CN113716693A - 一种基于厌氧-好氧-缺氧运行对垃圾渗滤液深度脱氮的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于厌氧‑好氧‑缺氧运行对垃圾渗滤液深度脱氮的装置与方法属于低碳氮比高氨氮废水生物脱氮技术领域。该装置设有渗滤液原水箱、SBR反应器、出水箱；渗滤液原水箱与SBR反应器相连通；SBR反应器与出水箱相连通。所述方法包括以下步骤：启动SBR反应器，SBR反应器与渗滤液原水箱、出水箱串联运行。本发明的装置和方法适用于垃圾分类产生的垃圾渗滤液基于内源短程反硝化、外源短程反硝化和厌氧氨氧化的深度脱氮处理，工艺先进，装置结构简单，节能降耗优势明显。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于厌氧-好氧-缺氧运行，对垃圾渗滤液深度脱氮的装置与方法，属于低碳氮比高氨氮废水生物脱氮技术领域，适用于垃圾分类产生的垃圾渗滤液等高氨氮废水的生物脱氮过程。
背景技术
近年来，随着人民的生活水平不断提高，城市固体废物产量的不断增加，虽然垃圾分类趋势逐渐兴起，但是垃圾分类处置并不会减少垃圾中本身含有的水分，依然会产生大量的垃圾渗滤液。垃圾渗滤液具有成分复杂、水质水量变化大、有机物和氨氮浓度高、微生物营养元素比例失调等水质特点，使其处理成为国际范围内尚未解决的难题之一。采用单一的处理技术往往不能经济高效地处理垃圾渗滤液，需要将不同特点的工艺联合处理。有机碳源的严重缺乏是晚期渗滤液脱氮效率无法提高的屏障，而外加有机碳源会大幅度的增加垃圾渗滤液脱氮费用。因此，需要提出更为有效、经济的脱氮装置和方法。
实际中现行的低碳氮比垃圾渗滤液脱氮工艺，依然基于全程硝化和全程反硝化技术，即先在好氧的条件下将氨氮氧化成硝态氮，然后在缺氧的条件下将硝态氮还原成氮气，以从废水中去除。厨余垃圾是垃圾分类后有机固废的最主要成分，也是生活垃圾有机碳最主要的载体。垃圾分类后由于将厨余垃圾分离单独处理，会使垃圾渗滤液中有机物含量大大减少，进一步加剧了垃圾渗滤液低碳氮比的矛盾，若继续采用传统全程硝化和全程反硝化工艺，不但曝气能耗高，并且外碳源投加量也会大大增加，不经济，同时也不符合面向碳中和发展的垃圾渗滤液处理流程。
厌氧氨氧化技术脱氮技术中，由于厌氧氨氧化菌是自养菌，碳酸盐或二氧化碳是其生长所需的无机碳源，所以氨氮的氧化无需分子态氧的参与，同时亚硝态氮的还原也无需有机碳源，这将大大降低垃圾渗滤液生物脱氮的运行费用。同时，厌氧氨氧化菌的倍增时间长，增殖效率低，故污泥产量低，然而氮的去除效率与传统的全程反硝化作用旗鼓相当。基于厌氧氨氧化技术，可以在不投加任何化学药品的条件下，降低污水处理厂的运行费用，同时又能够实现氮的高效去除。对低碳氮比高氨氮的渗滤液垃圾渗滤液而言，实现厌氧氨氧化脱氮技术是其脱氮的最佳选择，同时也是与其水质特点最为适合的脱氮流程。
由于垃圾分类后，产出的垃圾渗滤液中有机物不足，为了充分利用原水中有机物，可以利用微生物在厌氧条件下将外界有机物储存为内碳源的能力，将垃圾渗滤液中的有机物储存在体内，用于后续过程。亚硝态氮是厌氧氨氧化的底物之一，其来源有短程硝化和短程反硝化，这两个步骤与传统全程硝化和全程反硝化相比，一方面可以节省曝气电能消耗和外碳源消耗，另一方面可以分别在好氧和缺氧条件下实现与厌氧氨氧化的耦合，促进厌氧氨氧化反应，加大对氨氮的去除。