申請日2015.09.17

　　公開(公告)日2015.12.09

　　IPC分類號C02F9/14

　　摘要

　　晚期垃圾滲濾液A/O半短程硝化與UASB厭氧氨氧化組合脫氮裝置與方法屬于低碳氮(C/N)比高氨氮垃圾滲濾液生物脫氮技術(shù)領(lǐng)域。原水箱通與A/O半短程硝化反應(yīng)器的缺氧區(qū)首格室相連通，沉淀池設(shè)有中心管，溢流堰，沉淀池上部出水通過A/O半短程硝化反應(yīng)器通過出水管與中間水箱相連接，中間水箱與厭氧氨氧化反應(yīng)器底部相連接，厭氧氨氧化反應(yīng)器設(shè)有自循環(huán)管路，并與A/O原水箱相連接;A/O半短程硝化反應(yīng)器與厭氧氨氧化UASB反應(yīng)器串聯(lián)運(yùn)行，通過厭氧氨氧化UASB反應(yīng)器出水循環(huán)對晚期垃圾滲濾液原液進(jìn)行稀釋。本發(fā)明用于垃圾填埋場的晚期垃圾滲濾液的有機(jī)物去除與短程脫氮，工藝先進(jìn)，裝置結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)能降耗優(yōu)勢明顯。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.晚期垃圾滲濾液A/O半短程硝化與厭氧氨氧化組合脫氮裝置，其特征在 于：設(shè)有滲濾液原水箱(1);A/O半短程硝化反應(yīng)器(2);沉淀池(3)、中間水箱(4)、 厭氧氨氧化UASB反應(yīng)器(5);滲濾液原水箱(1)設(shè)有溢流管(1.1)和放空管(1.2); 滲濾液原水箱(1)通過第一進(jìn)水管(2.1)和第一進(jìn)水泵(2.2)與A/O半短程硝化反應(yīng) 器(2)相連接;A/O半短程硝化反應(yīng)器2分為8個格室，按照水流方向上下設(shè)置 過水孔連接各個格室;前2格為缺氧反硝化區(qū)，后6格為好氧硝化區(qū);2個缺氧 反硝化區(qū)均設(shè)有攪拌器(2.7);好氧硝化區(qū)設(shè)有曝氣泵(2.3)、氣體流量計(2.4)、氣 量調(diào)節(jié)閥(2.5)和曝氣頭(2.6);A/O半短程硝化反應(yīng)器(2)通過沉淀池連接管(3.1) 與沉淀池(3)連接;沉淀池(3)通過第一回流管(3.2)和污泥回流泵(3.3)與A/O半短 程硝化反應(yīng)器(2)的首格室即缺氧反硝化格室相連接;沉淀池的出水通過沉淀池 出水管(3.4)與中間水箱(4)相連接，滲濾液原水箱(1)通過第二進(jìn)水管(4.3)和第二 進(jìn)水泵(4.4)與中間水箱(4)相連接;中間水箱(4)設(shè)有溢流管(4.1)和放空管(4.2);中 間水箱(4)通過第三進(jìn)水管(5.1)和第三進(jìn)水泵(5.2)進(jìn)入?yún)捬醢毖趸疷ASB反應(yīng)器 (5)，厭氧氨氧化UASB反應(yīng)器(5)設(shè)有溫控加熱帶裝置(5.3)和圓筒形顆粒污泥床 (5.4)，污泥床上部設(shè)有三相分離器(5.5)和頂部密封板(5.6)，該分離器的上部與堿 液瓶(5.7)、氣體流量計(5.8)和排氣管相連通;污泥床上部上清液通過第二回流管 (5.9)和第二回流泵(5.10)進(jìn)入到污泥床底部進(jìn)行循環(huán);厭氧氨氧化UASB反應(yīng)器 (5)上部上清液通過第三回流管(5.11)和第三回流泵(5.12)與滲濾液原水箱(1)中的 滲濾液混合;厭氧氨氧化UASB反應(yīng)器(5)外部自上而下設(shè)置有5個取樣閥，圓 筒形污泥床(5.4)頂部溢出水通過出水管(5.13)排放。

　　2.應(yīng)用權(quán)利要求1所述裝置進(jìn)行晚期垃圾滲濾A/O半短程硝化與厭氧氨氧 化組合脫氮的方法，其特征在于，包括以下步驟:

