CN103833185B

CN103833185B - 基于能量回收的垃圾渗滤液自养脱氮方法

Info

Publication number: CN103833185B
Application number: CN201410084610.4A
Authority: CN
Inventors: 彭永臻; 贾方旭; 王衫允; 王淑莹; 杨庆; 赵伟华; 翁冬晨
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2034-03-10
Also published as: CN103833185A

Abstract

基于能量回收的垃圾渗滤液自养脱氮方法属于污水处理领域。装置主要由三部分组成，分别为厌氧产甲烷反应器、短程硝化反应器以及厌氧氨氧化反应器。垃圾渗滤液首先进入厌氧产甲烷反应器，厌氧产甲烷菌能够将垃圾渗滤液中的有机物转化为能源气体甲烷并进行回收，其次经中间水箱调节水量后进入短程硝化反应器，短程硝化反应器以低氧曝气运行，通过控制曝气时间实现亚硝化过程；最后经中间水箱调节水量后进入厌氧氨氧化反应器，在厌氧氨氧化菌的协助下完成垃圾渗滤液的自养脱氮过程。该工艺能够充分回收垃圾渗滤液中的能源，降低了垃圾渗滤液处理的运行成本及能耗。

Description

基于能量回收的垃圾渗滤液自养脱氮方法

技术领域

本发明涉及基于能量回收的垃圾渗滤液自养脱氮方法，属于污水生物处理技术领域。

背景技术

高氨氮、高有机物浓度、C/N比较低是垃圾渗滤液水质的主要特点，而针对该废水水质，如何在碳源不足的情况下有效的去除高氨氮是垃圾渗滤液研究的重点和难点。

目前，大多数污水脱氮以传统的硝化—反硝化作为核心处理工艺，而针对有机物浓度较高的垃圾渗滤液来说，如果采用硝化—反硝化工艺，那么在反硝化过程中，异养反硝化菌利用垃圾渗滤液中的有机物作为碳源进行生物脱氮，从而浪费了垃圾渗滤液中的有机物。如果可以利用厌氧产甲烷作用将垃圾渗滤液中的有机物转化为能源气体甲烷，那么将会提高垃圾渗滤液的能量回收。

此外，厌氧氨氧化菌的发现使得污水脱氮更加高效节能。亚硝化—厌氧氨氧化工艺与传统的硝化—反硝化工艺相比具有耗氧量少、能源消耗低、污泥产量低、温室气体产量少以及无二次污染等诸多优点。且目前对厌氧产甲烷的相关研究，主要以高有机负荷废水为研究对象，厌氧氨氧化工艺的研究则主要集中在高氨氮废水方面。对于垃圾渗滤液的高有机物和高氨氮的水质来说非常适宜。如果能通过本发明将垃圾渗滤液以自养脱氮方式进行去除并同时对能源进行回收，那么对提高垃圾渗滤液脱氮效率及改善我国水体的富营养化问题具有重大的现实意义。

发明内容

本发明主要针对现有垃圾渗滤液处理能耗高、出水稳定性差的问题，提出了基于能量回收的垃圾渗滤液自养脱氮方法，该方法首先将垃圾渗滤液中的有机物通过厌氧产甲烷作用转化为甲烷，以提高垃圾渗滤液中的能量回收；而后通过亚硝化—厌氧氨氧化进行自养脱氮。

