申请日2006.07.14
公开(公告)日2007.02.07
IPC分类号C02F103/06; C02F9/14
摘要
一种城市生活垃圾渗滤液生化处理装置和方法，属于污水处理技术领域。现有工艺中存在有机物厌氧降解和生物脱氮的矛盾，且设备运行费用昂贵。本发明为一种两级UASB+A/O工艺处理城市生活垃圾渗滤液装置和方法。缺氧反硝化和厌氧产甲烷同时在一级UASB(II)中进行，在二级UASB(III)进一步进行厌氧产甲烷反应，在A/O反应器(IV)中先进行缺氧反应去除部分残余有机物，再进行好氧硝化反应，去除高氨氮。本发明能够很好的适应渗滤液水质变化，不经任何物化处理，通过生物处理实现可生化有机物和高氨氮的几乎全部去除，推广应用可以大幅度的降低渗滤液处理的建设和运行费用，大大提高城市生活垃圾渗滤液处理效率。
权利要求书
1.一种两级UASB+A/O工艺处理垃圾渗滤液装置，其特征在于：主要由一 体化水箱(I)、一级UASB(II)、二级UASB(III)、A/O反应器(IV)、二 沉池(V)组成;
一体化水箱(I)分为原渗滤液水箱(1)和处理水水箱(6)两部分，原 渗滤液水箱(1)通过进水泵(9)与一级UASB(II)底部的进水口(17)相 连接，处理水水箱(6)的上部设有排水阀门(11)，处理水水箱(6)通过管(90) 与二沉池(V)相连接，处理水水箱(6)通过处理水循环泵(15)与进水泵(9) 的压力管(10)相连接;
一级UASB(II)内置三相分离器(22)和导气管(23)，导气管(23)与 外置的碱液瓶(26)相连接，碱液瓶(26)与气体流量计(28)相连接，一级 UASB(II)顶部设有出水管(29)与二级UASB(III)底部的进水口(38)相 连接，出水管(29)上部设有内循环出水阀(18)与内循环泵(20)相连接， 内循环泵(20)通过管路与一级UASB(II)底部的进水口(17)相连接;
二级UASB(III)内置三相分离器(35)、导气管(36)，导气管(36)与碱 液瓶(39)相连接，碱液瓶(39)与气体流量计(41)相连接，二级UASB(III) 顶部设有出水管(50)与A/O反应器(IV)相连接，出水管(50)上部安装内 循环出水阀(39)与内循环泵(41)相连接，内循环泵(41)通过管路与与二 级UASB(III)底部的进水口(38)相连接;
A/O反应器(IV)分成缺氧反应区和好氧反应区共2个工作区，缺氧反应 区内安装搅拌器(62)，好氧反应区与气泵(59)相连接，好氧反应区通过污泥 回流泵(63)与二沉池(V)的底部相连接;
二沉池(V)上部设有出水阀门(84)，出水阀门(84)通过回流管(90) 与处理水水箱(6)相连接。
2.一种两级UASB+A/O工艺处理垃圾渗滤液处理方法，其特征在于，由以 下步骤组成：
1)将反硝化污泥和厌氧颗粒污泥填加到一级UASB(II)，将厌氧颗粒污泥 填加到二级UASB(III)，同时将好氧活性污泥投加到A/O反应器(IV)，进行 菌种的驯化和培养;
2)将原渗滤液和系统回流处理水分别装入原渗滤液水箱(1)和处理水水 箱(6)，启动进水泵(9)和处理水回流泵(15)，使原渗滤液的流量和系统处 理水的流量按1∶2-1∶4的比例混合进入一级UASB(II)的进水口(17)，当 液体充满一级UASB(II)时，启动内循环泵(20)，使液体经过内循环泵(20) 进入到一级UASB(II)的进水口(17)，进行一级UASB(II)的内循环，内 循环流量大于进水混合液的流量，循环过程维持至一级UASB(II)出水中 NOx--N<10mg/L;