　　1)啟動A/O半短程硝化反應(yīng)器:以實(shí)際城市污水處理廠的硝化污泥為接種污 泥注入硝化反應(yīng)器，以實(shí)際城市垃圾填埋場滲濾液為原液，采用自來水稀釋的方 法，控制曝氣量維持溶解氧為2-4mg/L，調(diào)節(jié)水力停留時間為12-24h，控制A/O 反應(yīng)器進(jìn)水氨氮濃度為200～400mg/L，使其平均游離氨濃度達(dá)到選擇性抑制濃度 10～30mg/L的范圍內(nèi)，首先實(shí)現(xiàn)短程硝化，在保持亞硝積累率高于80%的條件下， 提高進(jìn)水氨氮負(fù)荷為0.4～0.6kgTN/m3d，調(diào)節(jié)A/O的水力停留時間、曝氣量， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)半短程硝化;在上述條件運(yùn)行，當(dāng)A/O半短程硝化反應(yīng)器出水NH4+-N/ NO2--N摩爾濃度比為1:1～1:1.32后，即A/O半短程硝化反應(yīng)器成功啟動后，則 可認(rèn)為其出水具備了厭氧氨氧化反應(yīng)器進(jìn)水水質(zhì)要求;

　　2)啟動厭氧氨氧化UASB反應(yīng)器：將取自正運(yùn)行的厭氧氨氧化中試的污泥投 加到厭氧氨氧化反應(yīng)器，并控制污泥濃度在4000～7000kgMLSS/m3，通過加熱 帶控制厭氧氨氧化反應(yīng)器的溫度為30～35℃，通過添加NaNO2和(NH4)2SO4控制 NH4+-N和NO2--N摩爾比為1:1～1:1.32進(jìn)行人工配水，將其用蠕動泵泵入?yún)捬醢?氧化反應(yīng)器，并根據(jù)情況控制厭氧氨氧化反應(yīng)器自循環(huán)回流比，當(dāng)厭氧氨氧化反 應(yīng)器出水的NH4+-N與NO2--N濃度均小于10mg/L后，即可認(rèn)定厭氧氨氧化反應(yīng) 器啟動成功;

　　3)A/O半短程硝化反應(yīng)器與厭氧氨氧化UASB反應(yīng)器分別完成啟動后，將 自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)串聯(lián)運(yùn)行：即原水箱中的垃圾滲濾液與厭氧氨氧化反應(yīng)器出水回流 液的混合液經(jīng)過經(jīng)蠕動泵泵入到A/O半短程硝化反應(yīng)器，在A/O半短程硝化反 應(yīng)器中的前2格，首先利用原水的碳源作為反硝化的碳源進(jìn)行反硝化，后6格曝 氣進(jìn)行硝化;A/O半短程硝化反應(yīng)器的出水經(jīng)過沉淀池沉淀后，上清液進(jìn)入中間 水箱;當(dāng)中間水箱中NH4+-N/NO2--N比例偏離1:1～1:1.32時，通過改變水力停留 時間、曝氣量、原水箱進(jìn)入中間水箱的流量來調(diào)節(jié)中間水箱中NH4+-N/NO2--N摩 爾濃度比例;中間水箱中NH4+-N/NO2--N摩爾濃度比值為1:1～1:1.32的半短程硝 化混合液經(jīng)過蠕動泵進(jìn)入到厭氧氨氧化反應(yīng)器完成厭氧氨氧化反應(yīng);當(dāng)厭氧氨氧 化反應(yīng)器總氮負(fù)荷達(dá)到0.4kgTN/m3d以上，并且系統(tǒng)出水NH4+-N與NO2--N去 除率都能夠達(dá)到90%以上后，系統(tǒng)完成了垃圾滲濾液的全程自養(yǎng)脫氮過程。

　　說明書

　　晚期垃圾滲濾液A/O半短程硝化與UASB厭氧氨氧化組合脫氮裝置與方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于低碳氮(C/N)比高濃度氨氮廢水生物脫氮技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種首先通過動 態(tài)控制實(shí)現(xiàn)垃圾填埋場垃圾滲濾液半短程硝化反應(yīng)，而后在無需有機(jī)碳源存在的條件下， 通過厭氧氨氧化反應(yīng)去除滲濾液中的氮素完成自養(yǎng)生物脫氮，適用于晚期垃圾滲濾液等低 C/N比高氨氮廢水的生物脫氮。

