申请日2014.06.12
公开(公告)日2016.08.24
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明提供了一种垃圾渗滤液处理设备，其包括进水泵、预处理器、成对的生化处理单元、抽吸泵以及供氧风机。在运行时，硝化反硝化处于同一单元内，两组生化处理单元通过阀门的相互切换，实现交替运行，达到硝化去除垃圾渗滤液中氨氮，反硝化去除垃圾渗滤液中有机物和硝酸盐氮的目的。本发明还提供了一种利用上述垃圾渗滤液处理设备处理垃圾渗滤液的方法。与现有技术相比，根据本发明的设备和方法只要求一次预处理，无需大流量回流，无需大流量高速的水循环，无需高压过滤，从而没有消耗持续大流量循环所导致的最终转化为热能的机械能，温升较少，冷却单元的规模可以设计得较小。
摘要附图
权利要求书
1.一种垃圾渗滤液处理设备，其包括进水泵(1)、预处理器(2)、成对的生化处理单元(5)、抽吸泵(8)以及供氧风机(9)，其中，进水泵(1)和预处理器(2)连接，预处理器(2)通过第一和第二进水阀门(13-1，13-2)分别连通至数量相同的第一组和第二组生化处理单元(5)，其中每个生化处理单元(5)包括用于过滤悬浮物的平板膜组件(6-1，6-2)，所述平板膜组件(6-1，6-2)分别经由第一和第二出水阀门(7-1，7-2)连接至抽吸泵(8)，每个生化处理单元(5)还分别经由第一和第二曝气阀门(12-1，12-2)连接至供氧风机(9)，其特征在于，在运行时，通过对第一和第二进水阀门(13-1，13-2)、第一和第二出水阀门(7-1，7-2)以及第一和第二曝气阀门(12-1，12-2)的操作，将与第一组生化处理单元(5)相连的第一进水阀门(13-1)打开、第一出水阀门(7-1)和第一曝气阀门(12-1)关闭，同时将与第二组生化处理单元(5)相连的第二进水阀门(13-2)关闭，第二出水阀门(7-2)和第二曝气阀门(13-2)打开，从而将第一垃圾渗滤液供应至第一组生化处理单元进行反硝化反应，同时第二垃圾渗滤液在第二组生化处理单元中进行硝化反应;然后各个阀门的状态切换，使得第一组生化处理单元中进行所述第一垃圾渗滤液硝化反应，第二组生物处理单元中进行所述第二垃圾渗滤液的反硝化反应，循环进行。
2.如权利要求1所述的垃圾渗滤液处理设备，其特征在于每个生化处理单元(5)还包括水下搅拌机(3-1，3-2)，用于在反硝化反应时运行以促进反硝化反应。
3.如权利要求2所述的垃圾渗滤液处理设备，其特征在于每个生化处理单元(5)还包括微孔空气扩散器(4-1，4-2)，用于在硝化反应时运行以促进硝化反应。
4.如权利要求1至3中任一所述的垃圾渗滤液处理设备，其特征在于所述平板膜组件(6-1，6-2)还连接至连续运行以便为好氧微生物的正常代谢提供氧气的平板膜冲刷风机(10)。
5.如权利要求1至3中任一所述的垃圾渗滤液处理设备，其特征在于所述垃圾渗滤液处理设备还包括冷却单元(14)，用以排出生化反应产热。
6.如权利要求1至3中任一所述的垃圾渗滤液处理设备，其特征在于所述预处理器(2)为栅距为3毫米或更小的细格栅。
7.一种利用如权利要求1-6中任一所述的垃圾渗滤液处理设备进行垃圾渗滤液处理的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)打开第一进水阀门(13-1)、第二出水阀门(7-2)和第二曝气阀门(12-2)，关闭第二进水阀门(13-2)、第一出水阀门(7-1)和第二曝气阀门(12-1)，将第一垃圾渗滤液由进水泵(1)提升至预处理器(2)以去除悬浮物后，经由第一进水阀门(13-1)进入第一组生化处理单元;
(2)在第一组生化处理单元中，使水中微生物与进水中的有机物和单元内原有硝酸盐充分混合接触，进行反硝化反应，将有机物转化为CO2和水，将硝酸盐转化为N2，将有机氮转化为氨氮;同时，在第二组生化处理单元中，供氧风机(9)经由第二曝气阀门(12-2)供氧，对第二垃圾渗滤液进行硝化反应，以将氨氮转化为硝酸盐氮，同时抽吸泵(8)经由第二出水阀门(7-2)通过第二平板膜组件(6-2)抽吸出水;