在一级UASB(II)中，反硝化污泥中的反硝化细菌利用原渗滤液中的可生 化有机物将系统回流处理水中的NOx --N反硝化，产生氮气，并回收碱度，维持 系统的pH>8.0，反硝化结束后，发生产甲烷反应，产生的氮气、甲烷和CO2自 下而上的流动，经过三相分离器(22)的分离，通过导气管(23)进入到碱液 瓶(26)，在碱液瓶(26)中CO2被碱液吸收，氮气和甲烷经过气体流量计(28) 计量后排放;
3)当一级UASB(II)出水中NOx--N<10mg/L时，使一级UASB(II)中 的液体经出水管(20)进入二级UASB(III)的进水口(38)，当液体充满二级 UASB(III)时，启动内循环泵(41)，使液体经过内循环泵(41)进入到二级 UASB(III)的进水口(38)，进行二级UASB(III)的内循环，内循环流量大 于进水混合液的流量，循环过程维持至二级UASB(III)出水中COD浓度值为 2500-3000mg/L;
在二级UASB(III)中，发生产甲烷反应，产生的甲烷和CO2自下而上的 流动，经过三相分离器(43)的分离，通过导气管(44)进入到碱液瓶(47)， 在碱液瓶(47)中，CO2被碱液吸收，甲烷经过气体流量计(49)计量后排放;
4)当二级UASB(III)出水中COD浓度值为2500-3000mg/L时，使二级 UASB(III)中的液体进入A/O反应器(IV)的缺氧反应区，启动搅拌器(62)， 进行反硝化反应，反硝化混合液进入到好氧反应区后，启动气泵(59)进行曝 气，进行硝化反应去除高氨氮，当PH值降低到最低点，即“氨谷”出现，且液 体中的NOx --N<15mg/L时，硝化反应结束;
5)硝化反应结束后，使A/O反应器(IV)好氧反应区液体进入二沉池(V) 进行泥水分离，泥水分离结束后，开启污泥回流泵(63)，将活性污泥从二沉池 (V)的底部回流到A/O反应器(IV)，同时，开启出水阀门(84)，使二沉池 (V)上部的液体回流进入到处理水水箱(6);
6)当处理水水箱(6)中的回流水液面低于排水阀门(11)时，液体通过 处理水循环泵(1)进入压力管(10)，进行循环;
当处理水水箱(6)中的回流水液面高于排水阀门(11)时，进行溢流出水。
说明书
两级UASB+A/O工艺处理城市生活垃圾渗滤液装置和方法
技术领域
本发明涉及一种不需物化预处理生化彻底去除城市生活垃圾渗滤液可生化 有机物和高氨氮的装置和方法，属于生化法污水生物处理技术领域，适用于城 市生活垃圾渗滤液及其它诸如污泥厌氧消化液、养殖废水等高氨氮和高有机物 的有机工业废水处理。
背景技术
我国目前垃圾年总量达2.4亿吨，近几年城市生活垃圾的年增长率均在 8%～10%以上。目前我国有90%左右的垃圾是用填埋法处理的，而填埋会产生大 量的垃圾渗滤液。垃圾渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水，全国渗滤液的 污染排放量约占年总排污量的1.6‰，以化学耗氧量核算却占到5.27%。渗滤液 处理是卫生填埋场的最后一道环节，处理不当对周围环境带来不可估量的污染 和危害，而且对人体健康带来威胁，同时也使卫生填埋丧失原有的意义。