　　背景技術(shù)

　　衛(wèi)生填埋由于其所具有的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性而被接受作為固體垃圾的處理方法，在 全世界被廣泛使用。然而由于雨水滲透和水汽從垃圾填埋場所產(chǎn)生的垃圾滲濾液卻對環(huán)境 產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害。雖然滲濾液的組成成分會隨著垃圾成分、填埋年齡、填埋位置和當(dāng)?shù)?氣候、以及填埋方式上的差異而有所變化，但是仍然有其共同的特點(diǎn)：例如氨氮含量高、 含有難降解有機(jī)物、重金屬等等。這些特征決定了常規(guī)的、單一的滲濾液處理方法并不可 行。生物方法雖然經(jīng)濟(jì)節(jié)能但是所受抑制因素較多，物理化學(xué)方法雖然成熟穩(wěn)定，但是費(fèi) 用較高而且后續(xù)處理相對繁瑣，該類廢水的有效處理是目前國內(nèi)外環(huán)境工程領(lǐng)域的難點(diǎn)之 一，開發(fā)出具有實(shí)際推廣價值的垃圾滲濾液處理技術(shù)具有極其重要的價值。

　　厭氧氨氧化作為一種新型生物脫氮工藝應(yīng)運(yùn)而生。厭氧氨氧化反應(yīng)方程式為NH4++ 1.32NO2-+0.066HCO3-+0.13H+→1.02N2+0.26NO3-+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O，在 缺氧條件下厭氧氨氧化菌以NO2--N為電子受體，NH4+-N為電子供體進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)， 無需曝氣和外加碳源。厭氧氨氧化菌是自養(yǎng)菌,碳酸鹽/二氧化碳是其生長所需的無機(jī)碳源, 所以氨氮的氧化無需分子氧參與,同時亞硝態(tài)氮的還原也無需有機(jī)碳源,這將大大降低污水 好氧生物脫氮的運(yùn)行費(fèi)用;Anammox微生物的增長率(倍增時間為11d)與產(chǎn)率 (0.11g[VSS]/g[NH4+])是非常低的,故污泥產(chǎn)量低,然而氮的轉(zhuǎn)化率卻為0.25 mg[N]/(mg[SS]·d),與傳統(tǒng)的好氧硝化旗鼓相當(dāng);在不投加任何化學(xué)藥品的條件下,既能降低 污水處理廠的運(yùn)行費(fèi)用,又能夠?qū)崿F(xiàn)氮的高效去除。對低C/N比高氨氮的晚期滲濾液垃圾滲 濾液而言，實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化反應(yīng)是其脫氮的最佳途徑，同時也是與其水質(zhì)特點(diǎn)最為適合的 脫氮技術(shù)。

　　垃圾滲濾液屬于高氨氮低C/N比的污水，為達(dá)到厭氧氨氧化工藝進(jìn)水的水質(zhì)NH4+-N 與NO2--N的摩爾濃度比約為1:1.32條件，便提出了半短程硝化的概念，即在堿度缺乏的 條件下，只需50%的NH4+-N被氧化為NO2--N，正因?yàn)閮H一半的氨氮被氧化而且硝化過程 僅進(jìn)行到亞硝化階段，所以被稱為半短程硝化。由此可見，半短程硝化的提出是建立在短 程硝化的基礎(chǔ)之上的，因?yàn)槿绱�，半短程硝化與短程硝化存在很多類似的特點(diǎn)化條件，而 兩者最大的不同就是：在盡可能高的亞硝氮累積率的基礎(chǔ)上，短程硝化追求最大化的硝化 率，半短程硝化要求硝化率控制在50%。穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)的半短程硝化的污水水質(zhì)，可以直接作 為ANAMMOX工藝的進(jìn)水，并可節(jié)省約50%的耗氧量，能夠?qū)崿F(xiàn)污水的全程自養(yǎng)脫氮， 有相當(dāng)高的經(jīng)濟(jì)價值。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)問題，提出一種處理晚期垃圾滲濾液半短程硝化與 厭氧氨氧化組合脫氮的裝置和方法，即首先實(shí)現(xiàn)城市垃圾填埋場滲濾液中高濃度NH4+-N 的半短程硝化反應(yīng)，而后再實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化反應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高效的垃圾滲濾液自養(yǎng)脫 氮的裝置與方法。

