CN113233592B - 一种实现晚期垃圾渗滤液与生活污水同步深度脱氮除碳的处理装置与方法 - Google Patents

一种实现晚期垃圾渗滤液与生活污水同步深度脱氮除碳的处理装置与方法 Download PDF

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Abstract

一种实现晚期垃圾渗滤液与生活污水同步深度脱氮除碳的装置与方法属于低C/N比废水生物处理领域。整套装置包含：第一进水箱，序批式半短程硝化反应器，第一中间水箱，厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器，第二中间水箱，序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器，出水箱，第二进水箱，碳源储备罐及PLC自动控制系统。整套装置采用两段式短程硝化厌氧氨氧化+后置一体化短程反硝化厌氧氨氧化工艺，通过PLC自动控制系统增加工艺运行的智能性和灵活性，实现晚期垃圾渗滤液与生活污水的同步生物深度脱氮除碳处理。

Description

一种实现晚期垃圾渗滤液与生活污水同步深度脱氮除碳的处 理装置与方法
技术领域
本研究涉及一种晚期垃圾渗滤液与生活污水同步生物深度脱氮除碳的装置与方法，属于低C/N比废水生物处理领域。
背景技术
随着社会经济的飞速发展与人民生活水平的不断提高，我国城市生活垃圾产生量与日俱增。相比于焚烧和堆肥，卫生填埋因成本低、操作简单，成为了城市生活垃圾处理的主流方法。然而，填埋过程中由于雨水的渗透以及填埋堆体中发生的生理生化反应等原因，填埋垃圾会产生大量的渗滤液；垃圾渗滤液中含有大量NH4 +-N，属于高浓有机废水，若未经妥善处理就直接排放至自然环境中，会对土壤、天然水体以及大气环境都带来不可逆的严重危害。随填埋时间延长，渗滤液中NH4 +-N含量逐渐升高，可生化性降低，到了晚期(填埋时间超过10年)，渗滤液中的NH4 +-N含量可高达3000mg/L，BOD/COD一般低于0.1，与生活污水合并应用传统的硝化反硝化工艺进行处理不仅成本极高而且出水水质很难满足当今不断严格的排放标准。
随国内外学者对厌氧氨氧化工艺研究的深入，因其无需消耗曝气能耗和有机碳源且污泥产量更低、温室气体排放量更少等优势，厌氧氨氧化工艺已经成为了低C/N比废水生物脱氮处理的首选工艺。利用原水中高浓度的NH4 +-N，采用短程硝化厌氧氨氧化，即将NH4 +-N部分转化为NO2 --N，最终通过厌氧氨氧化实现氮素从废水中的脱除过程。应用该法虽能脱除渗滤液中大部分的NH4 +-N，但因厌氧氨氧化TN去除率不高、短程硝化不易维持等原因，出水中仍含有一定浓度的NO3 --N，使得出水TN仍难达标。
发明内容
本发明为使渗滤液与生活污水能同步处理并使渗滤液氮素达标排放，针对低C/N比的晚期渗滤液和生活污水这两种具体研究对象，提出了一种应用生物处理工艺实现二者同步深度脱氮除碳的装置及方法。
晚期垃圾渗滤液与生活污水同步生物深度脱氮除碳装置，其特征在于：第一进水箱(1)，序批式半短程硝化反应器(2)，第一中间水箱(3)，厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器(4)，第二中间水箱(5)，序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)，出水箱(7)，第二进水箱(8)，碳源储备罐(9)，PLC柜(10)及PLC自动控制系统(11)；
其中第一进水箱(1)设置有第一进水箱溢流管(1.1)以及第一进水箱放空管(1.2)，通过第一进水管(1.3)和第一进水泵(1.4)与序批式半短程硝化反应器(2)相连；序批式半短程硝化反应器(2)设置有曝气系统、温控加热带装置(2.5)、机械搅拌装置(2.6)以及pH/DO在线监测装置(2.7)；曝气系统包括空压机(2.1)、转子流量计(2.2)、以及空气管路(2.3)、曝气盘(2.4)；第一电磁阀(3.1)、第二进水管(3.2)将序批式半短程硝化反应器(2)与第一中间水箱(3)连接起来；第一中间水箱(3)设置有第一中间水箱溢流管(3.3)以及第一中间水箱放空阀(3.4)，通过第三进水管(4.1)和第二进水泵(4.2)与厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器(4)相连接；厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器(4)设置有气液固三相分离器(4.6)、温控加热带装置(4.5)、自回流泵(4.3)和自回流管路(4.4)，通过出水管(5.1)与第二中间水箱(5)连接起来；第二中间水箱(5)同样设置有第二中间水箱放空阀(5.3)以及第二中间水箱溢流管路(5.2)，经第三进水泵(6.1)和第四进水管(6.2)与序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)连接起来；序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)上设置了机械搅拌装置(6.3)、pH/ORP在线监测装置(6.4)、温控加热带装置(6.5)、伴有第二进水箱(8)，在第五进水管路(8.2)以及第四进水泵(8.1)的作用下，将第二进水箱(8)和序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)串联到一起；碳源储备罐(9)通过碳源补给管路(9.2)以及碳源补给泵(9.1)与序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)连接；该系统中PLC柜(10)与第一进水泵(1.4)、第三进水泵(6.1)、第四进水泵(8.1)、温控加热带装置(2.5)和(6.5)、在线监测设备(2.7)和(6.4)、机械搅拌装置(2.6)和(6.3)、电磁排水阀(3.1)和(7.1)、空压机(2.1)、碳源补给泵(9.1)相互连接。
