申请日2015.05.25
公开(公告)日2015.08.26
IPC分类号C02F9/14
摘要
上流式厌氧污泥床+缺氧/好氧+厌氧氨氧化反应器工艺处理晚期垃圾渗滤液深度脱氮的方法属于生物脱氮领域。晚期垃圾渗滤液处理中存在如下难题:由于氨氮含量高，易使出水总氮不达标;经常需外加碳源，继而使得垃圾渗滤液处理成本大幅度上升。本发明采用UASB+缺氧/好氧(A/O)+厌氧氨氧化反应器(ANAOR)组合工艺处理晚期垃圾渗滤液，强化其生物处理技术，最大限度的降低渗滤液处理成本。通过短程硝化-厌氧氨氧化耦合，在不外加碳源的条件下，增强其氨氮和总氮的去除效果和去除效率，解决晚期渗滤液出水氨氮、总氮不达标问题。本发明可广泛应用于高氨氮污水的处理，适用于各城市垃圾填埋场特别是填埋时间超过5年的晚期垃圾渗滤液的处理。
权利要求书
1.上流式厌氧污泥床+缺氧/好氧+厌氧氨氧化反应器工艺处理晚期垃圾渗滤液深度脱氮的装置，其特征在于：
包括一体化水箱(Ⅰ)、UASB(Ⅱ)、A/O反应器(Ⅲ)、二沉池(Ⅳ)、中间水箱(Ⅴ)和ANAOR(Ⅵ);
原水格室(1)通过UASB(Ⅱ)进水泵(3)及UASB(Ⅱ)原渗滤液进水管(4)连接到混合管(5);在UASB(Ⅱ)原渗滤液进水泵(3)前设有止回阀(2);A/O反应器(III)出水管连接二沉池(IV)后通过硝化液回流泵(20)和硝化液回流管(9)连接到混合管(5);混合管(5)与UASB(Ⅱ)底部相连;在混合管(5)后设有止回阀(6);UASB(Ⅱ)硝化液进水泵(20)前设有阀门(21);
UASB(Ⅱ)内设有UASB(Ⅱ)三相分离器(11);UASB(Ⅱ)顶部设有一级UASB(Ⅱ)出水管(12)，与A/O反应器(Ⅲ)底部进水口连接，出水管上部连接一个UASB(Ⅱ)内循环管(10)，UASB(Ⅱ)内循环泵(8)通过UASB(Ⅱ)内循环管(10)与UASB(Ⅱ)底部进水口相连;内循环泵(8)前设有止回阀(7);
A/O反应器(Ⅲ)分为缺氧段和好氧段，缺氧段设有A/O反应器(Ⅲ)机械搅拌装置(13)，好氧段与A/O反应器(Ⅲ)气泵(15)通过A/O反应器(Ⅲ)供气管(17)相连，每格均设有曝气头(16)，曝气头(16)与供气管(17)相连;A/O反应器(Ⅲ)设有A/O反应器(Ⅲ)出水管(18)，A/O反应器(Ⅲ)出水管(18)与二沉池(IV)相连，缺氧段通过污泥回流泵(19)和污泥回流管(14)与二沉池(IV)的底部相连;
二沉池(IV)上部设有二沉池(IV)出水管(22)，该管通过中间水箱(V)进水泵(24)和中间水箱(V)进水管(22)与中间水箱(V)下部相连，在中间水箱(V)进水泵(24)前设有控制阀;
中间水箱(V)上部通过出水管(25)与ANAOR反应器(VI)底部进水口相连，通过中间水箱(V)出水管(25)通过ANAOR反应器(VI)进水泵(27)与ANAOR反应器(VI)底部进水口相连;
ANAOR反应器(VI)通过进水泵(27)通过进水管(25)与中间水箱(V)相连，ANAOR反应器(VI)通过进水泵(27)前设有控制阀;ANAOR反应器(VI)内设有三相分离器(33)，ANAOR反应器(VI)顶部设有ANAOR反应器(VI)出水管(34)，出水管上部连接一根ANAOR反应器(VI)内循环管(32)，ANAOR反应器 (VI)内循环泵(31)通过ANAOR反应器(VI)内循环管(32)与ANAOR反应器(VI)底部进水口相连;ANAOR反应器(VI)底部设有控制阀。
