申请日2008.11.21
公开(公告)日2009.05.06
IPC分类号C02F3/30
摘要
缺氧/厌氧UASB-SBR垃圾渗滤液短程生物脱氮方法与装置属于污水生物处理技术领域。采用缺氧/厌氧UASB-SBR生化系统通过短程生物脱氮实现垃圾渗滤液内有机物及氮的同步、深度去除。采取SBR硝化液回流的方式，对原渗滤液既有一定的稀释作用，又可使富含NO2--N的硝化液借助原水中丰富的有机碳源进行反硝化，因此在同一UASB反应器内实现反硝化(缺氧反应)和产甲烷(厌氧反应)两种作用，获得了94.4%以上的有机物去除率和高于99.5%的反硝化率，实现了生物脱氮和去除有机物的双重目的。SBR反应器获得了99.5%以上的硝化率和反硝化率，出水总氮低于20mg/L，获得了深度脱氮。此外，以pH，ORP，DO作为SBR系统生物脱氮过程的控制参数，能够准确监测SBR反应器的硝化、反硝化终点，节省了运行费用。
翻译権利要求書
1.一种缺氧/厌氧UASB-SBR垃圾渗滤液短程生物脱氮装置，其特征在于：
由一体化水箱、缺氧/厌氧UASB反应器、中间水箱、SBR反应器串联组 成;缺氧/厌氧UASB反应器设有内循环回流管;
在SBR反应器与SBR硝化液回流区连接有SBR硝化液回流管;
一体化水箱中的原渗滤液区，SBR硝化液回流区分别通过缺氧/厌氧 UASB渗滤液进水管和缺氧/厌氧UASB硝化液进水管与缺氧/厌氧UASB反应 器底部进水口连通，缺氧/厌氧UASB反应器内置三相分离器，顶部设有排气 阀、排气管与外置的碱液吸收瓶连通，碱液瓶吸收瓶与气体流量计连接;缺 氧/厌氧UASB内循环出水阀通过缺氧/厌氧UASB内循环水管与底部进水口连 通，缺氧/厌氧UASB出水管连通中间水箱;SBR反应器通过SBR进水管连 通中间水箱，SBR反应器内设有空气扩散装置和机械搅拌装置;SBR反应器 通过SBR硝化液回流管与SBR硝化液回流区通连通。
2.应用权利要求1所述装置进行缺氧/厌氧UASB-SBR垃圾渗滤液短程生 物脱氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)渗滤液从一体化水箱通过缺氧/厌氧UASB渗滤液进水泵与回流的 SBR硝化液上清液;渗滤液进水泵与回流的SBR硝化液上清液回流体积比3： 1;通过缺氧/厌氧UASB硝化液进水泵一起被泵入缺氧/厌氧UASB反应器， 反应器内的反硝化菌和厌氧产甲烷菌充分利用进水中丰富的有机物，进行缺 氧反硝化和厌氧产甲烷反应，反硝化菌利用进水中丰富的有机碳源将SBR硝 化液回流水中的NO2 --N还原为N2，完成氮的去除;同时上述缺氧/厌氧UASB 反应器内产甲烷菌将有机物氧化成CH4，H2O和CO2，从而实现有机物的去除;
(2)缺氧/厌氧UASB反应器的出水依靠重力流向中间水箱;
(3)中间水箱内的水借助SBR进水泵的作用，进入SBR反应器，进水 完成后，开启空气压缩机，空气通过气体管、气体流量计和空气扩散装置向 SBR反应器的微生物提供呼吸作用所需要的氧气，首先在异养菌的呼吸作用 下，可深度去除水中残余有机物，同时自养硝化菌以NH4 +-N为电子供体，氧 气为电子受体，将NH4 +-N氧化为NO2 --N，实现了氨氮的去除，
(4)上述SBR反应器硝化结束时，静止沉淀30～60分钟后，启动SBR 硝化液回流泵，将硝化液通过SBR硝化液回流管回流至SBR硝化液回流区， 然后借助于缺氧/厌氧UASB硝化液进水泵进入缺氧/厌氧UASB反应器进行反 硝化;
(5)上述SBR硝化液回流完成时，向反应器内投加碳源作为电子供体， 使COD/NO2 --N控制在3.5，启动机械搅拌装置，将混合液内的电子受体NO2 --N 完还原成氮气N2，从而完成了氮深度去除;
(6)上述SBR反硝化完成后，停止机械搅拌装置，使SBR反应器内的泥 水混合液静止沉淀30～60分钟，进行泥水分离，上清液通过SBR排水阀直接排 出。
说明书
缺氧/厌氧UASB-SBR垃圾渗滤液短程生物脱氮方法与装置
技术领域
本发明涉及一种污水生物处理方法与装置，特别是一种高氨氮、高有机 物的有机工业废水生物脱氮、去除有机物的污水处理方法与装置。
