申请日2011.12.09
公开(公告)日2012.06.27
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明涉及一种垃圾渗滤液SBR与厌氧氨氧化组合脱氮装置与方法，属于低碳氮(C/N)比高浓度氨氮垃圾渗滤液生物脱氮技术领域。该装置设有一体化水箱、SBR短程硝化反应器、厌氧氨氧化反应器;一体化水箱中的前置水箱和后置水箱通过出水管和蠕动泵与SBR短程硝化反应器相连通，后置水箱通过出水管和蠕动泵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，并通过出水管和蠕动泵与SBR前置水箱相连接;所述方法包括以下步骤：启动SBR短程硝化反应器、启动厌氧氨氧化反应器、SBR短程硝化反应器与厌氧氨氧化反应器串联运行。本发明的装置适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，节能降耗优势明显。
权利要求书
1.一种垃圾渗滤液SBR与厌氧氨氧化组合脱氮装置，其特征在于：该装置包括一体化水 箱(1)，SBR短程硝化反应器(30)、厌氧氨氧化反应器(15);一体化水箱包括原水箱(2)、 后置水箱(3)、前置水箱(4)以及置于原水箱(2)、后置水箱(3)和前置水箱(4)中间的 加热水箱(37)，加热水箱中设置有温控加热装置(7);原水箱(2)通过第一进水管(22) 和第一蠕动泵(21)与前置水箱(4)相连接，原水箱(2)通过第四进水管(31)和第七蠕 动泵(25)和厌氧氨氧化反应器(15)相连通;一体化水箱中的前置水箱(4)通过第二进水 管(8)与第四蠕动泵(35)和SBR短程硝化反应器(30)相连通，SBR短程硝化反应器(30) 通过第一出水管(26)和第五蠕动泵(32)与后置水箱(3)相连接，后置水箱(3)通过第 三进水管(29)和第三蠕动泵(24)与厌氧氨氧化反应器(15)底部相连接，厌氧氨氧化反 应器(15)设有第二回流管(34)和第六蠕动泵(33)用于自循环，厌氧氨氧化反应器(15) 通过第二蠕动泵(23)与第一回流管(27)和前置水箱(4)相连接;
SBR短程硝化反应器(30)自上而下设置数个第一取样阀门(12)，第二进水管(8)上 设有进水控制阀(5);第一出水管(26)上设有排水阀(6);SBR短程硝化反应器(30)设有机 械搅拌装置(11);在SBR短程硝化反应器(30)底部设有曝气头(36)，曝气头(36)与曝气泵(28) 通过曝气管(38)相连，曝气管(38)上设有气体流量计(10);SBR短程硝化反应器(30) 匹配设置有DO仪(9)、ORP仪(13)以及pH仪(14);
厌氧氨氧化反应器(15)设有温控加热带装置(39)和圆筒形污泥床(40)，厌氧氨氧化 反应器(15)上部设有三相分离器(17)和顶部密封板(41)，该三相分离器(17)的上部与碱液 瓶(18)、气体流量计(19)连通;圆筒形污泥床(40)上部上清液通过第六蠕动泵(33)进入到 圆筒形污泥床(40)底部进行循环;圆筒形污泥床(40)顶部溢出水一部分通过第二出水管 (20)排放，一部分回流到前置水箱(4)，厌氧氨氧化反应器(15)外部设有连通污泥床的上 下数个第二取样阀(16)。
2.一种采用权利要求1所述的垃圾渗滤液SBR与厌氧氨氧化组合脱氮装置进行晚期垃圾 渗滤液SBR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：
