申请日2008.11.21
公开(公告)日2009.05.06
IPC分类号C02F3/30
摘要
高氮垃圾渗滤液处理方法与装置属于污水生物处理技术领域。现有的处理技术无法同步、深度去除垃圾渗滤液的氨氮及有机物。本发明以实际垃圾渗滤液为对象，采用两级UASB-SBR生化系统进行处理，获得了较好效果。通过SBR反应器硝化液回流的方式，对原水既有一定的稀释作用，又可使富含NO3--N的硝化液借助原水中丰富的有机碳源进行反硝化。垃圾渗滤液内大部分有机物在UASB1反应器内被去除，COD去除率可达到92.1%，最大有机负荷为13kgCOD/m3·d。UASB2和SBR反应器实现了有机物的进一步去除。SBR反应器内通过硝化作用将NH4+-N几乎100%转化成NO3--N。采用pH，ORP，DO作为SBR系统生物脱氮过程的控制参数，可有效地防止了过曝气和过搅拌带来的能耗，节省了运行费用。
翻译権利要求書
1.一种高氮垃圾渗滤液处理装置，其特征在于：
由一体化水箱、UASB1反应器、UASB2反应器、中间水箱、SBR反应 器顺序串联组成;
UASB1和UASB2反应器均设有内循环回流管;
上述一体化水箱包括原渗滤液区，SBR硝化液回流区;SBR硝化液回流 区在SBR反应器和SBR硝化液回流区连接有SBR硝化液回流管;
原渗滤液区、SBR硝化液回流区分别通过UASB1渗滤液进水管和UASB1 硝化液进水管与UASB1反应器底部进水口连通，UASB1反应器内设置三相 分离器、通过UASB1排气阀和UASB1排气管与外置的碱液吸收瓶连通，碱 液吸收瓶与气体流量计连接;UASB1反应器侧壁上的UASB1内循环出水阀 通过UASB1内循环水管连通底部进水口;UASB1反应器通过UASB1出水管 连通UASB2反应器底部的进水口，UASB2反应器内置三相分离器，通过 UASB2排气阀和UASB2排气管与外置的碱液吸收瓶连通，碱液吸收瓶与气 体流量计连接;UASB2反应器侧壁上的UASB2内循环出水阀与其底部的进 水口通过UASB2内循环水管连通，UASB2出水管连接中间水箱;SBR反应 器通过SBR进水管连通中间水箱，并与SBR排水阀连接;SBR反应器内设 有空气扩散器和机械搅拌装置，SBR硝化液回流管与SBR硝化液回流区连 通。
2.应用权利要求1所述装置进行高氮垃圾渗滤液处理方法，其特征在于， 包括以下步骤：
(1)渗滤液从一体化水箱通过UASB1渗滤液进水泵与回流的SBR硝化 上清液;渗滤液与回流的SBR硝化上清液回流体积比2：1;通过UASB1硝 化液进水泵一起进入UASB1反应器，UASB1反应器内的反硝化菌和厌氧产 甲烷菌充分利用进水中丰富的有机物，进行缺氧反硝化和厌氧产甲烷反应， 反硝化菌利用进水中丰富的有机碳源将SBR硝化液回流水中的NO3--N还原 为N2，完成氮的去除;同时UASB1反应器内产甲烷菌将有机物氧化成CH4， H2O和CO2，实现有机物的去除;
(2)上述UASB1反应器排出的上清液通过UASB1出水管被UASB2进 水泵泵入UASB2反应器，当进水从UASB2反应器自下向上流动过程中，与 反应器内的微生物充分接触，发生产厌氧产甲烷作用，UASB2反应器内产甲 烷菌将UASB1反应器出水中残余有机物进一步氧化成CH4，H2O和CO2， 实现有机物的进一步去除;
(3)UASB2反应器的上清液通过UASB2出水管依靠重力作用流入中间 水箱;
(4)开启SBR进水泵，中间水箱内的水通过SBR进水管进入SBR反应 器，进水完成后，开启空气压缩机，空气通过气体管、气体流量计和空气扩 散器向SBR反应器的微生物提供呼吸作用所需要的氧气，首先在异养菌的作 用下，深度去除UASB2反应器出水中残余有机物，同时自养的硝化菌以 NH4+-N为电子供体，氧气为电子受体，将NH4+-N氧化为NO3--N，实现了 氨氮的去除;
