CN116444039B - 应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺，设置一级脱氮单元，控制一级脱氮单元工艺条件，进入的垃圾渗滤液进行短程硝化/反硝化反应；设置二级脱氮单元，一级脱氮单元出水进入二级脱氮单元进行硝化/反硝化反应，将水中的氨氮、总氮指标降低至排水标准。使用本发明的混元脱氮工艺处理垃圾渗滤液，大大地提高了脱氮效率。
Description
技术领域
本发明涉及了垃圾渗滤液处理工艺。尤其涉及应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺。
背景技术
目前的垃圾渗滤液普遍应用的生物脱氮系统是二级硝化/反硝化生物脱氮。如图1所示，现有的生物脱氮系统为一级反硝化池A1、一级硝化池O1、二级反硝化池A2、二级硝化池O2和管式超滤膜UF依次连接。垃圾渗滤液依次流入一级反硝化池、一级硝化池、二级反硝化池和二级硝化池进行两级硝化/反硝化生物脱氮。然而，在实际应用中，发明人发现现有的生物脱氮系统存在以下缺点：
1.硝化系统要将氨氮全量氧化成硝酸盐氮(NO3-N)，1克氨氮氧化为硝酸盐氮需耗氧4.57克，而亚硝化反应将氨氮氧化成亚硝酸盐氮(NO2-N)仅需耗氧3.43克。耗氧量高，动力消耗大。
2.二级硝化O2的出水经过管式超滤膜处理。由于二级硝化O2的出水为泥水混合液，水中含有大量的污泥，导致管式超滤膜的产水量较少，通常只有10％的出水量，而且大量的泥水混合液则回流至一级反硝化池A1中，参与一级反硝化反应。然而，大量的二级硝化混合液回流至一级反硝化池A1，严重稀释了一级反硝化池A1中的硝态氮浓度，降低了一级反硝化效率，使得碳源不能充分反应从而泄漏至一级硝化池O1，造成大量的碳源浪费，同时增加了污泥量和系统的负荷，也导致二级硝化的硝态氮浓度无法达到排放标准。
3.生物脱氮系统的排泥为泥水混合液，排泥量有限，大量的污泥回流至系统中。虽然污泥浓度高对硝化和反硝化有利，但是泥龄越高会影响生物除磷效果，而且污泥中累积的重金属会毒害系统中的硝化菌和反硝化菌。目前的生物脱氮系统在运行过程中，污泥停留时间大于100天(SRT>100d)，随着运行时间的推移，活性生物体所占比例严重下降，微生物系统将恶化，泥水不能重力分离。
短程硝化/反硝化具有降低能耗、节约碳源、减少污泥产量等优点，是公认的高效生物脱氮技术，应用与处理高氨氮浓度和低C/N比污水，在经济和技术上具有可行性。
发明内容
本发明的目的在于提供应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺。
本发明通过以下技术方案来实现发明目的：应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺，设置一级脱氮单元，控制一级脱氮单元工艺条件，进入的垃圾渗滤液进行短程硝化/反硝化反应；设置二级脱氮单元，一级脱氮单元出水进入二级脱氮单元进行硝化/反硝化反应，将水中的氨氮、总氮指标降低至排水标准。
一级脱氮单元，包括依次连接的一级反硝化池、一级硝化池和一级沉淀池，一级反硝化池至少为一个，一级硝化池与一级反硝化池之间设置一级硝化液回流管路，一级硝化池和一级沉淀池之间设置一级污泥回流管路。一级脱氮单元中在一级硝化池后设置一级沉淀池，在正常运行状态下，一级沉淀池不对污泥进行截留。一级沉淀池仅在在调试阶段以及工况异常需应急处理情况下，启动其沉淀功能，将污泥回流一级硝化池进行培菌，直至调试阶段结束或工况正常，(此阶段)一级沉淀池中污泥不排入二级脱氮单元中。
在本发明中，主要控制一级脱氮单元中进行短程硝化\反硝化反应。在工艺条件的控制上要利于亚硝化菌的生长并抑制硝化菌的产生，限制硝化过程仅进行到亚硝化阶段，在运行中主要以硝化池内氨氮浓度、PH值、溶氧量、泥龄四个参数进行单一或综合工艺控制：
1.控制反应的氨氮浓度。
NH4-N控制在20-100mg/L范围，同时要保证PH在7.6以上，最好是8.0-8.5这个范围。当NH4-N低于50mg/L时，PH优选在8.0-8.5范围。
