專利名稱：城市垃圾滲濾液短程深度生物脫氮方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過穩(wěn)定高效的短程硝化反硝化去除高氨氮有機(jī)廢水中可生化有機(jī)物和高氨氮方法，屬于生化法污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域，適用于城市生活垃圾滲濾液及其它諸如污泥厭氧消化液、養(yǎng)殖廢水等高氨氮有機(jī)工業(yè)廢水處理。
背景技術(shù)：
我國目前垃圾年總量達(dá)2.4億噸，近幾年城市生活垃圾的年增長率均在8％～10％以上。目前我國有90％左右的垃圾是用填埋法處理的，而填埋會(huì)產(chǎn)生大量的垃圾滲濾液。垃圾滲濾液是一種成分復(fù)雜的高氨氮有機(jī)廢水，全國滲濾液的污染排放量約占年總排污量的1.6‰，以化學(xué)耗氧量核算卻占到5.27％。滲濾液處理是衛(wèi)生填埋場的最后一道環(huán)節(jié)，處理不當(dāng)對周圍環(huán)境帶來不可估量的污染和危害，而且對人體健康帶來威脅，同時(shí)也使衛(wèi)生填埋喪失原有的意義。
由于對滲濾液水質(zhì)及變化規(guī)律了解不足，盲目的將城市污水的處理工藝和設(shè)計(jì)參數(shù)照搬到滲濾液處理工藝上，不僅處理費(fèi)用昂貴，而且出水根本無法達(dá)標(biāo)。現(xiàn)在普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為高氨氮的滲濾液會(huì)抑制微生物的活性，所以在生化之前，必須采用吹脫等物化工藝進(jìn)行預(yù)處理。我們的試驗(yàn)證明這一觀點(diǎn)是不符合滲濾液的水質(zhì)特點(diǎn)及其變化規(guī)律的，應(yīng)用于實(shí)踐勢必造成設(shè)計(jì)的失誤和建設(shè)資金的浪費(fèi)。放棄探索經(jīng)濟(jì)高效的滲濾液處理技術(shù)，簡單盲目地使用費(fèi)用極高的反滲透處理技術(shù)，使得滲濾液的處理由于費(fèi)用昂貴而難以為繼，因此氮的去除是污水深度處理的難點(diǎn)和重點(diǎn)，只有利用生物脫氮技術(shù)才能徹底解決這一難題。
生物脫氮過程通過硝化作用將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，再通過反硝化作用將硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈴乃幸莩觥Ｔ谙趸A段，氨氮被轉(zhuǎn)化成硝酸鹽是由兩類獨(dú)立的細(xì)菌完成的兩個(gè)不同反應(yīng)，首先由亞硝化菌(Nitrosomonas)將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽(NO2-N)，然后由硝化菌(Nitrobacter)將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽(NO3-N)。傳統(tǒng)生物脫氮過程中硝化作用的最終產(chǎn)物是硝酸鹽，反硝化作用以NO3-N為電子受體。對于反硝化菌，無論是亞硝酸鹽還是硝酸鹽均可以作為最終受氫體，因而整個(gè)生物脫氮過程也可以經(jīng)這樣的途徑完成，即短程硝化反硝化生物脫氮工藝。短程硝化反硝化比全程硝化反硝化減少兩步節(jié)省25％供氧量；節(jié)約40％反硝化所需碳源；減少污泥生成量；減少硝化過程的投堿量；縮短反應(yīng)時(shí)間，相應(yīng)地減少了反應(yīng)器容積30％～40％。
與物化脫氨相比，生物脫氮不僅費(fèi)用低，而且沒用二次污染.與全程硝化脫氮相比短程硝化可以進(jìn)一步降低高氨氮的垃圾滲濾液脫氮費(fèi)用，根本解決其脫氮難題。但由于影響NO2-N積累的控制因素比較復(fù)雜，并且硝酸菌能夠迅速地將NO2-N轉(zhuǎn)化為NO3-N，因此，造成已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的短程硝化脫氮工藝又恢復(fù)為全程硝化過程。所以高氨氮滲濾液短程生物脫氮至今沒有在理論和實(shí)踐中取得突破。