2.应用所述的整套晚期垃圾渗滤液与生活污水同步生物深度脱氮除碳装置的方法，其特征在于包含以下步骤：
(1)初期系统中各反应器启动阶段：
①序批式半短程硝化反应器(2)的启动阶段：
a.序批式半短程硝化反应器(2)的预启动：将已经驯化成熟的亚硝酸盐积累率高于80％的中试短程硝化污泥，其MLSS为3000±500mg/L，投加到序批式半短程硝化反应器(2)中，启动初期进行预实验探索实现半短程硝化所需的曝气时间；开启空压机(2.1)、机械搅拌装置(2.6)以及pH/DO在线监测装置(2.7)，通过调节转子流量计(2.2)来调节DO浓度，使好氧搅拌反应期间序批式半短程硝化反应器(2)中DO浓度保持在0.5±0.05mg/L，设置排水比为20％，机械搅拌桨的转速在100-110rpm，污泥停留时间即SRT设置在20-25d；序批式半短程硝化反应器(2)的运行方式为：进水5min→缺氧搅拌20min→曝气搅拌30min→沉淀30min→排水5min；通过检测曝气结束时刻混合液中的NH4 +-N和NO2 --N浓度，增加或者缩短曝气时间，直至曝气结束时刻混合液中的NH4 +-N和NO2 —N质量浓度之比为1.0-1.2，此时确定的曝气时间为t；以下浓度没有特别说明的均为质量浓度；
b.序批式半短程硝化反应器(2)的运行：运行方式为：进水10min→缺氧搅拌20min→好氧搅拌，所需的曝气时间根据步骤a确定控制为t→沉淀30min→排水5min；其中，缺氧搅拌这一过程的目的是使上一周期剩余的NO2 --N首先进行反硝化；待配水实现半短程硝化并保持出水NO2 --N与NH4 +-N质量浓度之比为1.0-1.2范围内稳定30d后，在保持进水量不变的情况下逐渐增加渗滤液原液进水量，以渗滤液原液体积/进水总体积为10％的梯度，每一梯度运行20-30d直至全部以渗滤液原液作为进水，通过检测出水中氨氮浓度、亚硝酸盐浓度、硝酸盐浓度计算亚硝酸盐积累率判断序批式半短程硝化反应器(2)的运行情况直至序批式半短程硝化反应器(2)中亚硝酸盐积累率高于95％并能维持30d以上，亚硝酸盐积累率计算的公式为好氧末NO2 —N质量浓度/NO2 --N与NO3 —N质量浓度之和；
②厌氧氨氧化UASB反应器(4)的启动：将已经驯化成熟的厌氧氨氧化颗粒污泥，其氨氮去除负荷为10mgN/gMLVSS/h，MLSS为3500±400mg/L，投加到厌氧氨氧化UASB反应器(4)中，启动初期以NO2 --N/NH4 +-N为1-1.5的配水作为进水，通过调节温控加热带装置(4.5)使温度保持在35±2℃；启动过程中通过调节第二进水泵(4.2)和回流泵(4.3)的泵转速调节水力停留时间即HRT为6h以及出水自回流比为300％，直至厌氧氨氧化UASB反应器(4)总无机氮即TIN去除率为85％以上并能维持30d以上，TIN的计算公式为TIN＝NH4 +-N+NO2 --N+NO3 --N；
③序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)的启动：
a).短程反硝化过程的启动：将已经驯化成熟的NO3 --N→NO2 --N转化率即NTR高于80％的短程反硝化污泥投加到序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)中，启动初期以质量浓度为80mg/L的NO3 --N配水作为进水，开启温控加热带装置(6.5)、机械搅拌装置(6.3)以及pH/ORP在线监测装置(6.4)，通过调节温控加热带装置(6.5)维持温度为25±2℃，设置排水比为50％，机械搅拌桨转速为100-110rpm；配制6g/L的乙酸钠，置于碳源储备罐(9)中，通过调节碳源补给泵(9.1)，控制初始C/N比在3.0-3.2首先启动以乙酸钠为碳源的短程反硝化过程；运行方式为：进水5min→缺氧搅拌，当氧化还原电位即ORP变化曲线的“硝酸盐膝”出现时，停止缺氧搅拌→沉淀30min→排水5min；通过检测进出水中硝酸盐和亚硝酸盐的浓度计算NO3 --N→NO2 --N转化率即NTR，从而判断序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)短程反硝化过程的启动情况，直至NTR高于95％；
b).短程反硝化过程的稳定维持：待短程反硝化过程启动后，向其中通入生活污水作为反硝化过程中的碳源，必要时投加乙酸钠，保持C/N比在3.0-3.2，设置排水比为50％；运行方式为：进水5min→缺氧搅拌，当ORP变化曲线的“硝酸盐膝”出现时，停止缺氧搅拌→沉淀30min→排水5min；通过检测进出水中硝酸盐浓度以及NTR判断序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)的运行情况直至此过程的NTR高于95％并维持稳定20d以上；
c).短程反硝化与厌氧氨氧化耦合过程的启动：后期将已经驯化成熟的长有厌氧氨氧化生物膜的氨氮去除负荷为10mgN/gMLVSS/h的聚氨酯海绵生物填料架置于序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)中，向配水中添加3000mg/L的NH4Cl储备液使配水中NO3 --N/NH4 +-N质量浓度之比为2.0，通过调节温控加热带装置(6.5)维持温度为30±2℃，设置排水比为50％，运行方式为：进水10min→缺氧搅拌，当pH曲线的“氨谷”或者ORP曲线的“ORP谷”出现时，停止缺氧搅拌→沉淀30min→排水5min；通过检测进出水氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐浓度来计算TIN去除率，直至TIN去除率高于90％；
