CN115340258A - 一种垃圾渗滤液处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种垃圾渗滤液处理系统及方法，该垃圾渗滤液处理系统包括依次相连的水解酸化池、反硝化池、硝化池、亚硝化池、膜过滤系统和膜生物反应系统；超滤系统与水解酸化池相连；膜生物反应系统包括生物膜反应装置；生物膜反应装置内填充活性炭。本发明的垃圾渗滤液处理系统中，增加膜生物反应系统(厌氧氨氧化)，不仅大大提高活性炭吸附有机物的负荷，延长活性炭床使用寿命，降低水处理成本，而且活性炭生物膜去除有机污染物的效果大大优于常规活性炭吸附法，在处理污水时，活性炭生物膜上的微生物利用掉有机质后，活性炭的吸附容量又可恢复增加，能长期稳定运行，无需取出再生。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，特别涉及一种垃圾渗滤液处理系统及方法。
背景技术
垃圾渗滤液是一种难处理的高浓度有机废水，其来源主要有垃圾自身所含的水分，有机物分解产生的水分，大气降水、径流等由地表渗入填埋场区的水。垃圾渗滤液成分复杂(含多种有机污染物、氨氮、重金属及盐等)，其中有机物污染物和氨氮浓度高，微生物所需营养元素比例失调，且垃圾渗滤液的水质水量随季节和区域变化波动较大。显然，采用常规的污水处理工艺难以实现垃圾渗滤液的达标排放。垃圾渗滤液处理工艺的重点在于(1)CODcr和BOD5浓度较高，且老龄渗滤液BOD5/CODcr比值减小，可生化性降低；(2)氨氮含量高，且随填埋时间增加而升高。
膜生物反应器(MBR)是由污水生物处理技术和膜分离技术结合而成的一种新型污水处理工艺，在处理难降解有机废水和高浓度氨氮废水方面有着极强的优势，是国内研究较多的垃圾渗滤液膜处理工艺。该工艺适用于初期的填埋场渗滤液的处理，对于C/N比较低的老龄垃圾渗滤液，碳源投加量的剧增导致运营成本增多。后期为了满足水质要求而开发出来的纳滤与反渗透膜深度处理技术，可去除不可生化降解的有机物、大部分的COD、BOD5、NH4 +-N、SS、重金属、大肠菌群和色度等，出水达标排放，但该技术会产生更难处理的膜浓缩液，且存在膜成本较高，容易污染等问题。
发明内容
为了克服现有技术无法有效处理C/N比较低的老龄垃圾渗滤液，以及现有技术在处理垃圾渗滤液时末端COD偏高，氮素难去除等方面的不足，本发明的目的之一在于提供一种垃圾渗滤液处理系统，本发明的目的之二在于提供一种垃圾渗滤液处理方法。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明第一方面提供了一种垃圾渗滤液处理系统，包括依次相连的水解酸化池、反硝化池、硝化池、亚硝化池、膜过滤系统和膜生物反应系统；
所述膜过滤系统与所述水解酸化池相连；
所述膜生物反应系统包括生物膜反应装置；所述生物膜反应装置内填充活性炭。
本发明的生物膜反应装置与常规的膜生物反应器(MBR)不同，本发明的生物膜反应装置内不含膜组件，而是填充活性炭。
优选的，这种垃圾渗滤液处理系统中，水解酸化池前设有第一调节池，膜过滤系统和膜生物反应系统之间设有第二调节池；第一调节池用于水质、水量的均匀；第二调节池用于污水进入膜生物反应系统之前的pH调节。
优选的，这种垃圾渗滤液处理系统中，膜过滤系统包括3-5组并列超滤膜；进一步优选的，超滤膜内部设有多孔过滤器；再进一步优选的，多孔过滤器的孔径为0.6-1.0mm。
优选的，这种垃圾渗滤液处理系统中，膜生物反应系统包括两组并列的生物膜反应装置，其中一组包括2-4个生物膜反应装置，另一组包括5-7个生物膜反应装置；在本发明的一些优选实施例中，其中一组包括3个串联的生物膜反应装置，另一组包括6个串联的生物膜反应装置；设置并列的生物膜反应装置，可以根据水质切换。
