申请日2011.12.09
公开(公告)日2012.06.27
IPC分类号C07C9/04; C02F9/14
摘要
本发明涉及一种垃圾渗滤液同步反硝化产甲烷与自养脱氮组合装置与方法，该装置设有一体化水箱、同步反硝化产甲烷反应器、A/O短程硝化反应器、沉淀池、厌氧氨氧化反应器;渗滤液原液与厌氧氨氧化反应器出水回流液的混合液首先流入同步反硝化产甲烷反应器，而后其出水流入A/O反应器进行短程硝化与反硝化，沉淀池出水流入厌氧氨氧化反应器;同步反硝化产甲烷反应器出水管与厌氧氨氧化反应器相连;包括以下步骤：启动同步反硝化产甲烷反应器、启动A/O短程硝化反应器、启动厌氧氨氧化反应器、其三者串联运行。本发明的装置适用于垃圾填埋场的早期与中期垃圾渗滤液的COD与氮的去除，节能降耗优势明显。
权利要求书
1.一种垃圾渗滤液同步反硝化产甲烷与自养脱氮组合装置，其特征在于：所述装置包括 一体化水箱(26)、同步反硝化产甲烷反应器(7)、A/O短程硝化反应器(15)、沉淀池(18)以 及厌氧氨氧化反应器(43);一体化水箱(26)包括渗滤液原水箱(1)、加热水箱(2)及温控加 热装置(3);渗滤液原水箱(1)与同步甲烷化反硝化反应器(7)底部通过第一进水管(25) 与第一蠕动泵(27)相连通;同步甲烷化反硝化反应器(7)通过第一出水管(11)和第四蠕 动泵(10)与A/O短程硝化反应器(15)的作为缺氧区的第1格室相连通，该格室安装有搅拌 器(14)，A/O短程硝化反应器(15)用上下交错设置过水孔的隔板分成为4-8个格室，每个格室 底部设有曝气头(16)，每个格室上部设有空气调节阀(46)，空气调节阀(46)与曝气头(16)连通 并连接设置有曝气泵(35)以及气体流量计(34);A/O短程硝化反应器(15)通过第三出水管(17) 与沉淀池(18)连通，沉淀池(18)底部通过第三回流管(36)和第六蠕动泵(37)与A/O短程硝化反 应器(15)缺氧区即第1格室连通，沉淀池(18)设有中心管(47)，在中心管(47)下方设有锥形 反射板(48);沉淀池(18)自上而下设置数个第二取样阀(19)，沉淀池(18)上部通过第四出水管(38) 和第七蠕动泵(39)与厌氧氨氧化反应器(43)底部连通，同步反硝化产甲烷反应器(7)通过 第二出水管(32)和第五蠕动泵(33)与厌氧氨氧化反应器(43)底部相连通;
同步反硝化产甲烷反应器(7)设有第一温控加热带装置(5)，其上部设有第一三相分离器 (6)和第一顶部密封板(8)，该第一三相分离器(6)的上部通过第一排气管(9)与第一碱液瓶(12) 及第一气体流量计(13)连通;同步反硝化产甲烷反应器(7)上部上清液通过第三蠕动泵(31) 与第二回流管(30)进入其底部进行自循环;同时甲烷化反硝化反应器(7)出水一部分通过 第一出水管(11)和第四蠕动泵(10)流入A/O短程硝化反应器(15)第1格室，一部分通过 第二出水管(32)与第五蠕动泵(33)流入厌氧氨氧化反应器(43);同步反硝化产甲烷反应 器(7)上下设置有数个第一取样阀(4);
厌氧氨氧化反应器(43)设有第二温控加热带装置(42)其上部设有第二三相分离器(23)和第 二顶部密封板(24)，该第二三相分离器(23)的上部通过第二排气管(22)与第二碱液瓶(21)及 第二气体流量计(20)连通;厌氧氨氧化反应器(43)上部上清液通过第四回流管(40)和第 八蠕动泵(41)回流到其底部进行自循环;沉淀池(18)通过第四出水管(38)和第七蠕动泵 (39)与厌氧氨氧化反应器(43)底部连通，厌氧氨氧化反应器(43)出水一部分通过第一回 流管(29)与第二蠕动泵(28)回流到同步甲烷化反硝化反应器(7)底部，一部分通过第五 出水管(44)排放;厌氧氨氧化反应器(43)外部上下设有数个第三取样阀(45)。
