CN116444039B - 应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺,设置一级脱氮单元,控制一级脱氮单元工艺条件,进入的垃圾渗滤液进行短程硝化/反硝化反应;设置二级脱氮单元,一级脱氮单元出水进入二级脱氮单元进行硝化/反硝化反应,将水中的氨氮、总氮指标降低至排水标准。使用本发明的混元脱氮工艺处理垃圾渗滤液,大大地提高了脱氮效率。
Description
技术领域
本发明涉及了垃圾渗滤液处理工艺。尤其涉及应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺。
背景技术
目前的垃圾渗滤液普遍应用的生物脱氮***是二级硝化/反硝化生物脱氮。如图1所示,现有的生物脱氮***为一级反硝化池A1、一级硝化池O1、二级反硝化池A2、二级硝化池O2和管式超滤膜UF依次连接。垃圾渗滤液依次流入一级反硝化池、一级硝化池、二级反硝化池和二级硝化池进行两级硝化/反硝化生物脱氮。然而,在实际应用中,发明人发现现有的生物脱氮***存在以下缺点:
1.硝化***要将氨氮全量氧化成硝酸盐氮(NO3-N),1克氨氮氧化为硝酸盐氮需耗氧4.57克,而亚硝化反应将氨氮氧化成亚硝酸盐氮(NO2-N)仅需耗氧3.43克。耗氧量高,动力消耗大。
2.二级硝化O2的出水经过管式超滤膜处理。由于二级硝化O2的出水为泥水混合液,水中含有大量的污泥,导致管式超滤膜的产水量较少,通常只有10%的出水量,而且大量的泥水混合液则回流至一级反硝化池A1中,参与一级反硝化反应。然而,大量的二级硝化混合液回流至一级反硝化池A1,严重稀释了一级反硝化池A1中的硝态氮浓度,降低了一级反硝化效率,使得碳源不能充分反应从而泄漏至一级硝化池O1,造成大量的碳源浪费,同时增加了污泥量和***的负荷,也导致二级硝化的硝态氮浓度无法达到排放标准。
3.生物脱氮***的排泥为泥水混合液,排泥量有限,大量的污泥回流至***中。虽然污泥浓度高对硝化和反硝化有利,但是泥龄越高会影响生物除磷效果,而且污泥中累积的重金属会毒害***中的硝化菌和反硝化菌。目前的生物脱氮***在运行过程中,污泥停留时间大于100天(SRT>100d),随着运行时间的推移,活性生物体所占比例严重下降,微生物***将恶化,泥水不能重力分离。
短程硝化/反硝化具有降低能耗、节约碳源、减少污泥产量等优点,是公认的高效生物脱氮技术,应用与处理高氨氮浓度和低C/N比污水,在经济和技术上具有可行性。
发明内容
本发明的目的在于提供应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺。
本发明通过以下技术方案来实现发明目的:应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺,设置一级脱氮单元,控制一级脱氮单元工艺条件,进入的垃圾渗滤液进行短程硝化/反硝化反应;设置二级脱氮单元,一级脱氮单元出水进入二级脱氮单元进行硝化/反硝化反应,将水中的氨氮、总氮指标降低至排水标准。
一级脱氮单元,包括依次连接的一级反硝化池、一级硝化池和一级沉淀池,一级反硝化池至少为一个,一级硝化池与一级反硝化池之间设置一级硝化液回流管路,一级硝化池和一级沉淀池之间设置一级污泥回流管路。一级脱氮单元中在一级硝化池后设置一级沉淀池,在正常运行状态下,一级沉淀池不对污泥进行截留。一级沉淀池仅在在调试阶段以及工况异常需应急处理情况下,启动其沉淀功能,将污泥回流一级硝化池进行培菌,直至调试阶段结束或工况正常,(此阶段)一级沉淀池中污泥不排入二级脱氮单元中。
在本发明中,主要控制一级脱氮单元中进行短程硝化\反硝化反应。在工艺条件的控制上要利于亚硝化菌的生长并抑制硝化菌的产生,限制硝化过程仅进行到亚硝化阶段,在运行中主要以硝化池内氨氮浓度、PH值、溶氧量、泥龄四个参数进行单一或综合工艺控制:
1.控制反应的氨氮浓度。
