申请日2017.11.29
公开(公告)日2018.03.23
IPC分类号C02F9/14; C02F103/06
摘要
本发明涉及用于中晚期垃圾渗滤液除碳脱氮装置及其使用方法，该装置包括原水水箱、UASB反应器、调节水箱、复合式一体化厌氧氨氧化反应器及沉淀池;原水水箱与UASB反应器相连;UASB反应器与调节水箱相连;复合式一体化厌氧氨氧化反应器与调节水箱相连接，复合式一体化厌氧氨氧化反应器通过出水阀门与沉淀池相连。通过采用UASB技术除有机物和复合式一体化厌氧氨氧化技术脱氮解决传统工艺能耗与曝气量大，处理效率低，污泥产量大，运行费用高等问题，实现了高效低能耗的垃圾渗滤液处理模式，针对中晚期垃圾渗滤液COD/N比较低的特点，将一部分有机物的去除与一体化厌氧氨氧化去除TN的过程在同一反应器中进行，省略了中间沉淀池，节省了占地面积。
权利要求书
1.一种用于中晚期垃圾渗滤除碳脱氮的装置，其特征在于：该装置包括原水水箱(1)、UASB反应器(2)、调节水箱(3)、复合式一体化厌氧氨氧化反应器(4)及沉淀池(5);其中，所述原水水箱通过第一进水泵与UASB反应器相连;所述UASB反应器包括三相分离器(2.1)和设置在三相分离器上的排气管(2.2)、出水管(2.3)、取样口(2.4);所述出水管上设置有第一出水阀，所述UASB反应器通过第一出水阀与调节水箱相连;所述调节水箱通过设置在调节水箱出水管上的第二进水泵与复合式一体化厌氧氨氧化反应器相连;复合式一体化厌氧氨氧化反应器通过第三进水泵(4.1)与调节水箱相连接，所述复合式一体化厌氧氨氧化反应器为一敞口池体，该池体包括数个并列设置的若干个格室，池体前侧若干格室为好氧除有机物格室;池体后侧若干格室为一体化厌氧氨氧化格室;好氧除有机物格室内设有搅拌器、搅拌桨、曝气泵、曝气升流管;一体化厌氧氨氧化格室设有曝气泵、曝气升流管(4.6)、搅拌器(4.7)、搅拌桨(4.8)、复合式一体化厌氧氨氧化反应器温控系统和填料架，所述复合式一体化厌氧氨氧化反应器温控系统的温度控制范围30-40摄氏度;曝气升流管内设置曝气头(4.9);所述复合式一体化厌氧氨氧化反应器通过出水阀门(4.10)与沉淀池相连;填料架(4.11)上设置有海绵填料，填充比为20%;所述原水水箱为封闭箱体，且设有原水水箱溢流管(1.1)和原水水箱放空管(1.2);所述调节水箱为封闭箱体，且设有调节水箱溢流管(3.1)和调节水箱放空管(3.2);所述沉淀池为中间进水的竖流式沉淀池，竖流式沉淀池上设有总出水管(5.1)、污泥回流泵(5.2)和剩余污泥排放管阀门(5.3)和出水回流管(5.4)和污泥回流泵，所述出水回流管与UASB反应器相连接，所述污泥回流泵与复合式一体化厌氧氨氧化反应器的最前侧格室相连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于中晚期垃圾渗滤除碳脱氮的装置，其特征在于：该装置还包括自动控制系统，所述自动控制系统包括可编程控制器、分别设置在原水水箱和调节水箱内的液位高度传感器、分别设置在好氧除有机物格室和一体化厌氧氨氧化格室内的溶解氧浓度传感器，所述各个液位高度传感器、各个溶解氧浓度传感器分别与可编程控制器数据信号相连接，并将实时检测到的数据信号发送至可编程控制器，可编程控制器将接收到的数据信号进行数据转换后与预设的相应阈值进行比较，并根据比较的结果控制原水水箱和调节水箱的溢流管开启，以及调节搅拌器、搅拌桨、曝气泵的功率。