現(xiàn)有的滲濾液裝置見附圖1，主要由水箱I、UASB II、A/O反應(yīng)器IV、二沉池V及其它附屬設(shè)備和管路組成。水箱通過進(jìn)水泵9與UASB II底部的進(jìn)水口17相連接；UASB II頂部設(shè)有出水管29與A/O反應(yīng)器IV的缺氧反應(yīng)區(qū)相連接，A/O反應(yīng)器IV分為缺氧反應(yīng)區(qū)和好氧反應(yīng)區(qū)。好氧反應(yīng)區(qū)與二沉池V的底部通過污泥回流泵63相連接，二沉池V上部設(shè)有出水閥84。
它的工作過程是利用進(jìn)水泵9將原滲濾液從水箱I泵入U(xiǎn)ASB II底部的進(jìn)水口17，在UASB II中自下而上進(jìn)行產(chǎn)甲烷反應(yīng)，上清液經(jīng)過UASB II頂部設(shè)置的出水管29進(jìn)入A/O反應(yīng)器IV的缺氧反應(yīng)區(qū)，與回流混合液進(jìn)行反硝化，缺氧反應(yīng)完成后進(jìn)入好氧反應(yīng)區(qū)進(jìn)行硝化反應(yīng)，硝化反應(yīng)結(jié)束后，混合液通過內(nèi)循環(huán)泵92回流到缺氧區(qū)，同時(shí)部分混合液進(jìn)入二沉池V進(jìn)行泥水分離，分離后的上清液由出水閥排出系統(tǒng)，底部的污泥通過污泥回流泵63進(jìn)入A/O反應(yīng)器IV的好氧反應(yīng)區(qū)進(jìn)行循環(huán)利用。
現(xiàn)有的這種工藝為厭氧反應(yīng)和好氧反應(yīng)的組合，反硝化在厭氧反應(yīng)后進(jìn)行，這使得該工藝的有機(jī)物厭氧降解和生物脫氮構(gòu)成不可協(xié)調(diào)的矛盾如果厭氧充分，那么后續(xù)的缺氧反硝化就會(huì)因?yàn)槿鄙儆袡C(jī)碳源而效率低下，必須加入膜工藝等物化工藝進(jìn)一步脫氮；而如果厭氧處理效果差，好氧反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷過高，導(dǎo)致大量異氧菌生長繁殖，而自養(yǎng)硝化菌的生長繁殖就會(huì)受到抑制，無法完成充分的硝化，導(dǎo)致系統(tǒng)脫氮失敗。而高氨氮對微生物，特別是好氧微生物的抑制作用，使現(xiàn)有工藝必須加入物化預(yù)處理，將氨氮降解到較低的水平后，再進(jìn)行生物處理?，F(xiàn)有工藝很難實(shí)現(xiàn)氨氮的高效去除，更無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化與反硝化。
現(xiàn)有的垃圾滲濾液生物脫氮技術(shù)均為全程硝化與反硝化，不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效的短程硝化，而由于全程硝化不僅好氧曝氣量大，要求反應(yīng)器具有更大的有效容積，而且其徹底反硝化要求可生化COD/TKN(總凱氏氮)＞4.0。因而，某些垃圾填埋場的滲濾液，特別是晚期垃圾滲濾液的COD/TKN遠(yuǎn)小于4.0，導(dǎo)致全程硝化脫氮效率低。穩(wěn)定的短程硝化COD/TKN＞2.4就可以實(shí)現(xiàn)高效脫氮，所以通過短程硝化深度脫氮適應(yīng)滲濾液水質(zhì)，可以節(jié)省建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用。高氨氮垃圾滲濾液的完全硝化是污水治理的難題，而垃圾滲濾液穩(wěn)定高效短程生物脫氮更是滲濾液處理的重大突破，現(xiàn)有國內(nèi)外文獻(xiàn)未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是不經(jīng)任何物化預(yù)處理，通過穩(wěn)定高效的短程生物硝化和反硝化實(shí)現(xiàn)99％左右的高氨氮去除，早期滲濾液總氮TN去除率可達(dá)96％。處理COD/NH4+-N＝2～3的晚期垃圾滲濾液時(shí)，不外加碳源，總氮TN去除率為70～80％。針對現(xiàn)有垃圾滲濾液處理的技術(shù)缺陷和認(rèn)識(shí)上的偏頗，城市垃圾滲濾液短程深度生物脫氮方法。厭氧前反硝化將進(jìn)水中的有機(jī)物首先作為反硝化的碳源被消耗，厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)可以徹底進(jìn)行，從而為后續(xù)的短程硝化反應(yīng)創(chuàng)造適宜的環(huán)境條件。由于出水回流稀釋了進(jìn)水氨氮濃度，無需任何物化預(yù)處理工藝，而且使得游離氨FA濃度只抑制氨氧化菌(AOB)，但不抑制亞硝酸鹽氧化菌(NOB)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效短程硝化與反硝化。該發(fā)明不僅解決現(xiàn)有工藝的矛盾，而且具有工藝流程簡單、適應(yīng)滲濾液水質(zhì)和水量的波動(dòng)、運(yùn)行靈活、操作簡單的特點(diǎn)。應(yīng)用于實(shí)際可大幅度的降低建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用、無二次污染。