2.应用如权利要求1所述装置处理晚期垃圾渗滤液深度脱氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1.)渗滤液从一体化水箱(Ⅰ)由原水格室(1)通过UASB(Ⅱ)进水泵(3)及UASB(Ⅱ)原渗滤液进水管(4)进入到一级UASB(Ⅱ)，与此同时，一部分A/O反应器(III)出水经过二沉池(IV)后通过硝化液回流管(9)被硝化液回流泵(20)泵入到UASB(Ⅱ);同时，启动UASB(Ⅱ)内循环泵(8);其中进入到UASB(Ⅱ)的原渗滤液与回流的硝化液体积比在1：1～1：4;UASB(Ⅱ)的水力停留时间(HRT)控制在1.38d～2.76d;
2.)UASB(Ⅱ)出水进入A/O反应器(III)缺氧段，启动A/O反应器(III)机械搅拌装置(13)，同时，二沉池(IV)的污泥通过污泥回流泵(19)回流到A/O反应器(III)缺氧段，回流体积100～500%，回流污泥中的亚硝态氮与硝态氮在此进行反硝化;在A/O反应器(III)好氧段，开启A/O反应器(III)气泵(15)，通过A/O反应器(III)气泵(15)，空气进入A/O反应器(III)供气管(17)、和A/O反应器(III)曝气头(16)，为A/O反应器(III)中的微生物提供所需氧气，A/O反应器(III)的溶解氧(DO)控制在0.3～1mg/L，A/O反应器(III)的HRT为0.17d～5d;
3.)A/O反应器(III)出水通过A/O反应器(III)出水管(18)流入到二沉池(IV)，在二沉池(IV)进行泥水分离，分离结束后，开启污泥回流泵(19)，通过污泥回流管(14)回流到A/O反应器(III)的缺氧段;二沉池(IV)出水一部分通过回流管(9)回流到UASB(Ⅱ)底部，其中回流的硝化液即部分二沉池(IV)的出水与原渗滤液体积比为1：1～4：1;其余二沉池(IV)出水通过二沉池出水管(22)流入到中间水箱(V)，在中间水箱进行水质调节，使水质满足厌氧氨氧化反应所需的氨氮和亚硝态氮的质量浓度比(1:1.32～1:4.5);之后，通过中间水箱出水管(23)流入到ANAOR反应器(VI)中,二沉池(IV)的HRT为3.33d～6.67d，中间水箱(V)的HRT为8.33d～16.67d;
4.)中间水箱(V)出水进入到ANAOR反应器(VI)中，同时启动ANAOR反应器(VI)内循环泵(31)，在ANAOR反应器(VI)中通过厌 氧氨氧化反应去除残余氨氮和硝化产生的亚硝态氮和硝态氮，ANAOR反应器(VI)的HRT为0.70d～1.42d;最终出水通过出水管(34)排放。
说明书
上流式厌氧污泥床+缺氧/好氧+厌氧氨氧化反应器工艺处理晚期垃圾渗滤液深度脱氮的方法
技术领域
本发明涉及一种处理晚期垃圾渗滤液深度脱氮方法，属于短程硝化-厌氧 氨氧化工艺城市生活垃圾渗滤液生物脱氮技术领域，适用于晚期垃圾渗滤液 深度处理。通过短程硝化-厌氧氨氧化深度处理实际城市生活晚期垃圾渗滤 液，实现氨氮和总氮的深度去除，从而解决晚期垃圾渗滤液生物处理出水总 氮不达标，投加碳源成本高的问题。
背景技术
卫生填埋是发展中国家常用的垃圾处理方式，但垃圾卫生填埋以后,会产 生大量的渗滤液。垃圾渗滤液是水质水量变化大、有机物和氨氮浓度高、成 分复杂的一类难处理污水。其水质会随填埋时间而出现很大变化,通常将填埋 时间在5年以上的填埋场产生的渗滤液称为晚期渗滤液，而这类渗滤液尤其难 处理。其可生化性差,氨氮含量通常都大于2500mg/L,COD在3000mg/L以下 也以难生物降解的有机物为主，C/N极低通常小于3，非常不利于有机物降解 和生物脱氮反应的进行。较低的C/N不但对常规生物处理有较强的抑制，而且 也会因为有机碳的缺乏难以进行有效的反硝化。
