申请日2018.03.21
公开(公告)日2019.02.22
IPC分类号C02F9/14; C02F3/30; C02F101/16; C02F103/06
摘要
一种垃圾渗滤液高效脱氮系统，将移动床生物膜反应器与活性污泥膜生物反应器的反硝化池结合，针对前端碳源充足的垃圾滤液，包括结合移动床生物膜反应器的反硝化池+硝化池+超滤膜的核心结构;针对前端碳源不足的垃圾滤液，包括一级硝化池+结合移动床生物膜反应器的反硝化池+二级硝化池+超滤膜的核心结构;针对高脱氮需求的垃圾滤液，包括前置反硝化池+一级硝化池+后置结合移动床生物膜反应器的反硝化池+二级硝化池+超滤膜的核心结构。本实用新型充分利用现有碳源，实现氨氮和总氮的显著去除效果，且降低运行费用，具有连续、稳定、高效和运行成本低的效果，适应于生活垃圾渗滤液等高氨氮废水的处理。
权利要求书
1.一种垃圾渗滤液高效脱氮系统，包括：活性污泥膜生物反应器;以及移动床生物膜反应器;
所述活性污泥膜生物反应器包括依次连接的
预处理装置，用于进行污水的初步处理;
提升装置;
生化反应器，包括硝化池和反硝化池，以进行污水中部分有机物的去除以及氨氮的转化和去除;
膜分离装置，用于截留污水中的悬浮物;
所述活性污泥膜生物反应器还包括
回流装置，以进行硝化液和/或污泥回流;
曝气装置，以进行供氧和/或排出气体;
清洗加药装置，以对装置进行清洗消毒;和
仪器控制装置，以实现系统运行和自动控制目的;
其特征在于，所述膜分离装置为超滤膜;所述生化反应器的反硝化池中结合使用所述移动床生物膜反应器。
2.如权利要求1所述的垃圾渗滤液高效脱氮系统，其特征在于，
所述结合移动床生物膜反应器的反硝化池前置于硝化池;
所述回流装置包括污泥回流装置和硝化液回流装置，污泥回流装置连接超滤膜与硝化池，硝化液回流装置连接硝化池与结合移动床生物膜反应器的反硝化池，以将经超滤膜的污泥回流至硝化池、硝化液回流至反硝化池。
3.如权利要求1所述的垃圾渗滤液高效脱氮系统，其特征在于，
所述硝化池包括一级硝化池和二级硝化池，
所述结合移动床生物膜反应器的反硝化池设置在一级硝化池和二级硝化池之间;
所述回流装置为污泥回流装置，连接所述超滤膜和一级硝化池，以将经超滤膜的污泥回流至一级硝化池。
4.如权利要求1所述的垃圾渗滤液高效脱氮系统，其特征在于，
所述硝化池包括一级硝化池和二级硝化池，
所述反硝化池包括前置反硝化池和后置反硝化池，
所述结合移动床生物膜反应器的反硝化池为后置反硝化池;
在一级硝化池前后分别使用前置反硝化池和后置反硝化池;
在后置反硝化池之后设置二级硝化池;
所述回流装置包括硝化液回流装置和污泥回流装置，其中硝化液回流装置连接一级硝化池和前置反硝化池，以进行一级硝化、前置反硝化的内部回流;污泥回流装置连接所述超滤膜和前置反硝化池，以将经超滤膜的污泥和硝化液回流至前置反硝化池。
5.如权利要求2-4中任一项所述的垃圾渗滤液高效脱氮系统，其特征在于，
反硝化池和硝化池的体积比例为1:1-5之间;
所述超滤膜形式可以为管式膜、中空纤维式膜或平板式膜中的一种;
所述反硝化池中设有带香蕉形搅拌叶片的搅拌器;
所述移动床生物膜反应器的填料为悬浮球型填料。
6.如权利要求2-4中任一项所述的垃圾渗滤液高效脱氮系统，其特征在于，
所述移动床生物膜反应器的结构可以是砼结构、搪瓷钢板结构、碳钢结构、拼装式混凝土管、玻璃钢、PE板材、ABS板材中的一种;
所述反硝化池和硝化池的结构形式是砼结构、搪瓷钢板结构、碳钢结构、拼装式混凝土管、玻璃钢、PE板材、ABS板材中的一种。
说明书
垃圾渗滤液高效脱氮系统
技术领域
本实用新型涉及环境工程技术领域，特别涉及一种适用于处理生活垃圾渗滤液等高氨氮废水的脱氮系统。
背景技术
