申请日2015.09.17
公开(公告)日2015.12.09
IPC分类号C02F9/14
摘要
晚期垃圾渗滤液A/O半短程硝化与UASB厌氧氨氧化组合脱氮装置与方法属于低碳氮(C/N)比高氨氮垃圾渗滤液生物脱氮技术领域。原水箱通与A/O半短程硝化反应器的缺氧区首格室相连通，沉淀池设有中心管，溢流堰，沉淀池上部出水通过A/O半短程硝化反应器通过出水管与中间水箱相连接，中间水箱与厌氧氨氧化反应器底部相连接，厌氧氨氧化反应器设有自循环管路，并与A/O原水箱相连接;A/O半短程硝化反应器与厌氧氨氧化UASB反应器串联运行，通过厌氧氨氧化UASB反应器出水循环对晚期垃圾渗滤液原液进行稀释。本发明用于垃圾填埋场的晚期垃圾渗滤液的有机物去除与短程脱氮，工艺先进，装置结构简单，节能降耗优势明显。
摘要附图
权利要求书
1.晚期垃圾渗滤液A/O半短程硝化与厌氧氨氧化组合脱氮装置，其特征在 于：设有渗滤液原水箱(1);A/O半短程硝化反应器(2);沉淀池(3)、中间水箱(4)、 厌氧氨氧化UASB反应器(5);渗滤液原水箱(1)设有溢流管(1.1)和放空管(1.2); 渗滤液原水箱(1)通过第一进水管(2.1)和第一进水泵(2.2)与A/O半短程硝化反应 器(2)相连接;A/O半短程硝化反应器2分为8个格室，按照水流方向上下设置 过水孔连接各个格室;前2格为缺氧反硝化区，后6格为好氧硝化区;2个缺氧 反硝化区均设有搅拌器(2.7);好氧硝化区设有曝气泵(2.3)、气体流量计(2.4)、气 量调节阀(2.5)和曝气头(2.6);A/O半短程硝化反应器(2)通过沉淀池连接管(3.1) 与沉淀池(3)连接;沉淀池(3)通过第一回流管(3.2)和污泥回流泵(3.3)与A/O半短 程硝化反应器(2)的首格室即缺氧反硝化格室相连接;沉淀池的出水通过沉淀池 出水管(3.4)与中间水箱(4)相连接，渗滤液原水箱(1)通过第二进水管(4.3)和第二 进水泵(4.4)与中间水箱(4)相连接;中间水箱(4)设有溢流管(4.1)和放空管(4.2);中 间水箱(4)通过第三进水管(5.1)和第三进水泵(5.2)进入厌氧氨氧化UASB反应器 (5)，厌氧氨氧化UASB反应器(5)设有温控加热带装置(5.3)和圆筒形颗粒污泥床 (5.4)，污泥床上部设有三相分离器(5.5)和顶部密封板(5.6)，该分离器的上部与碱 液瓶(5.7)、气体流量计(5.8)和排气管相连通;污泥床上部上清液通过第二回流管 (5.9)和第二回流泵(5.10)进入到污泥床底部进行循环;厌氧氨氧化UASB反应器 (5)上部上清液通过第三回流管(5.11)和第三回流泵(5.12)与渗滤液原水箱(1)中的 渗滤液混合;厌氧氨氧化UASB反应器(5)外部自上而下设置有5个取样阀，圆 筒形污泥床(5.4)顶部溢出水通过出水管(5.13)排放。
2.应用权利要求1所述装置进行晚期垃圾渗滤A/O半短程硝化与厌氧氨氧 化组合脱氮的方法，其特征在于，包括以下步骤:
1)启动A/O半短程硝化反应器:以实际城市污水处理厂的硝化污泥为接种污 泥注入硝化反应器，以实际城市垃圾填埋场渗滤液为原液，采用自来水稀释的方 法，控制曝气量维持溶解氧为2-4mg/L，调节水力停留时间为12-24h，控制A/O 反应器进水氨氮浓度为200～400mg/L，使其平均游离氨浓度达到选择性抑制浓度 10～30mg/L的范围内，首先实现短程硝化，在保持亚硝积累率高于80%的条件下， 提高进水氨氮负荷为0.4～0.6kgTN/m3d，调节A/O的水力停留时间、曝气量， 进而实现半短程硝化;在上述条件运行，当A/O半短程硝化反应器出水NH4+-N/ NO2--N摩尔浓度比为1:1～1:1.32后，即A/O半短程硝化反应器成功启动后，则 可认为其出水具备了厌氧氨氧化反应器进水水质要求;
