CN111470630B - 一种腐殖填料好氧固定床缺氧mbr组合处理老龄垃圾渗滤液高效脱氮系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废水处理领域,公开了一种腐殖填料好氧固定床缺氧MBR组合处理老龄垃圾渗滤液高效脱氮系统及方法,所述处理步骤如下:步骤1)将老龄垃圾渗滤液导入至腐殖填料好氧固定床进行好氧硝化反应处理,得到处理后的出水;步骤2)使步骤1)处理后的出水自流入缺氧MBR反应器进行缺氧反硝化处理,首先利用腐殖填料好氧固定床腐殖填料中存在的微生物强大的硝化能力进行充分的好氧硝化反应实现氨的充分硝化,再结合缺氧MBR反应器实现充分的反硝化,本发明利用前步骤中的充分好氧硝化反应产生充足的硝酸盐,以保证缺氧MBR反应器进行反硝化中硝酸盐的充足,为其提供良好的反硝化条件,最终实现总氮的高效低耗去除。
Description
技术领域
本发明属于难降解高氨氮老龄垃圾渗滤液生物脱氮处理技术领域,具体涉及一种组合工艺处理老龄垃圾渗滤液高效脱氮系统及方法。
背景技术
我国非正规垃圾填埋场有2.7万个,正规卫生填埋场1600多个,存量垃圾总量达到80亿吨,占地面积约5亿平方米。目前,存量垃圾产生的老龄垃圾渗滤液的主流处理工艺为双膜法,包括“MBR+NF+RO”以及“MBR+DT-RO”组合工艺,但膜污染造成通量下降和浓缩液难以有效处理的问题始终没有完美解决。如何开发一种不使用膜处理技术的新工艺以用于处理老龄渗滤液是现有技术面临的重要问题。
自上世纪90年代开始,越来越多的学者专注于研究矿化垃圾固定床处理垃圾渗滤液的技术。专利申请号为00127298.5,授权日期为2003年9月3日的现有技术公开了一种垃圾填埋场渗滤水的净化处理方法,其采用矿化垃圾(腐殖填料)固定床以稳定化垃圾填埋场开采筛分后的筛下物-矿化垃圾(腐殖填料),构建固定床生物反应器处理垃圾渗滤液。矿化垃圾腐殖土团聚体结构比表面积大,具有优异的水动力学和物理化学性能,微生物相丰富。研究工程实践结果表明,矿化垃圾固定床对COD、TP、NH3-N均有很好的去除效果,具有氨氮降解率高、抗冲击负荷能力强,处理成本低,工艺流程和运行管理简单方便的特点,同时能够达到以废治废的目的,具有较好的环境生态意义和经济效益。然而,该申请案未考虑脱氮,TN去除率相对较低(约20~30%)。
再如中国专利号201510533131.0,公开日为2015年11月11日的申请案公开了一种两段式进水矿化垃圾反应器处理垃圾渗滤液脱氮的方法。该方法设置两级矿化垃圾反应器联用系统,一定比例的渗滤液经第一级矿化垃圾反应器同步硝化反硝化反应去除部分总氮后,注入第二级矿化垃圾反应器;与此同时,将剩余比例的原液渗滤液作为补充碳源注入第二级矿化垃圾反应器,进一步促进经第一级矿化垃圾反应器处理后渗滤液的硝酸盐氮的反硝化,以提高系统总氮去除率。该申请案的方法针对脱氮效率虽有一定的提升,但由于老龄渗滤液中大多为难生物降解有机质,将其作为补充碳源作用不够显著,无法有效提升系统反硝化能力。
基于现有技术的缺陷,如何实现高效低耗脱氮是老龄渗滤液处理工艺面临的主要挑战之一。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术处理老龄垃圾渗滤液存在的脱氮效率不高的问题,本发明利用采用腐殖填料好氧固定床与缺氧MBR反应器构建的处理单元多级串联进行老龄垃圾渗滤液的处理,首先利用腐殖填料好氧固定床中存在的腐殖填料土著微生物强大的硝化能力进行充分的好氧硝化反应实现氨的充分硝化,再结合缺氧MBR反应器实现充分的反硝化,利用前步骤中的充分好氧硝化产生充足的硝酸盐,以保证缺氧MBR反应器中硝酸盐的充足,为其提供良好的反硝化条件,最终实现总氮的高效低耗去除。
