CN201343466Y - 一种高氨氮垃圾渗滤液短程生物脱氮教学实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种高氨氮垃圾渗滤液短程生物脱氮教学实验装置属于污水生物处理技术领域。采用缺氧/厌氧UASB－SBR生化系统通过短程生物脱氮实现垃圾渗滤液内有机物及氮的同步、深度去除。采取SBR硝化液回流的方式，对原渗滤液既有一定的稀释作用，又可使富含NO2 －－N的硝化液借助原水中丰富的有机碳源进行反硝化，因此在同一UASB反应器内实现反硝化(缺氧反应)和产甲烷(厌氧反应)两种作用，获得了94.4％以上的有机物去除率和高于99.5％的反硝化率，实现了生物脱氮和去除有机物的双重目的。SBR反应器获得了99.5％以上的硝化率和反硝化率，出水总氮低于20mg/L，获得了深度脱氮。此外，以pH，ORP，DO作为SBR系统生物脱氮过程的控制参数，能够准确监测SBR反应器的硝化、反硝化终点，节省了运行费用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种污水生物处理装置，特别是一种高氨氮、高有机物的有机工业废水生物脱氮、去除有机物的污水处理方法与装置。
背景技术
城市垃圾渗滤液是一种成份非常复杂的高浓度有机废水，其中高氨氮和高有机物是其重要的水质特征。此外，渗滤液呈黑褐色，强烈的刺激性以及大量的无机化合物均为渗滤液的处理带来困难。由于生物脱氮可实现真正意义的氮去除，而非“污染转嫁”，因此生物法是处理垃圾渗滤液最经济、有效及应用最广泛的方法。与好氧生物法相比而言，厌氧生物法在处理高浓度有机废水方面具有能耗低，污泥产量少，有机负荷高及产生可利用资源(沼气)等优势，因此可选择厌氧生物法作为垃圾渗滤液的预处理工艺。
此外，由于垃圾渗滤液氨氮含量高、水质十分复杂并且随填埋时间的变化而变化，早期渗滤液氨氮和COD均很高，晚期渗滤液氨氮含量增高，但COD浓度大幅度降低，导致碳氮比失调。使其与城市污水等其它废水相比有自己显著的特点。高氨氮废水的脱氮问题一直是国内外研究的重点和难点，以往垃圾处理所产生的渗滤液主要依靠地下水层来净化，但随着时间的延长和地址构造对污染物的去除容量的有限性，渗滤液会对地下水、地表水及垃圾填埋场周围环境造成污染，使地表水缺氧、水质恶化、富营养化，威胁饮用水和工农业用水水源，使地下水质污染而丧失利用价值。同时，有机污染物进入食物链将直接威胁人类健康。垃圾渗滤液作为一种高浓度、多组分、易变化的污水，其难于处理的主要原因在于其特殊的水质特点，这就决定了常规的污水处理方法并不可行。鉴于上述原因，建立一种适合垃圾渗滤液水质特点的污水处理方法和装置是十分必要，具有重要的实际意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种垃圾渗滤液短程生物脱氮方法与装置，解决高氨氮垃圾渗滤液难于生物处理的技术问题；并解决高浓度有机废水深度脱氮、深度去除有机物的问题。
本实用新型的技术方案，缺氧/厌氧UASB-SBR垃圾渗滤液短程生物脱氮方法与装置，其特征在于：
这种缺氧/厌氧UASB-SBR垃圾渗滤液短程生物脱氮方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)渗滤液从一体化水箱通过缺氧/厌氧UASB渗滤液进水泵与回流的SBR硝化液上清液(回流体积比3∶1)通过缺氧/厌氧UASB硝化液进水泵一起被泵入缺氧/厌氧UASB反应器，反应器内的反硝化菌和厌氧产甲烷菌充分利用进水中丰富的有机物，进行缺氧反硝化和厌氧产甲烷反应，反硝化菌利用进水中丰富的有机碳源将SBR硝化液回流水中的NO2 --N还原为N2，完成氮的去除。同时上述缺氧/厌氧UASB反应器内产甲烷菌将有机物氧化成CH4，H2O和CO2，从而实现有机物的去除。
