零排放处理晚期垃圾渗滤液的装置与方法

　　申请日2018.10.16

　　公开(公告)日2019.02.15

　　IPC分类号C02F9/14; C02F101/16; C02F101/20; C02F101/30; C02F103/06

　　摘要

　　本发明涉及环境工程技术领域。目的是提供一种零排放处理晚期垃圾渗滤液的装置与方法，该装置和方法能够提高短程硝化‑厌氧氨氧化的整体反应效率，实现垃圾渗滤液的零排放处理，并能除去垃圾渗滤液中的磷、有机物和重金属离子。技术方案是：一种零排放处理晚期垃圾渗滤液的装置，其特征在于：包括调节池单元、短程硝化‑厌氧氨氧化一体反应器单元、碳化罐单元、反硝化池单元、螺旋藻‑硝化池单元、沉淀池、膜过滤系统单元和智能控制系统;所述短程硝化‑厌氧氨氧化一体反应器单元包括短程硝化池单元和厌氧氨氧化反应器单元;所述螺旋藻‑硝化池单元包括螺旋藻池单元和硝化池单元;所述膜过滤系统单元包括微滤器、纳滤器和超滤器。

　　权利要求书

　　1.一种零排放处理晚期垃圾渗滤液的装置，其特征在于：包括调节池单元(1)、短程硝化-厌氧氨氧化一体反应器单元(2)、碳化罐单元(3)、反硝化池单元(4)、螺旋藻-硝化池单元(5)、沉淀池(6)、膜过滤系统单元(7)和智能控制系统(8);所述短程硝化-厌氧氨氧化一体反应器单元包括短程硝化池单元和厌氧氨氧化反应器单元;所述螺旋藻-硝化池单元包括螺旋藻池单元和硝化池单元;所述膜过滤系统单元包括微滤器(7.1)、纳滤器(7.2)和超滤器(7.3);

　　所述调节池单元、短程硝化池单元、厌氧氨氧化反应器单元、碳化罐单元、反硝化池单元以及螺旋藻池单元依次通过管道连通;所述螺旋藻池单元通过进水孔(5.6)与硝化池单元连通;所述硝化池单元、沉淀池、微滤器、纳滤器以及超滤器依次通过管道连通后达标排放清水;所述微滤器、纳滤器和超滤器还分别通过管道与碳化罐连通以回流浓缩液;所述沉淀池的上部通过管道与碳化罐单元连通以回流硝酸盐;所述沉淀池的底部通过管道与调节池单元连通以回流污泥;所述管道上均设置有用于控制管道通断的进水阀和进水泵。

　　2.根据权利要求1所述的零排放处理晚期垃圾渗滤液的装置，其特征在于：所述调节池单元包括调节池(1.1)和伸入至调节池内部以均匀混合垃圾渗滤液的第一搅拌器(1.2);所述碳化罐单元包括碳化罐(3.1)和伸入至碳化罐内部的第三搅拌器(3.2);所述反硝化池单元包括反硝化池(4.1)和伸入至反硝化池内部的第四搅拌器(4.2);所述硝化池单元包括硝化池(5.4)和伸入至硝化池内部的第五搅拌器(5.5)。

　　3.根据权利要求2所述的零排放处理晚期垃圾渗滤液的装置，其特征在于：所述短程硝化池单元包括投加有硝化污泥颗粒的短程硝化池(2.1)、设置在短程硝化池底部的第二搅拌器(2.5)、安装在短程硝化池的内壁且设置有若干曝气孔以调节短程硝化池中溶解氧浓度的微孔曝气器(2.3)以及设置在短程硝化池中用于检测溶解氧浓度的DO测定仪(2.6)。

　　4.根据权利要求3所述的零排放处理晚期垃圾渗滤液的装置，其特征在于：所述厌氧氨氧化反应器单元包括内嵌于短程硝化池中且密封布置的厌氧氨氧化反应器(2.2)、安装在厌氧氨氧化反应器中且由搅拌电机(2.11)驱动的若干菌室搅拌桨(2.7)以及与厌氧氨氧化反应器相连通以收集处理过程中产生的氮气的气体收集器(2.8);所述菌室搅拌桨包括由钢板组成的外壳(2.9)、设置在外壳中且内部投加有厌氧氨氧化菌污泥颗粒的滤网(2.10)和安装在菌室搅拌桨中用于检测厌氧氨氧化菌活性的菌种活性检测仪(2.4);所述菌室搅拌桨外部设置有用于控制钢板打开或闭合的活动钢板控制器(2.12);所述菌室搅拌桨还连接有用于投放菌种活性恢复剂的投料存储装置(2.13);