本发明的目的是通过以下解决方案来解决的：基于能量回收的垃圾渗滤液自养脱氮方法，其特征在于：设应用如下装置：设有垃圾渗滤液原水箱1、厌氧产甲烷反应器2、中间水箱A3、SBR反应器4、中间水箱B5、厌氧氨氧化反应器6；垃圾渗滤液原水箱1设有溢流管1.1和放空管1.2；垃圾渗滤液原水箱1通过进水泵2.1与厌氧产甲烷反应器2进水管相连接；厌氧产甲烷反应器2为UASB反应器，水流方向由下至上，内置有三相分离器2.2用于固液气三相的分离，甲烷气体经过U型管干燥器2.3干燥后，用集气瓶2.4收集；厌氧产甲烷反应器2通过中间水箱连接管与中间水箱A3连接；中间水箱A3设有溢流管3.1和放空管3.2，中间水箱A3通过SBR进水水泵4.1与SBR反应器4连接；SBR反应器4设有排泥阀4.2、曝气头4.3、鼓风机4.4、气体流量计4.5以及搅拌器4.6；SBR反应器4出水管与中间水箱B5连接；中间水箱B5设有溢流管5.1和放空管5.2；中间水箱B5通过进水泵6.1与厌氧氨氧化反应器6进水管相连接；厌氧氨氧化反应器6为UASB反应器，水流方向由下至上，内置有三相分离器6.2用于固液气三相的分离，气体经过U型管干燥器6.3干燥后，用集气瓶6.4收集；垃圾渗滤液处理后由厌氧氨氧化反应器6的排水口6.5排出。

垃圾渗滤液在此装置中的处理流程为：垃圾渗滤液首先进入厌氧产甲烷反应器，通过厌氧产甲烷菌的作用将垃圾渗滤液中的有机物转化成能源物质甲烷，从而达到能源回收的目的；厌氧产甲烷反应器的出水进入中间水箱A进行水质水量调节；中间水箱A的污水通过SBR反应器的进水泵向SBR反应器进水，在进水期间利用污泥污水中残余的有机物作为碳源，发生反硝化作用将SBR反应器中的亚硝态氮还原为氮气；而后SBR反应器低氧运行，通过控制曝气时间将50%左右的NH₄ ⁺-N转化为NO₂ ^--N；SBR反应器的出水进入中间水箱B进行水质水量调节；中间水箱B的污水通过厌氧氨氧化反应器的进水泵向厌氧氨氧化反应器进水，在厌氧氨氧化反应器中，厌氧氨氧化菌以NH₄ ⁺-N为电子供体，NO₂ ^--N为电子受体，将NH₄ ⁺-N和NO₂ ^--N同时转化成N₂，最终达到污水自养脱氮的目的。

基于能量回收的垃圾渗滤液自养脱氮方法的具体启动与调控步骤如下：

1）启动系统：接种污水处理厂污泥消化池的厌氧消化污泥投加至厌氧产甲烷反应器2，使污泥浓度MLSS达到5000-6000mg/L；将培养驯化好的短程硝化污泥投加至SBR反应器4，投加后的污泥浓度MLSS为4000-5000mg/L；将培养驯化好的厌氧氨氧化颗粒污泥接种到厌氧氨氧化反应器6，污泥量占厌氧氨氧化反应器6总体积的1/3-1/2；

2）运行时调节操作如下：

2.1)厌氧产甲烷反应器2运行温度控制在25-30℃，运行pH值为6.5-8.5，水力停留时间HRT为6-12小时；

2.2)SBR反应器4运行温度控制在25-30℃，运行pH值为7.0-8.0，水力停留时间HRT为8-12小时，污泥龄SRT维持在15-20天。运行方式：首先进水同时搅拌30-60min，然后低氧搅拌180-240min，调整曝气量使溶解氧浓度为为0.5-2mg/L，然后静止沉淀60min，最后通过排水阀排水；