2)启动厌氧氨氧化UASB反应器：将取自正运行的厌氧氨氧化中试的污泥投 加到厌氧氨氧化反应器，并控制污泥浓度在4000～7000kgMLSS/m3，通过加热 带控制厌氧氨氧化反应器的温度为30～35℃，通过添加NaNO2和(NH4)2SO4控制 NH4+-N和NO2--N摩尔比为1:1～1:1.32进行人工配水，将其用蠕动泵泵入厌氧氨 氧化反应器，并根据情况控制厌氧氨氧化反应器自循环回流比，当厌氧氨氧化反 应器出水的NH4+-N与NO2--N浓度均小于10mg/L后，即可认定厌氧氨氧化反应 器启动成功;
3)A/O半短程硝化反应器与厌氧氨氧化UASB反应器分别完成启动后，将 自养脱氮系统串联运行：即原水箱中的垃圾渗滤液与厌氧氨氧化反应器出水回流 液的混合液经过经蠕动泵泵入到A/O半短程硝化反应器，在A/O半短程硝化反 应器中的前2格，首先利用原水的碳源作为反硝化的碳源进行反硝化，后6格曝 气进行硝化;A/O半短程硝化反应器的出水经过沉淀池沉淀后，上清液进入中间 水箱;当中间水箱中NH4+-N/NO2--N比例偏离1:1～1:1.32时，通过改变水力停留 时间、曝气量、原水箱进入中间水箱的流量来调节中间水箱中NH4+-N/NO2--N摩 尔浓度比例;中间水箱中NH4+-N/NO2--N摩尔浓度比值为1:1～1:1.32的半短程硝 化混合液经过蠕动泵进入到厌氧氨氧化反应器完成厌氧氨氧化反应;当厌氧氨氧 化反应器总氮负荷达到0.4kgTN/m3d以上，并且系统出水NH4+-N与NO2--N去 除率都能够达到90%以上后，系统完成了垃圾渗滤液的全程自养脱氮过程。
说明书
晚期垃圾渗滤液A/O半短程硝化与UASB厌氧氨氧化组合脱氮装置与方法
技术领域
本发明属于低碳氮(C/N)比高浓度氨氮废水生物脱氮技术领域，具体是一种首先通过动 态控制实现垃圾填埋场垃圾渗滤液半短程硝化反应，而后在无需有机碳源存在的条件下， 通过厌氧氨氧化反应去除渗滤液中的氮素完成自养生物脱氮，适用于晚期垃圾渗滤液等低 C/N比高氨氮废水的生物脱氮。
背景技术
卫生填埋由于其所具有的经济性和环境友好性而被接受作为固体垃圾的处理方法，在 全世界被广泛使用。然而由于雨水渗透和水汽从垃圾填埋场所产生的垃圾渗滤液却对环境 产生了严重的危害。虽然渗滤液的组成成分会随着垃圾成分、填埋年龄、填埋位置和当地 气候、以及填埋方式上的差异而有所变化，但是仍然有其共同的特点：例如氨氮含量高、 含有难降解有机物、重金属等等。这些特征决定了常规的、单一的渗滤液处理方法并不可 行。生物方法虽然经济节能但是所受抑制因素较多，物理化学方法虽然成熟稳定，但是费 用较高而且后续处理相对繁琐，该类废水的有效处理是目前国内外环境工程领域的难点之 一，开发出具有实际推广价值的垃圾渗滤液处理技术具有极其重要的价值。