垃圾渗滤液的处理目前运用较多的是生物法。如SBR(Sequencing batch reactor,间歇式活性污泥法)工艺，UASB(up-flow anaerobic sludge blanket,上 流式厌氧污泥床)工艺，Anammox(厌氧氨氧化)工艺，厌氧-好氧工艺，人工湿 地等，都是以生物法为主。然而晚期渗滤液中有机物大多难降解，氨氮含量 高，故如何有效去除高氨氮和反硝化碳源缺乏是其生物处理的关键所在。现 有的处理工艺通常需外加碳源解决反硝化碳源缺乏问题，同时生化处理后还 需通过“超滤+反渗透”双膜法实现COD的达标排放，建设和处理费用高， 总氮去除率不高，很难实现大规模工程化应用。
短程硝化反硝化是解决渗滤液生物脱氮的有效途径之一。众所周知，与 全程硝化反硝化脱氮相比，短程硝化反硝化具有非常明显的优点：在硝化阶 段可节约25%的曝气量;反硝化可减少40%的碳源;污泥产量减少50%;反 应器容积减少30%～40%。因此，短程硝化是节能降耗的工艺。有研究表明， 控制反应器内的温度、pH值、游离氨(FA)、游离亚硝酸(FNA)、溶解氧(DO) 浓度等可实现体系内的亚硝态氮积累，继而实现短程硝化。晚期垃圾渗滤液 氨氮浓度高，游离氨和游离亚硝酸都不低，在适宜的温度和溶解氧的条件下， 易于实现短程硝化。
厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation，ANAMMOX)是一种完全 自养的生物氮素转化过程，相比于传统脱氮工艺，无需外加碳源、节约50% 的动力消耗。因此，若能将厌氧氨氧化工艺应用到C/N低的晚期垃圾渗滤液 的处理上将解决反硝化碳源缺乏问题。而要实现厌氧氨氧化需满足较长的污 泥龄;反应器内可降解的COD很少;反应器内存在一定量的亚硝态氮。而我 们前期研究发现，垃圾渗滤液在控制FA、pH和溶解氧(DO)等条件下较容 易实现短程硝化。晚期垃圾渗滤液可降解的COD不多，且厌氧反应器(UASB) 污泥生长慢，有比较厂的污泥龄。因此，可以采用UASB实现垃圾渗滤液的 厌氧氨氧化。然而，在已有的厌氧氨氧化的研究中大多采用模拟污水，用实 际垃圾渗滤液研究的很少;同时也基本上都是用单一反应器，反应条件控制 严格，不利于该工艺的工程应用。
本工艺采用“UASB+缺氧/好氧(A/O)+厌氧氨氧化反应器(ANAOR)”实 现短程硝化-厌氧氨氧化耦合技术处理城市生活晚期垃圾渗滤液，完全依靠生 物处理，降低了处理成本，简化了处理工艺。
因此，基于以上研究背景，本工艺以北京某垃圾填埋场产生的晚期垃圾 渗滤液为研究对象，拟采用一级UASB(UASB1)-A/O-厌氧氨氧化反应器 AUASB(UASB2)。前端UASB1-A/O工艺降解COD，A/O反应器中实现短程 硝化，后续厌氧氨氧化反应器AUASB经厌氧氨氧化深度脱氮。通过出水硝化 液回流到一级UASB,设置不同的回流比，考餐最佳的工艺运行条件，以期通 过短程硝化和厌氧氨氧化，在未对系统内投加碳源的情况下，实现氨氮和总 氮的同步、深度去除。
发明内容
现有的晚期垃圾渗滤液处理中存在如下难题:由于氨氮含量高，易使出 水总氮不达标;硝化和反硝化是氮脱除的主要方式，但晚期垃圾渗滤液经常 因为缺乏碳源而使反硝化不彻底;为了补充碳源，经常需外加碳源，继而使 得垃圾渗滤液处理成本大幅度上升。因此目前需要一整套经济有效的工艺处 理垃圾渗滤液，特别是C/N低的晚期垃圾渗滤液。