随着对环境质量要求的提升，国家对外排污水中总氮的排放要求逐步提高。2008年颁布的《生活垃圾填埋场污染物控制标准》(GB16889-2008)首次对总氮有了明确的要求。北京市地方标准《水污染物综合排放标准》 (DB11/307-2013)中规定，直接向地表水排放污水的单位其水污染物排放执行表1标准，其中氨氮要求是1mg/L，总氮要求为10mg/L，现有的渗滤液生化处理技术已经不能满足排放标准要求。
在垃圾处理过程中会产生大量的垃圾渗滤液，垃圾渗滤液具有高化学需氧量、高氨氮、高含盐和水质水量变化大等特点，尤其是一些老龄的垃圾填埋场产生的垃圾渗滤液中，总氮含量高，可生化有机物浓度低，C/N比甚至接近1:1。
垃圾渗滤液高浓度氨氮和总氮的稳定转化和去除一直是困扰渗滤液处理中的行业难题。目前渗滤液的生化脱氮处理单元多采用传统的活性污泥法，比较常用的工艺是“单级‘硝化+反硝化’+UF/MF(超滤/微滤)”的活性污泥膜生物反应器(Membrane BioreactorReaction,MBR)法或是“两级‘硝化 +反硝化’串联+UF/MF(超滤/微滤)”的活性污泥MBR法。活性污泥MBR 工艺使废水中的氨氮和总氮从几千毫克/升降低到几十毫克/升，很难再进一步转化和去除，同时在第二级反硝化过程中需要投加大量的碳源。
即使渗滤液经过单级或两级活性污泥串联生化处理，在运行正常情况下 MBR出水中仍然含有10-30mg/L左右的氨氮和100-600mg/L左右的总氮，致使整个渗滤液处理系统的出水很难达到排放标准。主要原因是：硝化细菌和反硝化细菌随着反应器内污泥在好氧和缺氧反应器中不断循环，微生物的生存环境在不断变化，两大类菌很难在各自反应器中形成绝对优势菌群，影响硝化和反硝化效果。具体表现在(1)碳源利用效率不高，在硝化反硝化(A/O) 工艺中反硝化细菌主要为兼性异养菌，反应是去除有机物的主要反应过程，需要消耗大量碳源，适宜的碳氮比为5-7:1，这部分碳源主要依靠渗滤液中的易降解有机物、难降解有机物和外加碳源提供;(2)同底物竞争，为了在池子的每个部分所限的停留时间内达到理想的处理目标，必须使污泥停留时间 (SRT)维持在合适的水平，从而保证微生物能混合生长;(3)为了保证较高的污泥浓度，需要较大的回流量，致使二级反硝化的缺氧条件丧失，需要投加更多量的碳源以消耗多余的溶解氧，这又增加运行系统的运行费用。
发明内容
针对现有生物脱氮技术的不足，本实用新型的旨在提供一种垃圾渗滤液高效脱氮系统，将移动床生物膜反应器(Moving Bed Biofilm Reactor，MBBR) 和膜生物反应器结合，利用该活性污泥脱氮系统对垃圾渗滤液进行脱氮工艺处理，能够实现氨氮和总氮的双重达标，且降低运行费用，达到连续、稳定、高效、达标和运行成本低效果。
本实用新型的技术思路是，垃圾渗滤液脱氮系统由活性污泥膜生物反应器和移动床生物膜反应器组合而成。
活性污泥膜生物反应器是一种活性污泥脱氮系统，本实用新型涉及的活性污泥膜生物反应器的结构组成与现有技术基本一致，包括以下部分：
1)预处理装置，用于进行污水的初步处理，预处理装置根据实际情况可能包括格栅、沉砂池、调节池、混凝沉淀、厌氧装置等;
2)提升装置;
3)生化反应器，包括硝化池、反硝化池，以进行污水中部分有机物的去除以及氨氮的转化和去除;
4)膜分离装置，可以为浸没式膜或外置式膜;
5)回流装置，包括硝化液回流和/或污泥回流装置，以进行硝化液和/或污泥回流;
6)曝气装置，包括硝化池的曝气系统和必要的膜分离装置曝气装置，曝气器可以为微孔曝气器、射流曝气器、旋流曝气器，供氧风机可以为罗茨风机、离心风机，以进行供养和/或排出气体;
7)清洗加药装置，包括生化反应器正常运行的加药装置、膜分离装置正常运行的加药和清洗装置;
8)仪器控制装置，包括保证正常运行的仪表和控制装置，如溶解氧控制系统、pH控制系统、温度控制系统、液位控制系统、流量监测等，在PLC 的控制下，系统可以实现自动运行，少人值守，以实现系统运行和自动控制目的;