技術(shù)原理垃圾滲濾液COD高達(dá)30000mg/L(城市污水COD濃度為200-500mg/L)，首先采用兩級(jí)UASB通過反硝化和厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)大幅度降解有機(jī)物。滲濾液進(jìn)入到好氧反應(yīng)器后大部分有機(jī)物已經(jīng)達(dá)到降解，這為自養(yǎng)型硝化菌對氨氮的氧化創(chuàng)造了適宜的條件，而好氧反應(yīng)器中氨氮的徹底硝化，使得出水回流時(shí)大大稀釋了進(jìn)水的氨氮濃度，對系統(tǒng)中微生物的抑制作用大為減弱，使氨氮的徹底短程硝化和高效率的脫氮成為可能。而在一級(jí)UASB中進(jìn)行反硝化可充分利用原水碳源完成反硝化，同時(shí)回收堿度為后續(xù)好氧池的硝化反應(yīng)提供無機(jī)碳源，同時(shí)維持系統(tǒng)較高的pH(＞8.2)，進(jìn)而維持較高的FA濃度。
通過調(diào)整出水回流比和污泥回流比，使好氧反應(yīng)器的游離氨FA濃度從進(jìn)水端到出水端在70-1mg/L的范圍內(nèi)逐漸降低，從而只抑制NOB，但不抑制AOB，90-99％的NH4+-N被亞硝化菌氧化為亞硝態(tài)氮NO2--N，1-10％的NH4+-N轉(zhuǎn)化為NO3--N。同時(shí)，通過徹底的反硝化回收硝化反應(yīng)所消耗的大量堿度，維持較高的pH，促進(jìn)和維持短程硝化。再者，通過“氨谷”(A/O反應(yīng)器pH曲線的最低點(diǎn))有效準(zhǔn)確的控制曝氣時(shí)間維持穩(wěn)定的短程硝化，防止轉(zhuǎn)化為全程硝化。而后分別通過處理水回流和二沉池污泥回流完成反硝化，即反硝化菌利用有機(jī)碳源作為電子供體，NOx--N作為電子受體被還原為氮?dú)鈴臐B濾液中逸出完成短程生物脫氮。
采用城市垃圾滲濾液短程深度生物脫氮裝置，其特征在于主要由一體化水箱I、一級(jí)UASB II、二級(jí)UASB III、A/O反應(yīng)器IV、二沉池V組成；一體化水箱I分為原滲濾液水箱1和處理水水箱6兩部分，原滲濾液水箱1通過進(jìn)水泵9與一級(jí)UASB II底部的進(jìn)水口17相連接；處理水水箱6的上部設(shè)有排水閥門11，處理水水箱6中部通過管90與二沉池V相連接，處理水水箱6底部通過處理水循環(huán)泵1與進(jìn)水泵9的壓力管10相連接；一級(jí)UASB II內(nèi)置三相分離器22和導(dǎo)氣管23，導(dǎo)氣管23與堿液瓶26相連接，堿液瓶26與濕式氣體流量計(jì)28相連接，一級(jí)UASB II頂部設(shè)有出水管29與二級(jí)UASBIII底部的進(jìn)水口38相連接，出水管29上部設(shè)有內(nèi)循環(huán)出水閥18與內(nèi)循環(huán)泵20相連接，內(nèi)循環(huán)泵20通過管路與一級(jí)UASB II底部的進(jìn)水口17相連接；二級(jí)UASBIII內(nèi)置三相分離器35、導(dǎo)氣管36，導(dǎo)氣管36與堿液瓶39相連接，堿液瓶39與濕式氣體流量計(jì)41相連接，二級(jí)UASB頂部設(shè)有出水管50與A/O反應(yīng)器IV相連接，出水管50上部安裝內(nèi)循環(huán)出水閥39與內(nèi)循環(huán)泵41相連接，內(nèi)循環(huán)泵41通過管路與與二級(jí)UASB底部的進(jìn)水口38相連接；A/O反應(yīng)器IV分成缺氧反應(yīng)區(qū)和好氧反應(yīng)區(qū)，缺氧反應(yīng)區(qū)內(nèi)安裝攪拌器62，好氧反應(yīng)區(qū)與氣泵59相連接，好氧反應(yīng)區(qū)通過污泥回流泵63與二沉池V的底部相連接；二沉池V上部設(shè)有出水閥門84，出水閥門84通過回流管90與處理水水箱6相連接。