NH4-N控制在20-100mg/L范围,同时要保证PH在7.6以上,最好是8.0-8.5这个范围。当NH4-N低于50mg/L时,PH优选在8.0-8.5范围。
2.控制硝化池溶氧浓度。
调节硝化池曝气量,使得硝化池溶氧要低于1.2mg/L(Do≦1.2mg/L)。在污泥浓度高的场合下尤其适合使用。
3.控制污泥停留时间(SRT)。
通过控制污泥停留时间(SRT),实际上是控制亚硝化菌(AOB)的浓度,同时防止硝化菌(NOB)的生成。SRT控制在7-15d范围,温度低SRT取值高,温度高SRT取值低。本发明在正常情况下该模式对硝化池溶氧浓度没设上限要求。
垃圾渗滤液的氨氮浓度一般在1500-3000mg/L左右,将一级脱氮单元工艺设计的水力停留时间在7-12d范围内,可以使污泥停留时间SRT和水力停留时间相同(SRT最低值SRTmin),即出流的混合液不做污泥截流即可满足要求,大大方便了运行管理。
即使采取了SRTmin模式,在高温季节仍可能出现一级短程硝化氨氮浓度过低的情况,在温度高于30℃下,硝化菌会严重被抑制,所以无需担心发生硝化反应。如果在温度低于30℃下出现氨氮浓度过低情况,则需要控制Do在1.0mg/L以下,以降低硝化速率来维持反应需要的氨氮浓度。
通常仅在调试培菌阶段,需要截流污泥,以及在运行过程中,出现氨氮上升趋势时,需要回流一级沉淀池的污泥以保证***中亚硝化菌(AOB)的浓度。这是本发明一级脱氮单元短程硝化安全运行的一个重要的保障措施。
4.控制pH
控制***PH在7.6以上。
一般情况下,硝化/反硝化过程总体是产酸的过程,但是由于渗滤液中含大量有机酸盐,有机酸盐的有机根被氧化后,阴根部分被OH-所代替,导致PH上升。比如作为碳源投加的醋酸钠,当醋酸根被氧化成CO2和水后,与Na+离子对应的阴离子就由OH-离子所对应。另外渗滤液富含钙镁离子,自身碱度高达800mg/L以上,对PH具有强大的缓冲能力,所以稳定运行后PH的值是很稳定的。因此,只在运行初期的调试阶段,***内渗滤液成分的占比低,需要通过投加NaOH来维持PH值,当正常运行后,渗滤液成分在***内的占比达到较高水平,PH值在不外加NaOH的情况下,也能稳定运行在7.6以上。
本发明中,可以根据所处理的垃圾渗滤液的实际情况以及***运行效率和稳定性,设定一级脱氮单元和二级脱氮单元的脱氮量。在本发明中,主要控制一级脱氮单元的脱氮量。在实际运行中,根据垃圾渗滤液的情况以及***反应效率等因素的考量,可控制一级脱氮单元的脱氮量的在70%以上。经过发明人的研究发现,一级脱氮单元的脱氮效率在90%时,反应效率高,且依然能够稳定运行。因此,在本发明的一个实施例中,控制一级脱氮单元的脱氮量为90%,那么剩余的10%由二级脱氮单元进行脱除。
本发明提出90%的总氮在一级脱氮单元内脱除的目的是基于反应效率的考虑:
硝化/反硝化过程说明:进水先进入反硝化池,和从硝化池回流的回流硝化液混合,亚硝酸盐和硝酸盐(统称NOx-N)在反硝化池内被rbCOD(易生物降解有机物)还原成氮气,进水的氨氮在反硝化池内是不发生反应的,只是被回流混合液所稀释。NOx-N盐被碳源反硝化的程度受反硝化池内rbCOD浓度所控制,反应速率和反硝化池内NOx-N的浓度成正相关性。从反硝化池流入到硝化池的氨氮在硝化池内被氧化成NOx-N,作为反硝化的原料被回流泵送入反硝化池。整个***以内循环的方式工作。
如果由一级脱氮单元完成100%的脱氮效率,那等于整个脱氮***只设一级,那么从硝化池出水的总氮(TN)就要很低(TN<50mg/L),那么硝化池内的氨氮约5~10mg/L,NOx-N=40~45mg/L,一方面硝化池难以保证短程硝化的氨氮浓度要求,另一方面回流的NOx-N浓度太低,为了保证脱氮总量需要回流比大于40才能满足要求,这么大的回流量会导致反硝化的反应时间不足。同时由于反硝化池内NOx-N浓度太低,反硝化效率很低,需要更高浓度的rbCOD浓度给予补偿,会造成碳源的利用率很低。如果只要求一级脱氮单元脱除90%总氮,那么其出水就允许有10%的剩余总氮,比如渗滤液原水设计总氮是2000mg/L,那么出水的总氮可放宽至200mg/L,那么可以设计一级硝化池内氨氮=20~70mg/L,NOx-N=130~180mg/L,这样的回流比可控制在11~15之间。这最主要的目的是可大大提高反硝化池的NOx-N反应浓度,从而可降低反硝化池内的rbCOD浓度,提高碳源的利用率。
