CN113716695A - 一种基于高溶解氧运行的强化短程硝化耦合厌氧氨氧化对垃圾渗滤液深度脱氮的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于高溶解氧运行的强化短程硝化耦合厌氧氨氧化对垃圾渗滤液深度脱氮的装置与方法，属于低碳氮比高氨氮废水生物脱氮技术领域。所述方法包括以下步骤：一体化转筒填料SBR反应器进水，一体化转筒填料SBR反应器高氧曝气和一体化转筒填料SBR反应器排水。本发明用于垃圾分类产生的垃圾渗滤液的基于短程硝化耦合厌氧氨氧化的深度高效脱氮处理，工艺先进，装置结构简单，运行操作简洁，通过转筒填料和高溶解氧曝气运行，可以强化氨氧化细菌在填料表面附着生长,形成好氧生物膜，加强对于以海绵填料为载体的厌氧氨氧化菌的保护，使***可以在高溶解氧环境运行，提高脱氮效率。

Description

一种基于高溶解氧运行的强化短程硝化耦合厌氧氨氧化对垃 圾渗滤液深度脱氮的装置与方法
技术领域
本发明涉及一种基于高溶解氧运行和旋转生物填料载体强化短程硝化耦合厌氧氨氧化对垃圾渗滤液深度脱氮的装置与方法，属于低碳氮比高氨氮废水生物脱氮技术领域，适用于垃圾分类产生的垃圾渗滤液等高氨氮废水的高效生物脱氮过程。
背景技术
近年来，城市化进程不断推进，城市固体废物产量的不断增加，虽然垃圾分类趋势逐渐兴起，但是垃圾分类处置并不会减少垃圾中本身含有的水分，依然会产生大量的垃圾渗滤液。垃圾渗滤液具有成分复杂、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。采用单一的处理技术往往不能经济高效地处理垃圾渗滤液，需要将不同特点的工艺联合处理。
在新的环保形势下，高效节能的环保新技术越来越受到人们的青睐，传统生物脱氮工艺难以完成对晚期垃圾渗滤液的深度去除，而外加有机碳源又会大幅度的增加污水处理费用。相比于其他的脱氮工艺，厌氧氨氧化脱氮展现出良好的发展潜力。由于厌氧氨氧化菌是自养菌，碳酸盐/二氧化碳是其生长所需的无机碳源，所以氨氮的氧化无需分子态氧的参与，同时亚硝态氮的还原也无需有机碳源，这将大大降低垃圾渗滤液生物脱氮的运行费用。短程硝化耦合厌氧氨氧化的一体化工艺是对高氨氮废水实现深度脱氮最有工艺，基于厌氧氨氧化技术，可以在不投加任何化学药品的条件下，降低污水处理厂的运行费用，同时又能够实现氮的高效去除。然而，由于厌氧氨氧化菌的倍增时间长，增殖效率低，且在与短程硝化耦合的过程中，为了适应环境，通常采用较低的溶解氧，故而短程硝化的活性不能得到充分发挥，进一步也会影响厌氧氨氧化菌功能的发挥。
因此寻求经济、高效的方法，在为厌氧氨氧化提供良好的生存环境的同时，最大程度发挥短程硝化的活性，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种基于高溶解氧运行和旋转生物填料载体强化短程硝化耦合厌氧氨氧化对垃圾渗滤液深度脱氮的装置与方法，用于搭载生物填料，在生物填料内部驯化厌氧氨氧化菌，同时在不断提高的溶解氧下运行，激发氨氧化细菌的生长，在旋转填料的捕获下，时期附着生在在填料表面，形成好氧生物膜，一方面可以形成对填料内部厌氧氨氧化细菌的保护，使其耐受更高的溶解氧，另一方面可以充分发挥氨氧化细菌的活性，提高短程硝化产生亚硝的能力，促进厌氧氨氧化反应。
首先进行一体化转筒填料SBR反应器进水，将一部分垃圾渗滤液泵入一体化转筒填料SBR反应器，然后打开曝气***进行好氧曝气，启动电机，装载海绵填料的旋转填料架开始缓慢旋转，长期运行过程中，不断提高曝气过程的溶解氧，厌氧氨氧化菌可逐渐生在于填料内部，同时海绵填料表层附着生长着氨氧化细菌，氨氧化菌附着的厚度逐渐增加，溶解氧进入海绵填料时会被由氨氧化细菌占主导的好氧生物膜消耗掉，在生物膜内发生短程硝化反应，将氨氮转化为亚硝态氮，氨氮和亚硝态氮可以穿过氨氧化菌形成的生物膜进入到海绵填料内部发生厌氧氨氧化反应，生成氮气逸出，最终实现经济高效的垃圾渗滤液自养脱氮的装置与方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于高溶解氧运行的强化短程硝化耦合厌氧氨氧化对垃圾渗滤液深度脱氮的装置，其特征在于：该装置包括渗滤液原水箱(1)、一体化转筒填料SBR反应器(8)、出水箱(8)。渗滤液原水箱(1)中间设有温控加热装置 (3)，渗滤液原水箱(1)通过进水管(6)与第一蠕动泵(4)和一体化SBR 反应器(8)相连通，一体化SBR反应器(8)通过出水管(15)与第二蠕动泵(14)和出水箱(12)相连通；