(2)系统启动阶段：
待序批式半短程硝化反应器(2)、厌氧氨氧化UASB反应器(4)以及序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)均成功启动并全部运行稳定20d以上以后，将第一进水箱(1)、序批式半短程硝化反应器(2)、第一中间水箱(3)、厌氧氨氧化UASB反应器(4)、第二中间水箱(5)、序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)、出水箱(7)、第二进水箱(8)及碳源储备罐(9)、PLC柜(10)与PLC自动控制系统(11)进行连接，同时经常检测序批式半短程硝化反应器(2)好氧末NH4 +-N和NO2 --N浓度、厌氧氨氧化UASB反应器(4)出水中NO3 --N浓度，计算序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)出水中的TIN浓度，通过调整第五进水泵(6.1)和第四进水泵(8.1)的转速分别为50-60rpm和90-110rpm，控制序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)进水的NO3 --N和NH4 +-N的质量浓度之比为1.0-1.2，NO3 --N浓度为75-85mg/L，通过监测序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)的pH变化曲线或者ORP变化曲线，调整缺氧搅拌时间为“氨谷”或“ORP谷”出现所用的时间，使序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)出水TIN浓度控制在20mg/L以下；
(3)整套系统稳定运行阶段：
垃圾填埋场晚期渗滤液进入到序批式半短程硝化反应器(2)中，通过调节转子流量计(2.2)来调节序批式半短程硝化反应器(2)中的DO浓度，使好氧搅拌反应期间DO浓度保持在0.5±0.05mg/L，同时控制曝气时间为步骤a确定的t，每天运行3个周期，每个周期8h，每个周期包括：进水15min→反应180-250min→沉淀25-40min→排水15min→闲置160-245min，其出水进入至第一中间水箱(3)中，第一中间水箱(3)中的混合液在第二进水泵(4.2)的作用下通过第三进水管(4.1)被泵入厌氧氨氧化UASB反应器(4)中发生厌氧氨氧化过程，厌氧氨氧化UASB反应器(4)的回流比设置为300％，反应器中污泥浓度维持在4000±500mg/L,其出水进入到第二中间水箱(5)中；
第二中间水箱(5)中的混合液在第五进水泵(6.1)的作用下进入至序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)中，同时生活污水在第四进水泵(8.1)的作用下同样进入至反应器中，在序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)中发生以生活污水中有机物为主要碳源的短程反硝化耦合厌氧氨氧化过程，机械搅拌装置(6.3)的搅拌桨转速调整在100-110rpm，通过调整第五进水泵(6.1)和第四进水泵(8.1)的转速分别为50-60rpm和90-110rpm，控制序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)进水的NO3 --N和NH4 +-N的质量浓度之比为1.0-1.2范围内，其中NO3 --N的质量浓度为75-85mg/L，每天运行2个周期，每个周期12h，每个周期包括：进水10min→反应680min→沉淀20min→排水10min，通过温控加热带装置(6.5)控制混合液温度在28-30℃范围内，最终出水通过第二电磁阀(7.1)的开启进入到出水箱(7)中。
对于短程硝化厌氧氨氧化工艺出水中含有的NO3 --N，一般通过反硝化进一步去除。如果控制硝酸盐的还原过程，将其转化为NO2 --N，即短程反硝化，可持续为厌氧氨氧化脱氮提供NO2 --N底物，通过短程反硝化和厌氧氨氧化工艺耦合去除硝酸盐，可进一步降低对外加碳源的需求，降低晚期渗滤液深度脱氮的运行成本。反硝化过程中反硝化菌需要有机碳源作为电子供体，渗滤液中能被反硝化菌所利用的碳源数量有限。此处考虑利用生活污水作为反硝化过程中的碳源，以期促进晚期渗滤液与生活污水的同步脱氮除碳工艺的发展。
附图说明
图1为晚期渗滤液与生活污水同步生物深度脱氮除碳装置图。
其中(1)为第一进水箱，(1.1)为第一进水箱溢流管，(1.2)为第一进水箱放空管，(1.3)为第一进水管，(1.4)为第一进水泵；(2)为序批式半短程硝化反应器，(2.1)为空压机，(2.2)为转子流量计，(2.3)为空气管路，(2.4)为曝气盘，(2.5)为温控加热带装置，(2.6)为机械搅拌装置，(2.7)为pH/DO在线监测装置；(3)为第一中间水箱，(3.1)为第一电磁阀，(3.2)为第二进水管，(3.3)为第一中间水箱溢流管，(3.4)为第一中间水箱放空管；(4)为厌氧氨氧化UASB反应器、(4.1)为第三进水管，(4.2)为第二进水泵，(4.3)为回流泵，(4.4)为回流管，(4.5)为温控加热带装置，(4.6)为三相分离器，(4.7)为集气袋；(5)为第二中间水箱、(5.1)为第四进水管，(5.2)为第二中间水箱溢流管，(5.3)为第二中间水箱放空管；(6)为序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应，(6.1)为第五进水泵，(6.2)为第三进水管，(6.3)为机械搅拌装置，(6.4)为pH/ORP在线监测装置，(6.5)为温控加热带装置；(7)为出水箱、(7.1)为第二电磁阀，(7.2)为第六进水管；(8)为第二进水箱、(8.1)为第四进水泵、(8.2)为第七进水管；(9)为碳源储备罐、(9.1)为碳源补给泵，(9.2)为碳源补充管路；(10)为PLC柜，(11)为PLC自动控制系统。