(3)然后，打开第二进水阀门(13-2)、第一排水阀门(7-1)和第一曝气阀门(12-1)，关闭第一进水阀门(13-1)、第二出水阀门(7-2)和第二曝气阀门(12-2)，将第二垃圾渗滤液由进水泵(1)提升至预处理器(2)以去除悬浮物后，经由第二进水阀门(13-2)进入第二组生化处理单元;
(4)在第二组生化处理单元中，使水中微生物与进水中的有机物和单元内原有硝酸盐充分混合接触，进行反硝化反应，将有机物转化为CO2和水，将硝酸盐转化为N2，将有机氮转化为氨氮;同时在第一组生化处理单元中，供氧风机(9)经由第一曝气阀门(12-2)供氧，对所述第一垃圾渗滤液进行硝化反应，将氨氮转化为硝酸盐氮，同时抽吸泵(8)经由第一出水阀门(7-1)通过第一平板膜组件(6-1)抽吸出水;
上述步骤循环进行。
说明书
垃圾渗滤液处理设备及方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，更具体地涉及一种垃圾渗滤液处理设备及方法。
背景技术
城市垃圾填埋场渗滤液的处理一直是填埋场设计、运行和管理中非常棘手的问题。渗滤液是液体在填埋场重力流动的产物，主要来源于降水和垃圾本身的内含水。由于液体在流动过程中有许多因素可能影响到渗滤液的性质，包括物理因素、化学因素以及生物因素等，所以渗滤液的性质在一个相当大的范围内变动。城市垃圾填埋场渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，若不加处理而直接排入环境，会造成严重的环境污染。以保护环境为目的，对渗滤液进行处理是必不可少的。
垃圾渗滤液的处理方法包括物理化学法和生物法。物理化学法主要有活性炭吸附、化学沉淀、密度分离、化学氧化、化学还原、离子交换、膜渗析、气提及湿式氧化法等多种方法，和生物处理相比，物化处理不受水质水量变动的影响，出水水质比较稳定，尤其是对难以生物处理的垃圾渗滤液，有较好的处理效果。但物化方法成本较高，不适于大水量垃圾渗滤液的处理，因此目前垃圾渗滤液主要是采用生物法。
MBR(Membrane Bio-Reactor)是膜分离技术与生物处理法的高效结合，其起源是用膜分离技术取代活性污泥法中的二沉池，进行固液分离。这种工艺不仅有效地达到了泥水分离的目的，而且具有垃圾渗滤液三级处理传统工艺不可比拟的优点。
一种典型的MBR处理工艺如下结合图1描述。垃圾渗滤液经连续运行的进水泵21提升，通过预处理器22，预处理器22的作用是去除大于1mm的悬浮物以防止堵塞后续的射流扩散器和超滤膜。之后，一部分经过预处理的垃圾渗滤液进入一级反硝化单元23以通过反硝化微生物来去除部分有机物和总氮，并在连续运行的搅拌机24的作用下，促进反硝化微生物与垃圾渗滤液和回流液中的硝酸盐的接触和反应。而且，一级反硝化单元23中的微生物与进入的垃圾渗滤液中的有机物以及来自一级硝化单元25的经由一级硝化液回流泵34提供的一级硝化回流液及部分超滤回流液充分混合接触，进行反硝化反应，将有机物转化为CO2和水，将硝酸盐转化为N2，将有机氮转化为氨氮，出水进入一级硝化单元25。其中，一级硝化回流液为一级反硝化反应提供微生物。超滤回流液是由后续的超滤进水泵32将超滤处理过的滤液回流至一级硝化单元25。在前述过程中，预处理要去除的悬浮颗粒粒径较小，故耗能较多;垃圾渗滤液的总氮浓度多高达2000mg/l以上，要达到去除99%的出水要求，硝化液回流量要达到进水量的几十倍，能耗也较大。
在通过硝化微生物以去除有机物和氨氮的一级硝化单元25中，供氧风机36提供微生物代谢所需氧源(空气)，射流曝气循环泵35提供射流吸氧所需动力，射流扩散器26将空气泡打碎成微气泡以提高氧吸收率，从而硝化微生物在有足够溶解氧的条件下，将氨氮氧化成硝酸盐。其中，利用射流原理将气泡打碎成微气泡的过程是一个紊流混合过程，高度耗能。
一级硝化单元25出水进入二级反硝化单元28。在二级反硝化单元28中，水中微生物在水下搅拌机27的作用下，与来自预处理器22的另一部分垃圾渗滤液中的有机物和一级硝化单元25出水中的硝酸盐充分混合接触，进行反硝化反应，将有机物转化为CO2和水，将硝酸盐转化为N2，将有机氮转化为氨氮，出水进入二级硝化单元30。
在二级硝化单元30中，供氧风机36提供微生物代谢所需氧源(空气)，二级硝化单元射流曝气循环泵37提供射流吸氧所需动力，射流扩散器29将空气泡打碎成微气泡以提高氧吸收率，从而硝化微生物在有足够溶解氧的条件下，将残余氨氮氧化成硝酸盐。利用射流原理将气泡打碎成微气泡的过程是一个紊流混合过程，高度耗能。