2.技术方案
为了解决上述问题,本发明所采用的技术方案如下:
本发明提供了一种腐殖填料好氧固定床缺氧MBR组合处理老龄垃圾渗滤液高效脱氮方法,所述方法采用腐殖填料好氧固定床与缺氧MBR反应器组合构建处理单元,所述处理单元的处理步骤如下:
步骤1)将老龄垃圾渗滤液导入至腐殖填料好氧固定床顶部配水系统,通过配水系统进入固定床内,在固定床内进行好氧硝化反应处理,得到处理后的出水;
步骤2)使步骤1)处理后的出水自流入缺氧MBR反应器进行缺氧反硝化处理。
优选的,所述处理单元包括至少两级,所述每一级的缺氧MBR反应器处理后出水通过水泵抽吸进入下一级的腐殖填料好氧固定床进行处理。
优选的,所述的处理单元包括四级,所述一级缺氧MBR反应器出水再通过隔膜泵抽吸进入二级腐殖填料好氧固定床反应后,自流入二级缺氧MBR反应器进行二级单元处理,以此类推,经过四级串联的腐殖填料好氧固定床和缺氧MBR反应器交替处理后获得最终系统出水,部分出水(约30-50%)回流至原水池。
优选的,步骤1)处理过程中,对所述的腐殖填料好氧固定床进行连续通风处理。
优选的,步骤2)处理过程中向缺氧MBR反应器补充碳源。
优选的,所述缺氧MBR反应器加入适量乙酸作为外加补充碳源,使削减TN碳氮比控制在C/N=4~5;
优选的,所述每一级腐殖填料好氧固定床通风量为30~36m3/(m3·d);所述固定床进水表面负荷为0.3~0.4m3/(m2·d);每个运行周期运行时间为8~12h,固定床淹灌落干时间比为1:(2~4);出水回流比为30%~50%;所述固定床内腐殖填料的粒径为4~10mm;接种污泥的MLSS为4000~6000mg/L。
优选的,所述固定床内的填料为存量生活垃圾筛下腐殖填料。
优选的,本发明提供了一种高效脱氮系统,所述系统包括多级相互串联的腐殖填料好氧固定床反应器和缺氧MBR反应器组合的处理单元,相邻两级处理单元之间设置水泵。
优选的,所述缺氧MBR反应器内设置用于泥水分离的过滤装置,所述步骤2)处理后的出水经过过滤装置过滤后排出。
优选的,所述系统包括四级腐殖填料好氧固定床反应器、四级缺氧MBR生物反应器、碳源投加装置、连续通风单元和PLC控制单元,所述每一级腐殖填料好氧固定床反应器可以根据需要采用不同材质的地上式围护结构,包括但不限于钢筋混凝土结构、碳钢防腐结构、高分子材料结构。
优选的,连续通风单元包括风机和风管,在每一级的腐殖填料好氧固定床的底端和顶端分别设置进气口和出气口,所述风机分别与出气口及风管相连通,所述风管与进气口相连通,风机用于从所述出气口连续吸气,风管用于将风机吸入的气体输至进气口,从进气口进入的气体通过固定床内部的填料,从出气口排出。
所述的腐殖填料好氧固定床反应器内设置自上而下的填料层和碎石层,其中填料层腐殖填料厚度为1.5-3m,底部碎石层铺设0.2-0.3m厚的碎石用于排水进气,固定床反应器进气口位于底部碎石层;在固定床顶部合适位置进水口,顶部既可采用LDPE土工膜卷材柔性密封,也可采用与围护结构相同材料刚性密封。
采用吸入真空度较大的风机如旋涡风机从好氧固定床顶部抽风;风管材质根据气体温度确定,高温区段采用镀锌钢管,低温区段可以采用PVC管或PE管。风机从每一级固定床反应器顶部出气口吸气,促使空气从固定床底端的进气口进入,通过固定床的碎石层和填料层,再从出气口经风机抽出,从而为固定床反应器提供持续的好氧反应环境。
优选的,所述每一级缺氧MBR生物反应器可采用不同材质的地下式刚性或柔性池体,包括但不限于钢筋混凝土、碳钢防腐、高分子材料材质,所述缺氧MBR生物反应器底部设有搅拌装置保证连续缺氧搅拌。