2.控制硝化池溶氧浓度。
调节硝化池曝气量，使得硝化池溶氧要低于1.2mg/L(Do≦1.2mg/L)。在污泥浓度高的场合下尤其适合使用。
3.控制污泥停留时间(SRT)。
通过控制污泥停留时间(SRT)，实际上是控制亚硝化菌(AOB)的浓度，同时防止硝化菌(NOB)的生成。SRT控制在7-15d范围，温度低SRT取值高，温度高SRT取值低。本发明在正常情况下该模式对硝化池溶氧浓度没设上限要求。
垃圾渗滤液的氨氮浓度一般在1500-3000mg/L左右，将一级脱氮单元工艺设计的水力停留时间在7-12d范围内，可以使污泥停留时间SRT和水力停留时间相同(SRT最低值SRTmin)，即出流的混合液不做污泥截流即可满足要求，大大方便了运行管理。
即使采取了SRTmin模式，在高温季节仍可能出现一级短程硝化氨氮浓度过低的情况，在温度高于30℃下，硝化菌会严重被抑制，所以无需担心发生硝化反应。如果在温度低于30℃下出现氨氮浓度过低情况，则需要控制Do在1.0mg/L以下，以降低硝化速率来维持反应需要的氨氮浓度。
通常仅在调试培菌阶段，需要截流污泥，以及在运行过程中，出现氨氮上升趋势时，需要回流一级沉淀池的污泥以保证系统中亚硝化菌(AOB)的浓度。这是本发明一级脱氮单元短程硝化安全运行的一个重要的保障措施。
4.控制pH
控制系统PH在7.6以上。
一般情况下，硝化/反硝化过程总体是产酸的过程，但是由于渗滤液中含大量有机酸盐，有机酸盐的有机根被氧化后，阴根部分被OH-所代替，导致PH上升。比如作为碳源投加的醋酸钠，当醋酸根被氧化成CO2和水后，与Na+离子对应的阴离子就由OH-离子所对应。另外渗滤液富含钙镁离子，自身碱度高达800mg/L以上，对PH具有强大的缓冲能力，所以稳定运行后PH的值是很稳定的。因此，只在运行初期的调试阶段，系统内渗滤液成分的占比低，需要通过投加NaOH来维持PH值，当正常运行后，渗滤液成分在系统内的占比达到较高水平，PH值在不外加NaOH的情况下，也能稳定运行在7.6以上。
本发明中，可以根据所处理的垃圾渗滤液的实际情况以及系统运行效率和稳定性，设定一级脱氮单元和二级脱氮单元的脱氮量。在本发明中，主要控制一级脱氮单元的脱氮量。在实际运行中，根据垃圾渗滤液的情况以及系统反应效率等因素的考量，可控制一级脱氮单元的脱氮量的在70％以上。经过发明人的研究发现，一级脱氮单元的脱氮效率在90％时，反应效率高，且依然能够稳定运行。因此，在本发明的一个实施例中，控制一级脱氮单元的脱氮量为90％，那么剩余的10％由二级脱氮单元进行脱除。
本发明提出90％的总氮在一级脱氮单元内脱除的目的是基于反应效率的考虑：
硝化/反硝化过程说明：进水先进入反硝化池，和从硝化池回流的回流硝化液混合，亚硝酸盐和硝酸盐(统称NOx-N)在反硝化池内被rbCOD(易生物降解有机物)还原成氮气，进水的氨氮在反硝化池内是不发生反应的，只是被回流混合液所稀释。NOx-N盐被碳源反硝化的程度受反硝化池内rbCOD浓度所控制，反应速率和反硝化池内NOx-N的浓度成正相关性。从反硝化池流入到硝化池的氨氮在硝化池内被氧化成NOx-N，作为反硝化的原料被回流泵送入反硝化池。整个系统以内循环的方式工作。
如果由一级脱氮单元完成100％的脱氮效率，那等于整个脱氮系统只设一级，那么从硝化池出水的总氮(TN)就要很低(TN<50mg/L)，那么硝化池内的氨氮约5～10mg/L，NOx-N＝40～45mg/L，一方面硝化池难以保证短程硝化的氨氮浓度要求，另一方面回流的NOx-N浓度太低，为了保证脱氮总量需要回流比大于40才能满足要求，这么大的回流量会导致反硝化的反应时间不足。同时由于反硝化池内NOx-N浓度太低，反硝化效率很低，需要更高浓度的rbCOD浓度给予补偿，会造成碳源的利用率很低。如果只要求一级脱氮单元脱除90％总氮，那么其出水就允许有10％的剩余总氮，比如渗滤液原水设计总氮是2000mg/L，那么出水的总氮可放宽至200mg/L，那么可以设计一级硝化池内氨氮＝20～70mg/L，NOx-N＝130～180mg/L，这样的回流比可控制在11～15之间。这最主要的目的是可大大提高反硝化池的NOx-N反应浓度，从而可降低反硝化池内的rbCOD浓度，提高碳源的利用率。
