CN109574218B - 短程硝化-发酵/反硝化-厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤液的装置与方法 - Google Patents

Abstract

短程硝化‑发酵/反硝化‑厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤液的装置与方法，属于高氨氮污水污泥生物处理领域。晚期垃圾渗滤液首先进入短程硝化反应器将进水氨氮全部转化为亚硝态氮；92.6％短程硝化出水与剩余污泥一同进入发酵耦合反硝化反应器实现反硝化与剩余污泥消化的同步进行；其出水随后与剩余的7.4％短程硝化出水混合进入厌氧氨氧化反应器，使发酵过程释放的氨氮和短程硝化产生的亚硝态氮得到进一步去除。本发明在实现低C/N比晚期垃圾渗滤液的深度脱氮同时完成剩余污泥减量化。

Description

短程硝化-发酵/反硝化-厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤 液的装置与方法

技术领域

本发明涉及一种短程硝化-发酵/反硝化-厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤液技术，属于高氨氮污水污泥生物处理领域。

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。传统生物脱氮工艺将NH₄ ⁺-N转化为N0₃ ^--N，再通过反硝化将N0₃ ^--N转化为氮气从水中逸出。反硝化阶段以N0₃ ^--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。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，导致传统生物脱氮效率只能达到10％左右，而外加有机碳源会大幅度的增加污水脱氮的费用。

剩余污泥是污水生物处理过程中的副产物含有大量有机物，经过厌氧发酵后产生的挥发性短链脂肪酸可以作为生物脱氮过程的优质碳源。开发剩余污泥中的碳源并加以利用可以同时解决污水处理厂碳源不足和剩余污泥减量化两个棘手的问题。然而剩余污泥发酵过程中伴随着大量的氨氮释放，如果将污泥消化液不经处理回流到污水处理厂将会大大增加污水处理氮负荷和运行能耗。因此，需要提出更为有效的脱氮的装置和方法。

短程硝化-发酵/反硝化-厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤液，首先高氨氮浓度的晚期垃圾渗滤液通过短程硝化过程实现稳定的亚硝态氮积累，剩余污泥在发酵反硝化反应器中被消化，产生的有机碳源作为反硝化过程的电子供体，将大部分短程硝化产生的亚硝态氮还原为氮气。污泥消化过程释放的氨氮和剩下的短程硝化出水通过厌氧氨氧化作用得到进一步去除。作为一种无外碳源投加生物脱氮工艺，和传统生物脱氮工艺相比，不仅节约25％曝气量和100％碳源，同时能够完成剩余污泥减量效果。

发明内容

本发明提出了短程硝化-发酵/反硝化-厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤液的方法，具体是晚期垃圾渗滤液首先进入短程硝化反应器将进水氨氮全部转化为亚硝态氮；92.6％短程硝化出水与剩余污泥一同进入发酵耦合反硝化反应器实现反硝化与剩余污泥消化的同步进行；其出水随后与剩余的7.4％短程硝化出水混合进入厌氧氨氧化反应器，使发酵过程释放的氨氮和短程硝化产生的亚硝态氮得到进一步去除。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

短程硝化-发酵/反硝化-厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤液的装置，其特征在于，包括原水水箱(1)、短程硝化反应器(2)、第一中间水箱(3)、剩余污泥储备罐(4)、发酵耦合反硝化反应器(5)、第二中间水箱(6)、厌氧氨氧化反应器(7)；所述原水水箱设有溢流管和出水口；所述短程硝化反应器(2)设有空气压缩机(2.1)、气体流量计(2.2)、曝气砂头(2.3)、第一进水口(2.5)、第一取样口(2.9)、第一排水口(2.10)、第一搅拌器(2.7)、第一进水蠕动泵(2.4)、pH/DO实时监测装置(2.8)、ORP实时监测装置(2.6)；所述发酵耦合反硝化反应器(5)设有第二进水口(5.2)、第一进泥口(5.3)、第二排水口(5.6)、第二进水蠕动泵(5.1)、第二搅拌器(5.4)、pH实时监测设备(5.5)；所述厌氧氨氧化反应器设有第三进水口(7.2)、第三进水蠕动泵(7.1)、第一回流口(7.7)、第一回流蠕动泵(7.9)、第二回流口(7.10)、三相分离器(7.4)、排气口(7.5)、气袋(7.3)、第三排水口(7.6)；