　　連續(xù)流垃圾滲濾液半短程硝化與厭氧氨氧化組合脫氮的裝置，其特征在于：

　　該裝置設(shè)有原水箱、A/O半短程硝化反應(yīng)器、沉淀池、中間水箱、厭氧氨氧化反應(yīng)器; 原水箱通過蠕動泵與A/O半短程硝化反應(yīng)器相連通，A/O半短程硝化反應(yīng)器的前2格為缺 氧段，都安裝有攪拌器。厭氧氨氧化的部分出水回流與原水箱中的滲濾液混合后，通過A/O 半短程硝化反應(yīng)器的第一進(jìn)水管和蠕動泵與A/O半短程硝化反應(yīng)器的第1格相連通;A/O 半短程硝化反應(yīng)器通過上下交錯設(shè)置有過水孔的隔板分8個格室，第2格設(shè)置的過水孔高 度高于第8格的出水管高度，使得前2格的水位較高，避免了缺氧區(qū)與好氧區(qū)的混流;好 氧半短程硝化區(qū)設(shè)有氣泵、氣體流量計、氣量調(diào)節(jié)閥和曝氣頭;A/O半短程硝化反應(yīng)器通 過沉淀池連接管與沉淀池相連通，沉淀池底部通過污泥回流泵與A/O半短程硝化反應(yīng)器的 第1格相連通，沉淀池中上清液經(jīng)溢流堰出水進(jìn)入中間水箱，中間水箱設(shè)置有溢流閥和放 空閥。中間水箱通過蠕動泵與出水管與厭氧氨氧化反應(yīng)器底部相連接，厭氧氨氧化反應(yīng)器 設(shè)有自循環(huán)管路，部分出水通過蠕動泵與出水管與A/O原水箱相連接。

　　低C/N晚期垃圾滲濾液在此裝置中的處理流程為：晚期滲濾液與厭氧氨氧化UASB的 回流出水一起進(jìn)入A/O反應(yīng)器的前2格缺氧反硝化區(qū)，缺氧反硝化區(qū)中的微生物利用原水 中的碳源進(jìn)行反硝化，將硝態(tài)氮還原為氮?dú)?而后進(jìn)入好氧區(qū)，將氨氮部分氧化為亞硝態(tài) 氮，出水經(jīng)過沉淀池進(jìn)入中間水箱，而后進(jìn)入?yún)捬醢毖趸�反�?yīng)器，厭氧氨氧化菌將水中的 氨氮和亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂拖鯌B(tài)氮，最終達(dá)到脫氮目的。

　　利用上述裝置實(shí)現(xiàn)垃圾滲濾液短程硝化與厭氧氨氧化組合脫氮的方法，其特征在于包 括以下步驟:

　　1)啟動A/O半短程硝化反應(yīng)器:將某穩(wěn)定運(yùn)行短程硝化中試的污泥作為接種污泥 注入硝化反應(yīng)器，以實(shí)際城市垃圾填埋場滲濾液為原液，采用自來水稀釋的方法，控 制曝氣量維持溶解氧濃度控制在2-4mg/L，水力停留時間控制在12-24h，控制A/O反 應(yīng)器進(jìn)水氨氮濃度為200～400mg/L，使其平均游離氨濃度達(dá)到選擇性抑制濃度 10～30mg/L的范圍內(nèi)，首先實(shí)現(xiàn)短程硝化，在保持亞硝積累率高于80%的條件下，提 高進(jìn)水氨氮負(fù)荷為0.4～0.6kgTN/m3d，調(diào)節(jié)A/O的水力停留時間、曝氣量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 半短程硝化。在上述條件運(yùn)行，當(dāng)A/O半短程硝化反應(yīng)器出水NH4+-N/NO2--N摩爾濃 度比為1:1～1:1.32后，即A/O半短程硝化反應(yīng)器成功啟動后，則可認(rèn)為其出水具備了 厭氧氨氧化反應(yīng)器進(jìn)水水質(zhì)要求。