2.3)厌氧氨氧化反应器6，运行温度控制在30-35℃，水力停留时间HRT为1-3小时。

本发明基于能量回收的垃圾渗滤液自养脱氮方法，与现有的垃圾渗滤液脱氮工艺相比具有以下优势：

1）通过厌氧产甲烷作用将垃圾渗滤液中有机物转化为甲烷，从而提高垃圾渗滤液中能量的回收。

2）厌氧产甲烷反应器将垃圾渗滤液中有机物充分利用，从而避免有机物对后续厌氧氨氧化菌的活性抑制。

3）厌氧氨氧化在缺氧条件下进行，无需氧气的供应，可节省62.5%的能源消耗。

4）亚硝化—厌氧氨氧化自养脱氮以无机碳（CO₂或HCO₃ ^-）做为碳源，无需投加有机碳源，大大节省了碳源。

5）亚硝化-厌氧氨氧化所产生的CO₂与普通的硝化—反硝化系统相比减少90%，同时厌氧氨氧化菌代谢过程中无N₂O生成，因此本工艺温室气体排放少。

6）厌氧氨氧化菌生长缓慢、产率低，因此剩余污泥量少，污泥处置费用低。

附图说明

图1为本发明基于能量回收的垃圾渗滤液自养脱氮装置的结构示意图。

图中1为垃圾渗滤液原水箱、2为厌氧产甲烷反应器、3为中间水箱A、4为SBR反应器、5为中间水箱B、6为厌氧氨氧化反应器；1.1为溢流管，1.2为放空管；2.1为厌氧产甲烷反应器的进水泵，2.2为三相分离器，2.3为U型管干燥器，2.4为集气瓶；3.1为溢流管，3.2为放空管；4.1为SBR进水水泵，4.2为排泥阀、4.3为曝气头、4.4为鼓风机、4.5为气体流量计，4.6为搅拌器；5.1为溢流管，5.2为放空管；6.1为厌氧氨氧化反应器进水泵，6.2为三相分离器，6.3为U型管干燥器，6.4为集气瓶，6.5为排水口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：如图1所示基于能量回收的垃圾渗滤液自养脱氮装置设有垃圾渗滤液原水箱1、厌氧产甲烷反应器2、中间水箱A3、SBR反应器4、中间水箱B5、厌氧氨氧化反应器6；垃圾渗滤液原水箱1设有溢流管1.1和放空管1.2；垃圾渗滤液原水箱1通过进水泵2.1与厌氧产甲烷反应器2进水管相连接；厌氧产甲烷反应器2为UASB反应器，水流方向由下至上，内置有三相分离器2.2用于固液气三相的分离，甲烷气体经过U型管干燥器2.3干燥后，用集气瓶2.4收集；厌氧产甲烷反应器2通过中间水箱连接管与中间水箱A3连接；中间水箱A3设有溢流管3.1和放空管3.2，中间水箱A3通过SBR进水水泵4.1与SBR反应器4连接；SBR反应器4设有排泥阀4.2、曝气头4.3、鼓风机4.4、气体流量计4.5以及搅拌器4.6；SBR反应器4出水管与中间水箱B5连接；中间水箱B5设有溢流管5.1和放空管5.2；中间水箱B5通过进水泵6.1与厌氧氨氧化反应器6进水管相连接；厌氧氨氧化反应器6为UASB反应器，水流方向由下至上，内置有三相分离器6.2用于固液气三相的分离，气体经过U型管干燥器6.3干燥后，用集气瓶6.4收集；垃圾渗滤液处理后由厌氧氨氧化反应器6的排水口6.5排出。

试验采用北京市某垃圾填埋场的垃圾渗滤液作为原水，具体水质如下：NH₄ ⁺-N浓度为2100-2300mg/L，COD/NH₄ ⁺-N=1.4-1.6。试验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，厌氧产甲烷反应器有效体积为7L；SBR反应器有效容积为8L；厌氧氨氧化反应器有效容积为4L。

具体运行操作如下：

1）启动系统：接种污水处理厂污泥消化池的厌氧消化污泥投加至厌氧产甲烷反应器2，使污泥浓度MLSS达到6000mg/L；将培养驯化好的短程硝化污泥投加至SBR反应器4，投加后的污泥浓度MLSS为5000mg/L；将培养驯化好的厌氧氨氧化颗粒污泥接种到厌氧氨氧化反应器6，污泥量占厌氧氨氧化反应器6总体积的1/2；

2）运行时调节操作如下：

2.1)厌氧产甲烷反应器2运行温度控制在25℃，运行pH值为7.5-8.5，水力停留时间HRT为12小时；

2.2)SBR反应器4运行温度控制在25℃，运行pH值为7.5-8.0，水力停留时间HRT为10小时，污泥龄SRT维持在15天。运行方式：首先进水同时搅拌30min，然后低氧搅拌180min，调整曝气量使溶解氧浓度为为0.5-2mg/L，然后静止沉淀60min，最后通过排水阀排水；