步骤一：启动SBR短程硝化反应器(30)：以实际城市污水处理厂的硝化污泥为接种污 泥注入SBR短程硝化反应器(30)，其污泥浓度为5000kg MLSS/m3，同时，以实际城市垃圾 填埋场渗滤液为原液并用自来水稀释后注入前置水箱(4)，前置水箱通过第二进水管(8)和 第四蠕动泵(35)将稀释后的渗滤液泵入SBR短程硝化反应器(30);随后启动由曝气头(36)、 曝气泵(28)以及曝气管(38)组成的曝气系统对流入SBR短程硝化反应器(30)的垃圾渗滤 液进行硝化，反应过程维持溶解氧DO在2mg/L左右，pH值维持在7.8左右，如果pH过高 或过低时，则投加NaHCO3使pH值维持在该范围，通过调节第四蠕动泵(35)维持SBR短 程硝化反应器(30)进水NH4+-N负荷为ALR=0.4kgNH4+-N/m3d左右，通过保持pH值和ALR 在上述值使SBR短程硝化反应器(30)中的平均游离氨FA浓度为18mg/L;在上述条件下运 行SBR短程硝化反应器(30)，当其出水亚硝酸氮NO2--N累积率大于95%时，SBR短程硝 化得以实现和维持，具备了厌氧氨氧化反应器的进水水质要求;
步骤二：启动厌氧氨氧化反应器(15)：将某污水处理厂的中试厌氧氨氧化反应器中的具 有一定厌氧氨氧化活性的污泥投加到厌氧氨氧化反应器(15)，污泥浓度为5kg MLSS/m3;厌 氧氨氧化反应器(15)通过温控加热带装置(39)使得温度控制在35℃，将SBR短程硝化 反应器(30)出水与渗滤液原液用自来水稀释使其亚硝态氮与氨氮的浓度均维持为100mg/L， 同时将稀释后的上述混合水按照20L/d的流量泵入到厌氧氨氧化反应器(15);当厌氧氨氧化 反应器(15)出水NH4+-N与NO2--N浓度均小于15mg/L时，厌氧氨氧化反应得以实现和维 持;
步骤三：SBR短程硝化反应器(30)与厌氧氨氧化反应器(15)分别完成启动后，将两 者串联运行：其中SBR短程硝化反应器(30)的充水比例为1∶1，原水箱(2)中的垃圾渗滤 液与厌氧氨氧化反应器(15)出水回流液的混合液经第一蠕动泵(21)和第二蠕动泵(23) 泵入到前置水箱(4)，前置水箱(4)中出水通过第四蠕动泵(35)泵入SBR短程硝化反应 器(30)，在SBR短程硝化反应器(30)中首先利用渗滤液的碳源作为反硝化的碳源进行脱 氮，在反硝化阶段氧化还原电位ORP逐渐下降直到出现平台，同时pH值上升到最高点不再 变化时，此时关闭SBR短程硝化反应器(30)的机械搅拌装置(11)，停止缺氧搅拌，停止反 硝化，而后开启曝气泵(28)进行曝气硝化，随着硝化过程酸的产生，pH逐渐降低，当氨氮被 消耗完，亚硝酸盐浓度达到了最大值，随后pH由于吹脱作用而逐渐增加;同时，DO浓度迅 速增加，氨谷和DO突跃点各自出现在pH和DO曲线上，此外，ORP值也随硝化作用的进 行而增加直到氨氮被消耗完，亚硝酸盐浓度达到最大值后ORP并不随曝气的继续进行而改 变;ORP平台的出现表明硝酸盐和亚硝酸盐不再增加，硝化结束，此时，停止曝气，关闭曝 气泵(28);硝化完成后，静止沉淀30～60分钟，进行泥水分离，开启第五蠕动泵32将上清 液泵入后置水箱(3);后置水箱(3)中出水通过第三蠕动泵(24)从厌氧氨氧化反应器(15) 底部泵入，当NO2--N/NH4+-N>1.32时，适当增加从原水箱(2)进入厌氧氨氧化反应器(15) 的流量，相反当NO2--N/NH4+-N<1.32时适当降低从原水箱进入厌氧氨氧化反应器(15)的 流量;SBR短程硝化反应器(30)和原水箱(2)混合流入的硝化混合液经过第三蠕动泵(24) 和第七蠕动泵(25)进入到厌氧氨氧化反应器(15)完成厌氧氨氧化反应;当厌氧氨氧化反 应器总氮负荷达到0.8kg TN/m3d以上，并且系统出水NH4+-N与NO2--N去除率大于90%时， 系统实现了垃圾渗滤液的全程自养脱氮过程。
说明书
垃圾渗滤液SBR与厌氧氨氧化组合脱氮装置与方法
技术领域
本发明涉及一种垃圾渗滤液SBR与厌氧氨氧化组合脱氮装置与方法，属于低碳氮(C/N) 比高浓度氨氮废水生物脱氮技术领域，适用于晚期垃圾渗滤液等低C/N比的高氨氮废水的生 物脱氮。
背景技术