优选的,所述缺氧MBR生物反应器内置平板超滤膜组件,所述缺氧MBR反应器进水口设置在反应器底部,出水口设置在反应器顶部。所述处理后出水经过所述超滤膜组件进行泥水分离后从反应器顶部排出。
所述碳源投加装置利用高位水箱或计量泵均匀给每级的缺氧MBR生物反应器供给碳源,碳源类型为乙酸;所述的PLC控制单元根据处理工艺要求,控制系统内的各个设备按设计指令自动运行。
优选的,所述每一级腐殖填料好氧固定床和缺氧MBR反应器组成的处理单元采用间歇进水方式运行,所述腐殖填料好氧固定床以滴滤池形式运行自流出水并通过连续强制通风形成好氧生物反应环境;所述缺氧MBR反应器预先接种驯化反硝化活性污泥,以连续搅拌方式运行并通过平板超滤膜组件以抽吸方式间歇出水,其出水时间和流量与下一级腐殖填料好氧固定床进水时间和流量吻合;所述的缺氧MBR反应器无需污泥沉淀时间,使每一级单元可以同时运行;外加碳源根据分级反硝化的原则,按照计算所需碳源需求量定量投加。
3.有益效果
相比于现有技术,本发明的有益效果为:
(1)本发明的处理方法,利用腐殖填料好氧固定床与缺氧MBR反应器构建的处理单元处理老龄垃圾渗滤液,处理过程中首先利用腐殖填料中存在的微生物强大的硝化能力进行充分的好氧硝化反应,实现氨的充分硝化;再结合缺氧MBR反应器实现充分的反硝化,本发明利用充分的好氧硝化反应产生充足的硝酸盐,以保证后续缺氧MBR反应器进行反硝化中硝酸盐的充足,从而提供良好的反硝化条件,最终实现总氮的高效低耗去除。
(2)本发明的处理方法,利用腐殖填料好氧固定床与缺氧MBR反应器构建的处理单元处理老龄垃圾渗滤液,有效将好氧硝化处理和缺氧反硝化处理过程分离,能够解决现有技术中采用同步硝化反硝化处理老龄垃圾渗滤液存在的问题,现有技术中同步处理的问题主要在于:由于老龄垃圾渗滤液中有机物成分复杂,水质波动大,容易对反硝化菌的生存造成的不利影响;本发明的方法首先将渗滤液进行好氧处理,有效克服了渗滤液对反硝化菌生存的不利影响。另一方面,本发明的方法还能够使反硝化过程完全处于缺氧环境下进行,保证高效的反硝化处理效率。
(3)本发明的处理方法,在缺氧MBR反应器处理过程中补充碳源,进一步保证缺氧MBR反应器中碳源的充足,提高反硝化处理效率。
(4)本发明的处理方法,利用腐殖填料固定床不产生剩余污泥的特点,同时在缺氧MBR反应器内设置过滤装置,使MBR反应出水经过过滤再进入下一级腐殖填料固定床进行处理,保证整个处理过程无需污泥沉淀时间,因此具有超长的污泥泥龄,剩余污泥也无需排出,本发明的方法不仅解决了剩余污泥处理的困难,节约了污泥处理所需的费用,还可将使剩余污泥作为碳源被微生物利用,进一步保证缺氧MBR反应器中的碳源充足,减少碳源的投加量,节约药剂使用费用。
(5)本发明的处理方法,在利用腐殖填料好氧固定床处理过程中采用连续的通风处理,为好氧硝化提供良好的好氧生物反应环境,提高好氧生化反应效率,从而为后续的反硝化反应提供充足的硝酸盐,同时提高反硝化处理效率。
(6)本发明的处理方法,采用间歇进水的运行模式,在每个运行周期内,每级好氧固定床以及缺氧MBR可以实现同时进出水,不仅简化了运行控制方式,还提高了处理效率。
附图说明
图1为本发明的脱氮系统运行装置结构示意图;
图中:1、原水池;2、第一级缺氧MBR反应器;3、第二级缺氧MBR反应器;4、第三级缺氧MBR反应器;5、第四级缺氧MBR反应器;6、出水池;7、第一级好氧固定床;8、第二级好氧固定床;9、第三级好氧固定床;10、第四级好氧固定床;11、水泵;12、搅拌装置;13、平板超滤膜组件;14、进水管;15、出水管;16、回流管;17、进气口;18、出气口;19、风管;20、风机;21、碳源贮存池;22、高位水箱;23、碳源输送管;24、电动球阀;25、提升泵;26、溢流管;27、PLC自控柜;28、传感器;29、密封盖。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