具体实施方式
整套装置共包含：第一进水箱(1)，序批式半短程硝化反应器(2)，第一中间水箱(3)，厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器(4)，第二中间水箱(5)，序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)，出水箱(7)，第二进水箱(8)，碳源储备罐(9)，PLC柜(10)及PLC自动控制系统(11)。
其中第一进水箱(1)设置有第一进水箱溢流管(1.1)以及第一进水箱放空管(1.2)，通过第一进水管(1.3)和第一进水泵(1.4)与序批式半短程硝化反应器(2)相连。序批式半短程硝化反应器(2)设置有曝气系统、温控加热带装置(2.5)、机械搅拌装置(2.6)以及pH/DO在线监测装置(2.7)。曝气系统包括空压机(2.1)、转子流量计(2.2)、以及空气管路(2.3)、曝气盘(2.4)。第一电磁阀(3.1)、第二进水管(3.2)将序批式半短程硝化反应器(2)与第一中间水箱(3)连接起来。第一中间水箱(3)设置有第一中间水箱溢流管(3.3)以及第一中间水箱放空阀(3.4)，通过第三进水管(4.1)和第二进水泵(4.2)与厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器(4)相连接。厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器(4)设置有气液固三相分离器(4.6)、温控加热带装置(4.5)、自回流泵(4.3)和自回流管路(4.4)，通过出水管(5.1)与第二中间水箱(5)连接起来。第二中间水箱(5)同样设置有第二中间水箱放空阀(5.3)以及第二中间水箱溢流管路(5.2)，经第三进水泵(6.1)和第四进水管(6.2)与反应器(6)连接起来。序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)上设置了机械搅拌装置(6.3)、pH/ORP在线监测装置(6.4)、温控加热带装置(6.5)、伴有第二进水箱(8)，在第五进水管路(8.2)以及第四进水泵(8.1)的作用下，将第二进水箱(8)和序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)串联到一起；碳源储备罐(9)通过碳源补给管路(9.2)以及碳源补给泵(9.1)与反应器(6)连接。该系统中PLC柜(10)与第一进水泵(1.4)、第三进水泵(6.1)、第四进水泵(8.1)、温控加热带装置(2.5)和(6.5)、在线监测设备(2.7)和(6.4)、机械搅拌装置(2.6)和(6.3)、电磁排水阀(3.1)和(7.1)、空压机(2.1)、碳源补给泵(9.1)相互连接。
应用所述的整套晚期垃圾渗滤液与生活污水同步生物深度脱氮除碳装置的方法特征包含以下步骤：
(1)初期系统中各反应器启动阶段：
①序批式半短程硝化反应器(2)的启动阶段：
a.序批式半短程硝化反应器(2)的预启动：将已经驯化成熟的亚硝酸盐积累率高于80％的中试短程硝化污泥，其MLSS为3000±500mg/L，投加到序批式半短程硝化反应器(2)中，启动初期进行预实验探索实现半短程硝化所需的曝气时间；开启空压机(2.1)、机械搅拌装置(2.6)以及pH/DO在线监测装置(2.7)，通过调节转子流量计(2.2)来调节DO浓度，使好氧搅拌反应期间序批式半短程硝化反应器(2)中DO浓度保持在0.5±0.05mg/L，设置排水比为20％，机械搅拌桨的转速在100-110rpm，污泥停留时间即SRT设置在20-25d；序批式半短程硝化反应器(2)的运行方式为：进水5min→缺氧搅拌20min→曝气搅拌30min→沉淀30min→排水5min；通过检测曝气结束时刻混合液中的NH4 +-N和NO2 --N浓度，增加或者缩短曝气时间，直至曝气结束时刻混合液中的NH4 +-N和NO2 —N质量浓度之比为1.0-1.2，此时确定的曝气时间为t；以下浓度没有特别说明的均为质量浓度；
b.序批式半短程硝化反应器(2)的运行：运行方式为：进水10min→缺氧搅拌20min→好氧搅拌，所需的曝气时间根据步骤a确定控制为t→沉淀30min→排水5min；其中，缺氧搅拌这一过程的目的是使上一周期剩余的NO2 --N首先进行反硝化；待配水实现半短程硝化并保持出水NO2 --N与NH4 +-N质量浓度之比为1.0-1.2范围内稳定30d后，在保持进水量不变的情况下逐渐增加渗滤液原液进水量，以渗滤液原液体积/进水总体积为10％的梯度，每一梯度运行20-30d直至全部以渗滤液原液作为进水，通过检测出水中氨氮浓度、亚硝酸盐浓度、硝酸盐浓度计算亚硝酸盐积累率判断序批式半短程硝化反应器(2)的运行情况直至序批式半短程硝化反应器(2)中亚硝酸盐积累率高于95％并能维持30d以上，亚硝酸盐积累率计算的公式为好氧末NO2 —N质量浓度/NO2 --N与NO3 —N质量浓度之和；