2.一种根据权利要求1所述的垃圾渗滤液同步反硝化产甲烷与自养脱氮组合装置进行同步反 硝化产甲烷、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：启动同步甲烷化反硝化反应器(7)：将取自垃圾填埋场反应器的厌氧污泥为种泥， 注入同步甲烷化反硝化反应器(7)中;将取自垃圾填埋场的渗滤液用自来水稀释，并加入适 当浓度为300mg/L的亚硝态氮，将该混合液注入渗滤液原水箱(1)，开启第一蠕动泵(27)， 通过第一温控加热带装置(5)使得温度控制在35℃，在接种污泥初期，通过调节第三蠕动 泵(31)加大循环流量尽量保证泥水完全混合，当污泥适应垃圾渗滤液水质，产气量逐渐加 大以后，即可减小内循环流量，当混合液COD去除率达到70%，亚硝态氮去除率达到90% 以上时，此时同步甲烷化反硝化反应器(7)启动成功;
步骤二：启动A/O短程硝化反应器(15)：A/O短程硝化反应器(15)接种污泥来自城市污水处 理厂，其污泥浓度为5000kg MLSS/m3左右，将渗滤液原液用自来水稀释使其氨氮浓度调节 为200mg/L，并且通过则投加NaHCO3调节pH值使其维持在7.8左右后注入A/O短程硝化反 应器(15)，随后启动由曝气头(16)、曝气泵(35)、气体流量计(34)以及空气调节阀(46)组成 的曝气系统对流入A/O短程硝化反应器(15)的垃圾渗滤液进行硝化，反应过程维持溶解氧DO 为2mg/L，同时维持进水NH4+-N负荷ALR=0.5kgNH4+-N/m3d，通过保持pH值和ALR在上 述值，使A/O短程硝化反应器(15)中的平均游离氨FA浓度在3mg/L左右，在上述条件下运 行A/O短程硝化反应器(15)，当出水亚硝酸氮NO2--N累积率大于95%以上时，A/O短程硝化 得以实现和维持，具备了厌氧氨氧化反应器(43)的进水水质要求;
步骤三：启动厌氧氨氧化反应器(43)：将取自某个中试厌氧氨氧化反应器的具有一定厌氧氨 氧化活性的污泥投加到厌氧氨氧化反应器(43)，其污泥浓度为5kg MLSS/m3;厌氧氨氧化反 应器(43)通过第二温控加热带装置(42)使得温度控制在35℃，将A/O短程硝化反应器(15) 出水氨氮浓度用自来水稀释到100mg/L，，并按照NH4+-N/NO2--N比例为1∶1.32混合入渗滤液 原液，同时将将稀释后的上述混合水按照30L/d的流量泵入到厌氧氨氧化反应器(43)，同时开 启厌氧氨氧化反应器(43)的第八蠕动泵(41)使其回流比为3∶1;当厌氧氨氧化反应器(43)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;
步骤四：同步甲烷化反硝化反应器(7)、A/O短程硝化反应器(15)与厌氧氨氧化反应器(43)分 别完成启动后，将其串联运行：将垃圾渗滤液注入渗滤液原水箱(1)并通过第一进水管(25) 与第一蠕动泵(27)泵入同步甲烷化反硝化反应器(7)，厌氧氨氧化反应器(43)出水通过第 一回流管(29)和第二蠕动泵(28)泵入同步甲烷化反硝化反应器(7)，同步甲烷化反硝化 反应器(7)出水通过第一出水管(11)和第四蠕动泵(10)泵入到A/O短程硝化反应器(15) 的缺氧区，A/O短程硝化反应器(15)中混合液进入到沉淀池(18)中进行泥水分离，同时沉 淀池(18)中的污泥通过污泥通过第三回流管(36)和第六蠕动泵(37)按照100%的比例回流到 缺氧区，沉淀池(18)上清液通过第四出水管(38)和第七蠕动泵(39)泵入到厌氧氨氧化反 应器(43)底端，当NH4+-N/NO2--N比例偏离1∶1.32时，通过控制第一蠕动泵(27)调节渗滤 液原水箱(1)进入同步甲烷化反硝化反应器(7)的流量大小;同步甲烷化反硝化反应器(7) 部分出水通过第二出水管(32)与第五蠕动泵(33)泵入到厌氧氨氧化反应器(43)与来自沉 淀池(18)的硝化液混合从而进行厌氧氨氧化反应;当厌氧氨氧化反应器(43)总氮负荷达到1 kg TN/m3d以上，并且出水NH4+-N与NO2--N去除率大于90%时，则完成了垃圾渗滤液的全 程自养脱氮过程。
说明书
垃圾渗滤液同步反硝化产甲烷与自养脱氮组合装置与方法
技术领域