　　所述菌种活性恢复剂包括培养活化好的厌氧氨氧化菌污泥颗粒、活性炭和Fe(NO3)2溶液，厌氧氨氧化菌污泥颗粒、活性炭和Fe(NO3)2溶液的重量比例为2:8:1，Fe(NO3)2溶液浓度为0.1mmol/L。

　　5.根据权利要求4所述的零排放处理晚期垃圾渗滤液的装置，其特征在于：所述碳化罐单元通过管道与厨余垃圾发酵液存储池(3.3)连通，以便为反硝化反应提供碳源。

　　6.根据权利要求5所述的零排放处理晚期垃圾渗滤液的装置，其特征在于：所述螺旋藻池单元包括分隔成若干格室的螺旋藻池(5.1)、固定在格室中的滤网架(5.3)、安装在滤网架上且内部投加有螺旋藻包埋颗粒的螺旋藻滤网(5.2);所述格室之间依次通过上下交错的进水孔(5.6)相连通;

　　所述螺旋藻包埋颗粒包括螺旋藻、活性炭、聚乙烯醇和海藻酸钠，螺旋藻、活性炭、聚乙烯醇和海藻酸钠的重量比例为1:1:3:6。

　　7.根据权利要求6所述的零排放处理晚期垃圾渗滤液的装置，其特征在于：所述进水泵、进水阀、第一搅拌器、第二搅拌器、第三搅拌器、第四搅拌器、第五搅拌器、微孔曝气器、DO测定仪、搅拌电机、菌种活性检测仪和活动钢板控制器分别与智能控制系统电连接;所述智能控制系统为计算机(8.1)或手机(8.2)。

　　8.根据权利要求7所述的零排放处理晚期垃圾渗滤液的装置，其特征在于：所述厌氧氨氧化反应器侧面和底面的内外层均设置有导热效果良好的石墨烯材料。

　　9.采用权利要求1所述的零排放处理晚期垃圾渗滤液的装置进行垃圾渗滤液处理的方法，其特征在于：包括以下步骤：

　　1)将垃圾渗滤液注入调节池，打开第一搅拌器将垃圾渗滤液混合均匀，控制水力停留时间为0.5～1天;

　　2)经步骤1)得到的垃圾渗滤液注入短程硝化池，打开第二搅拌器，使垃圾渗滤液与硝化污泥颗粒充分接触进行短程硝化反应，将垃圾渗滤液中的氨氮氧化为亚硝态氮;同时DO测定仪和微孔曝气器实时控制短程硝化池中的溶解氧浓度，其中垃圾渗滤液的氧气溶解度小于1.5mg/L时微孔曝气器启动;垃圾渗滤液的氧气溶解度大于1.5mg/L时微孔曝气器关闭，控制水力停留时间为0.6～0.8天，保证出水氨氮与亚硝态氮的质量浓度比为1:1.1～1:1.4;

　　3)经步骤2)得到的垃圾渗滤液注入厌氧氨氧化反应器，活动钢板控制器控制其中一个菌室搅拌桨的活动钢板打开，其余活动钢板均处于闭合状态;打开搅拌电机使菌室搅拌桨转动，使渗滤液与菌室搅拌桨的滤网中的厌氧氨氧化污泥颗粒充分接触并进行厌氧氨氧化反应，去除渗滤液中氨氮和亚硝态氮，控制水力停留时间为0.8～1.2天;所述菌室搅拌桨交替打开，每个菌室搅拌桨的打开时间为50天;所述菌种活性检测仪自动检测菌室搅拌桨中的厌氧氨氧化菌的活性，并通过投料存储装置自动投加菌种活性恢复剂;

　　4)经步骤3)得到的垃圾渗滤液注入碳化罐，同时厨余垃圾发酵液注入碳化罐中以提供碳源;厨余垃圾发酵液的注入量为厌氧氨氧化反应器注入碳化罐中的垃圾渗滤液容积的2%;打开第三搅拌器，控制水力停留时间为0.2～0.3天;

　　5)经步骤4)得到的垃圾渗滤液注入反硝化池，打开第四搅拌器，在外加碳源的作用下，垃圾渗滤液中剩余的硝态氮被还原为亚硝态氮，亚硝态氮被还原为氮气，同时厨余垃圾发酵液中的有机物分解氨化，控制水力停留时间为1～1.5天;