由于对渗滤液水质及变化规律了解不足或没有给予足够的重视，盲目的将 城市污水的处理工艺和设计参数照搬到渗滤液处理工艺上，不仅处理费用昂贵， 而且出水根本无法达标。同时，有关渗滤液处理的一些结论也有失偏颇，人云 亦云，缺少试验和实际工程的检验。例如，认为渗滤液中的重金属离子浓度高， 必须进行预处理后，才可以进行生化处理，但许多实际工程生化处理的成功证 明这个论断是片面的。有观点认为高氨氮的渗滤液会抑制微生物的活性，所以 在生化之前，必须采用吹脱等物化工艺进行预处理。我们的试验证明这一观点 是不符合渗滤液的水质特点及其变化规律的，应用于实践势必造成设计的失误 和建设资金的浪费。放弃探索经济高效的渗滤液处理技术，简单盲目地使用费 用极高的反渗透处理技术，使得渗滤液的处理由于费用昂贵而难以为继。
现有的渗滤液装置见附图1，主要由水箱I、UASB II、A/O反应器IV、二 沉池V及其它附属设备和管路组成。水箱I通过进水泵9与UASB II底部的进水 口17相连接;UASB II顶部设有出水管29与A/O反应器IV的厌氧反应区相连 接，出水管29上部设有内循环出水阀18与内循环泵20相连接，内循环泵20 通过管路与UASB II底部的进水口17相连接。A/O反应器IV分为厌氧反应区和 好氧反应区共2个工作区。缺氧反应区与二沉池V的底部通过污泥回流泵63相 连接，好氧反应区通过处理水回流泵92与管29相连接。二沉池V上部设有出 水阀84。
它的工作过程是：利用进水泵9和内循环泵20将原渗滤液和UASB II的循 环水泵入UASB II底部的进水口17，在UASB II中自下而上的进行产甲烷反应， 上清液经过UASB II顶部设置的出水管29进入与A/O反应器IV的厌氧反应区 进行厌氧反应，厌氧反应完后进入好氧反应区进行好氧反应，好氧反应结束后， 上清液通过泵92循环回厌氧区，混合液进入二沉池V进行泥水分离，分离后的 上清液由出水阀排出系统，底部的污泥通过污泥回流泵63进入A/O反应器IV 的好氧反应区进行循环利用。
现有的这种工艺为厌氧反应和好氧反应的组合，反硝化在厌氧反应后进行， 这使得该工艺的有机物厌氧降解和生物脱氮构成不可协调的矛盾：如果厌氧充 分，那么后续的缺氧反硝化就会因为缺少有机碳源而效率低下，必须加入膜工 艺等物化工艺进一步脱氮;而如果厌氧处理效果差，好氧反应器的有机负荷过 高，导致大量异氧菌生长繁殖，而自养硝化菌的生长繁殖就会受到抑制，无法 完成充分的反硝化，导致系统脱氮失败。而高氨氮对微生物，特别是好氧微生 物的抑制作用，使现有工艺必须加入物化预处理，将氨氮降解到较低的水平后， 再进行生物处理。
发明内容
本发明的目的是不经任何物化预处理，通过生物处理几乎完全去除垃圾渗 滤液可生化有机物和高氨氮。针对现有垃圾渗滤液处理的技术缺陷和认识上的 偏颇，开发出渗滤液生化处理的装置和方法，即两级UASB+A/O工艺处理城市 生活垃圾渗滤液装置和方法。该装置和方法突破了以往渗滤液处理技术的局限， 在不投加任何药剂和碳源的前提下，不仅将可生化有机物和氨氮几乎全部去除， 而且通过厌氧前反硝化和分步反硝化实现了90%以上的总氮去除率。厌氧前反 硝化将进水中的有机物首先作为反硝化的碳源被消耗，厌氧产甲烷反应可以彻 底进行，从而为后续的硝化反应创造适宜的环境条件。由于出水回流稀释了进 水氨氮浓度，无需任何物化预处理工艺。该发明不仅解决现有工艺的矛盾，而 且具有工艺流程简单、适应渗滤液水质和水量的波动、运行灵活、操作简单的 特点。应用于实际可大幅度的降低建设和运行费用、无二次污染。
技术原理：