2.3)厌氧氨氧化反应器6，运行温度控制在35℃，水力停留时间HRT为3小时。

试验结果表明：运行稳定后，厌氧产甲烷反应器COD去除率大于75%，NH₄ ⁺-N浓度为50-60mg/L，NO₂ ^--N浓度为0.1-3.0mg/L,NO₃ ^--N浓度为0.1-1.5mg/L，甲烷平均日产气量为3.3L；短程硝化反应器出水COD浓度为35-50mg/L，NH₄ ⁺-N浓度30-35mg/L，NO₂ ^--N浓度为30-35mg/L，NO₃ ^--N浓度为0.6-1.3mg/L；厌氧氨氧化反应器出水COD浓度为35-45mg/L，NH₄ ⁺-N浓度8-14mg/L，NO₂ ^--N浓度为2-3.3mg/L，NO₃ ^--N浓度为5.5-7mg/L，TN低于45mg/L。

Claims

1.基于能量回收的垃圾渗滤液自养脱氮方法，应用如下装置：设有垃圾渗滤液原水箱(1)、厌氧产甲烷反应器(2)、中间水箱A(3)、SBR反应器(4)、中间水箱B(5)、厌氧氨氧化反应器(6)；垃圾渗滤液原水箱(1)设有溢流管(1.1)和放空管(1.2)；垃圾渗滤液原水箱(1)通过第一进水泵(2.1)与厌氧产甲烷反应器(2)进水管相连接；厌氧产甲烷反应器(2)为UASB反应器，水流方向由下至上，内置有三相分离器(2.2)用于固液气三相的分离，甲烷气体经过U型管干燥器(2.3)干燥后，用集气瓶(2.4)收集；厌氧产甲烷反应器(2)通过中间水箱连接管与中间水箱A(3)连接；中间水箱A(3)设有溢流管(3.1)和放空管(3.2)，中间水箱A(3)通过SBR进水水泵(4.1)与SBR反应器(4)连接；SBR反应器(4)设有排泥阀(4.2)、曝气头(4.3)、鼓风机(4.4)、气体流量计(4.5)以及搅拌器(4.6)；SBR反应器(4)出水管与中间水箱B(5)连接；中间水箱B(5)设有溢流管(5.1)和放空管(5.2)；中间水箱B(5)通过第二进水泵(6.1)与厌氧氨氧化反应器(6)进水管相连接；厌氧氨氧化反应器(6)为UASB反应器，水流方向由下至上，内置有三相分离器(6.2)用于固液气三相的分离；垃圾渗滤液处理后由厌氧氨氧化反应器(6)的排水口(6.5)排出，其特征在于包括以下步骤：

1)启动系统：接种污水处理厂污泥消化池的厌氧消化污泥投加至厌氧产甲烷反应器(2)，使污泥浓度MLSS达到5000-6000mg/L；将培养驯化好的短程硝化污泥投加至SBR反应器(4)，投加后的污泥浓度MLSS为4000-5000mg/L；将培养驯化好的厌氧氨氧化颗粒污泥接种到厌氧氨氧化反应器(6)，污泥量占厌氧氨氧化反应器(6)总体积的1/3-1/2；

2)运行时调节操作如下：

2.1)厌氧产甲烷反应器(2)运行温度控制在25-30℃，运行pH值为6.5-8.5，水力停留时间HRT为6-12小时；

2.2)SBR反应器(4)运行温度控制在25-30℃，运行pH值为7.0-8.0，水力停留时间HRT为8-12小时，污泥龄SRT维持在15-20天；运行方式：首先进水同时搅拌30-60min，然后低氧搅拌180-240min，低氧即调整曝气量使溶解氧浓度为0.5-2mg/L，然后静止沉淀60min，最后通过排水阀排水；

2.3)厌氧氨氧化反应器(6)，运行温度控制在30-35℃，水力停留时间HRT为1-3小时。