在本发明中，控制一级脱氮单元的90％脱氮量的措施：每日检测一次一级硝化池的氨氮浓度、亚硝氮浓度和总氮浓度，然后主要根据总氮浓度来控制外加碳源的投入量。
二级脱氮单元包括依次连接的二级反硝化池、二级硝化池和二级沉淀池，二级反硝化池和二级硝化池之间设置二级硝化液回流管路，二级反硝池和二级沉淀池之间设置二级污泥回流管路。二级脱氮单元中的污泥来自于一级脱氮单元，硝化菌系以氨氮氧化菌(AOB或称亚硝化菌)为主，那么在二级脱氮单元中在工艺上通常不进行短程硝化/反硝化控制，仍然可以达到短程硝化的效果。
二级脱氮单元中的二级沉淀池主要用于产出上清液和有效从系统排出浓缩污泥，提高排泥效率，在正常运行情况下不需将污泥回流至二级脱氮单元。
本发明的技术效果：
1.本发明一级脱氮单元和二级脱氮单元依次连接成完整的脱氮系统。它们相互联系又互相独立完成各自的功能。
一级脱氮单元中在一级硝化池后设置一级沉淀池，在正常运行状态下，一级沉淀池不对污泥进行截留，仅在调试阶段以及工况异常需应急处理下，启动其沉淀功能，将污泥回流一级硝化池进行培菌，直至调试阶段结束或工况正常，(此阶段)一级沉淀池中污泥并不排入二级脱氮单元中。一级沉淀池的设置，可以在工艺中，先在一级脱氮单元进行调试培菌，达到工艺要求后，再将一级沉淀池中泥水混合液排入二级脱氮单元，提高了调试效率。在出现运行异常时，可以单独对一级脱氮单元进行调节，不影响二级脱氮单元的运行。
二级脱氮单元中，二级硝化池和二级反硝化池之间设置二级硝化液回流管路，二级反硝化池和二级沉淀池之间设置二级污泥回流管路，在工艺中独立完成对剩余部分氮的脱除。在结构上，二级脱氮单元与一级脱氮单元之间不设置回流管路，那么二级脱氮单元中的泥水是不回流至一级脱氮单元中作处理，避免了对一级脱氮单元的生物系统的污染，破坏生物系统，无法完成短程硝化反硝化；也避免稀释一级反硝化池的亚硝酸盐浓度降低反应效率。
在处理的垃圾渗滤液的氨氮浓度达峰时，一级脱氮单元出水并不能满足处理70％以上总氮时，由二级脱氮单元在短时间内承担高氨氮浓度水处理，同时对一级脱氮单元进行调试，比如添加碳源、回流污泥等，让一级脱氮单元恢复处理能力，无需关停整个系统。
2.本发明的一级沉淀池同时作为反硝化池，通常在正常运行过程中作为反硝化池使用，在调试培菌阶段时启用沉淀功能，截流污泥，以及在运行过程中，出现氨氮上升趋势时，启用沉淀功能，回流污泥以保证一级硝化池的亚硝化菌(AOB)的浓度。
在正常运行状态下，一级沉淀池切换为反硝化模式，使得一级脱氮单元的污泥停留时间(泥龄)和水力停留时间相同，以此来控制泥龄。
3.本发明一级脱氮单元中设置至少两个串联的一级反硝化池，第一个一级反硝化池进行高浓度反应，反应快速，而后续的一级反硝化池进行的则是低浓度反应，有利于充分利用碳源。
4.控制一级脱氮单元进行的是短程硝化/反硝化反应，降低耗氧量，同时降低动力消耗。
5.本发明提供的混元脱氮系统，在二级脱氮单元中设置二级沉淀池，氨氮、总氮浓度达标的泥水在该池中进行沉降分离，污泥得到排放，避免了大量污泥滞留在系统中，有效地保证了整个系统的生物系统的稳定。
6.使用本发明的混元脱氮系统处理垃圾渗滤液，大大地提高了脱氮效率。
附图说明
图1是现有技术中的用于垃圾渗滤液生物处理的脱氮系统的结构示意图。
图2是本发明的应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮系统的结构示意图。
具体实施方式
如图2所示的应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮系统，包括依次连接的一级脱氮单元、二级脱氮单元和管式超滤装置。