近几年来，随着城市固体废物产量的不断增加，填埋法逐渐成为世界上应用最广泛的处 理和处置方法。填埋产生的渗滤液因具有成分复杂、水质水量变化大、有机物和氨氮浓度高、 微生物营养元素比例失调等水质特点，使其处理成为国际范围内尚未解决的难题之一。采用 单一的处理技术往往不能经济高效的处理渗滤液，需要不同特点的工艺联合使用。有机碳源 的严重缺乏是晚期渗滤液脱氮效率无法提高的屏障，而外加有机碳源会大幅度的增加污水脱 氮的费用。因此，需要提出更为有效的脱氮的装置和方法。
污水生物脱氮通过硝化将NH4+-N转化为NO3--N，再通过反硝化将NO3--N转化为氮气从 水中逸出。反硝化阶段以NO3--N为电子受体，有机物作为电子供体，将氨氮转化为氮气完成 生物脱氮。但对于高NH4+-N晚期垃圾渗滤液脱氮而言，其C/N比仅在1左右，由于有机碳 源严重不足，导致传统生物脱氮效率只能达到10%左右。
而厌氧氨氧化具有如下优点：由于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0.25mg[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。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种垃圾渗滤液SBR与厌氧氨氧化组合脱 氮装置与方法，即首先实现城市垃圾填埋场渗滤液中高浓度NH4+-N的短程硝化反应，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。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种垃圾渗滤液SBR与厌氧氨氧化组合脱氮装置，其特征在于：
该装置包括一体化水箱，SBR短程硝化反应器、厌氧氨氧化反应器;一体化水箱包括原 水箱、后置水箱、前置水箱以及置于原水箱、后置水箱和前置水箱中间的加热水箱，加热水 箱中设置有温控加热装置;原水箱通过第一进水管和第一蠕动泵与前置水箱相连接，原水箱 通过第四进水管和第七蠕动泵和厌氧氨氧化反应器相连通;一体化水箱中的前置水箱通过第 二进水管与第四蠕动泵和SBR短程硝化反应器相连通，SBR短程硝化反应器通过第一出水管 和第五蠕动泵与后置水箱相连接，后置水箱通过第三进水管和第三蠕动泵与厌氧氨氧化反应 器底部相连接，厌氧氨氧化反应器设有第二回流管和第六蠕动泵用于自循环，厌氧氨氧化反 应器通过第二蠕动泵与第一回流管和前置水箱相连接;
SBR短程硝化反应器自上而下设置数个第一取样阀门，第二进水管上设有进水控制阀; 第一出水管上设有排水阀;SBR短程硝化反应器设有机械搅拌装置;在SBR短程硝化反应器 底部设有曝气头，曝气头与曝气泵通过曝气管相连，曝气管上设有气体流量计;SBR短程硝 化反应器匹配设置有DO仪、ORP仪以及pH仪;
厌氧氨氧化反应器设有温控加热带装置和圆筒形污泥床，厌氧氨氧化反应器上部设有三 相分离器和顶部密封板，该三相分离器的上部与碱液瓶、气体流量计连通;圆筒形污泥床上 部上清液通过第六蠕动泵进入到圆筒形污泥床底部进行循环;圆筒形污泥床顶部溢出水一部 分通过第二出水管排放，一部分回流到前置水箱，厌氧氨氧化反应器外部设有连通污泥床的 上下数个第二取样阀。
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：