一体化转筒填料SBR反应器(8)自上而下设置3个取样监测阀门(9)，进水管(6)上设有进水控制阀(2)，出水管(15)上设有排水控制阀(13) 和第二蠕动泵(14)；一体化转筒填料SBR反应器(8)内部设有旋转填料架(7)、DO探头(21)、ORP探头(17)以及pH探头(16)。旋转填料架(7) 表面镂空，且装载有海绵填料(23)，电机(26)驱动填料架轴(24)连带着旋转填料架(7)一起旋转。其中DO探头(21)、ORP探头(17)以及pH探头(16)分别通过连接线与DO仪(5)、ORP仪(11)、pH仪(10)主机相连接。在一体化转筒填料SBR反应器(8)底部设有微孔曝气头(18)，曝气泵(19)，微孔曝气头(18)与曝气泵(19)通过曝气管(20)相连，曝气管 (20)上设有气体流量计(22)。
一种基于高溶解氧运行和旋转生物填料载体强化短程硝化耦合厌氧氨氧化对垃圾渗滤液深度脱氮的方法，其特征包括以下步骤：
一体化转筒填料SBR反应器进水：启动一体化SBR反应器(8)，以实际城市垃圾渗滤液为原液注入渗滤液原水箱(1)，打开进水控制阀(2)，渗滤液原水箱(1)通过第一进水管(6)和第一蠕动泵(2)将垃圾渗滤液泵入一体化转筒填料SBR反应器(8)；
一体化转筒填料SBR反应器高氧曝气：随后启动由微孔曝气头(18)，曝气泵(19)以及曝气管(16)组成的曝气***对流入一体化SBR反应器(8) 的垃圾渗滤液进行好氧硝化，反应器启动运行阶段，通过实时控制装置监测使平均溶解氧浓度维持在0.5mg/L，持续曝气，通过pH监测装置使pH值维持在7.5-8.0范围内，如果pH过高或过低时，则投加NaHCO3使pH值维持在该范围，维持一体化转筒填料SBR反应器(8)进水NH4 +-N负荷在0.4-1.2 kgNH4 +-N/(m3·d)范围内，通过维持pH值和NH4 +-N负荷在上述范围使一体化SBR反应器(8)中的平均游离氨FA浓度在12.0-18.0mg/L范围内。在上述条件下运行一体化SBR反应器(8)，进行好氧阶段反应。在“氨谷点”，即在硝化过程中pH先下降再上升的拐点前停止曝气；运行出水总氮小于40 mg/L后，以0.5mg/L为平均梯度不断提高运行溶解氧，每次提高溶解氧后，反应器效果会发生波动，当运行出水总氮再次小于40mg/L后，即可以再次按梯度提高溶解氧，最终将运行溶解氧维持在4.5-5.0mg/L范围内。
一体化SBR反应器沉淀排水：好氧曝气完成后，沉淀进行0.5小时，使泥水充分分离，沉淀完成后，进行沉淀排水，打开第二蠕动泵(14)和排水阀(13)，将上清液排出，排水比为40％。
发明优势
本发明所涉及的一种基于高溶解氧运行和旋转生物填料载体强化短程硝化耦合厌氧氨氧化对垃圾渗滤液深度脱氮的装置与方法，具有下列创新点：
1)本发明通过将海绵填料装载入旋转填料架，可以使生物填料与污水充分接触，促进好氧生物膜挂膜过程，同时可以提高厌氧氨氧化菌的持留时间，提供良好的厌氧环境，有利于厌氧氨氧化菌的生长繁殖，实现了真正意义上的晚期垃圾渗滤液的深度脱氮，达到了节约成本、深度脱氮及污泥减量的效果；
2)解决了厌氧氨氧化菌在高溶解氧环境下的生长问题，生物填料外部附着生长的好氧生物膜可以发生短程硝化反应，及时将环境中的溶解氧消耗掉，对内部厌氧氨氧化菌实现保护，促进厌氧氨氧化反应，两个反应发生在同一反应器内可以同时发挥最大活性，工艺流程简单，运行操作方便；