在本发明中,控制一级脱氮单元的90%脱氮量的措施:每日检测一次一级硝化池的氨氮浓度、亚硝氮浓度和总氮浓度,然后主要根据总氮浓度来控制外加碳源的投入量。
二级脱氮单元包括依次连接的二级反硝化池、二级硝化池和二级沉淀池,二级反硝化池和二级硝化池之间设置二级硝化液回流管路,二级反硝池和二级沉淀池之间设置二级污泥回流管路。二级脱氮单元中的污泥来自于一级脱氮单元,硝化菌系以氨氮氧化菌(AOB或称亚硝化菌)为主,那么在二级脱氮单元中在工艺上通常不进行短程硝化/反硝化控制,仍然可以达到短程硝化的效果。
二级脱氮单元中的二级沉淀池主要用于产出上清液和有效从***排出浓缩污泥,提高排泥效率,在正常运行情况下不需将污泥回流至二级脱氮单元。
本发明的技术效果:
1.本发明一级脱氮单元和二级脱氮单元依次连接成完整的脱氮***。它们相互联系又互相独立完成各自的功能。
一级脱氮单元中在一级硝化池后设置一级沉淀池,在正常运行状态下,一级沉淀池不对污泥进行截留,仅在调试阶段以及工况异常需应急处理下,启动其沉淀功能,将污泥回流一级硝化池进行培菌,直至调试阶段结束或工况正常,(此阶段)一级沉淀池中污泥并不排入二级脱氮单元中。一级沉淀池的设置,可以在工艺中,先在一级脱氮单元进行调试培菌,达到工艺要求后,再将一级沉淀池中泥水混合液排入二级脱氮单元,提高了调试效率。在出现运行异常时,可以单独对一级脱氮单元进行调节,不影响二级脱氮单元的运行。
二级脱氮单元中,二级硝化池和二级反硝化池之间设置二级硝化液回流管路,二级反硝化池和二级沉淀池之间设置二级污泥回流管路,在工艺中独立完成对剩余部分氮的脱除。在结构上,二级脱氮单元与一级脱氮单元之间不设置回流管路,那么二级脱氮单元中的泥水是不回流至一级脱氮单元中作处理,避免了对一级脱氮单元的生物***的污染,破坏生物***,无法完成短程硝化反硝化;也避免稀释一级反硝化池的亚硝酸盐浓度降低反应效率。
在处理的垃圾渗滤液的氨氮浓度达峰时,一级脱氮单元出水并不能满足处理70%以上总氮时,由二级脱氮单元在短时间内承担高氨氮浓度水处理,同时对一级脱氮单元进行调试,比如添加碳源、回流污泥等,让一级脱氮单元恢复处理能力,无需关停整个***。
2.本发明的一级沉淀池同时作为反硝化池,通常在正常运行过程中作为反硝化池使用,在调试培菌阶段时启用沉淀功能,截流污泥,以及在运行过程中,出现氨氮上升趋势时,启用沉淀功能,回流污泥以保证一级硝化池的亚硝化菌(AOB)的浓度。
在正常运行状态下,一级沉淀池切换为反硝化模式,使得一级脱氮单元的污泥停留时间(泥龄)和水力停留时间相同,以此来控制泥龄。
3.本发明一级脱氮单元中设置至少两个串联的一级反硝化池,第一个一级反硝化池进行高浓度反应,反应快速,而后续的一级反硝化池进行的则是低浓度反应,有利于充分利用碳源。
4.控制一级脱氮单元进行的是短程硝化/反硝化反应,降低耗氧量,同时降低动力消耗。
5.本发明提供的混元脱氮***,在二级脱氮单元中设置二级沉淀池,氨氮、总氮浓度达标的泥水在该池中进行沉降分离,污泥得到排放,避免了大量污泥滞留在***中,有效地保证了整个***的生物***的稳定。
6.使用本发明的混元脱氮***处理垃圾渗滤液,大大地提高了脱氮效率。
附图说明
图1是现有技术中的用于垃圾渗滤液生物处理的脱氮***的结构示意图。
图2是本发明的应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮***的结构示意图。
具体实施方式
如图2所示的应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮***,包括依次连接的一级脱氮单元、二级脱氮单元和管式超滤装置。