步骤一：启动SBR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 SBR短程硝化反应器，其污泥浓度为5000kg MLSS/m3，同时，以实际城市垃圾填埋场渗滤液 为原液并用自来水稀释后注入前置水箱，前置水箱通过第二进水管和第四蠕动泵将稀释后的 渗滤液泵入SBR短程硝化反应器;随后启动由曝气头、曝气泵以及曝气管组成的曝气系统对 流入SBR短程硝化反应器的垃圾渗滤液进行硝化，反应过程维持溶解氧DO在2mg/L左右， pH值维持在7.8左右，如果pH过高或过低时，则投加NaHCO3使pH值维持在该范围，通 过调节第四蠕动泵维持SBR短程硝化反应器进水NH4+-N负荷为ALR=0.4kgNH4+-N/m3d左 右，通过保持pH值和ALR在上述值使SBR短程硝化反应器中的平均游离氨FA浓度为 18mg/L;在上述条件下运行SBR短程硝化反应器，当其出水亚硝酸氮NO2--N累积率大于95% 时，SBR短程硝化得以实现和维持，具备了厌氧氨氧化反应器的进水水质要求;
步骤二：启动厌氧氨氧化反应器：将某污水处理厂的中试厌氧氨氧化反应器中的具有一 定厌氧氨氧化活性的污泥投加到厌氧氨氧化反应器，污泥浓度为5kg MLSS/m3;厌氧氨氧化 反应器通过温控加热带装置使得温度控制在35℃，将SBR短程硝化反应器出水与渗滤液原 液用自来水稀释使其亚硝态氮与氨氮的浓度均维持为100mg/L，同时将稀释后的上述混合水 按照20L/d的流量泵入到厌氧氨氧化反应器;当厌氧氨氧化反应器出水NH4+-N与NO2--N浓 度均小于15mg/L时，厌氧氨氧化反应得以实现和维持;
步骤三：SBR短程硝化反应器与厌氧氨氧化反应器分别完成启动后，将两者串联运行：其中 SBR短程硝化反应器的充水比例为1∶1，原水箱中的垃圾渗滤液与厌氧氨氧化反应器出水回 流液的混合液经第一蠕动泵和第二蠕动泵泵入到前置水箱，前置水箱中出水通过第四蠕动泵 泵入SBR短程硝化反应器，在SBR短程硝化反应器中首先利用渗滤液的碳源作为反硝化的 碳源进行脱氮，在反硝化阶段氧化还原电位ORP逐渐下降直到出现平台，同时pH值上升到 最高点不再变化时，此时关闭SBR短程硝化反应器的机械搅拌装置，停止缺氧搅拌，停止反 硝化，而后开启曝气泵进行曝气硝化，随着硝化过程酸的产生，pH逐渐降低，当氨氮被消耗 完，亚硝酸盐浓度达到了最大值，随后pH由于吹脱作用而逐渐增加;同时，DO浓度迅速增 加，氨谷和DO突跃点各自出现在pH和DO曲线上，此外，ORP值也随硝化作用的进行而 增加直到氨氮被消耗完，亚硝酸盐浓度达到最大值后ORP并不随曝气的继续进行而改变; ORP平台的出现表明硝酸盐和亚硝酸盐不再增加，硝化结束，此时，停止曝气，关闭曝气泵; 硝化完成后，静止沉淀30～60分钟，进行泥水分离，开启第五蠕动泵32将上清液泵入后置 水箱;后置水箱中出水通过第三蠕动泵从厌氧氨氧化反应器底部泵入，当NO2--N/NH4+-N> 1.32时，适当增加从原水箱进入厌氧氨氧化反应器的流量，相反当NO2--N/NH4+-N<1.32时 适当降低从原水箱进入厌氧氨氧化反应器的流量;SBR短程硝化反应器和原水箱混合流入的 硝化混合液经过第三蠕动泵和第七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0.8kg TN/m3d以上，并且系统出水NH4+-N与NO2--N去除 率大于90%时，系统实现了垃圾渗滤液的全程自养脱氮过程。
有益效果
本发明的垃圾渗滤液SBR与厌氧氨氧化组合脱氮装置与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)在不投加外加碳源的条件下，实现垃圾渗滤液的高效生物脱氮，解决了高浓度氨氮， 低碳氮比的晚期渗滤液的处理难题，大大降低了运行和建设费用。
2)短程硝化的实现，使得氨氮的转化方式有别于传统硝化方式，降低了能耗，提高了效率， 减少了污泥产量。
3)通过在线检测氧化还原电位ORP和pH值把握短程反硝化的进程，用过程控制的方法实 时控制搅拌时间，从而达到节能的目的。而在硝化过程中，氨谷，DO突跃点和ORP平台不仅 精确表明了硝化的终点而节约能耗，同时也避免了过度曝气而维持了较高的亚硝酸积累率。
4)该技术成熟运行后，不需要添加外加药剂，并且不需要外加水源稀释原液，简化了管理 流程，可以直接处理高氨氮浓度的晚期渗滤液。