如何将厌氧、好氧和缺氧的运行方式联合起来，是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种基于厌氧-好氧-缺氧运行对垃圾渗滤液深度脱氮的装置与方法，即首先进行第一次进水，即将一部分垃圾渗滤液泵入至SBR反应器中，在厌氧阶段，内源反硝化细菌利用糖原水解释放的能量吸收垃圾渗滤液中以有机酸为代表的有机物，并在胞内储存为内碳源(PHAs)；在好氧阶段，随着PHAs的降解，胞内糖原逐步得到补充，同时通过硝化细菌将NH4 +-N转化为NO3 --N、NO2 --N；在缺氧阶段，先进行第二次进水，即将另一部分垃圾渗滤液泵入至SBR反应器，进水中的有机物可以将好氧阶段的NO3 --N通过外源短程反硝化转化为NO2 --N，同时，内源反硝化细菌也可以利用厌氧段储存的内碳源进行内源短程反硝化，将NO3 --N还原为NO2 --N。此外，好氧阶段还有部分氨氮通过短程硝化产生的NO2 --N。这三部分NO2 --N可以与第二次进水中的氨氮进行厌氧氨氧化反应，最终实现经济高效的垃圾渗滤液自养脱氮的装置与方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于厌氧-好氧-缺氧运行对垃圾渗滤液深度脱氮的装置，其特征在于：该装置包括渗滤液原水箱(1)、SBR反应器(8)、出水箱(8)。渗滤液原水箱(1)中间设有温控加热装置(3)，渗滤液原水箱(1)通过进水管(6)与第一蠕动泵(4)和SBR反应器(8)相连通，SBR反应器(8)通过出水管(15)与第二蠕动泵(14)和出水箱(12)相连通；
SBR反应器(8)自上而下设置3个取样监测阀门(9)，进水管(6)上设有进水控制阀(2)，出水管(15)上设有排水控制阀(13)和第二蠕动泵(14)；SBR反应器(8)内部设有机械搅拌装置(7)、DO探头(21)、ORP探头(17)以及pH探头(16)。其中DO探头(21)、ORP探头(17)以及pH探头(16)分别通过连接线与DO仪(5)、ORP仪(11)、pH仪(10)主机相连接。在SBR反应器(8)底部设有微孔曝气头(18)，曝气泵(19)，微孔曝气头(18)与曝气泵(19)通过曝气管(20)相连，曝气管(20)上设有气体流量计(22)；
一种基于厌氧-好氧-缺氧交替运行对垃圾渗滤液深度脱氮的方法，其特征包括以下步骤：
SBR反应器(8)每周期依次经历进垃圾渗滤液第一次进水、厌氧搅拌、好氧曝气、垃圾渗滤液第二次进水、缺氧搅拌、沉淀排水六个过程；
垃圾渗滤液第一次进水：启动SBR反应器(8)：以实际城市垃圾填埋场渗滤液为原液注入渗滤液原水箱(1)，打开进水控制阀(2)，渗滤液原水箱(1)通过第一进水管(6)和第一蠕动泵(2)将渗滤液泵入SBR反应器(8)；
厌氧搅拌：启动机械搅拌装置(7)，进水完毕后进入厌氧搅拌阶段，进行厌氧阶段反应。设定厌氧搅拌时间为2小时。通过第一温控装置(3)使得温度控制在35℃。在进水初期，通过调节机械搅拌装置(7)，保证泥水完全混合，充分反应；
好氧曝气：随后启动由微孔曝气头(18)，曝气泵(19)以及曝气管(16)组成的曝气系统对流入SBR反应器(8)的垃圾渗滤液进行好氧硝化。由于垃圾渗滤液中氨氮浓度较高，可能会发生一部分的短程硝化，但不对该过程进行控制。通过实时控制装置监测使溶解氧DO维持在1.0-2.0mg/L范围内，设定曝气时间为1.5小时，通过pH监测装置使pH值维持在7.5-8.0范围内，如果pH过高或过低时，则投加NaHCO3使pH值维持在该范围，维持SBR反应器(8)进水NH4 +-N负荷在0.4-1.2kgNH4 +-N/(m3·d)范围内，通过维持pH值和NH4 +-N负荷在上述范围使SBR反应器(8)中的平均游离氨FA浓度在12.0-18.0mg/L范围内；在上述条件下运行SBR反应器(8)，进行好氧阶段反应。在“氨谷点”，即在硝化过程中pH先下降再上升的拐点前停止曝气；