(2)缺氧/厌氧UASB反应器的出水依靠重力流向中间水箱。
(3)中间水箱内的水借助SBR进水泵的作用，进入SBR反应器，进水完成后，开启空气压缩机，空气通过气体管、气体流量计和空气扩散装置向SBR反应器的微生物提供呼吸作用所需要的氧气，首先在异养菌的呼吸作用下，可深度去除水中残余有机物，同时自养硝化菌以NH4 +-N为电子供体，氧气为电子受体，将NH4 +-N氧化为NO2 --N，实现了氨氮的去除，
(4)上述SBR反应器硝化结束时，静止沉淀30～60分钟后，启动SBR硝化液回流泵，将硝化液通过SBR硝化液回流管回流至SBR硝化液回流区，然后借助于缺氧/厌氧UASB硝化液进水泵进入缺氧/厌氧UASB反应器进行反硝化；
(5)上述SBR硝化液回流完成时，向反应器内投加碳源作为电子供体，使COD/NO2 --N控制在3.5，启动机械搅拌装置，将混合液内的电子受体NO2 --N完还原成氮气N2，从而完成了氮深度去除。
(6)上述SBR反硝化完成后，停止机械搅拌装置，使SBR反应器内的泥水混合液静止沉淀30～60分钟，进行泥水分离，上清液通过SBR排水阀直接排出。
这种缺氧/厌氧UASB-SBR垃圾渗滤液短程生物脱氮装置，其特征在于：
由一体化水箱、缺氧/厌氧UASB反应器、中间水箱、SBR反应器串联组成；
缺氧/厌氧UASB反应器设有内循环回流管；
在SBR反应器与SBR硝化液回流区连接有SBR硝化液回流管；
一体化水箱中的原渗滤液区，SBR硝化液回流区分别通过缺氧/厌氧UASB渗滤液进水管和缺氧/厌氧UASB硝化液进水管与缺氧/厌氧UASB反应器底部进水口连通，缺氧/厌氧UASB反应器内置三相分离器，顶部设有排气阀、排气管与外置的碱液吸收瓶连通，碱液瓶吸收瓶与气体流量计连接。缺氧/厌氧UASB内循环出水阀通过缺氧/厌氧UASB内循环水管与底部进水口连通，缺氧/厌氧UASB出水管连通中间水箱。SBR反应器通过SBR进水管连通中间水箱，SBR反应器内设有空气扩散装置和机械搅拌装置。SBR反应器通过SBR硝化液回流管与SBR硝化液回流区通连通。
本实用新型缺氧/厌氧UASB-SBR垃圾渗滤液短程生物脱氮工艺的机理：首先，在同一UASB反应器内实现反硝化(缺氧反应)和产甲烷(厌氧反应)两种作用，实现了生物脱氮和去除有机物的双重目的，因此将其称之为缺氧/厌氧UASB反应器。反硝化作用是指反硝化菌以进水中的有机物为电子供体，以NO2 --N为电子受体，将NO2 --N还原为氮气的生化反应过程。厌氧产甲烷作用是指产甲烷菌在厌氧条件下，将进水中的有机物氧化CH4，H2O和CO2的生化反应过程，从而实现有机物的去除。缺氧/厌氧UASB反应器出水中有机物在SBR反应器通过好氧微生物的呼吸作用，将有机物氧化成H2O和CO2，从而实现有机物的进一步去除。
对于渗滤液内高浓度氨氮，由于SBR硝化液回流的稀释作用，缺氧/厌氧UASB反应器的进水浓度较原液实现了一定程度的降低，然后借助于SBR反应器的短程硝化反硝化实现氮真正去除。短程硝化反硝化包括硝化和反硝化两个步骤，硝化是指在好氧条件下，氨氧化菌将NH4 +-N氧化成亚硝态氮NO2 --N的过程。反硝化是指在缺氧条件下，异养反硝化菌以有机物为电子供体，以NO2 --N为电子受体，将NO2 --N还原为氮气的过程。
有益效果：