一级脱氮单元包括依次连接的一级反硝化池、一级硝化池O1和一级沉淀池A21。一级反硝化池为两个，分别为一级反硝化池A11和一级反硝化池A12。一级反硝化池A11和一级反硝化池A12连通并由隔墙进行分隔。在工艺中，一级反硝化池A11中混合液的硝态氮(Nox-N)浓度高，进行快速反应，反应处理后的混合液进入一级反硝化池A12，继续进行反硝化处理，以重复使用碳源，避免其泄漏至一级硝化池O1造成大量的碳源浪费，同时增加了污泥量和系统的负荷。
一级硝化池O1和一级反硝化池A11之间设置一级硝化液回流管路。一级硝化池O1和一级沉淀池A21之间设置一级污泥回流管路，用于调试阶段和氨氮异常时，回流污泥以构建或修复生物系统。
二级脱氮单元包括依次连接的二级反硝化池A22、二级硝化池O2和二级沉淀池S2，二级反硝化池A22和二级硝化池O2之间设置二级硝化液回流管路，二级反硝化池A22和二级沉淀池S2之间设置二级污泥回流管路。
一级沉淀池A21与二级反硝化池A22连接。二级沉淀池S2的排水口与管式超滤装置UF连接或者后续的精处理系统连接。
应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺，包括以下步骤：
1.控制一级脱氮单元工艺条件，进入的垃圾渗滤液进行短程硝化/反硝化反应。
在工艺条件的控制上要利于亚硝化菌的生长并抑制硝化菌的产生，限制硝化过程仅进行到亚硝化阶段，在运行中主要以硝化池内氨氮浓度、PH值、溶氧浓度、泥龄四个参数进行单一或综合工艺控制，即根据垃圾渗滤液情况、处理过程中氨氮浓度、温度等的变化进行选择，只要将一级脱氮单元中控制在短程硝化/反硝化环境下即可。
(1)控制反应的氨氮浓度。
NH4-N控制在20-100mg/L范围，同时要保证PH在7.6以上，最好是8.0-8.5这个范围。当NH4-N低于50mg/L时，PH优选在8.0-8.5范围。
(2)控制硝化池溶氧浓度。
调节硝化池曝气量，使得硝化池溶氧要低于1.2mg/L(Do≦1.2mg/L)。在污泥浓度高的场合下尤其适合使用。
(3)控制污泥停留时间(SRT)。
通过控制污泥停留时间(SRT)，实际上是控制亚硝化菌(AOB)的浓度，同时防止硝化菌(NOB)的生成。SRT控制在7-15d范围，温度低SRT取值高，温度高SRT取值低。本发明在正常情况下该模式对硝化池溶氧浓度没设上限要求。
垃圾渗滤液的氨氮浓度一般在1500-3000mg/L左右，将一级脱氮单元工艺设计的水力停留时间在7-12d范围内，可以使污泥停留时间SRT和水力停留时间相同(SRT最低值SRTmin)，即出流的混合液不做污泥截流即可满足要求，这样做就大大方便了运行管理。
即使采取了SRTmin模式，在高温季节仍可能出现一级短程硝化氨氮浓度过低的情况，在温度高于30℃下，硝化菌会严重被抑制，所以无需担心发生硝化反应。如果在温度低于30℃下出现氨氮浓度过低情况，则需要控制Do在1.0mg/L以下，以降低硝化速率来维持反应需要的氨氮浓度。
采用控制污泥停留时间的模式下，通常仅在在调试培菌阶段，需要截流污泥，以及在运行过程中，出现氨氮上升趋势时，需要回流一级沉淀池A21的污泥以保证系统中亚硝化菌(AOB)的浓度。这是一级脱氮单元短程硝化安全运行的一个重要的保障措施。
(4)控制pH
控制系统PH在7.6以上。
一般情况下，硝化/反硝化过程总体是产酸的过程，但是由于渗滤液中含大量有机酸盐，有机酸盐的有机根被氧化后，阴根部分被OH-所代替，导致PH上升。比如作为碳源投加的醋酸钠，当醋酸根被氧化成CO2和水后，与Na+离子对应的阴离子就由OH-离子所对应。另外渗滤液富含钙镁离子，自身碱度高达800mg/L以上，对PH具有强大的缓冲能力，所以稳定运行后PH的值是很稳定的。因此，只在运行初期的调试阶段，系统内渗滤液成分的占比低，需要通过投加NaOH来维持PH值，当正常运行后，渗滤液成分在系统内的占比达到较高水平，PH值在不外加NaOH的情况下，也能稳定运行在7.6以上。