②厌氧氨氧化UASB反应器(4)的启动：将已经驯化成熟的厌氧氨氧化颗粒污泥，其氨氮去除负荷为10mgN/gMLVSS/h，MLSS为3500±400mg/L，投加到厌氧氨氧化UASB反应器(4)中，启动初期以NO2 --N/NH4 +-N为1-1.5的配水作为进水，通过调节温控加热带装置(4.5)使温度保持在35±2℃；启动过程中通过调节第二进水泵(4.2)和回流泵(4.3)的泵转速调节水力停留时间即HRT为6h以及出水自回流比为300％，直至厌氧氨氧化UASB反应器(4)总无机氮即TIN去除率为85％以上并能维持30d以上，TIN的计算公式为TIN＝NH4 +-N+NO2 --N+NO3 --N；
③序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)的启动：
a).短程反硝化过程的启动：将已经驯化成熟的NO3 --N→NO2 --N转化率即NTR高于80％的短程反硝化污泥投加到序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)中，启动初期以质量浓度为80mg/L的NO3 --N配水作为进水，开启温控加热带装置(6.5)、机械搅拌装置(6.3)以及pH/ORP在线监测装置(6.4)，通过调节温控加热带装置(6.5)维持温度为25±2℃，设置排水比为50％，机械搅拌桨转速为100-110rpm；配制6g/L的乙酸钠，置于碳源储备罐(9)中，通过调节碳源补给泵(9.1)，控制初始C/N比在3.0-3.2首先启动以乙酸钠为碳源的短程反硝化过程；运行方式为：进水5min→缺氧搅拌，当氧化还原电位即ORP变化曲线的“硝酸盐膝”出现时，停止缺氧搅拌→沉淀30min→排水5min；通过检测进出水中硝酸盐和亚硝酸盐的浓度计算NO3 --N→NO2 --N转化率即NTR，从而判断序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)短程反硝化过程的启动情况，直至NTR高于95％；
b).短程反硝化过程的稳定维持：待短程反硝化过程启动后，向其中通入生活污水作为反硝化过程中的碳源，必要时投加乙酸钠，保持C/N比在3.0-3.2，设置排水比为50％；运行方式为：进水5min→缺氧搅拌，当ORP变化曲线的“硝酸盐膝”出现时，停止缺氧搅拌→沉淀30min→排水5min；通过检测进出水中硝酸盐浓度以及NTR判断序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)的运行情况直至此过程的NTR高于95％并维持稳定20d以上；
c).短程反硝化与厌氧氨氧化耦合过程的启动：后期将已经驯化成熟的长有厌氧氨氧化生物膜的氨氮去除负荷为10mgN/gMLVSS/h的聚氨酯海绵生物填料架置于序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)中，向配水中添加3000mg/L的NH4Cl储备液使配水中NO3 --N/NH4 +-N质量浓度之比为2.0，通过调节温控加热带装置(6.5)维持温度为30±2℃，设置排水比为50％，运行方式为：进水10min→缺氧搅拌，当pH曲线的“氨谷”或者ORP曲线的“ORP谷”出现时，停止缺氧搅拌→沉淀30min→排水5min；通过检测进出水氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐浓度来计算TIN去除率，直至TIN去除率高于90％；
(2)系统启动阶段：
待序批式半短程硝化反应器(2)、厌氧氨氧化UASB反应器(4)以及序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)均成功启动并全部运行稳定20d以上以后，将第一进水箱(1)、序批式半短程硝化反应器(2)、第一中间水箱(3)、厌氧氨氧化UASB反应器(4)、第二中间水箱(5)、序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)、出水箱(7)、第二进水箱(8)及碳源储备罐(9)、PLC柜(10)与PLC自动控制系统(11)进行连接，同时经常检测序批式半短程硝化反应器(2)好氧末NH4 +-N和NO2 --N浓度、厌氧氨氧化UASB反应器(4)出水中NO3 --N浓度，计算序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)出水中的TIN浓度，通过调整第五进水泵(6.1)和第四进水泵(8.1)的转速分别为50-60rpm和90-110rpm，控制序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)进水的NO3 --N和NH4 +-N的质量浓度之比为1.0-1.2，NO3 --N浓度为75-85mg/L，通过监测序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)的pH变化曲线或者ORP变化曲线，调整缺氧搅拌时间为“氨谷”或“ORP谷”出现所用的时间，使序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)出水TIN浓度控制在20mg/L以下；
(3)整套系统稳定运行阶段：