3.根据权利要求2所述的一种用于中晚期垃圾渗滤除碳脱氮的装置，其特征在于：所述自动控制系统还包括与可编程控制器相连接的无线收发模块，所述无线收发模块通过无线网络与远程监控中心或者智能移动终端通信连接，所述无线网络包括3G、4G或者WIFI网络，所述智能移动终端包括智能手机、平板电脑或者笔记本电脑。
4.根据权利要求3所述的一种用于中晚期垃圾渗滤除碳脱氮的装置，其特征在于：各个格室的曝气泵上设置有曝气控制分阀门(4.5)，各个曝气控制分阀门与曝气总阀门(4.4)相连接，所述曝气总阀门设置在曝气管路(4.3)上并与曝气总泵(4.2)相连接。
5.一种根据权利要求4所述的一种用于中晚期垃圾渗滤除碳脱氮的装置的使用方法，其特征在于，该使用方法包括以下步骤：
1)启动UASB反应器：在启动过程中，控制UASB反应器的温度为30-40℃，通过逐渐增加中晚期垃圾渗滤液进水量，当UASB反应器处理水COD进水量为20L/d，容积负荷为10kgCOD/(m3·d)的条件下，对COD的去除率>50%，表明UASB反应器启动完成;
2)启动复合式一体化厌氧氨氧化反应器：在启动过程中控制水量不变，降低中晚期垃圾渗滤液的稀释倍数，该稀释倍数控制在1:6至不稀释范围内以提高容积负荷;接种污泥选择好氧活性污泥与少量厌氧氨氧化絮体污泥相互混合形成的污泥，厌氧氨氧化段用填料架固定已挂膜的海绵填料，海绵填料的填充比为20%;复合式一体化厌氧氨氧化反应器后端设一竖流沉淀池，污泥回流比为200%;在反应过程中，通过加热棒将温度控制在28-35℃，每一格室通过调节曝气泵气量控制溶解氧浓度并开启搅拌器和搅拌桨,其中，好氧除有机物格室溶解氧浓度控制在2-3mg/L，一体化厌氧氨氧化格室溶解氧浓度控制在0.2-0.5mg/L;当溶解氧浓度超出上述浓度范围时，需对曝气泵的阀门开度进行调节控制使得上述溶解氧浓度控制在上述范围内;当好氧除有机物格室的最后一个格室内COD<2000mg/L，一体化厌氧氨氧化格室的第一个格室内氨、氮浓度均为500mg/L，且出水TN浓度<100mg/L，完成复合式一体化厌氧氨氧化反应器的启动调试;
3)完成上述两个反应器的调试后，启动上述步骤1)中UASB反应器反应器、步骤2)中复合式一体化厌氧氨氧化反应器，并将上述UASB反应器与复合式一体化厌氧氨氧化反应器串联运行：即原水水箱中的垃圾渗滤液经进第一水泵泵入到UASB反应器，垃圾渗滤液在UASB反应器中进行厌氧消化去除大部分易降解COD，其出水通过重力流流入调节水箱;之后通过第二进水泵将调节水箱中的垃圾渗滤液泵入复合式一体化厌氧氨氧化反应器，在好氧除有机物段中进一步去除剩余的易降解COD，在一体化厌氧氨氧化段发生短程硝化-厌氧氨氧化反应，从而去除垃圾渗滤液中的TN，混合液通过出水阀流入到沉淀池中进行泥水分离，沉淀池中的污泥通过蠕动泵按照200%的比例回流到复合式一体化厌氧氨氧化反应器首端，沉淀池中的污水通过蠕动泵按照100%的比例回流到UASB反应器的进水端，最终沉淀池的出水作为处理后的污水排放;当复合式一体化厌氧氨氧化反应器的总氮负荷达到0.2kgN/(m3·d)以上，并且出水氨氮浓度<70mg/L，TN浓度<80mg/L，COD浓度<1500mg/L，完成整套系统对于中晚期垃圾渗滤液的除碳脱氮过程。
6.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于在上述步骤2)还包括在厌氧氨氧化段设置温度传感器，当温度高于35℃时，复合一体化厌氧氨氧化反应器温控系统将报警，同时加热棒将自动断电。