优选的，这种垃圾渗滤液处理系统中，生物膜反应装置内部设有搅拌装置；搅拌装置提供适当水流旋转动力，防止厌氧氨氧化活性污泥过度沉积，并适当增加厌氧氨养护菌群的反应活性。
优选的，这种垃圾渗滤液处理系统中，生物膜反应装置内部设有固定网格；固定网格位于搅拌装置下部；固定网格下部填充活性炭；采用固定网格，可以对污泥起到稳固作用。
优选的，这种垃圾渗滤液处理系统中，活性炭的粒径为20-200目；进一步优选的，活性炭的粒径为30-100目。
在本发明新型的一些具体实施例中，生物膜反应装置内还填充有羟基磷灰石(CAS：1306-06-5)，羟基磷灰石与活性炭颗粒的质量比为(20％-30％)：(70％-80％)；进一步优选的，羟基磷灰石与活性炭颗粒的质量比为20％：80％；将羟基磷灰石和颗粒活性炭充分混合后，填充进反应装置内，并适量加入污泥驯化稳固即可，填充羟基磷灰石可增大颗粒活性炭的吸附解吸及负载能力；在颗粒活性炭的物理吸附作用下降低COD，同时颗粒活性炭表面由厌氧氨氧化菌形成的生物膜可利用水中的NH4 +-N和NO2 -生成N2，实现同步脱除氨氮和亚硝态氮。
优选的，这种垃圾渗滤液处理系统中，生物膜反应装置侧面设有进水口和出水口；进水口和出水口均设置在固定网格的上部。
本发明第二方面提供了一种垃圾渗滤液处理方法，采用上述垃圾渗滤液处理系统进行废水处理，具体包括以下步骤：垃圾渗滤液依次经过水解酸化池、反硝化池、硝化池、亚硝化池、膜过滤系统和膜生物反应系统，排放；膜过滤系统产生的污泥回流至水解酸化池内。
优选的，这种垃圾渗滤液处理处理方法中，水解酸化池中水力停留时间为14-18h；进一步优选的，水解酸化池中水力停留时间为15-17h；再进一步优选的，水解酸化池中水力停留时间为16h。
优选的，这种垃圾渗滤液处理处理方法中，水解酸化池内污泥浓度为10-20g/L，污泥层厚度为3.7-4.5m。
优选的，这种垃圾渗滤液处理处理方法中，水解酸化池内溶解氧＜0.2mg/L。
优选的，这种垃圾渗滤液处理处理方法中，水解酸化池内pH为5.5-6.5。
优选的，这种垃圾渗滤液处理处理方法中，反硝化池中水力停留时间为32-40h；进一步优选的，反硝化池中水力停留时间为34-38h；再进一步优选的，反硝化池中水力停留时间为35-37h。
优选的，这种垃圾渗滤液处理处理方法中，反硝化池内溶解氧为0.01-0.02mg/L。
优选的，这种垃圾渗滤液处理处理方法中，硝化池内溶解氧为2.0-4.0mg/L。
优选的，这种垃圾渗滤液处理处理方法中，硝化池内进行曝气，曝气量满足气水比为(900-110)：1。
优选的，这种垃圾渗滤液处理处理方法中，亚硝化池的溶解氧浓度为0.15-0.6mg/L；进一步优选的，亚硝化池的溶解氧浓度为0.2-0.5mg/L；将亚硝化池内溶解氧控制在该范围内，使亚硝化池内发生部分亚硝化反应。
优选的，这种垃圾渗滤液处理处理方法中，亚硝化池内NO2 --N与NH4 +-N的浓度比为1:1-1.4；进一步优选的，亚硝化池内NO2 --N与NH4 +-N的浓度比为1:1-1.3；将亚硝化池内NO2 --N与NH4 +-N浓度控制在该范围内便于后续膜生物反应系统内进行厌氧氨氧化处理。
优选的，这种垃圾渗滤液处理处理方法中，生物膜反应装置内的溶解氧浓度＜0.15mg/L；进一步优选的，生物膜反应装置内的溶解氧浓度＜0.1mg/L。
优选的，这种垃圾渗滤液处理处理方法中，生物膜反应装置内活性炭的投加量为75-160g/L；进一步优选的，生物膜反应装置内活性炭的投加量为80-150g/L。
优选的，这种垃圾渗滤液处理处理方法中，生物膜反应装置内MLVSS为3500-4500mg/L；进一步优选的，生物膜反应装置内MLVSS为3800-4200mg/L。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的垃圾渗滤液处理系统中，增加膜生物反应系统(厌氧氨氧化)，不仅大大提高活性炭吸附有机物的负荷，延长活性炭床使用寿命，降低水处理成本，而且活性炭生物膜去除有机污染物的效果大大优于常规活性炭吸附法。在处理污水时，活性炭生物膜上的微生物利用掉有机质后，活性炭的吸附容量又可恢复增加，能长期稳定运行，无需取出再生。