垃圾填埋场晚期渗滤液进入到序批式半短程硝化反应器(2)中，通过调节转子流量计(2.2)来调节序批式半短程硝化反应器(2)中的DO浓度，使好氧搅拌反应期间DO浓度保持在0.5±0.05mg/L，同时控制曝气时间为步骤a确定的t，每天运行3个周期，每个周期8h，每个周期包括：进水15min→反应180-250min→沉淀25-40min→排水15min→闲置160-245min，其出水进入至第一中间水箱(3)中，第一中间水箱(3)中的混合液在第二进水泵(4.2)的作用下通过第三进水管(4.1)被泵入厌氧氨氧化UASB反应器(4)中发生厌氧氨氧化过程，厌氧氨氧化UASB反应器(4)的回流比设置为300％，反应器中污泥浓度维持在4000±500mg/L,其出水进入到第二中间水箱(5)中；
第二中间水箱(5)中的混合液在第五进水泵(6.1)的作用下进入至序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)中，同时生活污水在第四进水泵(8.1)的作用下同样进入至反应器中，在序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)中发生以生活污水中有机物为主要碳源的短程反硝化耦合厌氧氨氧化过程，机械搅拌装置(6.3)的搅拌桨转速调整在100-110rpm，通过调整第五进水泵(6.1)和第四进水泵(8.1)的转速分别为50-60rpm和90-110rpm，控制序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)进水的NO3 --N和NH4 +-N的质量浓度之比为1.0-1.2范围内，其中NO3 --N的质量浓度为75-85mg/L，每天运行2个周期，每个周期12h，每个周期包括：进水10min→反应680min→沉淀20min→排水10min，通过温控加热带装置(6.5)控制混合液温度在28-30℃范围内，最终出水通过第二电磁阀(7.1)的开启进入到出水箱(7)中。
此发明与现有技术相比较，具有如下优势：
(1)整套装置将渗滤液与生活污水分开进水，实现了晚期垃圾渗滤液与生活污水的同步脱氮除碳。
(2)整套装置应用PLC自动控制系统，运行起来智能、灵活、多变，出水效果有保证；反应器结构较简单且运行流程清晰。
(3)利用生活污水中的有机物作为反硝化过程中的电子供体，节约碳源的同时节省了处理成本。
(4)相比于传统硝化反硝化，短程硝化厌氧氨氧化过程是完全自养过程，能节省100％的有机碳源投加和约60％的曝气能耗，且无温室气体N2O产生，剩余污泥产量能减少50％以上，大大节省了处理成本及污泥处置费用。
(5)相比于全短程硝化，半短程硝化过程能节省约25％的曝气能耗，特别地，序批式反应器中半短程过程的实现较其他类型的反应器来说控制起来更容易。
(6)将半短程硝化与厌氧氨氧化过程分别分在两个反应器中进行，避免了微生物对于生存空间与底物等因素的竞争，同时避免了曝气对厌氧氨氧化菌的不利影响，有利于各功能微生物在各自反应器中的生长繁殖，从而实现高效厌氧氨氧化生物脱氮。
(7)后续利用短程反硝化，能为厌氧氨氧化过程提供更为稳定的亚硝酸盐供应、避免了全程反硝化过程中温室气体N2O的产生；并且反硝化菌能充分利用渗滤液及生活污水中的碳源，节省了外加碳源消耗，污泥产量减少了80％以上。
(8)一体化反应器中的海绵生物填料有利于厌氧氨氧化菌群的有效富集，减少了厌氧氨氧化菌的流失；在该泥膜共存系统中反硝化菌与厌氧氨氧化菌分别占据着不同的生态位，有利于厌氧氨氧化菌与反硝化菌的稳定互生。

Claims (1)

1.晚期垃圾渗滤液与生活污水同步生物深度脱氮除碳的方法，其特征在于：所用装置包括第一进水箱(1)，序批式半短程硝化反应器(2)，第一中间水箱(3)，厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器(4)，第二中间水箱(5)，序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)，出水箱(7)，第二进水箱(8)，碳源储备罐(9)，PLC柜(10)及PLC自动控制系统(11)；第一进水箱（1）中放置晚期垃圾渗滤液，第二进水箱（8）中放置生活污水”；
其中第一进水箱(1)设置有第一进水箱溢流管(1.1)以及第一进水箱放空管(1.2)，第一进水箱(1)通过第一进水管(1.3)和第一进水泵(1.4)与序批式半短程硝化反应器(2)相连；序批式半短程硝化反应器(2)设置有曝气系统、第一温控加热带装置(2.5)、第一机械搅拌装置(2.6)以及pH/DO在线监测装置(2.7)；曝气系统包括空压机(2.1)、转子流量计(2.2)以及空气管路(2.3)、曝气盘(2.4)；第一电磁阀(3.1)、第二进水管(3.2)将序批式半短程硝化反应器(2)与第一中间水箱(3)连接起来；第一中间水箱(3)设置有第一中间水箱溢流管(3.3)以及第一中间水箱放空阀(3.4)，第一中间水箱(3)通过第三进水管(4.1)和第二进水泵(4.2)与厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器(4)相连接；厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器(4)设置有气液固三相分离器(4.6)、第二温控加热带装置(4.5)、自回流泵(4.3)和自回流管路(4.4)，厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器(4)通过出水管(5.1)与第二中间水箱(5)连接起来；第二中间水箱(5)同样设置有第二中间水箱放空阀(5.3)以及第二中间水箱溢流管路(5.2)，第二中间水箱(5)经第三进水泵(6.1)和第四进水管(6.2)与序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)连接起来；序