7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于：上述步骤3)还包括运行时维持COD浓度<1500mg/L，当出水COD浓度大于1500mg/L或好氧除有机物格室的最后一个格室内COD浓度高于2000mg/L时，通过首先通过增加除有机物段曝气量来提高异养菌对COD的去除量;若增加曝气量不能明显使除有机物段末端COD浓度降低，则同时增加除有机物段曝气量和减少进水量，调高水力停留时间来降低出水COD浓度;维持出水氨氮浓度<70mg/L,当出水氨氮浓度大于70mg/L时通过减少进水量，调高水力停留时间来降低出水氨氮浓度。
说明书
用于中晚期垃圾渗滤液除碳脱氮装置及其处理方法
技术领域
本发明涉及属于污水生物脱氮技术领域，尤其涉及一种用于中晚期垃圾渗滤液除碳脱氮装置及其处理方法，其适用于处理中晚期垃圾渗滤液为主的高氨氮低COD/N比废水，城市污水厂污泥消化液、养殖废水、化工废水等废水亦可适用。
背景技术
城市垃圾渗滤液是一种水质复杂多变的高氨氮有机废水，呈黑褐色，有强烈的刺激性气味，典型垃圾渗滤液的氨氮浓度为800-4000mg/L，COD浓度为2000-50000mg/L，其水质随填埋时间的延长而不断变化，最显著的变化是有机物浓度不断降低，氨氮浓度有增无减，晚期垃圾渗滤液C/N可能低于2。现有技术中常见的城市垃圾渗滤液处理的工艺主要采用吹脱、混凝土沉淀等物理、化学工艺，然而，采用此类处理工艺常常存在建设和运行费用高，易产生二次污染等弊端。而采用传统硝化与反硝化工艺处理高氨氮工业废水，存在停留时间长、曝气能耗大、反硝化需要投加甲醇等问题。由于垃圾渗滤液有机物浓度很高，且大部分为易生物降解的挥发性脂肪酸，为节省运行费用，通常先采用厌氧生物法进行处理，上向流厌氧污泥床(UASB)的COD负荷高达10kg/(m3·d)，反应过程中能耗较小，是其中最常用的一种处理工艺，而由于UASB法的处理出水中有机物浓度较高，一般采用好氧生物处理系统，以确保出水有机物浓度进一步降低。相比于传统的好氧生物处理工艺，基于厌氧氨氧化技术的一些新型工艺(如SHARON+厌氧氨氧化工艺、Canon工艺和Oland工艺等)，以其经济性、高效性等优势为垃圾渗滤液处理提供了新的模式.厌氧氨氧化菌(AnAOB)利用亚硝酸盐作为电子受体氧化氨氮，利用无机碳作为碳源，从而实现自养生物脱氮的目的.但因AnAOB世代周期比较长，所以，厌氧氨氧化工艺特别适合于高氨氮废水处理。此外，与现有脱氮技术比较，厌氧氨氧化生物脱氮的剩余污泥产量少，耗氧减少62.5%，技术建设和运行费用分别降低20%、35%以上，因此，厌氧氨氧化技术为高氨氮废水的最佳脱氮途径。自养生物脱氮技术根据短程硝化与厌氧氨氧化过程是否发生在同一反应系统分为两类：两级自养脱氮技术，即短程硝化和厌氧氨氧化分别在两个反应器内进行，一体化自养生物脱氮工艺(单级自养生物脱氮工艺)，即上述两反应在同一反应器内实现。一体化自养脱氮技术工艺有流程简单，能耗低，剩余污泥量少等优点，但由于短程硝化与厌氧氨氧化在同一反应器中进行，使得反应器中溶解氧的控制显得尤为关键。较高的溶解氧浓度会抑制AnAOB的活性，而较低的溶解氧使得氨氧化菌的底物受限，硝化活性降低。因此，这也成为了影响一体化自养脱氮技术性能发挥的瓶颈。因此，提出一种能够克服各工艺存在上述缺陷的城市垃圾渗滤液处理工艺具有重要的研究意义。
发明内容
本发明目的是为了解决上述技术问题，提出的一种用于中晚期垃圾渗滤液除碳脱氮装置及其处理方法，通过采用UASB技术除有机物和复合式一体化厌氧氨氧化技术脱氮解决传统工艺能耗与曝气量大，处理效率低，污泥产量大，运行费用高等问题，实现了高效低能耗的垃圾渗滤液处理模式，此外，针对中晚期垃圾渗滤液COD/N比较低的特点，将一部分有机物的去除与一体化厌氧氨氧化去除TN的过程在同一反应器中进行，省略了中间沉淀池，节省了占地面积。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：