本发明的目的就是针对现有晚期垃圾渗滤液处理的技术问题主要是生物 脱氮技术存在的问题和目前的晚期垃圾渗滤液处理现状，采用UASB+缺氧/ 好氧(A/O)+厌氧氨氧化反应器(ANAOR)组合工艺处理晚期垃圾渗滤液，强化 其生物处理技术，最大限度的降低渗滤液处理成本。通过短程硝化-厌氧氨氧 化耦合，在不外加碳源的条件下，增强其氨氮和总氮的去除效果和去除效率， 解决晚期渗滤液出水氨氮、总氮不达标问题。
本发明可广泛应用于高氨氮污水的处理，特别适用于各城市垃圾填埋场 特别是填埋时间超过5年的晚期垃圾渗滤液的处理。
本发明的技术方案：
本发明设计的UASB+缺氧/好氧(A/O)+厌氧氨氧化反应器(ANAOR)处理 晚期城垃圾渗滤液的装置，其特征在于：
包括一体化水箱(Ⅰ)、UASB(Ⅱ)、A/O反应器(Ⅲ)、二沉池(Ⅳ)、 中间水箱(Ⅴ)和ANAOR(Ⅵ);
原水格室(1)通过UASB(Ⅱ)进水泵(3)及UASB(Ⅱ)原渗滤液进水管 (4)连接到混合管(5);在UASB(Ⅱ)原渗滤液进水泵(3)前设有止回阀(2); A/O反应器(III)出水管连接二沉池(IV)后通过硝化液回流泵(20)和硝化液 回流管(9)连接到混合管(5);混合管(5)与UASB(Ⅱ)底部相连;在混 合管(5)后设有止回阀(6);UASB(Ⅱ)硝化液进水泵(20)前设有阀门(21);
UASB(Ⅱ)内设有UASB(Ⅱ)三相分离器(11);UASB(Ⅱ)顶部设 有一级UASB(Ⅱ)出水管(12)，与A/O反应器(Ⅲ)底部进水口连接，出水管上 部连接一个UASB(Ⅱ)内循环管(10)，UASB(Ⅱ)内循环泵(8)通过UASB(Ⅱ) 内循环管(10)与UASB(Ⅱ)底部进水口相连;内循环泵(8)前设有止回阀(7);
A/O反应器(Ⅲ)分为缺氧段和好氧段，缺氧段设有A/O反应器(Ⅲ)机械搅 拌装置(13)，好氧段与A/O反应器(Ⅲ)气泵(15)通过A/O反应器(Ⅲ)供气 管(17)相连，每格均设有曝气头(16)，曝气头(16)与供气管(17)相 连;A/O反应器(Ⅲ)设有A/O反应器(Ⅲ)出水管(18)，A/O反应器(Ⅲ)出水管(18) 与二沉池(IV)相连，缺氧段通过污泥回流泵(19)和污泥回流管(14)与二沉 池(IV)的底部相连;
二沉池(IV)上部设有二沉池(IV)出水管(22)，该管通过中间水箱 (V)进水泵(24)和中间水箱(V)进水管(22)与中间水箱(V)下部相连， 在中间水箱(V)进水泵(24)前设有控制阀;
中间水箱(V)上部通过出水管(25)与ANAOR反应器(VI)底部进水 口相连，通过中间水箱(V)出水管(25)通过ANAOR反应器(VI)进水泵 (27)与ANAOR反应器(VI)底部进水口相连;
ANAOR反应器(VI)通过进水泵(27)通过进水管(25)与中间水箱(V) 相连，ANAOR反应器(VI)通过进水泵(27)前设有控制阀;ANAOR反应 器(VI)内设有三相分离器(33)，ANAOR反应器(VI)顶部设有ANAOR反 应器(VI)出水管(34)，出水管上部连接一根ANAOR反应器(VI)内循 环管(32)，ANAOR反应器(VI)内循环泵(31)通过ANAOR反应器(VI) 内循环管(32)与ANAOR反应器(VI)底部进水口相连;ANAOR反应器(VI) 底部设有控制阀。
本发明设计的UASB+缺氧/好氧(A/O)+厌氧氨氧化反应器(ANAOR)处 理城市生活晚期垃圾渗滤液的方法，其特征在于，包括以下步骤：