一级脱氮单元包括依次连接的一级反硝化池、一级硝化池O1和一级沉淀池A21。一级反硝化池为两个,分别为一级反硝化池A11和一级反硝化池A12。一级反硝化池A11和一级反硝化池A12连通并由隔墙进行分隔。在工艺中,一级反硝化池A11中混合液的硝态氮(Nox-N)浓度高,进行快速反应,反应处理后的混合液进入一级反硝化池A12,继续进行反硝化处理,以重复使用碳源,避免其泄漏至一级硝化池O1造成大量的碳源浪费,同时增加了污泥量和***的负荷。
一级硝化池O1和一级反硝化池A11之间设置一级硝化液回流管路。一级硝化池O1和一级沉淀池A21之间设置一级污泥回流管路,用于调试阶段和氨氮异常时,回流污泥以构建或修复生物***。
二级脱氮单元包括依次连接的二级反硝化池A22、二级硝化池O2和二级沉淀池S2,二级反硝化池A22和二级硝化池O2之间设置二级硝化液回流管路,二级反硝化池A22和二级沉淀池S2之间设置二级污泥回流管路。
一级沉淀池A21与二级反硝化池A22连接。二级沉淀池S2的排水口与管式超滤装置UF连接或者后续的精处理***连接。
应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺,包括以下步骤:
1.控制一级脱氮单元工艺条件,进入的垃圾渗滤液进行短程硝化/反硝化反应。
在工艺条件的控制上要利于亚硝化菌的生长并抑制硝化菌的产生,限制硝化过程仅进行到亚硝化阶段,在运行中主要以硝化池内氨氮浓度、PH值、溶氧浓度、泥龄四个参数进行单一或综合工艺控制,即根据垃圾渗滤液情况、处理过程中氨氮浓度、温度等的变化进行选择,只要将一级脱氮单元中控制在短程硝化/反硝化环境下即可。
(1)控制反应的氨氮浓度。
NH4-N控制在20-100mg/L范围,同时要保证PH在7.6以上,最好是8.0-8.5这个范围。当NH4-N低于50mg/L时,PH优选在8.0-8.5范围。
(2)控制硝化池溶氧浓度。
调节硝化池曝气量,使得硝化池溶氧要低于1.2mg/L(Do≦1.2mg/L)。在污泥浓度高的场合下尤其适合使用。
(3)控制污泥停留时间(SRT)。
通过控制污泥停留时间(SRT),实际上是控制亚硝化菌(AOB)的浓度,同时防止硝化菌(NOB)的生成。SRT控制在7-15d范围,温度低SRT取值高,温度高SRT取值低。本发明在正常情况下该模式对硝化池溶氧浓度没设上限要求。
垃圾渗滤液的氨氮浓度一般在1500-3000mg/L左右,将一级脱氮单元工艺设计的水力停留时间在7-12d范围内,可以使污泥停留时间SRT和水力停留时间相同(SRT最低值SRTmin),即出流的混合液不做污泥截流即可满足要求,这样做就大大方便了运行管理。
即使采取了SRTmin模式,在高温季节仍可能出现一级短程硝化氨氮浓度过低的情况,在温度高于30℃下,硝化菌会严重被抑制,所以无需担心发生硝化反应。如果在温度低于30℃下出现氨氮浓度过低情况,则需要控制Do在1.0mg/L以下,以降低硝化速率来维持反应需要的氨氮浓度。
采用控制污泥停留时间的模式下,通常仅在在调试培菌阶段,需要截流污泥,以及在运行过程中,出现氨氮上升趋势时,需要回流一级沉淀池A21的污泥以保证***中亚硝化菌(AOB)的浓度。这是一级脱氮单元短程硝化安全运行的一个重要的保障措施。
(4)控制pH
控制***PH在7.6以上。
一般情况下,硝化/反硝化过程总体是产酸的过程,但是由于渗滤液中含大量有机酸盐,有机酸盐的有机根被氧化后,阴根部分被OH-所代替,导致PH上升。比如作为碳源投加的醋酸钠,当醋酸根被氧化成CO2和水后,与Na+离子对应的阴离子就由OH-离子所对应。另外渗滤液富含钙镁离子,自身碱度高达800mg/L以上,对PH具有强大的缓冲能力,所以稳定运行后PH的值是很稳定的。因此,只在运行初期的调试阶段,***内渗滤液成分的占比低,需要通过投加NaOH来维持PH值,当正常运行后,渗滤液成分在***内的占比达到较高水平,PH值在不外加NaOH的情况下,也能稳定运行在7.6以上。