垃圾渗滤液第二次进水：打开进水控制阀(2)，启动第一蠕动泵(2)，第二次从渗滤液原水箱(1)中向SBR反应器(8)中进水。
缺氧搅拌：启动机械搅拌装置(7)，使SBR反应器(8)在缺氧状态下运行，设定缺氧搅拌时间为4.0小时。搅拌过程对于pH值进行实时监测，如果4.0小时pH未出现拐点，则搅拌时间延长1小时。一方面，外源反硝化细菌可以利用第二次进水中的有机物进行外源短程反硝化，另一方面，内源反硝化细菌可以利用厌氧段储存的内碳源进行内源短程反硝化，共同将NO3 --N还原为NO2 --N，供给厌氧氨氧化菌利用。此外，好氧曝气阶段产生的NO2 --N也可以供给厌氧氨氧化菌利用，实现NH4 +-N和NO2 --N的联合去除，缺氧过程的终点由实时过程控制判断，当出现“亚硝酸盐肘”拐点，即pH先上升后下降的拐点时，停止缺氧搅拌。
沉淀排水：沉淀进行0.5小时，使泥水分离，沉淀完成后，打开第二蠕动泵(14)和排水阀(13)，将上清液排出，排水比为30％。
发明优势
本发明所涉及的一种基于厌氧-好氧-缺氧运行对垃圾渗滤液深度脱氮的装置与方法与现有技术相比，具有下列创新点：
1)通过分两次进水，可以实现在厌氧阶段充分储存原水中的有机物，在缺氧段充分利用原水中和厌氧段储存的有机物，减少外碳源投加，节省费用；
2)工艺流程简单，运行方式灵活，为实际工程运行提供了较大的容错限；
3)好氧阶段不对硝化过程进行刻意地控制以达到短程硝化，无论好氧段进行短程硝化，还是全程硝化，基于该系统都可以在缺氧段实现亚硝的供给，实现厌氧氨氧化，易于控制；
4)通过在线监测ORP、pH和DO，把握硝化过程、内源短程反硝化、外源短程反硝化和厌氧氨氧化的进程。用过程控制的方法实时控厌氧搅拌时间、好氧曝气时间和缺氧搅拌时间，从而达到精确控制和节能的目的；
5)该方法成熟运行后，可实现对于垃圾渗滤液原液无需稀释地直接处理，方便运行管理。
附图说明
图1为本发明所涉及的一种基于厌氧-好氧-缺氧运行，对垃圾分类产生的垃圾渗滤液实现深度脱氮的系统结构示意图。
图1中数字代表的装置为：1-渗滤液原水箱；2-进水控制阀；3-温控加热装置；4-第一蠕动泵；5-DO仪；6-进水管；7-机械搅拌装置；8-SBR反应器；9-取样阀门；10-pH仪；11-ORP仪；12-出水箱；13-出水控制阀；14-第二蠕动泵；15-出水管；16-pH探头；17-ORP探头；18-微孔曝气头；19-曝气泵；20-曝气管；21-DO探头；22-气体流量计；
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明所涉及的脱氨系统和运行方法作进一步地说明：
如说明书附图所示，一种基于厌氧-好氧-缺氧运行对垃圾渗滤液深度脱氮的装置，其特征在于：该装置包括渗滤液原水箱(1)、SBR反应器(8)、出水箱(8)。渗滤液原水箱(1)中间设有温控加热装置(3)，渗滤液原水箱(1)通过进水管(6)与第一蠕动泵(4)和SBR反应器(8)相连通，SBR反应器(8)通过出水管(15)与第二蠕动泵(14)和出水箱(12)相连通；