本发明涉及一种垃圾渗滤液同步反硝化产甲烷与自养脱氮组合装置与方法，属于低碳氮 (C/N)比高浓度氨氮废水生物脱氮技术领域，适用于早期与中期垃圾渗滤液等低C/N比的高氨 氮废水的生物脱氮。
背景技术
随着城市垃圾产量的不断增加和垃圾卫生填埋的推广应用，城市垃圾渗滤液对环境构成 了日益严重的威胁。但现有的渗滤液处理技术存在效率低、成本高等问题，研究开发经济高 效的渗滤液处理技术具有重要的理论意义和应用价值。
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中期垃圾渗滤液脱氮而言，其COD浓度较高因而难于直接处理， 但同时其C/N比并不高，相对而言有机碳源不足，导致传统生物脱氮效率不高。
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，提出了一种垃圾渗滤液同步反硝化产甲烷与自 养脱氮组合装置与方法，即首先实现城市垃圾填埋场渗滤液中高浓度COD与部分总氮的去 除，而后进行高浓度NH4+-N的短程硝化反应，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。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种垃圾渗滤液同步反硝化产甲烷与自养脱氮组合装置，其特征在于：所述装置包括一 体化水箱、同步反硝化产甲烷反应器、A/O短程硝化反应器、沉淀池以及厌氧氨氧化反应器; 一体化水箱包括渗滤液原水箱、加热水箱及温控加热装置;渗滤液原水箱与同步甲烷化反硝 化反应器底部通过第一进水管与第一蠕动泵相连通;同步甲烷化反硝化反应器通过第一出水 管和第四蠕动泵与A/O短程硝化反应器的作为缺氧区的第1格室相连通，该格室安装有搅拌 器，A/O短程硝化反应器用上下交错设置过水孔的隔板分成为4-8个格室，每个格室底部设 有曝气头，每个格室上部设有空气调节阀，空气调节阀与曝气头连通并连接设置有曝气泵以 及气体流量计;A/O短程硝化反应器通过第三出水管与沉淀池连通，沉淀池底部通过第三回 流管和第六蠕动泵与A/O短程硝化反应器缺氧区即第1格室连通，沉淀池设有中心管，在中 心管下方设有锥形反射板;沉淀池自上而下设置数个第二取样阀，沉淀池上部通过第四出水 管和第七蠕动泵与厌氧氨氧化反应器底部连通，同步反硝化产甲烷反应器通过第二出水管和 第五蠕动泵与厌氧氨氧化反应器底部相连通;
同步反硝化产甲烷反应器设有第一温控加热带装置，其上部设有第一三相分离器和第一 顶部密封板，该第一三相分离器的上部通过第一排气管与第一碱液瓶及第一气体流量计连通; 同步反硝化产甲烷反应器上部上清液通过第三蠕动泵与第二回流管进入其底部进行自循环; 同时甲烷化反硝化反应器出水一部分通过第一出水管和第四蠕动泵流入A/O短程硝化反应器 第1格室，一部分通过第二出水管与第五蠕动泵流入厌氧氨氧化反应器;同步反硝化产甲烷 反应器上下设置有数个第一取样阀;
厌氧氨氧化反应器设有第二温控加热带装置其上部设有第二三相分离器和第二顶部密封 板，该第二三相分离器的上部通过第二排气管与第二碱液瓶及第二气体流量计连通;厌氧氨 氧化反应器上部上清液通过第四回流管和第八蠕动泵回流到其底部进行自循环;沉淀池通过 第四出水管和第七蠕动泵与厌氧氨氧化反应器底部连通，厌氧氨氧化反应器出水一部分通过 第一回流管与第二蠕动泵回流到同步甲烷化反硝化反应器底部，一部分通过第五出水管排放; 厌氧氨氧化反应器外部上下设有数个第三取样阀。
利用上述装置实现垃圾渗滤液同步反硝化产甲烷、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：启动同步甲烷化反硝化反应器：将取自垃圾填埋场反应器的厌氧污泥为种泥，注入 同步甲烷化反硝化反应器中;将取自垃圾填埋场的渗滤液用自来水稀释，并加入适当浓度为 300mg/L的亚硝态氮，将该混合液注入渗滤液原水箱，开启第一蠕动泵，通过第一温控加热 带装置使得温度控制在35℃，在接种污泥初期，通过调节第三蠕动泵加大循环流量尽量保证 泥水完全混合，当污泥适应垃圾渗滤液水质，产气量逐渐加大以后，即可减小内循环流量， 当混合液COD去除率达到70%，亚硝态氮去除率达到90%以上时，此时同步甲烷化反硝化 反应器启动成功;