本發(fā)明提供了一種利用上述裝置實(shí)現(xiàn)垃圾滲濾液短程生物脫氮的處理工藝，其步驟包括1.將好氧硝化污泥投加到A/O反應(yīng)器IV和二沉池V，接種量使污泥濃度MLSS＝3000-4000mg/L；將稀釋10～6倍的滲濾液投加到原水箱1，啟動(dòng)進(jìn)水泵9，通過超越管97將稀釋后的滲濾液打入到A/O反應(yīng)器IV，提高進(jìn)水負(fù)荷，使A/O反應(yīng)器IV進(jìn)水COD＜2500mg/L，NH4+-N＜300mg/L，A/O反應(yīng)器IV缺氧區(qū)游離氨FA＝30-70mg/L，pH變化最低點(diǎn)在A/O反應(yīng)器IV的末端出現(xiàn)；
2.當(dāng)A/O反應(yīng)器IV處理水NH4+-N＜15mg/L，并且NO2--N累積率＞90％，完成A/O反應(yīng)器IV短程硝化的啟動(dòng)；3.將反硝化污泥填加到一級(jí)UASB II，將厭氧顆粒污泥填加到二級(jí)UASBIII，啟動(dòng)進(jìn)水泵9和處理水回流泵15，使原滲濾液和系統(tǒng)處理水按1∶3～1∶4的流量比例混合進(jìn)入一級(jí)UASB II，同時(shí)啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)泵20，進(jìn)水和回流處理水負(fù)荷使一級(jí)UASB II出水NO2--N＜10mg/L，即完成短程反硝化，NO2--N轉(zhuǎn)化為N2排出系統(tǒng)；4.一級(jí)UASB II出水進(jìn)入二級(jí)UASBIII，當(dāng)液體充滿二級(jí)UASBIII時(shí)，啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)泵41，進(jìn)行產(chǎn)甲烷反應(yīng)，調(diào)整進(jìn)水負(fù)荷和處理水回流比使二級(jí)UASBIII出水COD為2500-3500mg/L；5.二級(jí)UASBIII出水進(jìn)入A/O反應(yīng)器IV的缺氧區(qū)，啟動(dòng)攪拌器62進(jìn)行回流污泥的反硝化，通過控制A/O反應(yīng)器IV進(jìn)水負(fù)荷使可生化COD/TKN＞3.0，完成缺氧區(qū)的反硝化；而后混合液進(jìn)入好氧反應(yīng)區(qū)，啟動(dòng)氣泵59進(jìn)行曝氣，通過短程硝化去除高氮，處理水NH4+-N＜15mg/L，NO2--N累積率為90-99％，高效的短程硝化與反硝化結(jié)束；6.短程硝化結(jié)束后，混合液進(jìn)入二沉池V進(jìn)行泥水分離，泥水分離結(jié)束后，開啟污泥回流泵63，將活性污泥回流到A/O反應(yīng)器IV缺氧區(qū)，污泥回流比為50-100％；二沉池V出水回流到處理水水箱6，進(jìn)行出水回流或溢流出水。
本發(fā)明涉及的兩級(jí)UASB+A/O工藝處理垃圾滲濾液方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)1)回流處理水不僅可以完成反硝化，在實(shí)現(xiàn)脫氮的同時(shí)回收堿度，提高系統(tǒng)pH，而且可稀釋進(jìn)水高氨氮濃度，使FA濃度只對NOB抑制，但不抑制AOB，從而維持短程硝化；2)二級(jí)UASB將一級(jí)UASB出水大部分有機(jī)物通過產(chǎn)甲烷反應(yīng)去除，同時(shí)由于pH較高，部分有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為無機(jī)碳，厭氧反應(yīng)后堿度較大幅度提高。有機(jī)物的大幅度降解和堿度的生成為后續(xù)好氧反應(yīng)器高氨氮的短程硝化創(chuàng)造了適宜的基質(zhì)和環(huán)境條件；3)厭氧出水剩余有機(jī)物首先作為回流污泥中NO2--N反硝化的碳源而缺氧降解。因而，本工藝中的大部分可生化的有機(jī)物是在厭氧和缺氧的條件下得到去除的，不僅節(jié)省了曝氣費(fèi)用，而且部分作為反硝化碳源被利用，另一部分則轉(zhuǎn)化為甲烷或堿度；
