液进入第二沉淀池，进行泥水分离，沉淀污泥以根据一级好氧池中的污泥浓度和污泥龄所确定的回流比回流至一级好氧池，其余的作为剩余污泥排放处理，其名义水力停留时间为3h～5h；然后，第二沉淀池的上清液进入MBR单元进行好氧处理，进一步降解有机物，同时将有机氮与铵态氮转化为硝态氮，其溶解氧浓度优选为2.0mg/L以上，其名义水力停留时间为24h～72h；最后进入纳滤单元(NF)进一步处理，经过纳滤处理后，出水作为处理系统尾水排放，纳滤膜截留下的浓缩液则另作处理。
实施例1
取上海市某垃圾焚烧厂产生的垃圾渗沥液，其CODCr在39000mg/L～40000mg/L之间波动，TN为1500mg/L～1600mg/L，将渗沥液引入调节池调节水质水量，使处理工艺在24h内进水均匀，为使调节池中水质均匀，调节池底部须安装潜水搅拌器对水进行连续搅拌；之后，将其均匀地引入缺氧池，并将后端设置的二级好氧池中的混合液以200％的循环比回流到缺氧池，回流混合液中的硝态氮以渗沥液中的挥发性脂肪酸等易降解有机物作为碳源进行生物反硝化脱氮，缺氧池的名义水力停留时间为6h、污泥龄保持在6d～8d，其MLVSS浓度达到3000mg/L以上；之后，将缺氧池出水引入第一沉淀池，进行泥水分离，根据缺氧池中污泥龄和污泥浓度来确定第一沉淀池中的污泥回流量，其余的作为剩余污泥排放并处理，第一沉淀池的名义水力停留时间为3h；之后将第一沉淀池中的上清液引入第一好氧池，利用好氧微生物的降解作用去除可生物降解有机物，并将部分有机氮与铵态氮转化为硝态氮，同时，在可生物降解有机物浓度较高的情况下，产生大量的高活性污泥，吸附带走部分难降解有机物，其名义水力停留时间为4h、污泥龄保持在6d～8d，MLVSS浓度达到3000mg/L以上，溶解氧浓度为2.4mg/L；之后，将曝气后的混合液全部流入第二沉淀池，进行泥水分离，根据一级好氧池中的污泥龄和污泥浓度来确定第二沉淀池的污泥回流量，其余的作为剩余污泥排放并处理，第二沉淀池的名义水力停留时间为3h；之后将第二沉淀池中的上清液引入MBR单元进行好氧处理，在MBR单元二级好氧池中，可生物降解有机物得到有效分解、有机氮与铵态氮转化为硝态氮，二级好氧池中溶解氧浓度为2.3mg/L，其名义水力停留时间为24h，二级好氧池中混合了污泥的混合液以200％的循环比回流到缺氧池，此时MBR单元出水CODCr为300mg/L～360mg/L之间波动；纳滤单元(NF)进一步处理，经过NF处理后，纳滤膜截留下15％的浓缩液另做处理，NF出水中CODCr为78mg/L～89mg/L，总氮浓度为25mg/L～34mg/L，其他出水指标也均能达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)规定的尾水直接排放标准出水作为处理系统尾水进行排放。
实施例2
取上海市某垃圾焚烧厂产生的垃圾渗沥液，其CODCr为90000mg/L～100000mg/L，TN为1800mg/L～1900mg/L，将渗沥液引入调节池调节水质水量，使处理工艺在24h内进水均匀，为使调节池中水质均匀，调节池底部须安装潜水搅拌器对水进行连续搅拌；之后，将其均匀地引入缺氧池，并将后端设置的二级好氧池中的混合液以400％的循环比回流到缺氧池，回流混合液中的硝态氮以渗沥液中的挥发性脂肪酸等易降解有机物作为碳源进行生物反硝化脱氮，缺氧池的名义水力停留时间为18h、污泥龄保持在6d～8d，MLVSS浓度达到3000mg/L以上；之后，将缺氧池出水引入第一沉淀池，进行泥水分离，根据短时缺氧