本实用新型以城市生活垃圾渗滤液为处理对象，在保证出水水质的前提下，主要解决高氨氮垃圾渗滤液难于生物处理的技术问题；并解决高浓度有机废水深度脱氮、深度去除有机物的问题；还解决方便实验应用和控制技术参数的问题。采用UASB反应器处理高浓度废水中的有机物，具有能耗低，污泥产量少，负荷高等优点，因而可避免直接采用好氧生物法处理造成的能耗大，剩余污泥量大等弊端。此外，采用SBR工艺作为氮去除的主要构筑物，充分利用了SBR法具有工艺简单，节省费用；理想的推流过程生化反应推动力大、效率高；运行方式灵活，脱氮除磷效果好；防止污泥膨胀和耐冲击负荷、处理效率高等优点。
本缺氧/厌氧UASB-SBR垃圾渗滤液短程生物脱氮工艺，具有以下优点：
本实用新型中，在同一反应器内实现反硝化和产甲烷两种生化反应，实现了渗滤液内有机物和氮的同步、深度去除。在缺氧/厌氧UASB反应器内，获得了94.4％以上的有机物去除率和高于99.5％的反硝化率。
本实用新型中，采取SBR硝化液回流的方式，对原渗滤液既有一定的稀释作用，又可使富含NO2 --N的硝化液借助原水中丰富的有机碳源进行反硝化，实现“以废治废”的废水处理理念，从而获得了生物脱氮及降解有机物的双重目的。
本实用新型中，在SBR反应器的缺氧段，按COD/NO2 --N＝3.5的比例投加碳源，使系统出水总氮低于20mg/L，获得了深度脱氮。
在本实用新型中，在缺氧/厌氧UASB反应器内进行反硝化作用可产生大量的碱度，将这些碱度回用于后续SBR硝化过程，即可保证硝化作用的顺利完成，又大大节省了SBR硝化阶段的投碱量。
本实用新型中，采用pH，ORP，DO作为SBR系统生物脱氮过程控制参数。整个生物脱氮过程中，系统内三氮(NH4 +-N，NO3 --N，NO2 --N)的变化规律与pH，ORP，DO的变化具有很好的相关性，硝化过程中，由于生化系统内产生H+，系统内pH值逐渐降低，硝化结束时降至最低，ORP，DO值则出现突越。反硝化过程中，由于系统内产生碱度，pH值逐渐升高，ORP逐渐降低，反硝化结束时pH达到最大值并出现拐点，ORP逐渐降低也出现拐点。因此，当pH值降至最低点和升至最高点时，分别指示硝化和反硝化反应结束，可立即停止曝气和缺氧搅拌，从而有效地防止了过曝气和过搅拌带来的能耗，节省了运行费用。
附图说明
图1是缺氧/厌氧UASB-SBR垃圾渗滤液短程生物脱氮方法与装置示意图；
图2是COD在缺氧/厌氧UASB-SBR生化系统内的浓度变化图；
图3是NH4 +-N在缺氧/厌氧UASB-SBR生化系统内的浓度变化图。
图1中：
A-一体化水箱：1-原渗滤液区、2-SBR硝化液回流区；
B-缺氧/厌氧UASB反应器：3-渗滤液出水阀、4-缺氧/厌氧UASB渗滤液进水泵、5-缺氧/厌氧UASB渗滤液进水管、6-硝化液出水阀、7-缺氧/厌氧UASB硝化液进水泵、8-缺氧/厌氧UASB硝化液进水管、9-缺氧/厌氧UASB内循环出水阀、10-缺氧/厌氧UASB内循环水管、11-缺氧/厌氧UASB内循环泵、12-三相分离器、13-排气阀、14-排气管、15-碱液吸收瓶、16-气体流量计、17-缺氧/厌氧UASB出水管、18-中间水箱，19-中间水箱出水阀。
C-SBR反应器：20-SBR进水管、21-SBR进水泵、22-空气压缩机、23-气体管、24-气体流量计、25-空气扩散装置、26-SBR硝化液回流阀、27-SBR硝化液回流泵、28-SBR硝化液回流管、29-机械搅拌装置、30-SBR排水阀、21-SBR放空管和排泥管。
具体实施方式
参见图1，本实用新型进行垃圾渗滤液处理的具体流程为：