4)進(jìn)入好氧區(qū)后即進(jìn)行殘余有機(jī)物的徹底降解和高氨氮的硝化。通過短程硝化利用厭氧出水中的堿度，高氨氮得到徹底的去除，不僅節(jié)省25％的曝氣量，而且節(jié)省40％的反硝化所需碳源，這對碳源缺乏的垃圾滲濾液的脫氮至關(guān)重要；5)在硝化過程中，以pH作為控制參數(shù)，以pH值的最低點(diǎn)作為控制點(diǎn)，可以準(zhǔn)確有效的指示氨氧化結(jié)束點(diǎn)。因而，當(dāng)pH值的最低點(diǎn)出現(xiàn)后即停止曝氣，不僅可以節(jié)省曝氣量，防止過曝氣，節(jié)省曝氣費(fèi)用，而且可以維持穩(wěn)定的短程硝化與反硝化。


圖1現(xiàn)有的滲濾液處理系統(tǒng)示意圖；圖2本發(fā)明采用的“城市垃圾滲濾液短程深度生物脫氮方法”處理系統(tǒng)示意圖；附圖標(biāo)記I-一體化水箱、II-一級(jí)UASB、III-二級(jí)UASB、IV-A/O反應(yīng)器、V-二沉池；I-一體化水箱1-原滲濾液水箱、6-處理水水箱、7-吸水管、8-進(jìn)水閥門、9-進(jìn)水泵、10-泵9的壓力管、11-出水閥門、12-處理水回流閥、13-處理水進(jìn)水閥、14-處理水進(jìn)水管、15-處理水進(jìn)水泵、16-泵15的壓力管；II-一級(jí)UASB17-一級(jí)UASB進(jìn)水口、18-一級(jí)UASB內(nèi)循環(huán)閥門、19-一級(jí)UASB內(nèi)循環(huán)進(jìn)水管、20-一級(jí)UASB內(nèi)循環(huán)泵、21-一級(jí)UASB內(nèi)循環(huán)出水管、22-三相分離器、23-導(dǎo)氣管、24-氣路清通閥、25-生物氣排放管、26-堿液瓶、27-堿液瓶與流量計(jì)連接管、28-濕式氣體流量計(jì)、29-一級(jí)UASB出水管、30～37-一級(jí)UASB取樣閥；III-二級(jí)UASB38-二級(jí)UASB進(jìn)水口、39-二級(jí)UASB內(nèi)循環(huán)閥門、40-內(nèi)循環(huán)進(jìn)水管、41-二級(jí)UASB內(nèi)循環(huán)泵、42-內(nèi)循環(huán)出水管、43-三相分離器、44-導(dǎo)氣管、45-氣路清通閥、46-生物氣排放管；47-堿液瓶、48-堿液瓶與流量計(jì)連接管、49-濕式氣體流量計(jì)、50-二級(jí)UASB出水管、51～58-二級(jí)UASB取樣閥；IV-A/O反應(yīng)器59-氣泵、60-曝氣管、61-氣體流量計(jì)、62-攪拌器、63-污泥回流泵、64-污泥回流管、65～73-空氣調(diào)節(jié)閥門、74～82-曝氣頭、83-曝氣池出水管；V-二沉池84-二沉池出水閥、85～87-取樣閥、88-中心管、89-污泥回流泵進(jìn)泥管、90-出水回流管、91-內(nèi)循環(huán)進(jìn)水管、92-內(nèi)循環(huán)泵、93-內(nèi)循環(huán)出水管、94-進(jìn)水閥、95-超越閥、96-二級(jí)UASB出水閥。
具體實(shí)施例方式
1(早期垃圾滲濾液的處理)結(jié)合實(shí)施例，如圖2所示，本發(fā)明工藝的運(yùn)行操作工序?qū)嶒?yàn)用水取自北京市某垃圾填埋場的調(diào)節(jié)池，滲濾液呈深黑色，粘稠，有惡臭，該滲濾液水質(zhì)COD 7000～25000mg/l；BOD53500～14000mg/l；NH4+-N1250～2450mg/l；SS 2000～4000mg/l；堿度8000～11000mg/l；TP 9～15mg/l；pH7.2～7.9。每兩天取樣分析一次，試驗(yàn)中采用的分析方法均是國家環(huán)保局發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)方法。該滲濾液為典型的城市生活垃圾滲濾液，有機(jī)物和氨氮濃度高，但重金屬含量相對較低。試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示，由兩級(jí)UASB與A/O池組成。UASB1的內(nèi)徑為5cm，高度為210cm，有效容積為4.25L。UASB2的內(nèi)徑為8cm，高度為200cm，有效容積為8.25L。A/O池的有效容積為15L，平均分成十個(gè)格室，第一格室為缺氧區(qū)。