3)通过在线监测ORP、pH和DO，把握短程硝化过程和厌氧氨氧化的进程，用过程控制的方法实时控制好氧曝气时间，从而达到节能的目的；
4)海绵填料具有比表面积大、质量轻等优点，其相对较大的比表面积为氨氧化菌提供了更大的附着空间，促进厌氧氨氧化反应进行，提高了脱氮效率，且其更换方便，造价低廉；
5)该技术成熟运行后，可以实现对垃圾渗滤原液无需稀释地直接处理，方便运行管理；
附图说明
说明书附图1为本发明所涉及的一种基于旋转填料架装载生物填料对垃圾分类产生的垃圾渗滤液实现深度脱氮的***结构示意图。
附图中数字代表的装置为：1-渗滤液原水箱；2-进水控制阀；3-温控加热装置；4-第一蠕动泵；5-DO仪；6-进水管；7-旋转填料架；8-一体化转筒填料SBR反应器；9-取样阀门；10-pH仪；11-ORP仪；12-出水箱；13-出水控制阀；14-第二蠕动泵；15-出水管；16-pH探头；17-ORP探头；18-微孔曝气头；19-曝气泵；20-曝气管；21-DO探头；22-气体流量计；23-海绵填料；24-填料架轴；25-电机；
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明所涉及的脱氮***和运行方法作进一步的说明：
如说明书附图所示，一种基于高溶解氧运行和旋转生物填料载体强化短程硝化耦合厌氧氨氧化对垃圾渗滤液深度脱氮的装置，其特征在于：该装置包括渗滤液原水箱(1)、一体化转筒填料SBR反应器(8)、出水箱(8)。渗滤液原水箱(1)中间设有温控加热装置(3)，渗滤液原水箱(1)通过进水管(6)与第一蠕动泵(4)和一体化SBR反应器(8)相连通，一体化SBR 反应器(8)通过出水管(15)与第二蠕动泵(14)和出水箱(12)相连通；
一体化转筒填料SBR反应器(8)自上而下设置3个取样监测阀门(9)，进水管(6)上设有进水控制阀(2)，出水管(15)上设有排水控制阀(13) 和第二蠕动泵(14)；一体化转筒填料SBR反应器(8)内部设有旋转填料架 (7)、DO探头(21)、ORP探头(17)以及pH探头(16)。旋转填料架(7) 表面镂空，且装载有海绵填料(23)，电机(26)驱动填料架轴(24)连带着旋转填料架(7)一起旋转。其中DO探头(21)、ORP探头(17)以及pH探头(16)分别通过连接线与DO仪(5)、ORP仪(11)、pH仪(10)主机相连接。在一体化转筒填料SBR反应器(8)底部设有微孔曝气头(18)，曝气泵(19)，微孔曝气头(18)与曝气泵(19)通过曝气管(20)相连，曝气管(20)上设有气体流量计(22)。
一种基于高溶解氧运行和旋转生物填料载体强化短程硝化耦合厌氧氨氧化对垃圾渗滤液深度脱氮的方法，其特征包括以下步骤：
一体化转筒填料SBR反应器进水：启动一体化SBR反应器(8)，以实际城市垃圾渗滤液为原液注入渗滤液原水箱(1)，打开进水控制阀(2)，渗滤液原水箱(1)通过第一进水管(6)和第一蠕动泵(2)将垃圾渗滤液泵入一体化转筒填料SBR反应器(8)；
一体化转筒填料SBR反应器高氧曝气：随后启动由微孔曝气头(18)，曝气泵(19)以及曝气管(16)组成的曝气***对流入一体化SBR反应器(8) 的垃圾渗滤液进行好氧硝化，反应器启动运行阶段，通过实时控制装置监测使平均溶解氧浓度维持在0.5mg/L，持续曝气，通过pH监测装置使pH值维持在7.5-8.0范围内，如果pH过高或过低时，则投加NaHCO3使pH值维持在该范围，维持一体化转筒填料SBR反应器(8)进水NH4 +-N负荷在0.4-1.2 kgNH4 +-N/(m3·d)范围内，通过维持pH值和NH4 +-N负荷在上述范围使一体化SBR反应器(8)中的平均游离氨FA浓度在12.0-18.0mg/L范围内。在上述条件下运行一体化SBR反应器(8)，进行好氧阶段反应。在“氨谷点”，即在硝化过程中pH先下降再上升的拐点前停止曝气；运行出水总氮小于40 mg/L后，以0.5mg/L为平均梯度不断提高运行溶解氧，每次提高溶解氧后，反应器运行效果会发生波动，当运行出水总氮再次小于40mg/L后，即可以再次按梯度提高溶解氧，最终将运行溶解氧维持在4.5-5.0mg/L范围内，实现高效脱氮。