渗滤液从一体化水箱A通过缺氧/厌氧UASB渗滤液进水泵4与回流的SBR硝化液上清液(回流体积比3∶1)通过缺氧/厌氧UASB硝化液进水泵7一起被泵入缺氧/厌氧UASB反应器B，反应器内的反硝化菌和厌氧产甲烷菌充分利用进水中丰富的有机物，进行缺氧反硝化和厌氧产甲烷反应，使得有机物被充分降解。缺氧/厌氧UASB反应器B-的出水依靠重力流向中间水箱18。中间水箱18内的水借助SBR进水泵21的作用，进入SBR反应器C，首先通过异养菌和硝化菌的好氧呼吸作用，完成缺氧/厌氧UASB出水中有机物的深度去除和氨氮的完全转化(NH4 +-N→NO2 --N)，将静止沉淀30～60分钟后的硝化液回流至SBR硝化液回流区2，然后通过SBR的缺氧段，投加碳源作为电子供体，将混合液内的电子受体NO2 --N完还原成氮气N2，从而完成了有机物和氮的同步深度去除。
应用本实用新型工艺进行垃圾渗滤液处理的具体步骤如下：
(1)开启渗滤液出水阀3，启动缺氧/厌氧UASB渗滤液进水泵4，同时开启硝化液出水阀6，启动缺氧/厌氧UASB硝化液进水泵7，渗滤液与SBR硝化液分别经过缺氧/厌氧UASB滤液进水管5和缺氧/厌氧UASB硝化液进水管8一同被泵入缺氧/厌氧UASB反应器B。开启缺氧/厌氧UASB内循环出水阀9，启动缺氧/厌氧UASB内循环泵11，通过缺氧/厌氧UASB内循环水管10进行内循环，使得液体在缺氧/厌氧UASB反应器B内向上流动，与反应器内的微生物充分接触，进水混合液在缺氧/厌氧UASB反应器B内发生反硝化和产甲烷同步作用，反硝化菌利用进水中丰富的有机碳源将SBR硝化液回流水中的NO2 --N还原为N2，完成氮的去除。
(2)上述缺氧/厌氧UASB反应器B内产甲烷菌将有机物氧化成CH4，H2O和CO2，从而实现有机物的去除。缺氧/厌氧UASB反应器B内产生的N2和CH4，CO2自下向上流动，在三相分离器12的作用下，实现了气体、液体和固体的分离，经排气阀13和排气管14进入碱液吸收瓶15，在碱液吸收瓶15内，生物气中的CO2被碱液吸收，而N2和CH4则通过气体流量计16计量后排放。
(3)上述缺氧/厌氧UASB反应器B的上清液通过缺氧/厌氧UASB出水管17靠重力流入到中间水箱18，打开中间水箱出水阀19，开启SBR进水泵21，中间水箱18内的水通过SBR进水管20被泵入SBR反应器D。进水完成后，开启空气压缩机22，空气压缩机22送出的气体通过气体管23，气体流量计24和空气扩散装置25，向反应器的微生物提供呼吸作用所需要的氧气，并使反应器内的微生物与液体充分混合。
(4)上述进入SBR反应器C经缺氧/厌氧UASB反应器B处理的垃圾渗滤液，首先在异养菌的作用下，深度去除出水中残余有机物，同时自养的硝化菌以NH4 +-N为电子供体，氧气为电子受体，将NH4 +-N氧化为NO3 --N，实现氨氮的去除。
(5)上述SBR反应器C硝化结束时，静止沉淀30～60分钟后，开启SBR硝化液回流阀26，启动SBR硝化液回流泵27，将硝化上清液通过SBR硝化液回流管28回流至2-SBR硝化液回流区，被泵入缺氧/厌氧UASB反应器B内进行反硝化。
(6)上述SBR回流结束后，加入碳源，使COD/NO2 --N控制在3.5。开启机械搅拌装置29，反硝化菌在缺氧条件下，以碳源为电子供体，NO2 --N为电子受体，将NO2 --N还原为N2。
(7)上述SBR反硝化反应完成后，停止机械搅拌装置29，使SBR反应器C内的泥水混合液静止沉淀沉淀30～60分钟，进行泥水分离。泥水分离完成后，上清液通过SBR排水阀30直接排出系统。
实验实例：以某垃圾填埋场的实际垃圾渗滤液为研究对象，试验结果表明：系统经过100的连续运行，获得了稳定的工艺性能：