厌氧氨氧化作为一种新型生物脱氮工艺应运而生。厌氧氨氧化反应方程式为NH4++ 1.32NO2-+0.066HCO3-+0.13H+→1.02N2+0.26NO3-+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O，在 缺氧条件下厌氧氨氧化菌以NO2--N为电子受体，NH4+-N为电子供体进行厌氧氨氧化反应， 无需曝气和外加碳源。厌氧氨氧化菌是自养菌,碳酸盐/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氧参与,同时亚硝态氮的还原也无需有机碳源,这将大大降低污水 好氧生物脱氮的运行费用;Anammox微生物的增长率(倍增时间为11d)与产率 (0.11g[VSS]/g[NH4+])是非常低的,故污泥产量低,然而氮的转化率却为0.25 mg[N]/(mg[SS]·d),与传统的好氧硝化旗鼓相当;在不投加任何化学药品的条件下,既能降低 污水处理厂的运行费用,又能够实现氮的高效去除。对低C/N比高氨氮的晚期渗滤液垃圾渗 滤液而言，实现厌氧氨氧化反应是其脱氮的最佳途径，同时也是与其水质特点最为适合的 脱氮技术。
垃圾渗滤液属于高氨氮低C/N比的污水，为达到厌氧氨氧化工艺进水的水质NH4+-N 与NO2--N的摩尔浓度比约为1:1.32条件，便提出了半短程硝化的概念，即在碱度缺乏的 条件下，只需50%的NH4+-N被氧化为NO2--N，正因为仅一半的氨氮被氧化而且硝化过程 仅进行到亚硝化阶段，所以被称为半短程硝化。由此可见，半短程硝化的提出是建立在短 程硝化的基础之上的，因为如此，半短程硝化与短程硝化存在很多类似的特点化条件，而 两者最大的不同就是：在尽可能高的亚硝氮累积率的基础上，短程硝化追求最大化的硝化 率，半短程硝化要求硝化率控制在50%。稳定实现的半短程硝化的污水水质，可以直接作 为ANAMMOX工艺的进水，并可节省约50%的耗氧量，能够实现污水的全程自养脱氮， 有相当高的经济价值。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种处理晚期垃圾渗滤液半短程硝化与 厌氧氨氧化组合脱氮的装置和方法，即首先实现城市垃圾填埋场渗滤液中高浓度NH4+-N 的半短程硝化反应，而后再实现厌氧氨氧化反应，最终实现经济高效的垃圾渗滤液自养脱 氮的装置与方法。
连续流垃圾渗滤液半短程硝化与厌氧氨氧化组合脱氮的装置，其特征在于：
该装置设有原水箱、A/O半短程硝化反应器、沉淀池、中间水箱、厌氧氨氧化反应器; 原水箱通过蠕动泵与A/O半短程硝化反应器相连通，A/O半短程硝化反应器的前2格为缺 氧段，都安装有搅拌器。厌氧氨氧化的部分出水回流与原水箱中的渗滤液混合后，通过A/O 半短程硝化反应器的第一进水管和蠕动泵与A/O半短程硝化反应器的第1格相连通;A/O 半短程硝化反应器通过上下交错设置有过水孔的隔板分8个格室，第2格设置的过水孔高 度高于第8格的出水管高度，使得前2格的水位较高，避免了缺氧区与好氧区的混流;好 氧半短程硝化区设有气泵、气体流量计、气量调节阀和曝气头;A/O半短程硝化反应器通 过沉淀池连接管与沉淀池相连通，沉淀池底部通过污泥回流泵与A/O半短程硝化反应器的 第1格相连通，沉淀池中上清液经溢流堰出水进入中间水箱，中间水箱设置有溢流阀和放 空阀。中间水箱通过蠕动泵与出水管与厌氧氨氧化反应器底部相连接，厌氧氨氧化反应器 设有自循环管路，部分出水通过蠕动泵与出水管与A/O原水箱相连接。
低C/N晚期垃圾渗滤液在此装置中的处理流程为：晚期渗滤液与厌氧氨氧化UASB的 回流出水一起进入A/O反应器的前2格缺氧反硝化区，缺氧反硝化区中的微生物利用原水 中的碳源进行反硝化，将硝态氮还原为氮气;而后进入好氧区，将氨氮部分氧化为亚硝态 氮，出水经过沉淀池进入中间水箱，而后进入厌氧氨氧化反应器，厌氧氨氧化菌将水中的 氨氮和亚硝态氮转化为氮气和硝态氮，最终达到脱氮目的。