具體過程如下首先將好氧硝化污泥投加到A/O反應(yīng)器IV，接種量應(yīng)滿足污泥濃度MLSS＝3000-4000mg/L。根據(jù)原滲濾液水質(zhì)情況，將原水稀釋10倍后，加入到原水箱1。關(guān)閉閥門94、96，開啟閥門95、65-73、89，啟動(dòng)進(jìn)水泵9，氣泵59、攪拌器54，回流污泥泵63。進(jìn)水流量按照3、4、5L/d的梯度逐漸提高進(jìn)水量，污泥回流量為進(jìn)水量的50-100％。應(yīng)保證進(jìn)水COD＜2500mg/L，NH4+-N＜300mg/L。同時(shí)保證A/O反應(yīng)器IV缺氧區(qū)游離氨FA＝30-70mg/L，并且“氨谷”(pH變化曲線的最低點(diǎn))在A/O反應(yīng)器IV的末端出現(xiàn)。在上述條件下操作運(yùn)行，當(dāng)A/O反應(yīng)器IV出水NH4+-N＜15mg/L，并且NO2--N累積率(NO2--N/NO2--N+NO3--N)＞90％，標(biāo)志著系統(tǒng)短程硝化的啟動(dòng)結(jié)束，而后進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)合啟動(dòng)。
將原水箱1注滿原滲濾液，處理水水箱6注滿系統(tǒng)處理水。打開閥門8和13，啟動(dòng)進(jìn)水泵9和處理水回流泵15，進(jìn)水泵的流量為5.5L/d，處理水回流泵的流量為原水流量的4倍，即22.0L/d，則一級(jí)UASB進(jìn)水混合液的流量為27.5L/d.同時(shí)，打開閥門18，啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)泵20進(jìn)行一級(jí)UASB的內(nèi)循環(huán)，循環(huán)流量為24L/d。
一級(jí)UASB的進(jìn)水混合液自下而上的經(jīng)過該反應(yīng)器，與柱體中的微生物發(fā)生生化反應(yīng)。進(jìn)水混合液在反應(yīng)器中首先發(fā)生短程反硝化，反硝化菌利用原滲濾液豐富的有機(jī)碳源將回流處理水NO2--N轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。反硝化結(jié)束后，一級(jí)UASB中的產(chǎn)甲烷菌將部分剩余有機(jī)生物轉(zhuǎn)化為甲烷。產(chǎn)生的氮?dú)夂图淄樽韵露系牧鲃?dòng)，經(jīng)過三相分離器22的分離，通過導(dǎo)氣管23進(jìn)入到堿液瓶26，在堿液瓶26中生物氣中的CO2被堿液吸收，而氮?dú)夂图淄榻?jīng)過濕式氣體流量計(jì)28計(jì)量后排放。通過取樣閥30～37從反應(yīng)器的高度取樣分析，污染物在其中的變化規(guī)律，同時(shí)研究微生物的變化規(guī)律。而后經(jīng)過三相分離器的分離，上清液經(jīng)過一級(jí)UASB的出水管29進(jìn)入到二級(jí)UASB。
經(jīng)過一級(jí)UASB處理后，其出水NO2--N幾乎全部轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。原滲濾液中的有機(jī)物通過反硝化和產(chǎn)甲烷反應(yīng)得到部分降解。
打開閥門39，啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)泵41，一級(jí)UASB出水與內(nèi)循環(huán)上清液的混合液一同進(jìn)入二級(jí)UASB的底部進(jìn)水口。內(nèi)循環(huán)泵41的流量為100L/d.進(jìn)水混合液自下而上的流動(dòng)，同時(shí)，與反應(yīng)器中的厭氧菌接觸，通過產(chǎn)甲烷反應(yīng)將進(jìn)水中的有機(jī)物大部分降解轉(zhuǎn)化為甲烷。產(chǎn)生的甲烷自下而上的流動(dòng)，經(jīng)過三相分離器43的分離，通過導(dǎo)氣管44進(jìn)入到堿液瓶47，在堿液瓶47中生物氣中的CO2被堿液吸收，而甲烷經(jīng)過濕式氣體流量計(jì)49計(jì)量后排放。反應(yīng)器中的變化規(guī)律可以通過取樣閥51～58取樣分析獲得。二級(jí)UASB出水通過出水管50重力流入到A/O反應(yīng)器IV。
啟動(dòng)攪拌器62對混合液進(jìn)行攪拌完成回流污泥的反硝化。啟動(dòng)污泥回流泵63將二沉池的污泥回流到A/O反應(yīng)器IV的進(jìn)水端。通過攪拌缺氧區(qū)(1格室)的反硝化，回流污泥的NOx--N轉(zhuǎn)化為氮?dú)?。打開空氣調(diào)節(jié)閥65～73，將氣體流量計(jì)的流量調(diào)整為400L/h，啟動(dòng)氣泵59，通過空氣管60，經(jīng)過曝氣頭74～82對曝氣池中的混合液進(jìn)行曝氣。在曝氣區(qū)(2-10格室)完成剩余有機(jī)物的氧化合高氨氮的徹底短程硝化。A/O反應(yīng)器混合液通過出水管83進(jìn)入二沉池V的中心管88，在二沉池中均勻配水，而后進(jìn)行泥水分離。泥水分離后開啟出水閥門84，上清液通過出水回流管90進(jìn)入到處理水水箱6。開啟閥門11，最終出水溢流出系統(tǒng)。