垃圾渗滤液的有机物含量可达30000mg/L，首先采用两级UASB(升流式厌 氧污泥床)通过反硝化和厌氧产甲烷反应大幅度降解有机物。避免了直接采用好 氧生物处理造成的曝气动力消耗大，剩余污泥产量高的弊端，而且可以回收甲 烷。而厌氧出水残余有机物在后续的A/O工艺中得到进一步的降解，使可生化 有机物达到彻底的去除。
渗滤液高氨氮(可达3000mg/L)首先在好氧反应器进行彻底的硝化反应， 氨氮NH4 +-N全部被硝化菌氧化为硝态氮NO3 --N，而后分别通过处理水回流 和二沉池污泥回流完成反硝化，即反硝化菌利用有机碳源作为电子供体，NO3 --N作为电子受体被还原为氮气从渗滤液中逸出完成生物脱氮。渗滤液进入到好氧 反应器后大部分有机物已经达到降解，这为自养型硝化菌对氨氮的氧化创造了 适宜的条件，而好氧反应器中氨氮的彻底硝化，使得出水回流时大大稀释了进 水的氨氮浓度，对系统中微生物的抑制作用大为减弱，使氨氮的彻底氧化和高 效率的脱氮成为可能。而在一级UASB中进行反硝化可充分利用原水碳源完成 反硝化，同时回收碱度完成后续好氧池的硝化反应。
本发明提供的两级UASB+A/O工艺处理垃圾渗滤液装置，其特征在于：主 要由一体化水箱I、一级UASB II、二级UASB III、A/O反应器IV、二沉池V 组成;
一体化水箱I分为原渗滤液水箱1和处理水水箱6两部分，原渗滤液水箱1 通过进水泵9与一级UASB II底部的进水口17相连接;处理水水箱6的上部设 有排水阀门11，处理水水箱6中部通过管90与二沉池V相连接，处理水水箱6 底部通过处理水循环泵1与进水泵9的压力管10相连接;
一级UASB II内置三相分离器22和导气管23，导气管23与碱液瓶26相连 接，碱液瓶26与气体流量计28相连接，一级UASB II顶部设有出水管29与二 级UASBIII底部的进水口38相连接，出水管29上部设有内循环出水阀18与内 循环泵20相连接，内循环泵20通过管路与一级UASB II底部的进水口17相连 接;
二级UASBIII内置三相分离器35、导气管36，导气管36与碱液瓶39相连 接，碱液瓶39与气体流量计41相连接，二级UASB顶部设有出水管50与A/O 反应器IV相连接，出水管50上部安装内循环出水阀39与内循环泵41相连接， 内循环泵41通过管路与与二级UASB底部的进水口38相连接;
A/O反应器IV分成厌氧反应区和好氧反应区共2个工作区，厌氧反应区内 安装搅拌器62，好氧反应区与气泵59相连接，好氧反应区通过污泥回流泵63 与二沉池V的底部相连接;
二沉池V上部设有出水阀门84，出水阀门84通过回流管90与处理水水箱 6相连接。
本发明还提供了一种利用上述装置的垃圾渗滤液处理工艺，其步骤包括：
1)将反硝化污泥和厌氧颗粒污泥填加到一级UASB II，将厌氧颗粒污泥填 加到二级UASBIII，同时将好氧活性污泥投加到A/O反应器IV，进行菌种的驯 化和培养;
2)将原渗滤液和系统回流处理水分别装入原渗滤液水箱1和处理水水箱6， 启动进水泵9和处理水回流泵15，使原渗滤液的流量和系统处理水的流量按1∶ 2-1∶4的比例混合进入一级UASB II的进水口17，当液体充满一级UASB II时， 启动内循环泵20，使液体经过内循环泵20进入到一级UASB II的进水口17，进 行一级UASB II的内循环，循环流量大于进水混合液的流量，循环过程维持至一 级UASB II出水中NOx--N<10mg/L;