原水水箱(1)通过第一进水蠕动泵(2.4)与短程硝化反应器第一进水口(2.5)相连；短程硝化反应器第一出水口(2.10)分别与第一中间水箱进水口(3.1)和第二中间水箱进水口(6.2)相连，空气经过空气压缩机(2.1)、气体流量计(2.2)最终通过曝气砂头(2.3)打入短程硝化反应器(2)；第一中间水箱出水口(3.3)通过第二进水蠕动泵(5.1)与发酵耦合反硝化反应器第二进水口(5.2)相连；污泥储备罐(4)与发酵耦合反硝化第一进泥口(5.3)相连；发酵耦合反硝化反应器第二排水口(5.6)与第二中间水箱(6)相连；第二中间水箱出水口(6.4)通过第三进水蠕动泵(7.1)与厌氧氨氧化反应器第三进水口(7.2)相连；厌氧氨氧化反应器第一回流口(7.7)通过第一回流蠕动泵(7.9)与第二回流口(7.10)相连。

利用所述装置进行短程硝化-发酵/反硝化-厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤液的方法，其特征在于，包括以下过程：

1)分别将短程硝化污泥、发酵耦合反硝化污泥、厌氧氨氧化污泥投加至短程硝化反应器、发酵耦合反硝化反应器和厌氧氨氧化反应器中，控制投加后各个反应器混合液污泥浓度分别为4125-5079mg/L、8797-16522mg/L和5633-6210mg/L。

2)将原水水箱中的晚期垃圾渗滤液泵入短程硝化反应器中，打开第一搅拌器和空气压缩机，控制短程硝化反应器溶解氧浓度0.2-0.5mg/L，短程硝化过程中需要消耗碱度，当反应结束后pH降到最低即“氨谷点”，曝气时间通过pH/DO实时监测装置严格控制，当pH曲线出现“氨谷点”时停止曝气，关闭第一搅拌器和空气压缩机，沉淀30min后将出水按照25:2体积比分别排入第一和第二中间水箱。

3)打开第二进水蠕动泵将第一中间水箱中亚硝酸盐废水泵入发酵耦合反硝化反应器，同时将储泥罐中污泥投加至发酵耦合反硝化反应器，反硝化过程是一个产生碱度的过程，随着反应的进行pH不断上升，当反硝化结束后pH曲线将出现拐点即“亚硝酸盐肘”，打开第二搅拌器，缺氧搅拌时间通过曝气时间通过pH/DO实时监测装置严格控制，当pH曲线出现“亚硝酸盐肘”时停止搅拌，关闭第二搅拌器，沉淀90min后将上清液排入第二中间水箱。

4)打开第三进水蠕动泵将第二中间水箱中浓度比例为1-1.32的亚硝态氮/氨氮废水泵入厌氧氨氧化反应器，控制第三进水蠕动泵流速为0.15L/h，厌氧氨氧化反应器废水由第一回流口通过第一回流蠕动泵泵入第二回流口，控制第一回流蠕动泵流速为0.45L/h。