為維持穩(wěn)定的短程硝化，在運(yùn)行過程中定期檢測A/O反應(yīng)器IV好氧區(qū)pH，繪制pH變化曲線，確定“氨谷”出現(xiàn)的位置，及氨氮短程硝化的結(jié)束點(diǎn)。如果“氨谷”提前出現(xiàn)(例如在第6格室出現(xiàn))，就相應(yīng)提高進(jìn)水泵9的流量，加大系統(tǒng)的處理負(fù)荷?；蛘邷p小氣泵59的供氣量，降低好氧區(qū)的DO濃度，使“氨谷”推遲到第9-10格室出現(xiàn)，從而抑制亞硝酸鹽氧化菌(NOB)的生長，阻止破壞短程硝化。如果在好氧區(qū)短程硝化沒用結(jié)束，則可以降低進(jìn)水泵9流量，或者提高氣泵59的供氣量。也可以提高出水回流泵15的流量，增大回流比，降低系統(tǒng)游離氨FA濃度，同時(shí)進(jìn)一步提高總氮去除率。
連續(xù)試驗(yàn)結(jié)果表明在UAS B1與UASB2中最大的COD去除速率分別為12.5、8.5Kg COD/m3·d，在UASB1中NOx--N的最大去除速率為3.0KgNOx--N/m3·d。兩級(jí)UASB的出水COD為2000-3000mg/l，其中50％左右的COD是難于生化的，這為高氨氮在A/O反應(yīng)器的硝化創(chuàng)造了有利條件。系統(tǒng)的COD去除率為80-92％，出水COD為800-1500mg/l。原滲濾液的NH4+-N濃度為1100-2000mg/l，A/O池的最大NH4+-N去除速率為0.68Kg NH4+-N/m3·d，在17-30℃，NH4+-N的去除率在99％左右，NO2--N累積率為90-99％。出水NH4+-N濃度低于15mg/l?；亓鞒鏊投脸鼗亓魑勰嘀械腘Ox--N，分別在UASB1和A/O池的缺氧段實(shí)現(xiàn)幾乎完全的反硝化，使得系統(tǒng)無機(jī)氮TIN去除率在80-92％。
徹底的反硝化為硝化提供了充足的堿度，使得A/O池pH＞8.5，為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化創(chuàng)造必要條件。系統(tǒng)中每個(gè)反應(yīng)器的污泥都是獨(dú)立的，形成了各自的優(yōu)勢菌群，分別完成反硝化、產(chǎn)甲烷和硝化反應(yīng)。與氨吹脫、反滲透等物化工藝以及傳統(tǒng)全程生物脫氮工藝相比，本系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)高效，沒有二次污染，同時(shí)為滲濾液中高氨氮的短程硝化去除提供了切實(shí)可行的技術(shù)參數(shù)，在較大程度上降低滲濾液處理的建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用。
具體實(shí)施方式
2(晚期垃圾滲濾液的處理)采用“兩級(jí)UASB+A/O”系統(tǒng)處理典型的晚期城市生活垃圾滲濾液，在一級(jí)UASB中進(jìn)行回流處理水反硝化，二級(jí)UASB進(jìn)行產(chǎn)甲烷反應(yīng)，A/O反應(yīng)器進(jìn)行NH4+-N短程硝化反應(yīng)。系統(tǒng)的有機(jī)物去除率＝50～70％，系統(tǒng)出水COD＝1000～1500mg·L-1。當(dāng)運(yùn)行溫度為17～29℃時(shí)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的NO2--N累積率為90～99％的短程硝化。試驗(yàn)期間NH4+-N負(fù)荷(ALR)＝0.28～0.60kgNH4+-N·m-3·d-1，NH4+-N硝化率＝90～100％。當(dāng)ALR＜0.45kgNH4+-N·m-3·d-1，硝化率＞98％，出水NH4+-N＜15mg·L-1。在進(jìn)水COD/NH4+-N＝2～3時(shí)，無機(jī)氮TIN去除率＝70～80％。采用熒光原位雜交技術(shù)(FISH)對活性污泥進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，A/O工藝活性污泥中的NH4+-N氧化菌(AOB)為細(xì)菌總數(shù)的4％左右，NO2--N氧化菌(NOB)數(shù)量不足細(xì)菌總量的0.2％。