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)上设置了第二机械搅拌装置(6.3)、pH/ORP在线监测装置(6.4)、第三温控加热带装置(6.5)，还设有第二进水箱(8)，在第五进水管路(8.2)以及第四进水泵(8.1)的作用下，将第二进水箱(8)和序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)串联到一起；碳源储备罐(9)通过碳源补给管路(9.2)以及碳源补给泵(9.1)与序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)连接；该系统中PLC柜(10)与第一进水泵(1.4)、第三进水泵(6.1)、第四进水泵(8.1)、第一温控加热带装置(2.5)和第三温控加热带装置(6.5)、pH/DO在线监测装置(2.7)、pH/ORP在线监测装置(6.4)、第一机械搅拌装置(2.6)、第二机械搅拌装置(6.3)、第一电磁阀(3.1)、空压机(2.1)、碳源补给泵(9.1)相互连接；
所述方法包含以下步骤：
(1)初期系统中各反应器启动阶段：
①序批式半短程硝化反应器(2)的启动阶段：
a.序批式半短程硝化反应器(2)的预启动：将已经驯化成熟的亚硝酸盐积累率高于80％的中试短程硝化污泥，其MLSS为3000±500mg/L，投加到序批式半短程硝化反应器(2)中，启动初期进行预实验探索确定半短程硝化所需的曝气时间；开启空压机(2.1)、第一机械搅拌装置(2.6)以及pH/DO在线监测装置(2.7)，通过调节转子流量计(2.2)来调节DO浓度，使曝气搅拌反应期间序批式半短程硝化反应器(2)中DO浓度保持在0.5±0.05mg/L，设置排水比为20％，机械搅拌桨的转速在100-110rpm，污泥停留时间即SRT设置在20-25d；序批式半短程硝化反应器(2)的运行方式为：进水5min→缺氧搅拌20min→曝气搅拌30min→沉淀30min→排水5min；通过检测曝气结束时刻混合液中的NH4 +-N和NO2 --N浓度，增加或者缩短曝气时间，直至曝气结束时刻混合液中的NO2 —N和NH4 +-N质量浓度之比为1.0-1.2，此时确定的曝气时间为t；以下浓度没有特别说明的均为质量浓度；
b.序批式半短程硝化反应器(2)的运行：运行方式为：进水10min→缺氧搅拌20min→曝气搅拌，所需的曝气时间根据步骤a确定控制为t，→沉淀30min→排水5min；其中，缺氧搅拌这一过程的目的是使上一周期剩余的NO2 --N首先进行反硝化；待配水实现半短程硝化并保持出水NO2 --N与NH4 +-N质量浓度之比为1.0-1.2范围内稳定30d后，在保持进水量不变的情况下逐渐增加晚期垃圾渗滤液进水量，以晚期垃圾渗滤液体积/进水总体积为10％的梯度，每一梯度运行20-30d直至全部以晚期垃圾渗滤液作为进水，通过检测出水中氨氮浓度、亚硝酸盐浓度、硝酸盐浓度计算亚硝酸盐积累率判断序批式半短程硝化反应器(2)的运行情况直至序批式半短程硝化反应器(2)中亚硝酸盐积累率高于95％并能维持30d以上，亚硝酸盐积累率计算的公式为好氧末NO2 —N质量浓度/NO2 --N与NO3 —N质量浓度之和；
②厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器(4)的启动：将已经驯化成熟的厌氧氨氧化颗粒污泥，其氨氮去除负荷为10mgN/gMLVSS/h，MLSS为3500±400mg/L， 投加到厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器(4)中，启动初期以NO2 --N/NH4 +-N为1-1.5的配水作为进水，通过调节第二温控加热带装置(4.5)使温度保持在35±2℃；启动过程中通过调节第二进水泵(4.2)和自回流泵(4.3)的泵转速调节水力停留时间即HRT为6h以及出水自回流比为300％，直至厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器(4)总无机氮即TIN去除率为85％以上并能维持30d以上，TIN的计算公式为TIN＝NH4 +-N+NO2 --N+NO3 --N；
③序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)的启动：
a.短程反硝化过程的启动：将已经驯化成熟的NO3 --N→NO2 --N转化率即NTR高于80％的短程反硝化污泥投加到序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)中，启动初期以质量浓度为80mg/L的NO3 --N配水作为进水，开启第三温控加热带装置(6.5)、第二机械搅拌装置(6.3)以及pH/ORP在线监测装置(6.4)，通过调节第三温控加热带装置(6.5)维持温度为25±2℃，设置排水比为50％，机械搅拌桨转速为100-110rpm；配制6g/L的乙酸钠，置于碳源储备罐(9)中，通过调节碳源补给泵(9.1)，控制初始C/N比在3.0-3.2；首先启动以乙酸钠为碳源的短程反硝化过程；运行方式为：进水5min→缺氧搅拌，当氧化还原电位即ORP变化曲线的“硝酸盐膝”出现时，停止缺氧搅拌→沉淀30min→排水5min；通过检测进出水中硝酸盐和亚硝酸盐的浓度计算NO3 --N→NO2 --N转化率即NTR，从而判断序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)短程反硝化过程的启动情况，直至NTR高于95％；