技术原理

短程硝化-发酵/反硝化-厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤液的装置与方法，首先将晚期垃圾渗滤液泵入短程硝化反应器将进水氨氮全部转化为亚硝态氮。短程硝化反应器中92.6％的出水进入第一中间水箱，剩下的7.4％出水进入第二中间水箱。第一中间水箱中亚硝态氮废水与剩余污泥一同进入发酵耦合反硝化反应器实现反硝化与剩余污泥消化的同步进行。污泥消化过程中会伴随着氨氮释放，为了实现深度脱氮，发酵耦合反硝化反应器的出水与第二中间水箱亚硝态氮废水混合进入厌氧氨氧化反应器，通过厌氧氨氧化作用使发酵过程释放的氨氮和短程硝化产生的亚硝态氮得到进一步去除。本发明在实现低C/N比晚期垃圾渗滤液的深度脱氮同时完成剩余污泥减量化。

本发明涉及的短程硝化-发酵/反硝化-厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤液的装置与方法具有以下优点：

1)通过将剩余污泥发酵、反硝化及厌氧氨氧化的有机结合，实现了真正意义上的晚期垃圾渗滤液的深度脱氮，达到节省碳源投加和处理成本的目的。

2)本发明采用的短程硝化作用以无机碳作为碳源，氨氧化菌将氨氮转化为亚硝态氮与传统全程硝化相比节约了25％的曝气量，且在代谢过程中无N₂O生成，因此本工艺温室气体排放少。

3)通过pH曲线实时控制曝气时间将进水氨氮全部转化为亚硝态氮，实时控制策略不仅可以将硝化作用严格控制在短程硝化阶段，而且避免了过曝气导致的NOB增长和能源浪费。

4)短程硝化和发酵耦合反硝化的反应时间均采用pH曲线实时控制，当进水晚期垃圾渗滤液水质波动，依然可以系统的稳定运行，实现系统氮素的高效去除。

5)剩余污泥发酵过程产生的有机碳源作为电子供体可以将短程硝化过程产生的亚硝态氮还原为氮气。在节约100％碳源的同时，完成剩余污泥的消化作用。

6)剩余污泥发酵过程释放的氨氮通过厌氧氨氧化作用得到进一步去除，实现了晚期垃圾渗滤液的深度脱氮处理。

附图说明

图1是本发明的装置图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，短程硝化-发酵/反硝化-厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤液的装置，其特征在于，包括原水水箱(1)、短程硝化反应器(2)、第一中间水箱(3)、剩余污泥储备罐(4)、发酵耦合反硝化反应器(5)、第二中间水箱(6)、厌氧氨氧化反应器(7)；

所述原水水箱设有溢流管和出水口；所述短程硝化反应器(2)设有空气压缩机(2.1)、气体流量计(2.2)、曝气砂头(2.3)、第一进水口(2.5)、第一取样口(2.9)、第一排水口(2.10)、第一搅拌器(2.7)、第一进水蠕动泵(2.4)、pH/DO实时监测装置(2.8)、ORP实时监测装置(2.6)；所述发酵耦合反硝化反应器(5)设有第二进水口(5.2)、第一进泥口(5.3)、第二排水口(5.6)、第二进水蠕动泵(5.1)、第二搅拌器(5.4)、pH实时监测设备(5.5)；所述厌氧氨氧化反应器设有第三进水口(7.2)、第三进水蠕动泵(7.1)、第一回流口(7.7)、第一回流蠕动泵(7.9)、第二回流口(7.10)、三相分离器(7.4)、排气口(7.5)、气袋(7.3)、第三排水口(7.6)；

原水水箱(1)通过第一进水蠕动泵(2.4)与短程硝化反应器第一进水口(2.5)相连；短程硝化反应器第一出水口(2.10)分别与第一中间水箱进水口(3.1)和第二中间水箱进水口(6.2)相连，空气经过空气压缩机(2.1)、气体流量计(2.2)最终通过曝气砂头(2.3)打入短程硝化反应器(2)；第一中间水箱出水口(3.3)通过第二进水蠕动泵(5.1)与发酵耦合反硝化反应器第二进水口(5.2)相连；污泥储备罐(4)与发酵耦合反硝化第一进泥口(5.3)相连；发酵耦合反硝化反应器第二排水口(5.6)与第二中间水箱(6)相连；第二中间水箱出水口(6.4)通过第三进水蠕动泵(7.1)与厌氧氨氧化反应器第三进水口(7.2)相连；厌氧氨氧化反应器第一回流口(7.7)通过第一回流蠕动泵(7.9)与第二回流口(7.10)相连。