在本实施例中，控制一级脱氮单元的脱氮量为90％。例如，渗滤液原水设计总氮是2000mg/L，那么出水的总氮可放宽至200mg/L，那么设计一级硝化池O1内氨氮＝20～70mg/L，NOx-N＝130～180mg/L，这样的回流比可控制在11～15之间。这最主要的目的是可大大提高反硝化池的NOx-N反应浓度，从而可降低反硝化池内的rbCOD浓度，提高碳源的利用率。
控制一级脱氮单元的90％脱氮量的措施：每日检测一次一级硝化池O1的氨氮浓度、亚硝氮浓度和总氮浓度，然后主要根据总氮浓度来控制外加碳源的投入量。
2.一级脱氮单元出水进入二级脱氮单元进行硝化/反硝化反应，将水中的氨氮、总氮指标降低至排水标准。
二级脱氮单元中的污泥来自于一级脱氮单元，其硝化菌系以亚硝化菌(AOB)为主，那么在二级脱氮单元中在工艺上通常不进行短程硝化/反硝化控制。
二级脱氮单元中的二级沉淀池S2主要用于产出上清液和有效从系统排出浓缩污泥，提高排泥效率，在正常运行情况下不需将污泥回流至二级脱氮单元。
3.设置管式超滤装置，二级脱氮单元的出水经管式超滤装置UF超滤处理后排放或进入精处理系统继续处理。
Claims (7)
1.应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺，其特征是，
设置一级脱氮单元，包括依次连接的一级反硝化池、一级硝化池和一级沉淀池，控制所述一级脱氮单元工艺条件，进入的垃圾渗滤液进行短程硝化/反硝化反应，控制所述一级脱氮单元的脱氮量的在70%以上；
设置二级脱氮单元，所述一级脱氮单元出水进入所述二级脱氮单元进行硝化/反硝化反应，将水中的氨氮、总氮指标降低至排水标准，直接出水；
所述一级脱氮单元和二级脱氮单元分别独立完成水处理，所述二级脱氮单元与一级脱氮单元之间不设置回流管路，所述二级脱氮单元的出水及污泥直接排出无需回流处理；
正常运行状态下，所述一级沉淀池作为反硝化池使用，不对污泥进行截留，在调试阶段以及出现氨氮上升趋势时，启动其沉淀功能，将污泥回流所述一级硝化池进行培菌，直至调试阶段结束或工况正常。
2.根据权利要求1所述的应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺，其特征是，所述一级反硝化池至少为一个，所述一级硝化池与一级反硝化池之间设置一级硝化液回流管路，所述一级硝化池和一级沉淀池之间设置一级污泥回流管路；所述二级脱氮单元包括依次连接的二级反硝化池、二级硝化池和二级沉淀池，所述二级反硝化池和二级硝化池之间设置二级硝化液回流管路，所述二级反硝化池和二级沉淀池之间设置二级污泥回流管路；所述二级脱氮单元与一级脱氮单元之间不设置回流管路。
3.根据权利要求1所述的应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺，其特征是，控制所述一级脱氮单元的脱氮量为90%，所述二级脱氮单元的脱氮量为10%。
4.根据权利要求3所述的应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺，其特征是，控制所述一级脱氮单元中的氨氮浓度在20-100mg/L范围，同时PH在7.6以上。
5.根据权利要求3或4所述的应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺，其特征是，当所述一级硝化池水温低于30℃时要控制所述一级硝化池溶氧浓度要低于1.2mg/L。
6.根据权利要求5所述的应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺，其特征是，控制所述一级脱氮单元污泥停留时间在7-15d范围内。
7.根据权利要求6所述的应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺，其特征是，当温度低于30℃下出现氨氮浓度过低情况，控制Do在1.0mg/L以下。
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