　　6)经步骤5)得到的垃圾渗滤液注入螺旋藻池，螺旋藻包埋颗粒对渗滤液中的磷、有机物及重金属离子进行清除，并释放出氧气，氧气随垃圾渗滤液注入硝化池;打开第五搅拌器，垃圾渗滤液在硝化池中进行硝化反应，使垃圾渗滤液中的氨氮被氧化为硝态氮和亚硝态氮，控制水力停留时间为0.6～0.9天;

　　7)经步骤6)得到的渗滤液注入沉淀池进行沉淀分离，使随垃圾渗滤液流出的污泥沉淀至沉淀池底部，控制水力停留时间为0.1～0.3天;

　　8)经步骤7)分离出的污泥回流至调节池继续使用，分离出的垃圾渗滤液一部分回流至碳化罐以便为反硝化反应提供硝态氮和亚硝态氮，另一部分依次流经微滤器、纳滤器和超滤器进行过滤并分别分离出浓缩液和清水;

　　9)经步骤8)分离出的浓缩液回流至碳化罐继续使用，清水则被排出。

　　10.根据权利要求9所述的零排放处理晚期垃圾渗滤液的方法，其特征在于：所述菌种活性恢复剂包括培养活化好的厌氧氨氧化菌污泥颗粒、活性炭和硝酸亚铁溶液，厌氧氨氧化菌污泥颗粒、活性炭和硝酸亚铁溶液的重量比例为2:8:1，硝酸亚铁溶液浓度为0.1mmol/L;所述螺旋藻包埋颗粒包括螺旋藻、活性炭、聚乙烯醇和海藻酸钠，螺旋藻、活性炭、聚乙烯醇和海藻酸钠的重量比例为1:1:3:6。

　　说明书

　　一种零排放处理晚期垃圾渗滤液的装置与方法

　　技术领域

　　本发明涉及环境工程技术领域，具体涉及一种零排放处理晚期垃圾渗滤液的装置与方法。

　　背景技术

　　垃圾渗滤液是指垃圾在填埋和堆放过程中自身降解、内部含有、地表径流进入、地下水渗入及其他形式产生的一种高浓度的有机废水。垃圾渗滤液中有机物浓度高且难降解、氨氮和重金属含量高、水质和水量变化大且有色有味。填埋10年以上的垃圾产生的滤液被划为晚期垃圾滤液，其特点为氨氮含量高，C/N(碳氮比)较低。国内卫生填埋是从上世纪90年代开始，目前国内大部分垃圾填埋场已处于晚期。因此，如何处理晚期垃圾渗滤液，减少其对地下水、河流以及生活用水的污染，已经成为污水治理领域的难题。

　　处理垃圾渗滤液常见工艺“预处理+A/O+膜处理”。A/O生物处理阶段通过硝化细菌和反硝化细菌作用实现。在硝化细菌作用下好氧段，NH3(NH4+)→NO2-→NO3-;含NO3-的硝化液回流至厌氧段，在反硝化细菌的作用下，NO3-→NO2-→N2。该工艺存在以下缺点：(1)硝化阶段需要曝气，消耗大量能源;(2)垃圾渗滤液中的C/N较低，脱氮效率只有10%，需要外加大量碳源以保证厌氧段反硝化作用的高效运行;(3)A/O阶段产生大量的活性污泥，容易堵塞过滤膜，减少过滤膜使用寿命。

　　与传统A/O工艺相比，在短程硝化-厌氧氨氧化工艺的好氧段，硝化细菌将氨氮转化为亚硝态氮，不再生成硝态氮，即NH3(NH4+)→NO2-;在厌氧环境下，厌氧氨氧化菌以氨氮为电子供体，以亚硝态氮为电子受体，将氨氮氧化成氮气，即NO2-→N2。短程硝化-反硝化工艺具有明显优势：(1)在硝化阶段可节省25%的需氧量，降低了能耗;(2)厌氧氨氧化阶段无需有机碳源的供应，降低成本;(3)厌氧氨氧化菌种生长缓慢慢，污泥产率低，节约污泥处理费用。