需要说明的是,当元件被称为“安装”于另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以两元件直接为一体;当一个元件被称为“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能两元件直接为一体。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同;本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
如本文所使用,术语“约”用于提供与给定术语、度量或值相关联的灵活性和不精确性。本领域技术人员可以容易地确定具体变量的灵活性程度。
如本文所使用,“相邻”是指两个结构或元件接近。具体地说,被标识为“相邻”的元件可以邻接或连接。此类元件也可以彼此靠近或接近而不必彼此接触。在一些情况下,接近的精确程度可取决于特定的上下文。
长度、量和其他数值数据可以在本文中以范围格式呈现。应当理解,这样的范围格式仅是为了方便和简洁而使用,并且应当灵活地解释为不仅包括明确叙述为范围极限的数值,而且还包括涵盖在所述范围内的所有单独的数值或子范围,就如同每个数值和子范围都被明确叙述一样。例如,约1至约4.5的数值范围应当被解释为不仅包括明确叙述的1至约4.5的极限值,而且还包括单独的数字(诸如2、3、4)和子范围(诸如1至3、2至4等)。相同的原理适用于仅叙述一个数值的范围,诸如“小于约4.5”,应当将其解释为包括所有上述的值和范围。此外,无论所描述的范围或特征的广度如何,都应当适用这种解释。
实施例
结合图1,本发明提供了一种多级串联腐殖填料好氧固定床+缺氧MBR组合处理老龄垃圾渗滤液高效脱氮系统,所述系统由四级腐殖填料好氧固定床与缺氧MBR反应器串联组成的生物反应单元、碳源投加装置、强制通风系统以及PLC自控柜27等组成。
所述的生物反应单元包括第一级好氧固定床7、第一级缺氧MBR反应器2、第二级好氧固定床8、第二级缺氧MBR反应器3、第三级好氧固定床9、第三级缺氧MBR反应器4、第四级好氧固定床10、第四级缺氧MBR反应器5。
每一级好氧固定床反应器与缺氧MBR生物反应器组合成一个处理单元,所述缺氧MBR生物反应器出水通过水泵11提升,通过进水管14进入下一级的好氧固定床反应器,所述每个处理单元中的好氧固定床处理后的出水通过出水管15自流入缺氧MBR生物反应器,四个组合工艺单元依次通过水泵11、进水管14以及出水管15进行串联。
本实施例中,每一级腐殖填料好氧固定床反应器均采用PVC高分子材料作为地上式围护结构,总高2.5m,直径为20cm;所述固定床自上而下分别为填料层和碎石层。其中填料层内腐殖填料的厚度1.5~3m,底部碎石层铺设0.2~0.3m厚度的碎石用于排水进气,固定床反应器进气口17位于底部碎石层;在固定床顶部中央和侧壁分别设置出气口18和进水口,顶部采用PVC密封盖29进行刚性密封。
本实施例中,每一级缺氧MBR生物反应器均为钢筋混凝土结构的地下式刚性池体,长1m,宽0.5m,有效水深0.5m,超高0.2m。反应器底部均设有搅拌装置12保证连续缺氧搅拌;反应器内置有平板超滤膜组件13,其能够有效实现污泥与反应器出水的固液分离;反应器顶部分别设置进水口和出水口。所述的搅拌装置12利用潜污泵射流的方式进行搅拌具有良好的搅拌效果,有利于泥液接触,提升缺氧MBR反应器的反硝化能力。