利用上述装置实现垃圾渗滤液短程硝化与厌氧氨氧化组合脱氮的方法，其特征在于包 括以下步骤:
1)启动A/O半短程硝化反应器:将某稳定运行短程硝化中试的污泥作为接种污泥 注入硝化反应器，以实际城市垃圾填埋场渗滤液为原液，采用自来水稀释的方法，控 制曝气量维持溶解氧浓度控制在2-4mg/L，水力停留时间控制在12-24h，控制A/O反 应器进水氨氮浓度为200～400mg/L，使其平均游离氨浓度达到选择性抑制浓度 10～30mg/L的范围内，首先实现短程硝化，在保持亚硝积累率高于80%的条件下，提 高进水氨氮负荷为0.4～0.6kgTN/m3d，调节A/O的水力停留时间、曝气量，进而实现 半短程硝化。在上述条件运行，当A/O半短程硝化反应器出水NH4+-N/NO2--N摩尔浓 度比为1:1～1:1.32后，即A/O半短程硝化反应器成功启动后，则可认为其出水具备了 厌氧氨氧化反应器进水水质要求。
2)启动厌氧氨氧化UASB反应器：将取自正运行的厌氧氨氧化中试的污泥投加到 厌氧氨氧化反应器，并控制污泥浓度在4000～7000kgMLSS/m3，通过加热带控制厌氧 氨氧化反应器的温度为30～35℃，通过添加NaNO2和(NH4)2SO4控制NH4+-N和NO2--N 摩尔比为1:1～1:1.32进行人工配水，将其用蠕动泵泵入厌氧氨氧化反应器，并根据情况 控制厌氧氨氧化反应器自循环回流比，当厌氧氨氧化反应器出水的NH4+-N与NO2--N 浓度均小于10mg/L后，即可认定厌氧氨氧化反应器启动成功。
3)A/O半短程硝化反应器与厌氧氨氧化UASB反应器分别完成启动后，将自养脱 氮系统串联运行：即原水箱中的垃圾渗滤液与厌氧氨氧化反应器出水回流液的混合液 经过经蠕动泵泵入到A/O半短程硝化反应器，在A/O半短程硝化反应器中的前2格， 首先利用原水的碳源作为反硝化的碳源进行反硝化，后6格曝气进行硝化。A/O半短程 硝化反应器的出水经过沉淀池沉淀后，上清液进入中间水箱。当中间水箱中 NH4+-N/NO2--N比例偏离1:1～1:1.32时，通过改变水力停留时间、曝气量、原水箱进入 中间水箱的流量来调节中间水箱中NH4+-N/NO2--N摩尔浓度比例。中间水箱中 NH4+-N/NO2--N摩尔浓度比值为1:1～1:1.32的半短程硝化混合液经过蠕动泵进入到厌氧 氨氧化反应器完成厌氧氨氧化反应;当厌氧氨氧化反应器总氮负荷达到0.4kgTN/m3d 以上，并且系统出水NH4+-N与NO2--N去除率都能够达到90%以上后，系统完成了垃 圾渗滤液的全程自养脱氮过程。
本发明的渗滤液垃圾渗滤液半短程硝化与厌氧氨氧化组合脱氮的装置和方法与现有 技术相比，具有下列优点:
渗滤液的全程自养脱氮过程：
1)无需外加有机碳源的条件下完成晚期垃圾渗滤液的高效生物脱氮，解决了高 NH4+-N，低C/N比的晚期渗滤液的处理难题，大大降低了晚期垃圾渗滤液的运行和建设费 用。
2)半短程硝化的实现，将硝化控制在亚硝化阶段，且只需将NH4+-N氧化一半，在短 程硝化与厌氧氨氧化联合工艺节省25%供气量的基础上，又进一步减少了曝气量，节省了 动力消耗，水力停留时间(HRT)更短，减少了反应器的体积和占地面积。
3)厌氧氨氧化工艺的使用进一步降低了运行费用，总氮负荷可以达到1.0kgTN/m3d， 无需外加碳源即实现高效自养脱氮，产生较少的温室气体CO2。
4)该技术成熟运行后，晚期垃圾渗滤液的脱氮效率提高，不需要添加外加药剂，不需 要外加自来水稀释原液，简化了管理流程，降低了垃圾填埋场渗滤液的处理压力。