(2)本发明的垃圾渗滤液处理系统中，前端设置水解酸化池、反硝化池及硝化池，减少了有机物对后续膜生物反应系统中的厌氧氨氧化的抑制，使得残余NH4 +-N和NO2 --N在后续反应器中通过厌氧氨氧化得以深度去除，并逐渐无需外加碳源，有机碳源的加入量逐渐减少，直至最后完全不添加碳源。剩余污泥产生量逐渐减少，碳源消耗和污泥产量分别下降91％和97％，减少了运营成本。
(3)本发明的膜生物反应系统(厌氧氨氧化)，可进行物理和生化作用同步去除COD和氨氮，并系统解决了常规处理工艺处理垃圾渗滤液末端处理过程氨氮和总氮过高等问题。
(4)使用本发明的垃圾渗滤液处理方法处理渗滤液，相对于常用的两级A/O处理，有效减少了污泥产量，降低处理成本；具体地，以非膜分离法作为出水前的处理工艺，无膜浓缩液的产生，不需要进行浓缩液的回灌或高级氧化，不造成额外的环境污染及成本支出。
附图说明
图1为垃圾渗滤液的处理系统示意图。
图2为实施例的一种垃圾渗滤液处理系统的实施例图。
图3为生物膜反应装置的结构示意图。
附图3标记：
1-进水口，2-搅拌装置，3-出水口，4-放空口，5-固定网格，6-厌氧氨氧化区，7-活性炭颗粒。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。
如图1所示，垃圾渗滤液处理系统包括依次相连的水解酸化池、反硝化池、硝化池、亚硝化池、膜过滤系统和膜生物反应系统；膜过滤系统与水解酸化池相连。
下面参考图2描述根据本发明实施例的垃圾渗滤液处理系统。
如图2所示，根据本发明实施例的垃圾渗滤液处理系统，包括依次相连的第一调节池、水解酸化池、反硝化池、硝化池、亚硝化池、膜过滤系统、第二调节池和膜生物反应系统；膜过滤系统与水解酸化池相连，膜过滤系统产生的部分污泥回流至水解酸化池内，另外部分污泥进入污泥池内，水解酸化池的部分污泥进入污泥池内，污泥池的上清液回流至第一调节池内进入系统中进行处理。
下面参考图3描述根据本发明实施例的生物膜反应装置。
生物膜反应装置包括进水口1，搅拌装置2，出水口3，放空口4，固定网格5；固定网格5位于搅拌装置2底部，固定网格5下部空间为厌氧氨氧化区6，厌氧氨氧化区6内投加活性炭颗粒7，活性炭的粒径为20-200目，生物膜反应装置侧面设有进水口1和出水口3；进水口1和出水口3均设置在固定网格5的上部，进水口1位置靠近固定网格5，出水口3的水位高于进水口1的水位；放空口4设置在固定网格5下部。
下面参考图2-3描述根据本发明实施例的垃圾渗滤液处理系统进行垃圾渗滤液处理的方法。
如图2-3所示，废水进入第一调节池内均匀水质，同时未达标的出水也返回至第一调节池，污泥池的上清液也进入第一调节池进行水质、水量均匀，第一调节池内废水通过提升泵进入水解酸化池；水解酸化池内废水进行水解与酸化，提高污水可生化性，水解酸化池水力停留时间为14-18h，水解酸化池出水进入反硝化池；反硝化池内在反硝化菌的作用下进行脱氮处理，反硝化池内水力停留时间为32-40h，反硝化池出水进入硝化池；硝化池内在好氧菌的作用下进一步代谢分解有机物，同时废水中的硝化菌进行硝化作用去除部分氨氮，硝化池出水进入亚硝化池；亚硝化池内进行部分亚硝化反应，在优势微生物氨氧化菌(AOB)的作用下，使得部分NH4 +-N被氧化形成NO2 --N，进行亚硝酸盐的积累，亚硝化池出水进入膜过滤系统，采用超滤膜过滤系统，超滤系统由4个平行超滤膜组成，超滤膜内部衬有0.8mm多孔过滤器，总表面积为300-350m2，活性污泥以及大分子有机物被截流后形成剩余污泥，剩余污泥回流至水解酸化池，回流量设置为250-350m3/h，剩下的剩余污泥进入污泥池，膜过滤系统出水进入第二调节池，进行pH调节，pH调节为7.0-8.0，以保证后续膜生物反应系统的稳定运行，第二调节池出水进入膜生物反应系统，膜生物反应系统包括两组并列的生物膜反应装置，其中一组包括3个生物膜反应装置，3个生物膜反应装置串联连接，另一组包括6个生物膜反应装置，6个生物膜反应装置串联连接，可根据水质选着其中一组进行水处理；膜生物反应系统出水排放，当出水不达标时，出水回流至第一调节池再次经过系统进行处理。
具体实施例
使用附图2所示的垃圾渗滤液处理系统进行垃圾渗滤液处理，具体操作如下：
(1)启动阶段：
水解酸化池接种生化池污泥，进行污泥驯化约45d；反硝化池接种富集的反硝化细菌和污水处理厂好氧活性污泥的混合物；硝化池接种采用硝化细菌与好氧活性污泥的混合物，硝化细菌的MLSS控制在0.5-1.0g/L，活性污泥的接种量为硝化池有效容积的10-50％；将厌氧氨氧化菌种和厌氧活性污泥接种至生物膜反应装置内，使污泥浓度维持在6-8g/L，后将颗粒活性炭按照80-150g/L的投加量投入到生物膜反应装置底部，颗粒活性炭粒度为30-100目，通过驯化形成颗粒活性炭生物膜。生物膜反应装置下部设置固定网格，防止厌氧氨氧化活性污泥因水流量波动过大或搅拌过度被冲散，生物膜反应装置底部设两处放空口，便于必要时清理部分废弃污泥。
(2)运行操作、调节：
水质调节：采用C/N比较低的老龄垃圾渗滤液，进水COD为1100-3700mg/L，TN为290-1100mg/L，进水流量约为30m3/h，进水水温为16.8-34.7℃。
过滤掉悬浮物及杂物的垃圾渗滤液经过提升泵输送至第一调节池，均匀水质时间约为一周，均匀水质后输送至水解酸化池。
水解酸化：水解酸化池的污泥浓度控制在10-20g/L，污泥层厚度控制在3.7-4.5m之间。污泥浓度依靠回流污泥及外接菌种补充和维持，同时将DO控制为<0.2mg/L，将pH调节至5.5-6.5，采用硫酸调节，水力停留时间不宜过长，约为16h。经水解酸化处理后的垃圾渗滤液接着进入反硝化池进行处理。
反硝化/硝化：反硝化池的DO控制在0.01-0.02mg/L，pH控制在7.2左右，所获得的反硝化处理液进入硝化池进行生化处理。
硝化池的DO控制在2.0-4.0mg/L，底部进行曝气，气水比100:1，所获得的好氧处理液进入亚硝化池进行处理。
亚硝化：亚硝化池的DO控制在0.2-0.5mg/L，主要发生亚硝化反应，监测NH4 +和NO2 -浓度，且通过调节处理水量，将其比例控制在NO2 -：NH4 +＝1:1～1:1.32。亚硝化池出水接着进入膜过滤系统进行泥水分离。
超滤膜系统：部分亚硝化处理液经过超滤膜过滤器形成剩余污泥和超滤清液。剩余污泥产生量约为40-50m3/年，部分剩余污泥回流至水解酸化池以维持污泥浓度，回流量设置为300m3/h；部分污泥进入污泥池进行脱水处理后得上清液和干污泥，上清液回流至第一调节池，干污泥运送至焚烧炉焚烧。超滤清液进入第二调节池。污泥池不包含在本发明的系统中，部分污泥可以外排进行处理。
pH调节：超滤清液进入第二调节池，将超滤清液pH控制在7.0-8.0，以保证后续厌氧氨氧化的稳定运行。
厌氧氨氧化：第二调节池出水进入膜生物反应系统，系统由两组并联的模组块组成，第一列模组块由3个生物膜反应装置串联组成，第二列模组块由6个生物膜反应装置组成。反应器模组块中DO<0.lmg/L，反应器内生物量维持在4000mg/L左右(折算成MLVSS)。反应器中，吸附在活性炭微孔内的有机物可以在微生物胞外酶的作用下解吸下来，恢复微孔的吸附能力。在反应器中，会形成边吸附、边降解、边解吸的循环局面，处理过程与再生过程同时发生，构成吸附与降解的协同效果。对C:N＝1～5(kg-COD/kg-TN)的废水，未加入后置颗粒活性炭生物膜系统前，仅靠活性污泥阶段(亚硝化池)的生物对总氮的平均去除率仅为82％±6％；加入后置的膜生物反应系统后，总氮平均去除率达94％±2.7％。这说明，附着在颗粒活性炭上的微生物能清除进水中最高达约23.4％的氮。经该处理后出水达标排放，未达标出水回流至调节池。