在本实施例中,控制一级脱氮单元的脱氮量为90%。例如,渗滤液原水设计总氮是2000mg/L,那么出水的总氮可放宽至200mg/L,那么设计一级硝化池O1内氨氮=20~70mg/L,NOx-N=130~180mg/L,这样的回流比可控制在11~15之间。这最主要的目的是可大大提高反硝化池的NOx-N反应浓度,从而可降低反硝化池内的rbCOD浓度,提高碳源的利用率。
控制一级脱氮单元的90%脱氮量的措施:每日检测一次一级硝化池O1的氨氮浓度、亚硝氮浓度和总氮浓度,然后主要根据总氮浓度来控制外加碳源的投入量。
2.一级脱氮单元出水进入二级脱氮单元进行硝化/反硝化反应,将水中的氨氮、总氮指标降低至排水标准。
二级脱氮单元中的污泥来自于一级脱氮单元,其硝化菌系以亚硝化菌(AOB)为主,那么在二级脱氮单元中在工艺上通常不进行短程硝化/反硝化控制。
二级脱氮单元中的二级沉淀池S2主要用于产出上清液和有效从***排出浓缩污泥,提高排泥效率,在正常运行情况下不需将污泥回流至二级脱氮单元。
3.设置管式超滤装置,二级脱氮单元的出水经管式超滤装置UF超滤处理后排放或进入精处理***继续处理。
Claims (7)
1.应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺,其特征是,
设置一级脱氮单元,包括依次连接的一级反硝化池、一级硝化池和一级沉淀池,控制所述一级脱氮单元工艺条件,进入的垃圾渗滤液进行短程硝化/反硝化反应,控制所述一级脱氮单元的脱氮量的在70%以上;
设置二级脱氮单元,所述一级脱氮单元出水进入所述二级脱氮单元进行硝化/反硝化反应,将水中的氨氮、总氮指标降低至排水标准,直接出水;
所述一级脱氮单元和二级脱氮单元分别独立完成水处理,所述二级脱氮单元与一级脱氮单元之间不设置回流管路,所述二级脱氮单元的出水及污泥直接排出无需回流处理;
正常运行状态下,所述一级沉淀池作为反硝化池使用,不对污泥进行截留,在调试阶段以及出现氨氮上升趋势时,启动其沉淀功能,将污泥回流所述一级硝化池进行培菌,直至调试阶段结束或工况正常。
2.根据权利要求1所述的应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺,其特征是,所述一级反硝化池至少为一个,所述一级硝化池与一级反硝化池之间设置一级硝化液回流管路,所述一级硝化池和一级沉淀池之间设置一级污泥回流管路;所述二级脱氮单元包括依次连接的二级反硝化池、二级硝化池和二级沉淀池,所述二级反硝化池和二级硝化池之间设置二级硝化液回流管路,所述二级反硝化池和二级沉淀池之间设置二级污泥回流管路;所述二级脱氮单元与一级脱氮单元之间不设置回流管路。
3.根据权利要求1所述的应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺,其特征是,控制所述一级脱氮单元的脱氮量为90%,所述二级脱氮单元的脱氮量为10%。
4.根据权利要求3所述的应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺,其特征是,控制所述一级脱氮单元中的氨氮浓度在20-100mg/L范围,同时PH在7.6以上。
5.根据权利要求3或4所述的应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺,其特征是,当所述一级硝化池水温低于30℃时要控制所述一级硝化池溶氧浓度要低于1.2mg/L。
6.根据权利要求5所述的应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺,其特征是,控制所述一级脱氮单元污泥停留时间在7-15d范围内。
7.根据权利要求6所述的应用于垃圾渗滤液生物处理的混元脱氮工艺,其特征是,当温度低于30℃下出现氨氮浓度过低情况,控制Do在1.0mg/L以下。
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