(5)上述SBR反应器硝化结束时，静止沉淀30～60分钟后，在SBR硝 化液回流泵的作用下，通过SBR硝化液回流管回流至SBR硝化液回流区，然 后借助于UASB1硝化液进水泵进入UASB1反应器进行反硝化;
(6)上述SBR反应器回流结束后，投加碳源，使COD/NO3--N控制在4， 开启机械搅拌装置，SBR反应器内的反硝化菌在缺氧条件下，以碳源为电子 供体，NO3--N为电子受体，将NO3--N还原为N2;
(7)上述SBR反应器反硝化完成后，停止机械搅拌装置，使SBR反应 器的泥水混合液静止沉淀30～60分钟，进行泥水分离，然后上清液通过SBR 排水阀直接溢流出系统。
说明书
高氮垃圾渗滤液处理方法与装置
技术领域
本发明涉及一种污水生物处理方法与装置。
背景技术
随着我国城市化进程的加快，城镇数目不断增加，城市规模日益扩大， 人口急剧增长，直接导致城市固体废弃物(城市生活垃圾)大幅度提高。填 埋作为一种城市固体废弃物处理方式已被国内外广泛采用，我国目前90%左 右的城市固体废弃物是用填埋法处理。在城市垃圾(MSW)填埋过程中，由 于压实和微生物的分解作用，垃圾中所含的污染物将随水份溶出，并与降雨、 径流等一起形成垃圾渗滤液。作为垃圾处理过程中的副产品，渗滤液已严重 影响到我国垃圾处理事业的健康发展。目前我国城市生活垃圾的新鲜渗滤液 年产量约2900万吨。可控点源排放的渗滤液为1515万吨，如果加上填埋场/ 堆场历年垃圾产生的渗滤液，则其年产量估计为新鲜渗滤液的数倍，而1吨 渗滤液约相当于100吨城市污水所含污染物的浓度。垃圾渗滤液问题已成为 产业化进程的“瓶颈”，严重威胁了垃圾处理设施周围环境的安全及居民的健康 生活。
城市垃圾渗滤液是一种成份非常复杂的高浓度有机废水，呈黑褐色，强 烈的刺激性以及大量的无机化合物均为渗滤液的处理带来困难。由于垃圾渗 滤液氨氮含量高、水质十分复杂并且随填埋时间的变化而变化，早期渗滤液 氨氮和COD均很高，晚期渗滤液氨氮含量增高，但COD浓度大幅度降低， 导致碳氮比失调。使其与城市污水等其它废水相比有自己显著的特点。高氨 氮废水的脱氮问题一直是国内外研究的重点和难点，以往垃圾处理所产生的 渗滤液主要依靠地下水层来净化，但随着时间的延长和地址构造对污染物的 去除容量的有限性，渗滤液会对地下水、地表水及垃圾填埋场周围环境造成 污染，使地表水缺氧、水质恶化、富营养化，威胁饮用水和工农业用水水源， 使地下水质污染而丧失利用价值。同时，有机污染物进入食物链将直接威胁 人类健康。垃圾渗滤液作为一种高浓度、多组分、易变化的污水，其难于处 理的主要原因在于其特殊的水质特点，这就决定了常规的污水处理方法并不 可行。鉴于上述原因，同步去除渗滤液内高浓度氨氮和有机物，研发适合垃 圾渗滤液处理的方法与装置至关重要，也迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是提供一种城市生活垃圾渗滤液处理方法与装置，解决高 氨氮垃圾渗滤液难于生物处理的技术问题;并解决高浓度有机废水深度脱氮、 深度去除有机物的问题。
本发明的技术方案：
高氮垃圾渗滤液处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)渗滤液从一体化水箱通过UASB1渗滤液进水泵与回流的SBR硝化 上清液(回流体积比2：1)通过UASB1硝化液进水泵一起进入UASB1反应 器，UASB1反应器内的反硝化菌和厌氧产甲烷菌充分利用进水中丰富的有机 物，进行缺氧反硝化和厌氧产甲烷反应，反硝化菌利用进水中丰富的有机碳 源将SBR硝化液回流水中的NO3 --N还原为N2，完成氮的去除。同时UASB1 反应器内产甲烷菌将有机物氧化成CH4，H2O和CO2，实现有机物的去除;