步骤二：启动A/O短程硝化反应器：A/O短程硝化反应器接种污泥来自城市污水处理厂， 其污泥浓度为5000kg MLSS/m3左右，将渗滤液原液用自来水稀释使其氨氮浓度调节为 200mg/L，并且通过则投加NaHCO3调节pH值使其维持在7.8左右后注入A/O短程硝化反应 器，随后启动由曝气头、曝气泵、气体流量计以及空气调节阀组成的曝气系统对流入A/O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为2mg/L，同时维持进水 NH4+-N负荷ALR=0.5kgNH4+-N/m3d，通过保持pH值和ALR在上述值，使A/O短程硝化反 应器中的平均游离氨FA浓度在3mg/L左右，在上述条件下运行A/O短程硝化反应器，当出 水亚硝酸氮NO2--N累积率大于95%以上时，A/O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;
步骤三：启动厌氧氨氧化反应器：将取自某个中试厌氧氨氧化反应器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，其污泥浓度为5kg MLSS/m3;厌氧氨氧化反应器通过 第二温控加热带装置使得温度控制在35℃，将A/O短程硝化反应器出水氨氮浓度用自来水稀 释到100mg/L，，并按照NH4+-N/NO2--N比例为1∶1.32混合入渗滤液原液，同时将将稀释后的 上述混合水按照30L/d的流量泵入到厌氧氨氧化反应器，同时开启厌氧氨氧化反应器的第八 蠕动泵使其回流比为3∶1;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;
步骤四：同步甲烷化反硝化反应器、A/O短程硝化反应器与厌氧氨氧化反应器分别完成启动 后，将其串联运行：将垃圾渗滤液注入渗滤液原水箱并通过第一进水管与第一蠕动泵泵入同 步甲烷化反硝化反应器，厌氧氨氧化反应器出水通过第一回流管和第二蠕动泵泵入同步甲烷 化反硝化反应器，同步甲烷化反硝化反应器出水通过第一出水管和第四蠕动泵泵入到A/O短 程硝化反应器的缺氧区，A/O短程硝化反应器中混合液进入到沉淀池中进行泥水分离，同时 沉淀池中的污泥通过污泥通过第三回流管和第六蠕动泵按照100%的比例回流到缺氧区，沉淀 池上清液通过第四出水管和第七蠕动泵泵入到厌氧氨氧化反应器底端，当NH4+-N/NO2--N比 例偏离1∶1.32时，通过控制第一蠕动泵调节渗滤液原水箱进入同步甲烷化反硝化反应器的流 量大小;同步甲烷化反硝化反应器部分出水通过第二出水管与第五蠕动泵泵入到厌氧氨氧化 反应器与来自沉淀池的硝化液混合从而进行厌氧氨氧化反应;当厌氧氨氧化反应器总氮负荷 达到1kg TN/m3d以上，并且出水NH4+-N与NO2--N去除率大于90%时，则完成了垃圾渗滤 液的全程自养脱氮过程。
有益效果
本发明的一种垃圾渗滤液同步反硝化产甲烷与自养脱氮组合装置与方法与现有技术相 比，具有下列优点：
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 氮比的渗滤液的处理难题，大大降低了运行和建设费用。
2)在同时甲烷化反硝化UASB中，厌氧反应降解COD回收能源的同时，因为处理水回流到 中反硝化可回收碱度，此碱度可以弥补好氧反应器中硝化所消耗的碱度，同时提高系统的pH， 促进了短程硝化反硝化的发生。
3)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。
4)厌氧氨氧化反应器总氮容积负荷可以达到0.8kg TN/m3d以上，不需要消耗碱度，进一步 减少了运行费用。
5)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。