一级UASB II的内循环过程中，反硝化污泥中的反硝化细菌利用原渗滤液中 的可生化有机物将系统回流处理水中的NOx--N彻底反硝化，产生氮气，并回收 碱度，持系统的pH>8.0，反硝化结束后，发生产甲烷反应，产生的氮气、甲烷 和CO2自下而上的流动，经过三相分离器22的分离，通过导气管23进入到碱 液瓶26，在碱液瓶26中CO2被碱液吸收，氮气和甲烷经过气体流量计28计量 后排放;
3)当一级UASB II出水中NOx--N<10mg/L时，使一级UASB II中的液体经 出水管20进入二级UASBIII的进水口38，当液体充满二级UASBIII时，启动内 循环泵41，使液体经过内循环泵41进入到二级UASBIII的进水口38，进行二级 UASBIII的内循环，循环流量大于进水混合液的流量，循环过程维持至二级 UASBIII出水中COD浓度值为2500-3000mg/L;
二级UASBIII的内循环过程中，进行产甲烷反应，产生的甲烷和CO2自下 而上的流动，经过三相分离器43的分离，通过导气管44进入到碱液瓶47，在 碱液瓶47中，CO2被碱液吸收，甲烷经过气体流量计49计量后排放;
4)当二级UASBIII出水中COD浓度值为2500-3000mg/L时，使二级 UASBIII中的液体进入A/O反应器IV的厌氧反应区，启动搅拌器62，进行反硝 化反应，启动搅拌器(62)，进行反硝化反应，反硝化混合液进入到好氧反应区 后，启动气泵(59)进行曝气，进行硝化反应去除高氨氮，当PH值降低到最低 点，即“氨谷”出现，且液体中的NOx--N<15mg/L时，硝化反应结束;
5)硝化反应结束后，使A/O反应器(IV)好氧反应区液体进入二沉池(V) 进行泥水分离，泥水分离结束后，开启污泥回流泵(63)，将活性污泥从二沉池 (V)的底部回流到A/O反应器(IV)，同时，开启出水阀门(84)，使二沉池 (V)上部的液体回流进入到处理水水箱(6);
6)当处理水水箱6中的回流水液面低于排水阀门11时，液体通过处理水 循环泵1进入压力管10，进行循环;
当处理水水箱6中的回流水液面高于排水阀门11时，开启排水阀门11将 回流水溢流排出系统。
本发明涉及的两级UASB+A/O工艺处理垃圾渗滤液装置和方法与现有技 术相比，具有下列优点：
1)回流处理水不仅可以完成反硝化，而且可以提高厌氧反应器的上升流速， 避免了污泥板结和沟流现象的发生，可见处理水回流的作用是多方面的;
2)原渗滤液和回流出水在一级UASB中发生反硝化反应，而反硝化细菌与 产甲烷菌比较，反硝化细菌生长速率高、对环境条件的适应性强，同时，它对 二级UASB的产甲烷反应起到保护作用;
3)二级UASB将一级UASB出水大部分有机物通过产甲烷反应去除，同时 由于pH较高，部分有机碳转化为无机碳，厌氧反应后碱度较大幅度提高。有机 物的大幅度降解和碱度的生成为后续好氧反应器高氨氮的硝化创造了适宜的基 质和环境条件;
4)厌氧出水剩余有机物首先作为回流污泥中NOx --N反硝化的碳源而缺氧 降解。因而，本工艺中的大部分可生化的有机物是在厌氧和缺氧的条件下得到 去除的，不仅节省了曝气费用，而且部分作为反硝化碳源被利用，另一部分则 转化为甲烷或碱度;
5)进入好氧区后即进行残余有机物的彻底降解和高氨氮的硝化。通过硝化 利用厌氧出水中的碱度，高氨氮得到彻底的去除;
6)在硝化过程中，以pH作为控制参数，以pH值的最低点作为控制点， 可以准确有效的指示氨氧化结束点。因而，当pH值的最低点出现后即停止曝气， 不仅可以节省曝气量，防止过曝气，节省曝气费用。