本实施例中具体试验用水为实际晚期垃圾渗滤液，其平均氨氮浓度为1736±40mg/L，COD平均浓度为2109±200mg/L，平均碱度为4000±1000mg/L(以CaCO₃计)。试验短程硝化反应器采用序批式SBR，有效容积为10L，排水比50％；发酵耦合反硝化反应器采用有效容积为6L序批式SBR，污泥体积投配比16.7-41.7％；厌氧氨氧化反应器采用升流式厌氧污泥床反应器(UASB)有效容积为2L；

具体操作过程如下：

1)分别将短程硝化污泥、发酵耦合反硝化污泥、厌氧氨氧化污泥投加至短程硝化反应器、发酵耦合反硝化反应器和厌氧氨氧化反应器中，控制投加后各个反应器混合液污泥浓度分别为4125-5079mg/L、8797-16522mg/L和5633-6210mg/L。

2)将原水水箱中的晚期垃圾渗滤液泵入短程硝化反应器中，打开第一搅拌器和空气压缩机，控制短程硝化反应器溶解氧浓度0.2-0.5mg/L，短程硝化过程中需要消耗碱度，当反应结束后pH降到最低即“氨谷点”，曝气时间通过pH/DO实时监测装置严格控制，当pH曲线出现“氨谷点”时停止曝气，关闭第一搅拌器和空气压缩机，沉淀30min后将出水按照25:2体积比分别排入第一和第二中间水箱。

3)打开第二进水蠕动泵将第一中间水箱中亚硝酸盐废水泵入发酵耦合反硝化反应器，同时将储泥罐中污泥投加至发酵耦合反硝化反应器，反硝化过程是一个产生碱度的过程，随着反应的进行pH不断上升，当反硝化结束后pH曲线将出现拐点即“亚硝酸盐肘”，打开第二搅拌器，缺氧搅拌时间通过曝气时间通过pH/DO实时监测装置严格控制，当pH曲线出现“亚硝酸盐肘”时停止搅拌，关闭第二搅拌器，沉淀90min后将上清液排入第二中间水箱。

4)打开第三进水蠕动泵将第二中间水箱中浓度比例为1-1.32的亚硝态氮/氨氮废水泵入厌氧氨氧化反应器，控制第三进水蠕动泵流速为0.15L/h，厌氧氨氧化反应器废水由第一回流口通过第一回流蠕动泵泵入第二回流口，控制第一回流蠕动泵流速为0.45L/h。

连续试验结果表明：

短程硝化-发酵/反硝化-厌氧氨氧化工艺在进水氨氮、总氮和COD浓度分别为1736±40mg/L，2023±75mg/L，和2109±200mg/L的条件下，总氮去除率和总氮去除速率可以达到98.7％和0.52kg/m³d。超过62.5％的剩余污泥在该系统中完成减量化，平均细胞衰减速率为0.274/d，平均污泥消化速率高达5.96kg/m³d。

Claims (1)

1.利用短程硝化-发酵/反硝化-厌氧氨氧化工艺处理晚期垃圾渗滤液的方法，该方法所用装置包括原水水箱(1)、短程硝化反应器(2)、第一中间水箱(3)、剩余污泥储备罐(4)、发酵耦合反硝化反应器(5)、第二中间水箱(6)、厌氧氨氧化反应器(7)；