本实施例中,强制通风系统包括风机20和风管19。所述风机20采用吸入真空度较大的旋涡风机,其能够提供足够的风压与风量、且能耗较低。风管19材质根据气体温度确定,高温区段采用镀锌钢管,低温区段采用PVC管。风机从每一级固定床反应器顶部出气口18连续吸气,促使空气从固定床下部进气口17进入,通过固定床的碎石层和填料层,再从出气口18经风机20抽出,从而为固定床反应器提供持续的好氧反应环境。
本实施例中,碳源投加装置利用高位水箱22均匀给四级缺氧MBR生物反应器补充适量碳源,碳源类型为乙酸;所述碳源投加装置包括碳源贮存池21、高位水箱22、电动球阀24、提升泵25、碳源输送管23、溢流管26。其中高位水箱22侧壁下部同一高度设有四个出液口,每个出液口连接一个电动球阀24用于控制每一级的碳源投加过程;上部分别设有溢流口和进液口用于溢流和进液。
本实施例中,PLC自控柜27独立于生物反应单元,所述PLC自控柜27通过传感器28控制水泵11、风机20、搅拌装置12、电动球阀24、提升泵25的开闭,实现系统全自动运行。
本实施例中,组合工艺处理老龄垃圾渗滤液的方法为:
每一级腐殖填料固定床和缺氧MBR组成的处理单元采用间歇进水方式运行,前者以滴滤池形式运行自流出水并通过连续强制通风形成好氧生物反应环境;后者先接种驯化反硝化活性污泥,以连续搅拌方式运行并通过内置式的平板超滤膜13抽吸方式间歇出水,其出水时间和流量与下一级进水时间和流量吻合;外加碳源根据分级反硝化的原则和计算碳源需求量采用高位水箱定量投加。
通过调控工艺运行参数,具体流程如下:
1)首先通过水泵11使渗滤液从原水池1进入到第一级好氧固定床7,强制通风系统对第一级好氧固定床7进行连续通风并利用腐殖填料中的土著微生物进行充分的硝化反应;
2)第一级好氧固定床7出水自流入第一级缺氧MBR反应器2,利用其中的缺氧活性污泥进行缺氧反硝化反应,搅拌装置12连续搅拌。与此同时,向其中投加适量乙酸作为补充碳源增强反应器缺氧反硝化过程。
3)第一级缺氧MBR反应器2出水再通过水泵11进入第二级腐殖填料好氧固定床8反应后自流入第二级缺氧MBR反应器3进行二级单元处理。
4)以此类推,最后经过第四级好氧固定床10+缺氧MBR反应器5处理后由水泵11输送至出水池6获得系统出水,部分出水经回流管16回流进入原水池4与原水混合。利用PLC自控柜27设定好系统进水时间。本实施例中的水泵11为隔膜高压水泵,能够提供足够的扬程和水压。
碳源自动投加具体过程如下:将配制好的乙酸溶液作为每一级缺氧MBR反应器补充碳源储存于碳源贮存池21,通过提升泵25抽入高位水箱22,高位水箱22的溶液始终保持在溢流水位,溢出溶液通过溢流管26重新回到碳源贮存池21。本实施例中的提升泵25为潜污泵,以提供足够的扬程和进药流量。
利用PLC自控柜27设定好碳源投加时间以控制碳源投加量,在每一级好氧固定床进水结束的同时,电动球阀24开启,溶液由于势能差流入每级缺氧MBR反应器,电动球阀24关闭,完成一次自动碳源投加过程。
系统运行参数包括:每级腐殖填料好氧固定床通风量为30~36m3/(m3·d);每级缺氧MBR反应器加入适量乙酸作为补充碳源使反应器内渗滤液C/N=4~5;进水表面负荷为0.3~0.4m3/(m2·d);每个运行周期运行时间为8~12h,固定床淹灌落干时间比为1:(2~4);出水回流比为30%~50%;腐殖填料的粒径为4~10mm;接种污泥的MLSS为4000~6000mg/L。
在进水为南京市轿子山垃圾填埋厂老龄垃圾渗滤液水质条件下:进水COD浓度1800~2600mg/L,TN浓度2000~2400mg/L,NH3-N浓度800~1600mg/L,TP浓度18~20mg/L。