SBR反应器(8)自上而下设置3个取样监测阀门(9)，进水管(6)上设有进水控制阀(2)，出水管(15)上设有排水控制阀(13)和第二蠕动泵(14)；SBR反应器(8)内部设有机械搅拌装置(7)、DO探头(21)、ORP探头(17)以及pH探头(16)。其中DO探头(21)、ORP探头(17)以及pH探头(16)分别通过连接线与DO仪(5)、ORP仪(11)、pH仪(10)主机相连接。在SBR反应器(8)底部设有微孔曝气头(18)，曝气泵(19)，微孔曝气头(18)与曝气泵(19)通过曝气管(20)相连，曝气管(20)上设有气体流量计(22)；
取北京市某填垃圾埋场的渗滤液为处理对象，其氨氮浓度高达2200mg/L，COD/NH4 +-N＝1.7，为典型晚期垃圾渗滤液。利用该装置对其进行深度脱氮的具体方法为：
垃圾渗滤液第一次进水：启动SBR反应器(8)：以实际城市垃圾填埋场渗滤液为原液注入渗滤液原水箱(1)，打开进水控制阀(2)，渗滤液原水箱(1)通过第一进水管(6)和第一蠕动泵(2)将渗滤液泵入SBR反应器(8)；
厌氧搅拌：启动机械搅拌装置(7)，进水完毕后进入厌氧搅拌阶段，进行厌氧阶段反应。设定厌氧搅拌时间为2小时。通过第一温控装置(3)使得温度控制在35℃。在进水初期，通过调节机械搅拌装置(7)，保证泥水完全混合，充分反应；
好氧曝气：随后启动由微孔曝气头(18)，曝气泵(19)以及曝气管(16)组成的曝气系统对流入SBR反应器(8)的垃圾渗滤液进行好氧硝化。由于垃圾渗滤液中氨氮浓度较高，可能会发生一部分的短程硝化，但不对该过程进行控制。通过实时控制装置监测使溶解氧DO维持在1.0-2.0mg/L范围内，设定曝气时间为1.5小时，通过pH监测装置使pH值维持在7.5-8.0范围内，如果pH过高或过低时，则投加NaHCO3使pH值维持在该范围，维持SBR反应器(8)进水NH4 +-N负荷在0.4-1.2kgNH4 +-N/(m3·d)范围内，通过维持pH值和NH4 +-N负荷在上述范围使SBR反应器(8)中的平均游离氨FA浓度在12.0-18.0mg/L范围内；在上述条件下运行SBR反应器(8)，进行好氧阶段反应。在“氨谷点”，即在硝化过程中pH先下降再上升的拐点前停止曝气；
垃圾渗滤液第二次进水：打开进水控制阀(2)，启动第一蠕动泵(2)，第二次从渗滤液原水箱(1)中向SBR反应器(8)中进水。
缺氧搅拌：启动机械搅拌装置(7)，使SBR反应器(8)在缺氧状态下运行，设定缺氧搅拌时间为4.0小时。搅拌过程对于pH值进行实时监测，如果4.0小时pH未出现拐点，则搅拌时间延长1小时。一方面，外源反硝化细菌可以利用第二次进水中的有机物进行外源短程反硝化，另一方面，内源反硝化细菌可以利用厌氧段储存的内碳源进行内源短程反硝化，共同将NO3 --N还原为NO2 --N，供给厌氧氨氧化菌利用。此外，好氧曝气阶段产生的NO2 --N也可以供给厌氧氨氧化菌利用，实现NH4 +-N和NO2 --N的联合去除，缺氧过程的终点由实时过程控制判断，当出现“亚硝酸盐肘”拐点，即pH先上升后下降的拐点时，停止缺氧搅拌。
沉淀排水：沉淀进行0.5小时，使泥水分离，沉淀完成后，打开第二蠕动泵(14)和排水阀(13)，将上清液排出，排水比为30％。
在进水垃圾渗滤液平均氨氮浓度为1500-2200mg/L时，COD/NH4 +-N在1.5-2.5的范围内，稳定运行的试验结果表明：系统出水的总氮小于30mg/L，总氮去除率大于90％，达到了对于垃圾渗滤液深度脱氮的目的。
以上是本发明的一个典型实施例，本发明的实施不限于此。
Claims (2)