所述原水水箱设有溢流管(1.1)和出水口(1.2)；所述短程硝化反应器(2)设有空气压缩机(2.1)、气体流量计(2.2)、曝气砂头(2.3)、第一进水口(2.5)、第一取样口(2.9)、第一排水口(2.10)、第一搅拌器(2.7)、第一进水蠕动泵(2.4)、pH/DO实时监测装置(2.8)、ORP实时监测装置(2.6)；所述第一中间水箱设有进水口(3.1)、溢流管(3.2)和出水口(3.3)；所述发酵耦合反硝化反应器(5)设有第二进水口(5.2)、第一进泥口(5.3)、第二排水口(5.6)、第二进水蠕动泵(5.1)、第二搅拌器(5.4)、pH实时监测设备(5.5)；所述第二中间水箱设有1号进水口(6.1)、进水口(6.2)、溢流管(6.3)、出水口(6.4)；所述厌氧氨氧化反应器设有第三进水口(7.2)、第三进水蠕动泵(7.1)、第一回流口(7.7)、第一回流蠕动泵(7.9)、第二回流口(7.10)、三相分离器(7.4)、排气口(7.5)、气袋(7.3)、第三排水口(7.6)；原水水箱(1)通过第一进水蠕动泵(2.4)与短程硝化反应器第一进水口(2.5)相连；短程硝化反应器第一排水口(2.10)分别与第一中间水箱进水口(3.1)和第二中间水箱进水口(6.2)相连，空气经过空气压缩机(2.1)、气体流量计(2.2)最终通过曝气砂头(2.3)打入短程硝化反应器(2)；第一中间水箱出水口(3.3)通过第二进水蠕动泵(5.1)与发酵耦合反硝化反应器第二进水口(5.2)相连；剩余污泥储备罐(4)与发酵耦合反硝化反应器第一进泥口(5.3)相连；发酵耦合反硝化反应器第二排水口(5.6)与第二中间水箱(6)相连；第二中间水箱出水口(6.4)通过第三进水蠕动泵(7.1)与厌氧氨氧化反应器第三进水口(7.2)相连；厌氧氨氧化反应器第一回流口(7.7)通过第一回流蠕动泵(7.9)与第二回流口(7.10)相连，

其特征在于，该方法包括以下过程：

1)分别将短程硝化污泥、发酵耦合反硝化污泥、厌氧氨氧化污泥投加至短程硝化反应器、发酵耦合反硝化反应器和厌氧氨氧化反应器中，控制投加后各个反应器混合液污泥浓度分别为4125-5079mg/L、8797-16522mg/L和5633-6210mg/L；

2)将原水水箱中的晚期垃圾渗滤液泵入短程硝化反应器中，打开第一搅拌器和空气压缩机，控制短程硝化反应器溶解氧浓度0.2-0.5mg/L，短程硝化过程中需要消耗碱度，当反应结束后pH降到最低即“氨谷点”，曝气时间通过pH/DO实时监测装置严格控制，当pH曲线出现“氨谷点”时停止曝气，关闭第一搅拌器和空气压缩机，沉淀30min后将出水按照25:2体积比分别排入第一中间水箱和第二中间水箱；

3)打开第二进水蠕动泵将第一中间水箱中亚硝酸盐废水泵入发酵耦合反硝化反应器，同时将剩余污泥储备罐中污泥投加至发酵耦合反硝化反应器，反硝化过程是一个产生碱度的过程，随着反应的进行pH不断上升，当反硝化结束后pH曲线将出现明显拐点即“亚硝酸盐肘”，打开第二搅拌器，缺氧搅拌时间通过pH实时监测设备严格控制，当pH曲线出现“亚硝酸盐肘”时停止搅拌，关闭第二搅拌器，沉淀90min后将上清液排入第二中间水箱；

4)打开第三进水蠕动泵将第二中间水箱中浓度比例为1-1.32的亚硝态氮/氨氮废水泵入厌氧氨氧化反应器，控制第三进水蠕动泵流速为0.15L/h，厌氧氨氧化反应器废水由第一回流口通过第一回流蠕动泵泵入第二回流口，控制第一回流蠕动泵流速为0.45L/h。

Images