背景技术
城市垃圾渗滤液是一种成份非常复杂的高浓度有机废水，其中高氨氮和 高有机物是其重要的水质特征。此外，渗滤液呈黑褐色，强烈的刺激性以及 大量的无机化合物均为渗滤液的处理带来困难。由于生物脱氮可实现真正意 义的氮去除，而非“污染转嫁”，因此生物法是处理垃圾渗滤液最经济、有效及 应用最广泛的方法。与好氧生物法相比而言，厌氧生物法在处理高浓度有机 废水方面具有能耗低，污泥产量少，有机负荷高及产生可利用资源(沼气) 等优势，因此可选择厌氧生物法作为垃圾渗滤液的预处理工艺。
此外，由于垃圾渗滤液氨氮含量高、水质十分复杂并且随填埋时间的变 化而变化，早期渗滤液氨氮和COD均很高，晚期渗滤液氨氮含量增高，但 COD浓度大幅度降低，导致碳氮比失调。使其与城市污水等其它废水相比有 自己显著的特点。高氨氮废水的脱氮问题一直是国内外研究的重点和难点， 以往垃圾处理所产生的渗滤液主要依靠地下水层来净化，但随着时间的延长 和地址构造对污染物的去除容量的有限性，渗滤液会对地下水、地表水及垃 圾填埋场周围环境造成污染，使地表水缺氧、水质恶化、富营养化，威胁饮 用水和工农业用水水源，使地下水质污染而丧失利用价值。同时，有机污染 物进入食物链将直接威胁人类健康。垃圾渗滤液作为一种高浓度、多组分、 易变化的污水，其难于处理的主要原因在于其特殊的水质特点，这就决定了 常规的污水处理方法并不可行。鉴于上述原因，建立一种适合垃圾渗滤液水 质特点的污水处理方法和装置是十分必要，具有重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种垃圾渗滤液短程生物脱氮方法与装置，解 决高氨氮垃圾渗滤液难于生物处理的技术问题;并解决高浓度有机废水深度 脱氮、深度去除有机物的问题。
本发明的技术方案，缺氧/厌氧UASB-SBR垃圾渗滤液短程生物脱氮方法 与装置，其特征在于：
这种缺氧/厌氧UASB-SBR垃圾渗滤液短程生物脱氮方法，其特征在于， 包括以下步骤：
(1)渗滤液从一体化水箱通过缺氧/厌氧UASB渗滤液进水泵与回流的 SBR硝化液上清液(回流体积比3：1)通过缺氧/厌氧UASB硝化液进水泵一 起被泵入缺氧/厌氧UASB反应器，反应器内的反硝化菌和厌氧产甲烷菌充分 利用进水中丰富的有机物，进行缺氧反硝化和厌氧产甲烷反应，反硝化菌利 用进水中丰富的有机碳源将SBR硝化液回流水中的NO2 --N还原为N2，完成 氮的去除。同时上述缺氧/厌氧UASB反应器内产甲烷菌将有机物氧化成 CH4，H2O和CO2，从而实现有机物的去除。
(2)缺氧/厌氧UASB反应器的出水依靠重力流向中间水箱。
(3)中间水箱内的水借助SBR进水泵的作用，进入SBR反应器，进水 完成后，开启空气压缩机，空气通过气体管、气体流量计和空气扩散装置向 SBR反应器的微生物提供呼吸作用所需要的氧气，首先在异养菌的呼吸作用 下，可深度去除水中残余有机物，同时自养硝化菌以NH4 +-N为电子供体，氧 气为电子受体，将NH4 +-N氧化为NO2 --N，实现了氨氮的去除，
(4)上述SBR反应器硝化结束时，静止沉淀30～60分钟后，启动SBR 硝化液回流泵，将硝化液通过SBR硝化液回流管回流至SBR硝化液回流区， 然后借助于缺氧/厌氧UASB硝化液进水泵进入缺氧/厌氧UASB反应器进行反 硝化;
(5)上述SBR硝化液回流完成时，向反应器内投加碳源作为电子供体， 使COD/NO2 --N控制在3.5，启动机械搅拌装置，将混合液内的电子受体NO2 --N 完还原成氮气N2，从而完成了氮深度去除。
(6)上述SBR反硝化完成后，停止机械搅拌装置，使SBR反应器内的泥 水混合液静止沉淀30～60分钟，进行泥水分离，上清液通过SBR排水阀直接排 出。
这种缺氧/厌氧UASB-SBR垃圾渗滤液短程生物脱氮装置，其特征在于：
由一体化水箱、缺氧/厌氧UASB反应器、中间水箱、SBR反应器串联组 成;
缺氧/厌氧UASB反应器设有内循环回流管;
在SBR反应器与SBR硝化液回流区连接有SBR硝化液回流管;