其中膜分离装置为超滤膜;所述生化反应器的反硝化池中结合使用所述移动床生物膜反应器。
上述预处理装置、提升装置、生化反应器、膜分离装置依次连接，用于水的顺序处理，回流装置、曝气装置、清洗加药装置及仪器控制装置用于前述依次连接的部件之间的连接或单个部件的功能增强。
本实用新型系统进行污水处理的流程或工艺大致如下：
1)污水经提升装置提升至预处理装置;
2)经过预处理装置的格栅去除大颗粒悬浮物后进入沉砂池除砂后进入调节池调节水质水量，调节池出水经提升至混凝沉淀去除部分有机物后进入厌氧装置进行厌氧反应，在厌氧装置内大部分有机物被去除，厌氧出水自流至包括硝化池和反硝化池的生化反应器;
3)在硝化池内，污水中的氨氮转化为硝态氮和亚硝态氮，溶解氧来自于曝气装置，在反硝化池内，污水中的硝态氮和亚硝态氮转化成总氮逸出，系统完成硝化反硝化脱氮，生化反应器出水进入膜分离装置;
4)经过膜的截留作用，产水中无悬浮物进入下一处理结果;
其中，生化反应器出水和/或膜分离装置的出水经过回流装置回流至反硝化池进行硝化液回流或污泥回流;膜分离装置配套清洗加药装置以保证系统的自动运行，清洗加药装置可以为自动运行。
移动床生物膜反应器：移动床生物膜法是微生物附着生长的活性污泥工艺，工艺原理是通过向反应器中投加一定量的悬浮载体，提高反应器中的生物量及生物种类。其主要特点是多个MBBR组成一个系列，每个MBBR都有特定的功能，在独特的条件下，每个反应器都能培养出用于达到某个处理任务的专性生物膜。
本实用新型的核心改进在于反硝化池、硝化池和膜分离装置部分，具体如下所述。
根据来水情况和出水水质要求情况，将移动床生物膜反应器与膜生物反应器的反硝化池有机结合(以下简称反硝化MBBR)，反硝化MBBR和硝化池置于膜分离装置(如超滤膜，UF)之前，可以将反硝化MBBR置于硝化池之前，称为前置反硝化MBBR，也可以将反硝化MBBR置于硝化池之后，称为后置反硝化MBBR。
反硝化需要碳源，当碳源可以由污水中的溶解性生物需氧量(BOD)提供时，应充分利用，如污水中碳源不足，则需要外加碳源。
系统中有反硝化MBBR，也可以包括不结合移动床生物膜反应器的反硝化池，所以反硝化池可以前置、可以后置、也可以同时前后置;反硝化池和硝化池可以均可以为一个或多个，不必需成对设置。
经活性污泥膜生物反应器其他部分过滤后的厌氧或调节池的渗滤液自流或经过泵送至本实用新型结合使用移动床生物膜反应器的污泥膜生物反应器部分，经该部分处理后，进入膜分离装置，并对污泥膜生物反应器和膜分离装置部分的回流进行改进设计。
因此，本实用新型的技术方案为，一种垃圾渗滤液高效脱氮系统，它包括活性污泥膜生物反应器和移动床生物膜反应器;所述活性污泥膜生物反应器的膜分离装置为超滤膜;所述膜生物反应器的反硝化池中结合使用所述移动床生物膜反应器。
进一步地，本实用新型提供了一种适用于前端碳源充足(如焚烧厂渗沥液)、需要中等程度脱氮、主要除去有机物的垃圾渗滤液高效脱氮系统，涉及核心结构为：
上述结合移动床生物膜反应器的反硝化池前置于硝化池;
上述回流装置包括污泥回流装置和硝化液回流装置，污泥回流装置连接超滤膜与硝化池，硝化液回流装置连接超滤膜与结合移动床生物膜反应器的反硝化池，以将经超滤膜的污泥回流经污泥回流装置回流至硝化池，将硝化液经硝化液回流装置回流至反硝化池;
可以看出，污泥没有回流至反硝化池，因此不需要为了保证污泥浓度而提高回流量，从而很好地保证了反硝化的缺氧条件，同时移动床生物膜反应器在反硝化池中的使用能显著提高反硝化池中的污泥浓度及反应，从而提高脱氮效果。