⒈)渗滤液从一体化水箱(Ⅰ)由原水格室(1)通过UASB(Ⅱ)进水泵 (3)及UASB(Ⅱ)原渗滤液进水管(4)进入到一级UASB(Ⅱ)，与此同时， 一部分A/O反应器(III)出水经过二沉池(IV)后通过硝化液回流管(9)被硝 化液回流泵(20)泵入到UASB(Ⅱ);同时，启动UASB(Ⅱ)内循环泵(8); 其中进入到UASB(Ⅱ)的原渗滤液与回流的硝化液体积比在1：1～1：4;UASB (Ⅱ)的水力停留时间(HRT)控制在1.38d～2.76d;
2.)UASB(Ⅱ)出水进入A/O反应器(III)缺氧段，启动A/O反应器(III)机械 搅拌装置(13)，同时，二沉池(IV)的污泥通过污泥回流泵(19)回流到A/O反应 器(III)缺氧段，回流体积100～500%，回流污泥中的亚硝态氮与硝态氮在 此进行反硝化;在A/O反应器(III)好氧段，开启A/O反应器(III)气泵(15)， 通过A/O反应器(III)气泵(15)，空气进入A/O反应器(III)供气管(17)、和 A/O反应器(III)曝气头(16)，为A/O反应器(III)中的微生物提供所需氧气， A/O反应器(III)的溶解氧(DO)控制在0.3～1mg/L，A/O反应器(III)的HRT 为0.17d～5d;
3.)A/O反应器(III)出水通过A/O反应器(III)出水管(18)流入到二沉 池(IV)，在二沉池(IV)进行泥水分离，分离结束后，开启污泥回流泵(19)， 通过污泥回流管(14)回流到A/O反应器(III)的缺氧段;二沉池(IV)出水一部 分通过回流管(9)回流到UASB(Ⅱ)底部，其中回流的硝化液即部分二沉池 (IV)的出水与原渗滤液体积比为1：1～4：1;其余二沉池(IV)出水通过二沉池 出水管(22)流入到中间水箱(V)，在中间水箱进行水质调节，使水质满足厌 氧氨氧化反应所需的氨氮和亚硝态氮的质量浓度比(1:1.32～1:4.5);之后， 通过中间水箱出水管(23)流入到ANAOR反应器(VI)中,二沉池(IV)的HRT 为3.33d～6.67d，中间水箱(V)的HRT为8.33d～16.67d;
4.)中间水箱(V)出水进入到ANAOR反应器(VI)中，同时启动ANAOR反 应器(VI)内循环泵(31)，在ANAOR反应器(VI)中通过厌氧氨氧化反应去除残 余氨氮和硝化产生的亚硝态氮和硝态氮，ANAOR反应器(VI)的HRT为0.70 d～1.42d;最终出水通过出水管(34)排放。
在ANAOR反应器(VI)中，因为通过前端的UASB(Ⅱ)和A/O反应器(III) 去除了大部分的有机物，所以在ANAOR反应器(VI)中有机物已不对厌氧氨氧 化反应产生抑制，使得由中间水箱(V)进入到ANAOR反应器(VI)中的氨氮和 亚硝态氮可以进行充分的厌氧氨氧化反应，在不外加任何碳源的情况下去除 残余氨氮和硝化产生的亚硝态氮，最终出水通过出水管(34)达标排放。其最终 出水的氨氮浓度仅为1～16mg·L-1，达到90～99%的氨氮去除率;最终出水 的亚硝态氮与硝态氮浓度在1～15mg·L-1左右，总氮浓度为10～40mg·L-1。 因此，此工艺实现了高氨氮的生化去除，同时，在无外加碳源的情况下，得 到90～98%的总氮去除率，实现了总氮的经济高效去除，出水不超过40 mg·L-1即满足生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)中对总氮浓度 的要求。
技术原理
本发明UASB+缺氧/好氧(A/O)+厌氧氨氧化反应器(ANAOR)工艺处理垃 圾渗滤液短程硝化-厌氧氨氧化耦合生物脱氮工艺的机理：