(2)上述UASB1反应器排出的上清液通过UASB1出水管被UASB2进 水泵泵入UASB2反应器，当进水从UASB2反应器自下向上流动过程中，与 反应器内的微生物充分接触，发生产厌氧产甲烷作用，UASB2反应器内产甲 烷菌将UASB1反应器出水中残余有机物进一步氧化成CH4，H2O和CO2，实 现有机物的进一步去除;
(3)UASB2反应器的上清液通过UASB2出水管依靠重力作用流入中间 水箱;
(4)开启SBR进水泵，中间水箱内的水通过SBR进水管进入SBR反应 器，进水完成后，开启空气压缩机，空气通过气体管、气体流量计和空气扩 散器向SBR反应器的微生物提供呼吸作用所需要的氧气，首先在异养菌的作 用下，深度去除UASB2反应器出水中残余有机物，同时自养的硝化菌以 NH4 +-N为电子供体，氧气为电子受体，将NH4 +-N氧化为NO3 --N，实现了氨 氮的去除;
(5)上述SBR反应器硝化结束时，静止沉淀30～60分钟后，在SBR硝 化液回流泵的作用下，通过SBR硝化液回流管回流至SBR硝化液回流区，然 后借助于UASB1硝化液进水泵进入UASB1反应器进行反硝化;
(6)上述SBR反应器回流结束后，投加碳源，使COD/NO3 --N控制在4， 开启机械搅拌装置，SBR反应器内的反硝化菌在缺氧条件下，以碳源为电子 供体，NO3 --N为电子受体，将NO3 --N还原为N2;
(7)上述SBR反应器反硝化完成后，停止机械搅拌装置，使SBR反应 器的泥水混合液静止沉淀30～60分钟，进行泥水分离，然后上清液通过SBR 排水阀直接溢流出系统。
高氮垃圾渗滤液处理装置，其特征在于：
由一体化水箱、UASB1(一级UASB)反应器、UASB2(二级UASB) 反应器、中间水箱、SBR反应器顺序串联组成;
UASB1和UASB2反应器均设有内循环回流管;
上述一体化水箱包括原渗滤液区，SBR硝化液回流区;在SBR反应器和 SBR硝化液回流区连接有SBR硝化液回流管;
原渗滤液区，SBR硝化液回流区分别通过UASB1渗滤液进水管和UASB1 硝化液进水管与UASB1反应器底部进水口连通，UASB1反应器内设置三相 分离器、通过UASB1排气阀和UASB1排气管与外置的碱液吸收瓶连通，碱 液吸收瓶与气体流量计连接。UASB1反应器侧壁上的UASB1内循环出水阀 通过UASB1内循环水管连通底部进水口。UASB1反应器通过UASB1出水管 连通UASB2反应器底部的进水口，UASB2反应器内置三相分离器，通过 UASB2排气阀和UASB2排气管与外置的碱液吸收瓶连通，碱液吸收瓶与气 体流量计连接。UASB2反应器侧壁上的UASB2内循环出水阀与其底部的进 水口通过UASB2内循环水管连通，UASB2出水管连接中间水箱。SBR反应 器通过SBR进水管连通中间水箱，并与SBR排水阀连接。SBR反应器内设 有空气扩散器和机械搅拌装置，SBR硝化液回流管与SBR硝化液回流区连 通。
本发明高氮垃圾渗滤液处理工艺的机理：采用两级up-flow sludge bed(UASB)反应器通过反硝化(denitrification)作用和产甲烷(methanoegensis) 作用实现有机物的去除，反硝化作用去除有机物是反硝化菌将NO3 --N还原成 氮气时利用有机物作为电子供体，产甲烷作用是产甲烷菌在厌氧条件下，可 将有机物氧化CH4，H2O和CO2，从而实现有机物的去除。UASB1反应器和 UASB2反应器出水中有机物通过SBR反应器的好氧生物降解作用实现进一 步去除，在SBR反应器中，好氧微生物利用系统提供的溶解氧进行好氧呼吸， 将有机物氧化成H2O和CO2。