前置反硝化MBBR充分利用现成的碳源，实现反硝化脱氮的同时去除部分有机物，剩余的有机物在硝化池内被好氧氧化;硝化出水经超滤膜对出水的悬浮物进行拦截，并将污泥回流至硝化池，进一步提高污泥浓度，同时将硝化液回流至前置反硝化MBBR。缺氧和好氧利用现成的碳源进行硝化反硝化脱氮的同时去除有机物，超滤膜对出水的悬浮物进行拦截并将污泥和硝化液回流。污泥回流的回流比仅为1:3时，脱氮率可大于70%，通过调节反硝化MBBR池内的填料填充率调整总氮的去除率。
进一步地，本实用新型还提供了适用于前端碳源不足(如填埋场垃圾渗滤液)、需要中等程度脱氮的垃圾渗滤液高效脱氮系统，涉及的核心结构为：
上述硝化池包括一级硝化池和二级硝化池;
所述结合移动床生物膜反应器的反硝化池设置在一级硝化池和二级硝化池之间设置;
所述回流装置为污泥回流装置，连接所述超滤膜和一级硝化池，以将经超滤膜的污泥和硝化液回流至一级硝化池。
进一步地，本实用新型还提供了适用于需要较高的脱氮要求(如脱氮率要求90%以上)的垃圾渗滤液高效脱氮系统，涉及的核心结构为：
硝化池包括一级硝化池和二级硝化池;
反硝化池包括前置反硝化池和后置反硝化池;
所述结合移动床生物膜反应器的反硝化池为后置反硝化池;
在一级硝化池前后分别使用前置反硝化池和后置反硝化池;
在后置反硝化池之后设置二级硝化池;
所述回流装置包括硝化液回流装置和污泥回流装置，硝化液回流装置连接一级硝化池和前置反硝化池，以进行一级硝化、反硝化的内部回流，污泥回流装置连接所述超滤膜和前置反硝化池，以将经超滤膜的污泥回流和硝化液至前置反硝化池。
因为无论污水中碳源是否充足都需要强化硝化反硝化脱氮，采用“前置反硝化+一级硝化+后置反硝化MBBR+二级硝化+超滤膜”系统，一级硝化反硝化存在内部回流，UF污泥回流至一级反硝化以保证一级硝化反硝化污泥浓度，后置反硝化MBBR不需要进行污泥回流，通过调整填料比例调整污泥浓度，必要时向后置反硝化MBBR中投加碳源，减少了由于回流带来的溶解氧问题，降低了运行费用。
更进一步的，上述反硝化池和硝化池的体积比例为1:1-5之间;所述超滤膜形式可以为管式膜、中空纤维式膜或平板式膜中的一种;反硝化池中设置搅拌器，搅拌器采用香蕉形搅拌叶片，外形轮廓线条柔和，不损坏填料;同时投加球型悬浮填料，悬浮填料采用生物酶的促进配方将高分子材料进行改性，改性后填料表面亲水性强、填料与污水所成角度小，接触充分、挂膜时间短、附着力好、促进生物酶的催化作用，经多道特殊的加工工序，使载体的比重接近于水，挂膜前为0.96～0.98/cm3挂膜后约等于1g/cm3;合理的外观设计，粗糙的表面，使其具有很大的比表面积，为微生物大量繁殖提供了舒适的生长环境;通过调整填料的填充率，可以调整反应器的污泥浓度及脱氮率。
更进一步的，上述移动床生物膜反应器的结构可以是砼结构、搪瓷钢板结构、碳钢结构、拼装式混凝土管、玻璃钢、PE板材、ABS板材中的一种;所述反硝化池和硝化池的结构形式是砼结构、搪瓷钢板结构、碳钢结构、拼装式混凝土管、玻璃钢、PE板材、ABS板材等中的一种。
渗滤液经过本实用新型上述改进的反硝化池、硝化池和超滤膜部分之后，实现氨氮和总氮初步去除，氨氮和总氮从几千毫克/升降低至几十毫克/升，氨氮可低至一毫克/升。在硝化池和反硝化池的后端设置的膜分离装置为超滤膜 (UF)，以提升系统污泥浓度同时通过超过膜过滤得到更好的出水水质。
本实用新型的有益效果是：
相比于现有的生化脱氮技术，本实用新型采用移动床生物膜反应器和膜生物反应器有机结合达到脱氮目标，具体先进点如下：
1)后置反硝化MBBR替代原有工艺的二级反硝化，不需要污泥回流至后置反硝化MBBR，保证反硝化池的污泥浓度和微生物活性，解决了原有双级硝化反硝化工艺回流量大、加药量大、运行成本高的缺点;
2)由于每一个填料均可以作为一个小型的生化反应器，所以耐冲击负荷强，系统运行稳定;
3)适用于对氨氮和总氮排放要求高的项目或地区应用、通过向现有池子中投加填料，也可以实现氨氮、总氮甚至有机污染物的提标;
4)由于填料的特殊性，除脱氮外，针对于洗涤废水的油、磷、有机物等均有较高的去除率。