晚期垃圾渗滤液C/N低，氨氮浓度高，可生化性差，生物脱氮时通常反 硝化碳源而需额外投加碳源，而短程硝化-厌氧氨氧化工艺可最大程度的节省 碳源，通过厌氧氨氧化反应器实现自养生物脱氮。试验用水从一体化水箱通 过UASB进水泵泵入到UASB，同时，部分A/O反应器出水流经二沉池后由 硝化液回流泵泵入到UASB中(回流体积比2：1)，回流硝化液中的NOX–‐N(亚硝态氮与硝态氮)利用系统进水中还可以利用的相对比较充足的有机碳 源进行反硝化。同时，在UASB中还通过产甲烷降解有机物，实现同步除碳 脱氮。经过UASB后，系统中的有机物得到大幅度降解，UASB出水中能被 利用的有机物已经很少了。UASB出水流入A/O反应器，在此，通过游离氨 (FA)和游离亚硝酸(FNA)的联合抑制实现短程硝化;同时，二沉池的污泥 回流到A/O工艺缺氧段，回流污泥中的NOX–‐N在此进行反硝化，但反硝化 因缺乏碳源而进行的程度不高，得到一定浓度的亚硝态氮积累;此外，硝化 反硝化相辅相成，反硝化程度不高必然影响硝化，所以A/O反应器中的硝化 不完全，存在一定的氨氮的积累，为后续的厌氧氨氧化反应创造条件。
A/O反应器出水流入二沉池，之后经中间水箱进行水质、水量的均质和调 节，其出水流入厌氧氨氧化反应器ANAOR。中间水箱主要是起到调节水质、水 量的作用。采用厌氧反应器(UASB)作为厌氧氨氧化反应器，污泥龄较长， 保证了ANAMMOX反应需较长污泥龄的条件。在ANAOR中，通过厌氧氨氧化去 除残余NH4+-N、NO2--N，同时伴随有系统内难降解物质在极端条件下被作为反 硝化碳源利用即伴随有反硝化现象发生，而通过一定程度的反硝化可以达到 深度脱氮的目的，减少了厌氧氨氧化产生的硝态氮，继而提高了总氮去除率。 在整个过程无外加碳源，继而实现了经济高效的脱除总氮的目的，大大的降 低了垃圾渗滤液处理成本。
本发明设计的UASB+缺氧/好氧(A/O)+厌氧氨氧化反应器(ANAOR, anammox reactor)工艺处理晚期垃圾渗滤液深度脱氮的方法与现有技术相比， 具有下列优点：
(1)在UASB内实现了同步除碳脱氮。通过二沉池出水部分回流到UASB 反应器反硝化，充分利用原水已有碳源，在除碳的同时实现脱氮，经济高效。
(2)通过双污泥回流系统，二沉池出水部分硝化液回流到UASB和二沉 池污泥回流到A/O反应器缺氧段，降低了A/O反应器中氮的浓度，减少了氮 对微生物的毒害作用。
(3)脱氮工艺采用短程硝化和厌氧氨氧化耦合，在A/O反应器中通过短 程硝化实现氨氮的转化，得到亚硝态氮，节省了供氧量25%;减少污泥生成 量。在厌氧氨氧化反应器(ANAOR)，通过厌氧氨氧化反应实现残余氨氮和硝 化产生的亚硝态氮同步深度去除，不需外加碳源，实现垃圾渗滤液的自养深 度脱氮。而这对于C/N比严重失调，因碳源不足不能彻底反硝化的晚期垃圾 渗滤液来说，实现晚期垃圾渗滤液处理的短程硝化-厌氧氨氧化将更有意义。
(4)通过在二沉池和厌氧氨氧化反应器(ANAOR)之间设置中间水箱，调 节了厌氧氨氧化反应器(ANAOR)进水的水质和水量，解决了厌氧氨氧化反应 器只能在单一反应器中进行厌氧氨氧化反应，抗冲击负荷差的问题，便于该 工艺的工程应用。
(5)该系统不仅实现了氨氮的经济、高效去除，而且，在无外加碳源的 情况下，还实现了总氮的经济、高效的去除，解决了大多垃圾渗滤液生物处 理工艺总氮不达标的问题。其出水总氮在10-40mg/L以下，氨氮在1-16mg/L 左右，完全达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)要求。
本发明可广泛应用于高氨氮污水或碳氮比低的工业污水的处理，特别适 用于垃圾填埋场处理晚期垃圾渗滤液。