对于渗滤液内高氨氮的去除，由于回流水的稀释作用，UASB1反应器 的进水较原液实现了一定程度的降低，然后借助于SBR反应器的硝化作用实 现氮形态的转化，即在SBR反应器内自养硝化菌的作用下，NH4 +-N被氧化成 硝态氮NO3--N，而这一步仅是氮形态的转变，并为实现氮的真正去除。而后 分别借助于SBR反应器的缺氧段及UASB1反应器来完成真正脱氮的反硝化 作用，在SBR反应器缺氧段，异养反硝化菌可利用外加碳源作为电子供体， 以硝态氮NO3 --N为电子受体，将NO3 --N还原为氮气，在UASB1反应器内， 反硝化菌可充分利用原水中丰富的有机物作为反硝化碳源，将回流水中 NO3 --N还原为氮气，从而实现氮的真正去除。
有益效果：
本发明工艺以城市生活垃圾渗滤液为处理对象，采用SBR硝化液回流的 方式，提高污水中有机物及氮的去除效率，在保证出水水质的前提下，达到 低能耗。解决高氨氮垃圾渗滤液难于生物处理的技术问题;并解决高浓度有 机废水深度脱氮、深度去除有机物的问题;还解决方便实验应用和控制技术 参数的问题。采用UASB反应器处理高浓度废水中的有机物，具有能耗低， 污泥产量少，负荷高等优点，因而可避免直接采用好氧生物法处理造成的能 耗大，剩余污泥量大等弊端。此外，采用SBR工艺作为氮去除的主要构筑物， 充分利用了SBR法具有工艺简单，节省费用;理想的推流过程使生化反应推 动力大效率高;运行方式灵活，脱氮除磷效果好;防止污泥膨胀和耐冲击负 荷、处理效率高等优点。
本发明高氮垃圾渗滤液处理方法与装置的优点：
(1)垃圾渗滤液内大部分有机物在UASB1反应器内被去除，COD去除 率可达到92.1%，最大有机负荷为13kgCOD/m3·d，最大有机物去除速率为 12.4kgCOD/m3·d。同时，在UASB1反应器内获得了94.9%以上的反硝化率， 因此在单一的UASB1反应器内实现了缺氧反硝化和厌氧降解有机物反应双 重功效。UASB2反应器实现了有机物的深度去除，这为后续SBR反应器内自 养硝化菌的增殖创造了良好的生存环境，使NH4 +-N在SBR反应器内通过硝 化作用几乎100%的被转化成NO3 --N，这样SBR反应器硝化结束时回流至 UASB1反应器内的硝化液大幅度稀释了原渗滤液的高浓度氨氮，从而大大减 弱了高浓度氨氮所形成的游离氨(FA)对后续SBR反应器内硝化菌的抑制作 用，使硝化、反硝化作用顺利完成，获得了氮的深度去除;
(2)采取SBR反应器内硝化液回流的方式，对原水既有一定的稀释作用， 又可使富含NO3 --N的硝化液借助原水中丰富的有机碳源进行反硝化，实现“以 废治废”的废水处理理念，从而获得了生物脱氮及降解有机物的双重目的。
(3)在UASB1反应器内进行反硝化作用可产生大量的碱度，将这些碱 度回用于后续SBR硝化过程，即可保证硝化作用的顺利完成，又大大节省了 SBR硝化阶段的投碱量。
(4)本发明工艺中，采用pH，ORP，DO作为SBR系统生物脱氮过 程的控制参数。整个生物脱氮过程中，系统内三氮(NH4 +-N，NO3 --N，NO2 --N) 的变化规律与pH，ORP，DO的变化具有很好的相关性，硝化过程中，由于 生化系统内产生H+，系统内pH值逐渐降低，硝化结束时降至最低，ORP， DO值则出现突越。反硝化过程中，由于系统内产生碱度，pH值逐渐升高， ORP逐渐降低，反硝化结束时pH达到最大值并出现拐点，ORP逐渐降低也 出现拐点。因此，当pH值降至最低点和升至最高点时，分别指示硝化和反硝 化反应结束，可立即停止曝气和缺氧搅拌，从而有效地防止了过曝气和过搅 拌带来的能耗，节省了运行费用。