一体化水箱中的原渗滤液区，SBR硝化液回流区分别通过缺氧/厌氧 UASB渗滤液进水管和缺氧/厌氧UASB硝化液进水管与缺氧/厌氧UASB反应 器底部进水口连通，缺氧/厌氧UASB反应器内置三相分离器，顶部设有排气 阀、排气管与外置的碱液吸收瓶连通，碱液瓶吸收瓶与气体流量计连接。缺 氧/厌氧UASB内循环出水阀通过缺氧/厌氧UASB内循环水管与底部进水口连 通，缺氧/厌氧UASB出水管连通中间水箱。SBR反应器通过SBR进水管连 通中间水箱，SBR反应器内设有空气扩散装置和机械搅拌装置。SBR反应器 通过SBR硝化液回流管与SBR硝化液回流区通连通。
本发明缺氧/厌氧UASB-SBR垃圾渗滤液短程生物脱氮工艺的机理：首 先，在同一UASB反应器内实现反硝化(缺氧反应)和产甲烷(厌氧反应) 两种作用，实现了生物脱氮和去除有机物的双重目的，因此将其称之为缺氧/ 厌氧UASB反应器。反硝化作用是指反硝化菌以进水中的有机物为电子供体， 以NO2 --N为电子受体，将NO2 --N还原为氮气的生化反应过程。厌氧产甲烷 作用是指产甲烷菌在厌氧条件下，将进水中的有机物氧化CH4，H2O和CO2 的生化反应过程，从而实现有机物的去除。缺氧/厌氧UASB反应器出水中有 机物在SBR反应器通过好氧微生物的呼吸作用，将有机物氧化成H2O和CO2， 从而实现有机物的进一步去除。
对于渗滤液内高浓度氨氮，由于SBR硝化液回流的稀释作用，缺氧/厌氧 UASB反应器的进水浓度较原液实现了一定程度的降低，然后借助于SBR反 应器的短程硝化反硝化实现氮真正去除。短程硝化反硝化包括硝化和反硝化 两个步骤，硝化是指在好氧条件下，氨氧化菌将NH4 +-N氧化成亚硝态氮 NO2 --N的过程。反硝化是指在缺氧条件下，异养反硝化菌以有机物为电子供 体，以NO2 --N为电子受体，将NO2 --N还原为氮气的过程。
有益效果：
本发明以城市生活垃圾渗滤液为处理对象，在保证出水水质的前提下， 主要解决高氨氮垃圾渗滤液难于生物处理的技术问题;并解决高浓度有机废 水深度脱氮、深度去除有机物的问题;还解决方便实验应用和控制技术参数 的问题。采用UASB反应器处理高浓度废水中的有机物，具有能耗低，污泥 产量少，负荷高等优点，因而可避免直接采用好氧生物法处理造成的能耗大， 剩余污泥量大等弊端。此外，采用SBR工艺作为氮去除的主要构筑物，充分 利用了SBR法具有工艺简单，节省费用;理想的推流过程生化反应推动力大、 效率高;运行方式灵活，脱氮除磷效果好;防止污泥膨胀和耐冲击负荷、处 理效率高等优点。
本缺氧/厌氧UASB-SBR垃圾渗滤液短程生物脱氮工艺，具有以下优点：
本发明中，在同一反应器内实现反硝化和产甲烷两种生化反应，实现了 渗滤液内有机物和氮的同步、深度去除。在缺氧/厌氧UASB反应器内，获得 了94.4%以上的有机物去除率和高于99.5%的反硝化率。
本发明中，采取SBR硝化液回流的方式，对原渗滤液既有一定的稀释作 用，又可使富含NO2 --N的硝化液借助原水中丰富的有机碳源进行反硝化，实 现“以废治废”的废水处理理念，从而获得了生物脱氮及降解有机物的双重目 的。
本发明中，在SBR反应器的缺氧段，按COD/NO2 --N=3.5的比例投加碳 源，使系统出水总氮低于20mg/L，获得了深度脱氮。
在本发明中，在缺氧/厌氧UASB反应器内进行反硝化作用可产生大量的 碱度，将这些碱度回用于后续SBR硝化过程，即可保证硝化作用的顺利完成， 又大大节省了SBR硝化阶段的投碱量。
本发明中，采用pH，ORP，DO作为SBR系统生物脱氮过程控制参 数。整个生物脱氮过程中，系统内三氮(NH4 +-N，NO3 --N，NO2 --N)的变化 规律与pH，ORP，DO的变化具有很好的相关性，硝化过程中，由于生化系 统内产生H+，系统内pH值逐渐降低，硝化结束时降至最低，ORP，DO值则 出现突越。反硝化过程中，由于系统内产生碱度，pH值逐渐升高，ORP逐渐 降低，反硝化结束时pH达到最大值并出现拐点，ORP逐渐降低也出现拐点。 因此，当pH值降至最低点和升至最高点时，分别指示硝化和反硝化反应结束， 可立即停止曝气和缺氧搅拌，从而有效地防止了过曝气和过搅拌带来的能耗， 节省了运行费用。