一种用于中晚期垃圾渗滤除碳脱氮的装置，该装置包括原水水箱、UASB反应器、调节水箱、复合式一体化厌氧氨氧化反应器及沉淀池;其中，所述原水水箱通过第一进水泵与UASB反应器相连;所述UASB反应器包括三相分离器和设置在三相分离器上的排气管、出水管、取样口;所述出水管上设置有第一出水阀，所述UASB反应器通过第一出水阀与调节水箱相连;复合式一体化厌氧氨氧化反应器通过第三进水泵与调节水箱相连接，所述复合式一体化厌氧氨氧化反应器通过出水阀门与沉淀池相连;所述复合式一体化厌氧氨氧化反应器为一敞口池体，该池体包括数个并列设置的若干个格室，池体前侧若干格室为好氧除有机物格室;池体后侧若干格室为一体化厌氧氨氧化格室;好氧除有机物格室内设有搅拌器、搅拌桨、曝气泵、曝气升流管;一体化厌氧氨氧化格室设有曝气泵、曝气升流管、搅拌器、搅拌桨、复合式一体化厌氧氨氧化反应器温控系统和填料架，所述复合式一体化厌氧氨氧化反应器温控系统的温度控制范围30-40摄氏度;曝气升流管内设置曝气头，填料架上设置有海绵填料，填充比为20%;所述原水水箱为封闭箱体，且设有原水水箱溢流管和原水水箱放空管;所述调节水箱为封闭箱体，且设有调节水箱溢流管和调节水箱放空管;所述沉淀池为中间进水的竖流式沉淀池，竖流式沉淀池上设有总出水管、污泥回流泵和剩余污泥排放管阀门和出水回流管和污泥回流泵，所述出水回流管与UASB反应器相连接，所述污泥回流泵与复合式一体化厌氧氨氧化反应器的最前侧格室相连接。
作为上述方案的进一步优化，该装置还包括自动控制系统，所述自动控制系统包括可编程控制器、分别设置在原水水箱和调节水箱内的液位高度传感器、分别设置在好氧除有机物格室和一体化厌氧氨氧化格室内的溶解氧浓度传感器，所述各个液位高度传感器、各个溶解氧浓度传感器分别与可编程控制器数据信号相连接，并将实时检测到的数据信号发送至可编程控制器，可编程控制器将接收到的数据信号进行数据转换后与预设的相应阈值进行比较，并根据比较的结果控制原水水箱和调节水箱的溢流管开启，以及调节搅拌器、搅拌桨、曝气泵的功率。
作为上述方案的进一步优化，所述自动控制系统还包括与可编程控制器相连接的无线收发模块，所述无线收发模块通过无线网络与远程监控中心或者智能移动终端通信连接，所述无线网络包括3G、4G或者WIFI网络，所述智能移动终端包括智能手机、平板电脑或者笔记本电脑。
作为上述方案的进一步优化，各个格室的曝气泵上设置有曝气控制分阀门，各个曝气控制分阀门与曝气总阀门相连接，所述曝气总阀门设置在曝气管路上并与曝气总泵相连接。
本发明上述用于中晚期垃圾渗滤除碳脱氮的装置的使用方法包括以下步骤：
1)启动UASB反应器：在启动过程中，控制UASB反应器的温度为30-40℃，通过逐渐增加中晚期垃圾渗滤液进水量，当UASB反应器处理水COD进水量为20L/d，容积负荷为10kgCOD/(m3·d)的条件下，对COD的去除率>50%，表明UASB反应器启动完成;