　　2)啟動厭氧氨氧化UASB反應(yīng)器：將取自正運(yùn)行的厭氧氨氧化中試的污泥投加到 厭氧氨氧化反應(yīng)器，并控制污泥濃度在4000～7000kgMLSS/m3，通過加熱帶控制厭氧 氨氧化反應(yīng)器的溫度為30～35℃，通過添加NaNO2和(NH4)2SO4控制NH4+-N和NO2--N 摩爾比為1:1～1:1.32進(jìn)行人工配水，將其用蠕動泵泵入?yún)捬醢毖趸�反�?yīng)器，并根據(jù)情況 控制厭氧氨氧化反應(yīng)器自循環(huán)回流比，當(dāng)厭氧氨氧化反應(yīng)器出水的NH4+-N與NO2--N 濃度均小于10mg/L后，即可認(rèn)定厭氧氨氧化反應(yīng)器啟動成功。

　　3)A/O半短程硝化反應(yīng)器與厭氧氨氧化UASB反應(yīng)器分別完成啟動后，將自養(yǎng)脫 氮系統(tǒng)串聯(lián)運(yùn)行：即原水箱中的垃圾滲濾液與厭氧氨氧化反應(yīng)器出水回流液的混合液 經(jīng)過經(jīng)蠕動泵泵入到A/O半短程硝化反應(yīng)器，在A/O半短程硝化反應(yīng)器中的前2格， 首先利用原水的碳源作為反硝化的碳源進(jìn)行反硝化，后6格曝氣進(jìn)行硝化。A/O半短程 硝化反應(yīng)器的出水經(jīng)過沉淀池沉淀后，上清液進(jìn)入中間水箱。當(dāng)中間水箱中 NH4+-N/NO2--N比例偏離1:1～1:1.32時，通過改變水力停留時間、曝氣量、原水箱進(jìn)入 中間水箱的流量來調(diào)節(jié)中間水箱中NH4+-N/NO2--N摩爾濃度比例。中間水箱中 NH4+-N/NO2--N摩爾濃度比值為1:1～1:1.32的半短程硝化混合液經(jīng)過蠕動泵進(jìn)入到厭氧 氨氧化反應(yīng)器完成厭氧氨氧化反應(yīng);當(dāng)厭氧氨氧化反應(yīng)器總氮負(fù)荷達(dá)到0.4kgTN/m3d 以上，并且系統(tǒng)出水NH4+-N與NO2--N去除率都能夠達(dá)到90%以上后，系統(tǒng)完成了垃 圾滲濾液的全程自養(yǎng)脫氮過程。

　　本發(fā)明的滲濾液垃圾滲濾液半短程硝化與厭氧氨氧化組合脫氮的裝置和方法與現(xiàn)有 技術(shù)相比，具有下列優(yōu)點(diǎn):

　　滲濾液的全程自養(yǎng)脫氮過程：

　　1)無需外加有機(jī)碳源的條件下完成晚期垃圾滲濾液的高效生物脫氮，解決了高 NH4+-N，低C/N比的晚期滲濾液的處理難題，大大降低了晚期垃圾滲濾液的運(yùn)行和建設(shè)費(fèi) 用。

　　2)半短程硝化的實(shí)現(xiàn)，將硝化控制在亞硝化階段，且只需將NH4+-N氧化一半，在短 程硝化與厭氧氨氧化聯(lián)合工藝節(jié)省25%供氣量的基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步減少了曝氣量，節(jié)省了 動力消耗，水力停留時間(HRT)更短，減少了反應(yīng)器的體積和占地面積。

　　3)厭氧氨氧化工藝的使用進(jìn)一步降低了運(yùn)行費(fèi)用，總氮負(fù)荷可以達(dá)到1.0kgTN/m3d， 無需外加碳源即實(shí)現(xiàn)高效自養(yǎng)脫氮，產(chǎn)生較少的溫室氣體CO2。

　　4)該技術(shù)成熟運(yùn)行后，晚期垃圾滲濾液的脫氮效率提高，不需要添加外加藥劑，不需 要外加自來水稀釋原液，簡化了管理流程，降低了垃圾填埋場滲濾液的處理壓力。