二级硝化单元30出水经过超滤预处理器31，去除超过1mm悬浮物后，由超滤进水泵32和超滤循环泵39加压通过管式超滤膜组件33，由管式超滤膜滤除截留水中包括微生物在内的所有悬浮物。水通过管式超滤膜时需要的压力高达几kg/cm2，为减缓膜污染而需要的错流流量也较大，由此消耗能量较多。
总体上，硝化反硝化过程是一个产热过程，总氮浓度越高，去除时产生的热量越多。除生化反应产热外，上述一级硝化液回流泵、一级、二级硝化单元射流曝气循环泵、超滤进水泵和超滤循环泵的持续大流量循环所耗机械能最终大部分转化为热能，使水的温升在生化反应产热基础上进一步大幅度增加。为维持微生物正常生长环境，必须设立较大的冷却系统，及时排除设备中多余热量。
有鉴于此，本领域希望能降低设备中的能耗和热量产生，从而降低对排除多余热量的需求。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了一种新型的垃圾渗滤液处理设备及方法。
在一个方面，一种垃圾渗滤液处理设备包括进水泵、预处理器、成对的生化处理单元、抽吸泵以及供氧风机，其中，进水泵和预处理器连接，预处理器通过第一和第二进水阀门分别连通至数量相同的第一组和第二组生化处理单元。每个生化处理单元包括用于过滤悬浮物的平板膜组件，平板膜组件分别经由第一和第二出水阀门连接至抽吸泵。每个生化处理单元还分别经由第一和第二曝气阀门连接至供氧风机。在运行时，通过对第一和第二进水阀门、第一和第二出水阀门以及第一和第二曝气阀门的操作，将与第一组生化处理单元相连的第一进水阀门打开、第一出水阀门和第一曝气阀门关闭，同时将与第二组生化处理单元相连的第二进水阀门关闭，第二出水阀门和第二曝气阀门打开，从而将第一垃圾渗滤液供应至第一组生化处理单元进行反硝化反应，同时第二垃圾渗滤液在第二组生化处理单元中进行硝化反应;然后各个阀门的状态切换，使得第一组生化处理单元中进行第一垃圾渗滤液的硝化反应，第二组生物处理单元中进行第二垃圾渗滤液的反硝化反应，循环进行。
优选地，每个生化处理单元还可包括水下搅拌机，用于在反硝化反应时运行以促进反硝化反应。每个生化处理单元还可包括微孔空气扩散器，用于在硝化反应时运行以促进硝化反应。
优选地，平板膜组件还连接至连续运行以便为好氧微生物的正常代谢提供氧气的平板膜冲刷风机。
优选地，垃圾渗滤液处理设备还包括冷却单元，用以排出生化反应产热。
优选地，预处理器为栅距为3毫米或更小的细格栅。
在另一个方面，一种利用如上垃圾渗滤液处理设备进行垃圾渗滤液处理的方法包括以下步骤：
(1)打开第一进水阀门、第二出水阀门和第二曝气阀门，关闭第二进水阀门、第一出水阀门和第二曝气阀门，将第一垃圾渗滤液由进水泵提升至预处理器以去除悬浮物后，经由第一进水阀门进入第一组生化处理单元;
(2)在第一组生化处理单元中，使水中微生物与进水中的有机物和单元内原有硝酸盐充分混合接触，进行反硝化反应，将有机物转化为CO2和水，将硝酸盐转化为N2，将有机氮转化为氨氮;同时，在第二组生化处理单元中，供氧风机经由第二曝气阀门供氧，进行第二垃圾渗滤液的硝化反应，以将氨氮转化为硝酸盐氮，同时抽吸泵经由第二出水阀门通过第二平板膜组件抽吸出水;
(3)然后，打开第二进水阀门、第一排水阀门和第一曝气阀门，关闭第一进水阀门、第二出水阀门和第二曝气阀门，将第二垃圾渗滤液由进水泵提升至预处理器以去除悬浮物后，经由第二进水阀门进入第二组生化处理单元;
(4)在第二组生化处理单元中，使水中微生物与进水中的有机物和单元内原有硝酸盐充分混合接触，进行反硝化反应，将有机物转化为CO2和水，将硝酸盐转化为N2，将有机氮转化为氨氮;同时在第一组生化处理单元中，供氧风机经由第一曝气阀门供氧，进行第一垃圾渗滤液的硝化反应，将氨氮转化为硝酸盐氮，同时抽吸泵经由第一出水阀门通过第一平板膜组件抽吸出水;
上述步骤循环进行。
与现有技术的常规设备和方法相比，根据本发明的设备和方法只要求一次预处理，无需大流量回流，无需大流量高速的水循环，无需高压过滤，从而没有持续大流量循环所导致的最终转化为热能的机械能，温升较少，冷却单元的规模可以设计得较小。