(1)COD的去除性能：在进水COD平均为6354.9mg/L的条件下，缺氧/厌氧UASB和SBR出水COD分别为1588.7mg/L，361.9mg/L，去除率分别为75.0％和94.3％。SBR出水即为系统的最终出水，因此整个系统获得了94.7％的COD去除效果，同时缺氧/厌氧UASB的负荷OLR为6.8kgCOD/m3·d，去除速率为4.77kgCOD/m3·d。此外，在进水TC，TOC和IC分别为2470，1860，610mg/L的条件下，出水分别为367.3，222.4，144.9mg/L，去除率分别为985％，88％和76％，实现了有机物的高效、深度去除；
(2)NH4 +-N去除性能：在平均进水NH4 +-N为2047.6mg/L的条件下，缺氧/厌氧UASB和SBR出水NH4 +-N分别为511.9mg/L和3.2mg/L，去除率分别为75.0％和99.8％。SBR出水即为系统的最终出水，因此整个系统获得了99.8％的NH4 +-N去除率；对于SBR反应器，氨氮去除速率为0.163kgN/m3·d，实现高效、深度氨氮去除；
(3)系统的反硝化性能：在缺氧/厌氧UASB反应器内，借助于进水中丰富的有机碳源和在SBR反应器的缺氧段，按COD/NO2 --N＝3.5投加甲醇作为反硝化碳源，均实现了99.5％以上的反硝化率，UASB出水和SBR反硝化结束时的NO2 --N为0.5mg/L和1.0mg/L因此实现了氮的真正，深度去除。
在本实用新型工艺中，缺氧/厌氧UASB反应器扮演有机物去除的主要角色，而SBR反应器则扮演氮去除的主要角色，因为生物脱氮(硝化-反硝化作用)是实现渗滤液中氮去除的经济，有效方式，而非“污染转嫁”。在本实验装置中，充分利用了厌氧生物法处理高浓度有机物的优点，实现了渗滤液内有机物的高效去除，同时选择运行方式灵活，可深度脱氮的SBR反应器获得了氮的真正去除。发生在SBR反应器缺氧段和缺氧/厌氧UASB内的彻底反硝化为后续SBR硝化阶段提供了充足的碱度，从而保证了SBR系统硝化作用的顺利进行，并获得了完全的硝化作用，这样SBR硝化结束时回流至缺氧/厌氧UASB反应器内的硝化液大幅度稀释了原渗滤液的高浓度氨氮，从而大大减弱了高浓度氨氮所形成的游离氨(FA)对后续SBR系统内硝化菌的抑制作用，可见这两者是相互关联、相互制约的。本实验装置经济高效，没有二次污染，实现了渗滤液中高浓度有机物和氮的真正去除。
Claims (1)
1.一种高氨氮垃圾渗滤液短程生物脱氮教学实验装置，其特征在于：
由一体化水箱、缺氧/厌氧UASB反应器、中间水箱、SBR反应器串联组成；缺氧/厌氧UASB反应器设有内循环回流管；
在SBR反应器与SBR硝化液回流区连接有SBR硝化液回流管；
一体化水箱中的原渗滤液区，SBR硝化液回流区分别通过缺氧/厌氧UASB渗滤液进水管和缺氧/厌氧UASB硝化液进水管与缺氧/厌氧UASB反应器底部进水口连通，缺氧/厌氧UASB反应器内置三相分离器，顶部设有排气阀、排气管与外置的碱液吸收瓶连通，碱液瓶吸收瓶与气体流量计连接；缺氧/厌氧UASB内循环出水阀通过缺氧/厌氧UASB内循环水管与底部进水口连通，缺氧/厌氧UASB出水管连通中间水箱；SBR反应器通过SBR进水管连通中间水箱，SBR反应器内设有空气扩散装置和机械搅拌装置；SBR反应器通过SBR硝化液回流管与SBR硝化液回流区通连通。
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| CX01 | Expiry of patent term | ||
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