经过一个周期的处理后,检测出水的污染物数值,经统计,COD去除率60%-65%,总氮去除率90%-95%,氨氮去除率95%-98%,总磷去除率50%-60%。
系统出水各项水质指标均达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中水污染物排放要求。
以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。所以,如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本创造宗旨的情况下,不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本专利的保护范围。
Claims (8)
1.一种腐殖填料好氧固定床缺氧MBR组合处理老龄垃圾渗滤液高效脱氮方法,其特征在于:所述方法采用腐殖填料好氧固定床与缺氧MBR反应器组合构建处理单元,所述处理单元的处理步骤如下:
步骤1)将老龄垃圾渗滤液导入至腐殖填料好氧固定床进行好氧硝化反应处理,得到处理后的出水;步骤1)处理过程中,对所述的腐殖填料好氧固定床进行连续通风处理;
步骤2)使步骤1)处理后的出水流入缺氧MBR反应器进行缺氧反硝化处理;所述处理单元至少包括两级,所述每一级的缺氧MBR反应器处理后出水通过水泵(11)抽吸进入下一级的腐殖填料好氧固定床进行处理。
2.根据权利要求1所述的腐殖填料好氧固定床缺氧MBR组合处理老龄垃圾渗滤液高效脱氮方法,其特征在于:步骤2)处理过程中向缺氧MBR反应器补充碳源。
3.根据权利要求2所述的腐殖填料好氧固定床缺氧MBR组合处理老龄垃圾渗滤液高效脱氮方法,其特征在于:所述每一级腐殖填料好氧固定床的通风量为30~36m3/(m3·d);所述缺氧MBR反应器加入乙酸作为碳源。
4.一种高效脱氮系统,其特征在于:所述系统采用权利要求1~3任意一项所述的腐殖填料好氧固定床缺氧MBR组合处理老龄垃圾渗滤液高效脱氮方法进行老龄垃圾渗滤液的处理,所述系统包括多级串联的处理单元,相邻两级处理单元之间设置水泵(11)。
5.根据权利要求4所述的高效脱氮系统,其特征在于:所述缺氧MBR反应器内设置过滤装置,所述步骤2)处理后的出水经过滤装置过滤后排出。
6.根据权利要求5所述的高效脱氮系统,其特征在于:所述过滤装置包括用于固液分离的平板超滤膜组件(13),所述缺氧MBR反应器进水口设置在反应器底部,出水口设置在反应器顶部。
7.根据权利要求6所述的高效脱氮系统,其特征在于:所述系统还包括风机(20)和风管(19),在所述腐殖填料好氧固定床的底部和顶部分别设置进气口(17)和出气口(18),所述风机(20)分别与出气口(18)和风管(19)相连通,所述风管(19)与进气口(17)相连通,风机(20)用于从出气口(18)连续吸气,风管(19)用于将风机(20)吸入的气体输至进气口(17),气体通过固定床内部的填料,从出气口(18)排出。
8.根据权利要求7所述的高效脱氮系统,其特征在于:所述腐殖填料好氧固定床反应器内自上而下铺设有填料层和碎石层,所述进气口(17)设置于碎石层。
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2020
- 2020-04-30 CN CN202010363510.0A patent/CN111470630B/zh active Active
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