　　虽然短程硝化-厌氧氨氧化工艺具有上述优点，但是目前应用于垃圾渗滤液处理领域仍存在一些问题：(1)厌氧氨氧化菌种生长代谢缓慢，倍增时间长，因此工艺启动时间长;(2)厌氧氨氧化阶段，厌氧氨氧化反应产生N2，容易造成厌氧氨氧化污泥颗粒上浮，从而导致污泥颗粒携带菌种流失;(3)短程硝化阶段，硝化细菌的最适温度为25℃，在有氧条件下，硝化细菌的新陈代谢作用分解有机物，并释放能量，因此需要外加冷却塔来降温;(4)厌氧氨氧化阶段，厌氧氨氧化菌的最适温度为37℃，通常需要外接加热器来维持反应温度;环境温度的变化容易减弱菌种活性，延长反应时间;(5)厌氧氨氧化反应条件严格，需要以氨氮和亚硝态氮为直接基质(NH4+-N:NO2--N=1:1.32)，因此需要短程硝化提供稳定NO2-的来源;(6)菌种易受各类污染物的抑制，影响厌氧氨氧化菌的持留和扩增，同时降低其活性;(7)在实际的应用中，厌氧氨氧化阶段无法100%脱氨氮，且垃圾渗滤液中磷、有机物、重金属离子等含量较大的污染物还需要后续工艺去除。

　　发明内容

　　本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种零排放处理晚期垃圾渗滤液的装置与方法，该装置和方法能够提高短程硝化-厌氧氨氧化的整体反应效率，提高垃圾渗滤液净化能力，实现垃圾渗滤液的零排放处理，并能除去垃圾渗滤液中的磷、有机物和重金属离子，具有降低能耗、节约成本的特点。

　　本发明提供的技术方案是：

　　一种零排放处理晚期垃圾渗滤液的装置，其特征在于：包括调节池单元、短程硝化-厌氧氨氧化一体反应器单元、碳化罐单元、反硝化池单元、螺旋藻-硝化池单元、沉淀池、膜过滤系统单元和智能控制系统;所述短程硝化-厌氧氨氧化一体反应器单元包括短程硝化池单元和厌氧氨氧化反应器单元;所述螺旋藻-硝化池单元包括螺旋藻池单元和硝化池单元;所述膜过滤系统单元包括微滤器、纳滤器和超滤器;

　　所述调节池单元、短程硝化池单元、厌氧氨氧化反应器单元、碳化罐单元、反硝化池单元以及螺旋藻池单元依次通过管道连通;所述螺旋藻池单元通过进水孔与硝化池单元连通;所述硝化池单元、沉淀池、微滤器、纳滤器以及超滤器依次通过管道连通后达标排放清水;所述微滤器、纳滤器和超滤器还分别通过管道与碳化罐连通以回流浓缩液;所述沉淀池的上部通过管道与碳化罐单元连通以回流硝酸盐;所述沉淀池的底部通过管道与调节池单元连通以回流污泥;所述管道上均设置有用于控制管道通断的进水阀和进水泵。

　　所述调节池单元包括调节池和伸入至调节池内部以均匀混合垃圾渗滤液的第一搅拌器;所述碳化罐单元包括碳化罐和伸入至碳化罐内部的第三搅拌器;所述反硝化池单元包括反硝化池和伸入至反硝化池内部的第四搅拌器;所述硝化池单元包括硝化池和伸入至硝化池内部的第五搅拌器。

　　所述短程硝化池单元包括投加有硝化污泥颗粒的短程硝化池、设置在短程硝化池底部的第二搅拌器、安装在短程硝化池的内壁且设置有若干曝气孔以调节短程硝化池中溶解氧浓度的微孔曝气器以及设置在短程硝化池中用于检测溶解氧浓度的DO测定仪。

　　所述厌氧氨氧化反应器单元包括内嵌于短程硝化池中且密封布置的厌氧氨氧化反应器、安装在厌氧氨氧化反应器中且由搅拌电机驱动的若干菌室搅拌桨以及与厌氧氨氧化反应器相连通以收集处理过程中产生的氮气的气体收集器;所述菌室搅拌桨包括由钢板组成的外壳、设置在外壳中且内部投加有厌氧氨氧化菌污泥颗粒的滤网和安装在菌室搅拌桨中用于检测厌氧氨氧化菌活性的菌种活性检测仪;所述菌室搅拌桨外部设置有用于控制钢板打开或闭合的活动钢板控制器;所述菌室搅拌桨还连接有用于投放菌种活性恢复剂的投料存储装置;所述菌种活性恢复剂包括培养活化好的厌氧氨氧化菌污泥颗粒、活性炭和硝酸亚铁溶液，厌氧氨氧化菌污泥颗粒、活性炭和硝酸亚铁溶液的重量比例为2:8:1，硝酸亚铁溶液浓度为0.1mmol/L;