b.短程反硝化过程的稳定维持：待短程反硝化过程启动后，向其中通入生活污水作为反硝化过程中的碳源，必要时投加乙酸钠，保持C/N比在3.0-3.2，设置排水比为50％；运行方式为：进水5min→缺氧搅拌，当ORP变化曲线的“硝酸盐膝”出现时，停止缺氧搅拌→沉淀30min→排水5min；通过检测进出水中硝酸盐浓度以及NTR判断序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)的运行情况直至此过程的NTR高于95％并维持稳定20d以上；
c.短程反硝化与厌氧氨氧化耦合过程的启动：后期将已经驯化成熟的长有厌氧氨氧化生物膜的氨氮去除负荷为10mgN/gMLVSS/h的聚氨酯海绵生物填料架置于序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)中，向配 水中添加3000mg/L的NH4Cl储备液使配水中NO3 --N/NH4 +-N质量浓度之比为2.0，通过调节第三温控加热带装置(6.5)维持温度为30±2℃，设置排水比为50％，运行方式为：进水10min→缺氧搅拌，当pH曲线的“氨谷”或者ORP曲线的“ORP谷”出现时，停止缺氧搅拌→沉淀30min→排水5min；通过检测进出水氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐浓度来计算TIN去除率，直至TIN去除率高于90％；
(2)系统启动阶段：
待序批式半短程硝化反应器(2)、厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器(4)以及序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)均成功启动并全部稳定运行20d以上，将第一进水箱(1)、序批式半短程硝化反应器(2)、第一中间水箱(3)、厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器(4)、第二中间水箱(5)、序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)、出水箱(7)、第二进水箱(8)及碳源储备罐(9)、PLC柜(10)与PLC自动控制系统(11)进行连接，同时经常检测序批式半短程硝化反应器(2)好氧末NH4 +-N和NO2 --N浓度、厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器(4)出水中NO3 --N浓度，计算序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)出水中的TIN浓度，通过调整第三进水泵(6.1)和第四进水泵(8.1)的转速分别为50-60rpm和90-110rpm，控制序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)进水的NO3 --N和NH4 +-N的质量浓度之比为1.0-1.2，NO3 --N浓度为75-85mg/L，通过监测序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)的pH变化曲线或者ORP变化曲线，调整缺氧搅拌时间为“氨谷”或“ORP谷”出现所用的时间，使序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)出水TIN浓度控制在20mg/L以下；
(3)整套系统稳定运行阶段：
垃圾填埋场晚期渗滤液进入到序批式半短程硝化反应器(2)中，通过调节转子流量计(2.2)来调节序批式半短程硝化反应器(2)中的DO浓度，使曝气搅拌反应期间DO浓度保持在0.5±0.05mg/L，同时控制曝气时间为步骤a确定的t，每天运行3个周期，每个周期8h，每个周期包括：进水15min→反应180-250min→沉淀25-40min→排水15min→闲置160-245min，其出水进入至 第一中间水箱(3)中，第一中间水箱(3)中的混合液在第二进水泵(4.2)的作用下通过第三进水管(4.1)被泵入厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器(4)中发生厌氧氨氧化过程，厌氧氨氧化UASB颗粒污泥反应器(4)的回流比设置为300％，反应器中污泥浓度维持在4000±500mg/L,其出水进入到第二中间水箱(5)中；
第二中间水箱(5)中的混合液在第三进水泵(6.1)的作用下进入至序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)中，同时生活污水在第四进水泵(8.1)的作用下同样进入至该反应器中，在序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)中发生以生活污水中有机物为主要碳源的短程反硝化耦合厌氧氨氧化过程，第二机械搅拌装置(6.3)的搅拌桨转速调整在100-110rpm，通过调整第三进水泵(6.1)和第四进水泵(8.1)的转速分别为50-60rpm和90-110rpm，控制序批式泥膜共生短程反硝化厌氧氨氧化一体化反应器(6)进水的NO3 --N和NH4 +-N的质量浓度之比为1.0-1.2范围内，其中NO3 --N的质量浓度为75-85mg/L，每天运行2个周期，每个周期12h，每个周期包括：进水10min→反应680min→沉淀20min→排水10min，通过第三温控加热带装置(6.5)控制混合液温度在28-30℃范围内，最终出水通过第二电磁阀(7.1)的开启进入到出水箱(7)中。
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