出水：膜过滤系统出水COD为580-1200mg.L-1，出水TN为110-218mg.L-1，经后续膜生物反应系统处理后的出水COD为120-230mg.L-1，出水TN为2.6-136mg.L-1，出水pH为5.8-7.9。
采用本发明的渗滤液处理系统，平均可去除水中0.67±0.11kg-N m-3.d-1，出水中平均总氮0.04±0.01kg-N m-3.d-1未被处理，即可去除水中约94％的总氮，最大日脱氮效率为98.3％，氮去除效果为1.1kg-Nm-3.d-1。在进水TN为711±116mg-N.L-1的情况下，在活性污泥段(亚硝化池)的出水TN为106±30mg-N.L-1，而在加入膜生物反应系统联合处理后的出水TN平均约为46±13mg-N.L-1。两段工艺联合处理出水的月平均TN浓度为22-91mg-N.L-1。后置的膜生物反应系统解决了常规处理工艺处理垃圾渗滤液末端流程氨氮和总氮过高等问题。
采用本发明的渗滤液处理系统，将传统硝化反硝化活性污泥装置升级为采用活性污泥-活性炭组合的膜生物反应系统，曝气量的减少使单位体积的能量需求逐渐从1.81kWhm-3下降到0.135±0.37kWh m-3，能耗降低约87％。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种垃圾渗滤液处理系统，其特征在于，包括依次相连的水解酸化池、反硝化池、硝化池、亚硝化池、膜过滤系统和膜生物反应系统；
所述膜过滤系统与所述水解酸化池相连；
所述膜生物反应系统包括生物膜反应装置；所述生物膜反应装置内填充活性炭。
2.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液处理系统，其特征在于，所述生物膜反应装置内部设有搅拌装置。
3.根据权利要求2所述的垃圾渗滤液处理系统，其特征在于，所述生物膜反应装置内部设有固定网格；所述固定网格位于搅拌装置下部；所述固定网格下部填充活性炭。
4.根据权利要求3所述的垃圾渗滤液处理系统，其特征在于，所述活性炭的粒径为20-200目。
5.一种垃圾渗滤液处理方法，其特征在于，采用权利要求1至4任意一项所述的垃圾渗滤液处理系统进行废水处理，具体包括以下步骤：垃圾渗滤液依次经过水解酸化池、反硝化池、硝化池、亚硝化池、膜过滤系统和膜生物反应系统，排放；膜过滤系统产生的污泥回流至水解酸化池内。
6.根据权利要求5所述的垃圾渗滤液处理方法，其特征在于，所述亚硝化池的溶解氧浓度为0.15-0.6mg/L。
7.根据权利要求6所述的垃圾渗滤液处理方法，其特征在于，所述亚硝化池内NO2 --N与NH4 +-N的浓度比为1:1-1.4。
8.根据权利要求5所述的垃圾渗滤液处理方法，其特征在于，所述生物膜反应装置内的溶解氧浓度＜0.15mg/L。
9.根据权利要求8所述的垃圾渗滤液处理方法，其特征在于，所述生物膜反应装置内活性炭的投加量为75-160g/L。
10.根据权利要求8所述的垃圾渗滤液处理方法，其特征在于，所述生物膜反应装置内MLVSS为3500-4500mg/L。
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| CN202210954701.3A CN115340258A (zh) | 2022-08-10 | 2022-08-10 | 一种垃圾渗滤液处理系统及方法 |
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