池中污泥龄和污泥浓度来确定第一沉淀池中的污泥回流量，其余的作为剩余污泥排放并处理，第一沉淀池的名义水力停留时间为5h；之后，将第一沉淀池中的上清液引入一级好氧池，利用好氧微生物的降解作用去除可生物降解有机物，并将部分有机氮与铵态氮转化为硝态氮，同时，在可生物降解有机物浓度较高的情况下，产生大量的高活性污泥，吸附带走部分难降解有机物，其名义水力停留时间为8h、污泥龄保持在6d～8d，一级好氧池中MLVSS浓度达到3000mg/L以上，溶解氧浓度为3.8mg/L；之后将曝气后的混合液全部流入第二沉淀池，进行泥水分离，根据一级好氧池中污泥龄和污泥浓度来确定第二沉淀池的污泥回流量，其余的作为剩余污泥排放并处理，第二沉淀池的名义水力停留时间为5h；之后，将第二沉淀池中的上清液引入MBR单元进行好氧处理，在MBR单元二级好氧池中，可生物降解有机物得到有效分解、有机氮与铵态氮转化为硝态氮，其溶解氧浓度为3.1mg/L，其名义水力停留时间为72h，二级好氧池中混合了污泥的混合液以400％的循环比回流到缺氧池，此时MBR单元出水CODCr为530mg/L～600mg/L；之后，将MBR单元的出水引入纳滤单元(NF)进一步处理，经过NF处理后，纳滤膜截留下25％的浓缩液另做处理，NF出水中CODCr为86mg/L～95mg/L，总氮浓度为27mg/L～38mg/L,其他出水指标也均能达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)规定的尾水直接排放标准出水作为处理系统尾水进行排放。
实施例3
取上海市某垃圾焚烧厂产生的垃圾渗沥液，其CODCr为55000mg/L～60000mg/L，TN为1700mg/L～1800mg/L，将渗沥液引入调节池调节水质水量，使处理工艺在24h内进水均匀，为使调节池中水质均匀，调节池底部须安装潜水搅拌器对水进行连续搅拌；之后，将其均匀地引入缺氧池，并将后端设置的二级好氧池中的混合液以300％的循环比回流到缺氧池，回流混合液中的硝态氮以渗沥液中的挥发性脂肪酸等易降解有机物作为碳源进行生物反硝化脱氮，缺氧池的名义水力停留时间为12h、污泥龄保持在6d～8d，MLVSS浓度达到3000mg/L以上；之后，将缺氧池出水引入第一沉淀池，进行泥水分离，根据短时缺氧池中污泥龄和污泥浓度来却确定第一沉淀池中的污泥回流量，其余的作为剩余污泥排放并处理，第一沉淀池的名义水力停留时间为4h；之后，将第一沉淀池中的上清液引入一级好氧池，利用好氧微生物的降解作用去除可生物降解有机物，并将部分有机氮与铵态氮转化为硝态氮，同时，在可生物降解有机物浓度较高的情况下，产生大量的高活性污泥，吸附带走部分难降解有机物，其名义水力停留时间为6h、污泥龄保持在6d～8d，MLVSS浓度达到3000mg/L以上，溶解氧浓度为3.4mg/L；之后，将曝气后的混合液全部流入第二沉淀池，进行泥水分离，根据一级好氧池中污泥龄和污泥浓度来确定第二沉淀池的污泥回流量，其余的作为剩余污泥排放并处理，第二沉淀池的名义水力停留时间为4h；之后，将第二沉淀池中的上清液引入MBR单元进行好氧处理，在MBR单元二级好氧池中，可生物降解有机物得到有效分解、有机氮与铵态氮转化为硝态氮，其溶解氧浓度为2.8mg/L，其名义水力停留时间为48h，二级好氧池中混合了污泥的混合液以300％的循环比回流到缺氧池，此时MBR单元出水CODCr为400mg/L～470mg/L；之后，将MBR单元的出水引入纳滤单元(NF)进一步处理，经过NF处理后，纳滤膜截留下20％的浓缩液另做处理，NF出水中COD为82mg/L～93mg/L，总氮浓度为23mg/L～34mg/L，其他出水指标也均能达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)规定的尾水直接排放标准出水作为处理系统尾水进行排放。