1.一种基于厌氧-好氧-缺氧运行对垃圾渗滤液深度脱氮的装置，其特征在于：该装置包括渗滤液原水箱(1)、SBR反应器(8)、出水箱(8)；渗滤液原水箱(1)中间设有温控加热装置(3)，渗滤液原水箱(1)通过进水管(6)与第一蠕动泵(4)和SBR反应器(8)相连通，SBR反应器(8)通过出水管(15)与第二蠕动泵(14)和出水箱(12)相连通；
SBR反应器(8)自上而下设置3个取样监测阀门(9)，进水管(6)上设有进水控制阀(2)，出水管(15)上设有排水控制阀(13)和第二蠕动泵(14)；SBR反应器(8)内部设有机械搅拌装置(7)、DO探头(21)、ORP探头(17)以及pH探头(16)；其中DO探头(21)、ORP探头(17)以及pH探头(16)分别通过连接线与DO仪(5)、ORP仪(11)、pH仪(10)主机相连接；在SBR反应器(8)底部设有微孔曝气头(18)，曝气泵(19)，微孔曝气头(18)与曝气泵(19)通过曝气管(20)相连，曝气管(20)上设有气体流量计(22)。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
SBR反应器(8)每周期依次经历进垃圾渗滤液第一次进水、厌氧搅拌、好氧曝气、垃圾渗滤液第二次进水、缺氧搅拌、沉淀排水六个过程；
垃圾渗滤液第一次进水：启动SBR反应器(8)：以实际城市垃圾填埋场渗滤液为原液注入渗滤液原水箱(1)，打开进水控制阀(2)，渗滤液原水箱(1)通过第一进水管(6)和第一蠕动泵(2)将渗滤液泵入SBR反应器(8)；
厌氧搅拌：启动机械搅拌装置(7)，进水完毕后进入厌氧搅拌阶段，进行厌氧阶段反应；设定厌氧搅拌时间为2小时；通过第一温控装置(3)使得温度控制在35℃；在进水初期，通过调节机械搅拌装置(7)，保证泥水完全混合，充分反应；
好氧曝气：随后启动由微孔曝气头(18)，曝气泵(19)以及曝气管(16)组成的曝气系统对流入SBR反应器(8)的垃圾渗滤液进行好氧硝化；通过实时控制装置监测使溶解氧DO维持在1.0-2.0mg/L范围内，设定曝气时间为1.5小时，通过pH监测装置使pH值维持在7.5-8.0范围内，如果pH过高或过低时，则投加NaHCO3使pH值维持在该范围，维持SBR反应器(8)进水NH4 +-N负荷在0.4-1.2kgNH4 +-N/(m3·d)范围内，通过维持pH值和NH4 +-N负荷在上述范围使SBR反应器(8)中的平均游离氨FA浓度在12.0-18.0mg/L范围内；在上述条件下运行SBR反应器(8)，进行好氧阶段反应；在“氨谷点”，即在硝化过程中pH先下降再上升的拐点前停止曝气；
垃圾渗滤液第二次进水：打开进水控制阀(2)，启动第一蠕动泵(2)，第二次从渗滤液原水箱(1)中向SBR反应器(8)中进水；
缺氧搅拌：启动机械搅拌装置(7)，使SBR反应器(8)在缺氧状态下运行，设定缺氧搅拌时间为4.0小时；搅拌过程对于pH值进行实时监测，如果4.0小时pH未出现拐点，则搅拌时间延长1小时；一方面，外源反硝化细菌利用第二次进水中的有机物进行外源短程反硝化，另一方面，内源反硝化细菌利用厌氧段储存的内碳源进行内源短程反硝化，共同将NO3--N还原为NO2 --N，供给厌氧氨氧化菌利用；此外，好氧曝气阶段产生的NO2 --N也供给厌氧氨氧化菌利用，实现NH4 +-N和NO2 --N的联合去除，缺氧过程的终点由实时过程控制判断，当出现“亚硝酸盐肘”拐点，即pH先上升后下降的拐点时，停止缺氧搅拌；
沉淀排水：沉淀进行0.5小时，使泥水分离，沉淀完成后，打开第二蠕动泵(14)和排水阀(13)，将上清液排出，排水比为30％。
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