權(quán)利要求
一種城市垃圾滲濾液短程深度生物脫氮方法，其特征在于，由以下步驟組成1).將好氧硝化污泥投加到A/O反應(yīng)器(IV)和二沉池(V)，接種量使污泥濃度MLSS＝3000-4000mg/L；將稀釋10～6倍的滲濾液投加到原水箱(1)，啟動(dòng)進(jìn)水泵(9)，通過超越管(97)將稀釋后的滲濾液打入到A/O反應(yīng)器(IV)，提高進(jìn)水負(fù)荷，使A/O反應(yīng)器(IV)進(jìn)水COD＜2500mg/L，NH4+-N＜300mg/L，A/O反應(yīng)器(IV)缺氧區(qū)游離氨FA＝30-70mg/L，pH變化最低點(diǎn)在A/O反應(yīng)器(IV)的末端出現(xiàn)；
2).當(dāng)A/O反應(yīng)器(IV)處理水NH4+-N＜15mg/L，并且NO2--N累積率＞90％，完成A/O反應(yīng)器IV短程硝化的啟動(dòng)；
3).將反硝化污泥填加到一級(jí)UASB(II)，將厭氧顆粒污泥填加到二級(jí)UASB(III)，啟動(dòng)進(jìn)水泵(9)和處理水回流泵(15)，使原滲濾液和系統(tǒng)處理水按1∶3～1∶4的流量比例混合進(jìn)入一級(jí)UASB(II)，同時(shí)啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)泵(20)，進(jìn)水和回流處理水負(fù)荷使一級(jí)UASB(II)出水NO2--N＜10mg/L，即完成短程反硝化，NO2--N轉(zhuǎn)化為N2排出系統(tǒng)；
4).一級(jí)UASB(II)出水進(jìn)入二級(jí)UASB(III)，當(dāng)液體充滿二級(jí)UASB(III)時(shí)，啟動(dòng)內(nèi)循環(huán)泵(41)，進(jìn)行產(chǎn)甲烷反應(yīng)，調(diào)整進(jìn)水負(fù)荷和處理水回流比使二級(jí)UASB(III)出水COD為2500-3500mg/L；
5).二級(jí)UASB(III)出水進(jìn)入A/O反應(yīng)器(IV)的缺氧區(qū)，啟動(dòng)攪拌器(62)進(jìn)行回流污泥的反硝化，通過控制A/O反應(yīng)器(IV)進(jìn)水負(fù)荷使可生化COD/TKN＞3.0，完成缺氧區(qū)的反硝化；而后混合液進(jìn)入好氧反應(yīng)區(qū)，啟動(dòng)氣泵(59)進(jìn)行曝氣，通過短程硝化去除高氮，處理水NH4+-N＜15mg/L，NO2--N累積率為90-99％，高效的短程硝化與反硝化結(jié)束；
6).短程硝化結(jié)束后，混合液進(jìn)入二沉池(V)進(jìn)行泥水分離，泥水分離結(jié)束后，開啟污泥回流泵(63)，將活性污泥回流到A/O反應(yīng)器(IV)缺氧區(qū)，污泥回流比為50-100％；二沉池(V)出水回流到處理水水箱(6)，進(jìn)行出水回流或溢流出水。
全文摘要
一種城市垃圾滲濾液短程深度生物脫氮方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，現(xiàn)有技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效的短程硝化反硝化。本發(fā)明采用兩級(jí)UASB+A/O工藝通過短程硝化反硝化實(shí)現(xiàn)城市垃圾滲濾液生物脫氮。通過處理水回流短程反硝化首先在一級(jí)UASB II中進(jìn)行，在二級(jí)UASBIII進(jìn)行產(chǎn)甲烷反應(yīng)，在A/O反應(yīng)器IV通過短程硝化去除氨氮。實(shí)現(xiàn)短程硝化途徑根據(jù)進(jìn)水碳氮比，調(diào)整出水回流比和污泥回流比，使A/O反應(yīng)器IV缺氧區(qū)游離氨FA＝30－70mg/L，只抑制NO
文檔編號(hào)C02F3/30GK1887740SQ20061008912
公開日2007年1月3日 申請日期2006年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月4日
發(fā)明者彭永臻, 張樹軍, 王淑瑩 申請人:北京工業(yè)大學(xué)