因此，使用本发明的处理工艺和系统，总的生物处理水力停留时间不高于108h，其中一级好氧池和二级好氧池的总水力停留时间不超过80h，不仅总的处理时间缩短了将近50％以上，特别是好氧处理时间缩短了30％，总处理能耗节省了40％以上，而且NF出水后无需再经过反渗透处理，进一步降低了费用，而且使全工艺的浓缩液产生量减少到进水量的25％以下，显著降低了浓缩液的处理费用，最终尾水中CODCr与总氮分别能降低到100mg/L、40mg/L以下，所有污染物均能达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)规定的尾水直接排放标准。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种垃圾渗沥液生物处理工艺，其特征在于，该工艺包括：
S1：将待处理的垃圾渗沥液引入调节池进行水质水量调节，然后进入缺氧池与来自后置MBR单元的污泥混合液进行混合，并对混合液中的硝态氮进行反硝化脱氮，所述缺氧池的混合液挥发性悬浮固体浓度为3000mg/L以上，所述缺氧池的名义水力停留时间为6h～18h、污泥龄保持在6d～8d；
S2：将缺氧池出水引入第一沉淀池，进行泥水分离，将所述第一沉淀池污泥以根据所述缺氧池中的污泥浓度和污泥龄所确定的回流比回流至所述缺氧池，剩余污泥排出后进行污泥处理，所述第一沉淀池的名义水力停留时间为3h～5h；
S3：将第一沉淀池中的上清液引入一级好氧池，所述一级好氧池中溶解氧浓度为2.0mg/L以上，所述一级好氧池的混合液挥发性悬浮固体浓度为3000mg/L以上，所述一级好氧池的名义水力停留时间为4h～8h、污泥龄保持在6d～8d；
S4：将一级好氧池的出水引入第二沉淀池，进行泥水分离，将所述第二沉淀池的污泥以根据一级好氧池中的污泥浓度和污泥龄所确定的回流比回流至所述一级好氧池，剩余污泥排出后进行污泥处理，所述第二沉淀池的名义水力停留时间为3h～5h；
S5：将所述第二沉淀池的出水引入MBR单元进行好氧处理，将好氧处理中的污泥混合液以200％～400％的循环比回流到所述缺氧池，所述MBR单元的名义水力停留时间为24h～72h，溶解氧浓度为2.0mg/L以上；
S6：将MBR单元的出水引入纳滤单元进一步处理，经过处理后，出水进行排放。
2.根据权利要求1所述的垃圾渗沥液生物处理工艺，其特征在于，所述MBR单元包括二级好氧池和外置式超滤膜，所述二级好氧池中溶解氧浓度均为2.0mg/L以上。
3.一种所述的垃圾渗沥液生物处理系统，其特征在于，包括依次排列并连通的调节池、缺氧池、第一沉淀池、一级好氧池、第二沉淀池、MBR单元、纳滤单元；
其中，所述MBR单元包括二级好氧池和外置式超滤膜，所述二级好氧池底部设有内回流管路连接到所述缺氧池的进水端；所述第一沉淀池通过第一污泥回流管路连接所述缺氧池，所述二级缺氧池通过第二污泥回流管路连接所述一级好氧池。
4.根据权利要求3所述的垃圾渗沥液生物处理系统，其特征在于，还包括污泥处理单元，所述第一沉淀池和所述第二沉淀池均连接所述污泥处理单元。
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