2)启动复合式一体化厌氧氨氧化反应器：在启动过程中控制水量不变，降低中晚期垃圾渗滤液的稀释倍数，该稀释倍数控制在1:6至不稀释范围内以提高容积负荷;接种污泥选择好氧活性污泥与少量厌氧氨氧化絮体污泥相互混合形成的污泥，厌氧氨氧化段用填料架固定已挂膜的海绵填料，海绵填料的填充比为20%;复合式一体化厌氧氨氧化反应器后端设一竖流沉淀池，污泥回流比为200%;在反应过程中，通过加热棒将温度控制在28-35℃，每一格室通过调节曝气泵气量控制溶解氧浓度并开启搅拌器和搅拌桨,其中，好氧除有机物格室溶解氧浓度控制在2-3mg/L，一体化厌氧氨氧化格室溶解氧浓度控制在0.2-0.5mg/L;当溶解氧浓度超出上述浓度范围时，需对曝气泵的阀门开度进行调节控制使得上述溶解氧浓度控制在上述范围内;当好氧除有机物格室的最后一个格室内COD<2000mg/L，一体化厌氧氨氧化格室的第一个格室内氨、氮浓度均为500mg/L，且出水TN浓度<100mg/L，完成复合式一体化厌氧氨氧化反应器的启动调试;
3)完成上述两个反应器的调试后，启动上述步骤1)中UASB反应器反应器、步骤2)中复合式一体化厌氧氨氧化反应器，并将上述UASB反应器与复合式一体化厌氧氨氧化反应器串联运行：即原水水箱中的垃圾渗滤液经进第一水泵泵入到UASB反应器，垃圾渗滤液在UASB反应器中进行厌氧消化去除大部分易降解COD，其出水通过重力流流入调节水箱;之后通过第二进水泵将调节水箱中的垃圾渗滤液泵入复合式一体化厌氧氨氧化反应器，在好氧除有机物段中进一步去除剩余的易降解COD，在一体化厌氧氨氧化段发生短程硝化-厌氧氨氧化反应，从而去除垃圾渗滤液中的TN，混合液通过出水阀流入到沉淀池中进行泥水分离，沉淀池中的污泥通过蠕动泵按照200%的比例回流到复合式一体化厌氧氨氧化反应器首端，沉淀池中的污水通过蠕动泵按照100%的比例回流到UASB反应器的进水端，最终沉淀池的出水作为处理后的污水排放;当复合式一体化厌氧氨氧化反应器的总氮负荷达到0.2kgN/(m3·d)以上，并且出水氨氮浓度<70mg/L，TN浓度<80mg/L，COD浓度<1500mg/L，完成整套系统对于中晚期垃圾渗滤液的除碳脱氮过程。
作为上述方案的进一步优化，在上述步骤2)还包括在厌氧氨氧化段设置温度传感器，当温度高于35℃时，复合一体化厌氧氨氧化反应器温控系统将报警，同时加热棒将自动断电。
作为上述方案的进一步优化，上述步骤3)还包括运行时维持COD浓度<1500mg/L，当出水COD浓度大于1500mg/L或好氧除有机物格室的最后一个格室内COD浓度高于2000mg/L时，通过首先通过增加除有机物段曝气量来提高异养菌对COD的去除量;若增加曝气量不能明显使除有机物段末端COD浓度降低，则同时增加除有机物段曝气量和减少进水量，调高水力停留时间来降低出水COD浓度;维持出水氨氮浓度<70mg/L,当出水氨氮浓度大于70mg/L时通过减少进水量，调高水力停留时间来降低出水氨氮浓度。
本发明的一种用于中晚期垃圾渗滤液除碳脱氮装置及其处理方法与现有技术相比，具有以下优点：
(1)利用复合式一体化厌氧氨氧化反应实现了氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的分离生长，氨氧化菌主要存在于絮体污泥中，而厌氧氨氧化菌主要在固定填料上生长，从而将两种菌控制在不同的污泥龄，有利于系统的稳定和工艺的调控。
(2)在连续流反应器中，通过自养与异养脱氮相结合实现中晚期垃圾渗滤液的高效深度脱氮，同时在低氧曝气的一体化厌氧氨氧化格室中，实现了同步反硝化厌氧氨氧化，提高了总氮去除率;
(3)短程硝化-厌氧氨氧化联合工艺相比传统硝化反硝化工艺，氧气的需求量减少60%，外加碳源量减少100%，污泥产量和N2O释放量均得到了减少;
(4)进一步去除残余可降解有机物与一体化厌氧氨氧化反应在同一反应器中实现，减少了沉淀池的设置，节省了占地面积;
(5)出水回流至UASB反应器中进行产甲烷反硝化作用，弥补了厌氧氨氧化脱氮限值85%，充分利用原水中的碳源，同时将进水中COD去除，减少甲醇投加量。