一体化SBR反应器沉淀排水：好氧曝气完成后，沉淀进行0.5小时，使泥水充分分离，沉淀完成后，进行沉淀排水，打开第二蠕动泵(14)和排水阀(13)，将上清液排出，排水比为40％。
在进水垃圾渗滤液平均氨氮浓度为1500-2200mg/L范围内， COD/NH4 +-N在1.4-2.0的范围内，稳定运行的试验结果表明：***出水的总氮小于30mg/L，TN去除率大于90％，水力停留时间与传统工艺相比可以缩短至3天，为实际的五分之一，实现了对垃圾渗滤液深度高效深度脱氮的目的。
以上是本发明的一个典型实施例，本发明的实施不限于此。

Claims (2)

1.一种基于高溶解氧运行的强化短程硝化耦合厌氧氨氧化对垃圾渗滤液深度脱氮的装置，其特征在于：该装置包括渗滤液原水箱(1)、一体化转筒填料SBR反应器(8)、出水箱(8)；渗滤液原水箱(1)中间设有温控加热装置(3)，渗滤液原水箱(1)通过进水管(6)与第一蠕动泵(4)和一体化SBR反应器(8)相连通，一体化SBR反应器(8)通过出水管(15)与第二蠕动泵(14)和出水箱(12)相连通；
一体化转筒填料SBR反应器(8)自上而下设置3个取样监测阀门(9)，进水管(6)上设有进水控制阀(2)，出水管(15)上设有排水控制阀(13)和第二蠕动泵(14)；一体化转筒填料SBR反应器(8)内部设有旋转填料架(7)、DO探头(21)、ORP探头(17)以及pH探头(16)；旋转填料架(7)表面镂空，且装载有海绵填料(23)，电机(26)驱动填料架轴(24)连带着旋转填料架(7)一起旋转；其中DO探头(21)、ORP探头(17)以及pH探头(16)分别通过连接线与DO仪(5)、ORP仪(11)、pH仪(10)主机相连接；在一体化转筒填料SBR反应器(8)底部设有微孔曝气头(18)，曝气泵(19)，微孔曝气头(18)与曝气泵(19)通过曝气管(20)相连，曝气管(20)上设有气体流量计(22)。
2.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于包括以下步骤：
一体化转筒填料SBR反应器进水：启动一体化SBR反应器(8)，以实际城市垃圾渗滤液为原液注入渗滤液原水箱(1)，打开进水控制阀(2)，渗滤液原水箱(1)通过第一进水管(6)和第一蠕动泵(2)将垃圾渗滤液泵入一体化转筒填料SBR反应器(8)；
一体化转筒填料SBR反应器高氧曝气：随后启动由微孔曝气头(18)，曝气泵(19)以及曝气管(16)组成的曝气***对流入一体化SBR反应器(8)的垃圾渗滤液进行好氧硝化，反应器启动运行阶段，通过实时控制装置监测使平均溶解氧浓度维持在0.5mg/L，持续曝气，通过pH监测装置使pH值维持在7.5-8.0范围内，如果pH过高或过低时，则投加NaHCO3使pH值维持在该范围，维持一体化转筒填料SBR反应器(8)进水NH4 +-N负荷在0.4-1.2kgNH4 +-N/(m3·d)范围内，通过维持pH值和NH4 +-N负荷在上述范围使一体化SBR反应器(8)中的平均游离氨FA浓度在12.0-18.0mg/L范围内；在上述条件下运行一体化SBR反应器(8)，进行好氧阶段反应；在“氨谷点”，即在硝化过程中pH先下降再上升的拐点前停止曝气；运行出水总氮小于40mg/L后，以0.5mg/L为平均梯度不断提高运行溶解氧，每次提高溶解氧后，反应器运行效果会发生波动，当运行出水总氮再次小于40mg/L后，即可以再次按梯度提高溶解氧，最终将运行溶解氧维持在4.5-5.0mg/L范围内；
一体化SBR反应器沉淀排水：好氧曝气完成后，沉淀进行0.5小时，使泥水充分分离，沉淀完成后，进行沉淀排水，打开第二蠕动泵(14)和排水阀(13)，将上清液排出，排水比为40％。
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