　　所述碳化罐单元通过管道与厨余垃圾发酵液存储池连通，以便为反硝化反应提供碳源。

　　所述螺旋藻池单元包括分隔成若干格室的螺旋藻池、固定在格室中的滤网架、安装在滤网架上且内部投加有螺旋藻包埋颗粒的螺旋藻滤网;所述格室之间依次通过上下交错的进水孔相连通;所述螺旋藻包埋颗粒包括螺旋藻、活性炭、聚乙烯醇和海藻酸钠，螺旋藻、活性炭、聚乙烯醇和海藻酸钠的重量比例为1:1:3:6。

　　所述进水泵、进水阀、第一搅拌器、第二搅拌器、第三搅拌器、第四搅拌器、第五搅拌器、微孔曝气器、DO测定仪、搅拌电机、菌种活性检测仪和活动钢板控制器分别与智能控制系统电连接;所述智能控制系统为计算机或手机。

　　所述厌氧氨氧化反应器侧面和底面的内外层均设置有导热效果良好的石墨烯材料。

　　采用上述零排放处理晚期垃圾渗滤液的装置进行垃圾渗滤液处理的方法，其特征在于：包括以下步骤：

　　1)将垃圾渗滤液注入调节池，打开第一搅拌器将垃圾渗滤液混合均匀，控制水力停留时间为0.5～1天;

　　5)经步骤4)得到的垃圾渗滤液注入反硝化池，打开第四搅拌器，在外加碳源的作用下，垃圾渗滤液中剩余的硝态氮被还原为亚硝态氮，亚硝态氮被还原为氮气，同时厨余垃圾发酵液中部分未分解的有机物分解氨化，控制水力停留时间为1～1.5天;

　　7)经步骤6)得到的渗滤液注入沉淀池进行沉淀分离，使随垃圾渗滤液流出的污泥沉淀至沉淀池底部，控制水力停留时间为0.1～0.3天;

　　9)经步骤8)分离出的浓缩液回流至碳化罐继续使用，清水则被排出。

　　所述菌种活性恢复剂包括培养活化好的厌氧氨氧化菌污泥颗粒、活性炭和Fe(NO3)2溶液，厌氧氨氧化菌污泥颗粒、活性炭和硝酸亚铁溶液的重量比例为2:8:1，硝酸亚铁溶液浓度为0.1mmol/L;所述螺旋藻包埋颗粒包括螺旋藻、活性炭、聚乙烯醇和海藻酸钠，螺旋藻、活性炭、聚乙烯醇和海藻酸钠的重量比例为1:1:3:6。

　　本发明的有益效果是：

　　(1)本发明在短程硝化-厌氧氨氧化反应后增加了A/O阶段，大大提高了垃圾渗滤液的脱氨氮率，并且经处理后的垃圾渗滤液和污泥能够回收再利用，实现了垃圾渗滤液的零排放处理。

　　(2)本发明中厌氧氨氧化反应器内嵌于短程硝化池中，能够使短程硝化池反应过程产生的热量传递给厌氧氨氧化反应器，解决了短程硝化反应需外加冷却塔降温，而厌氧氨氧化反应需要外加热源加热的问题，降低能耗和成本。

　　(3)厌氧氨氧化颗粒固定在滤网中，一方面可以减少厌氧氨氧化菌随垃圾渗滤液的流动而流失;另一方面厌氧氨氧化反应器中新产生的厌氧氨氧化菌能很好的附着于活性炭表面，进而提高反应效率，减少水力停留时间。

　　(4)菌室搅拌桨交替进入工作期，能够有效解决厌氧氨氧化菌的持留和扩增难题，有利于外加的新菌种菌体快速积累，增强处于休整期的厌氧氨氧化菌室的活性，提高厌氧氨氧化反应器反应效率;菌种活性恢复剂中的Fe(NO3)2溶液含有Fe2+，能强化厌氧氨氧化菌的活性，提高休整期的菌种活性。

　　(5)本发明采用外加厨余垃圾发酵液作为碳源，一方面保证了A/O阶段硝化反应和反硝化反应的正常进行;另一方面采用厨余垃圾发酵液替代甲醇等外加碳源，实现了厨余垃圾资源的回收利用，降低成本。

　　(6)硝化池单元加设了螺旋藻池单元，螺旋藻通过光合作用释放O2，增加了垃圾渗滤液中的溶解氧浓度，不仅提高了后续硝化池中的硝化反应效率，而且避免了鼓风曝气的动力消耗;同时，螺旋藻能够吸收垃圾渗滤液中的N、P、有机质和重金属离子，提高出水水质。

　　(7)通过计算机数据控制系统，可以实现监管和控制整个工艺和装置;利用计算机和手机可以实现远程操作。