短程硝化/厭氧氨氧化-硫自養(yǎng)反硝化實現(xiàn)晚期垃圾滲濾液深度脫氮的裝置與方法
1.本發(fā)明涉及短程硝化/厭氧氨氧化-硫自養(yǎng)反硝化實現(xiàn)晚期垃圾滲濾液深度脫氮的裝置與方法，屬于高氨氮污水污泥生物處理領域。
背景技術：
2.近年來，城市進程不斷推進固體廢物產(chǎn)量與日俱增，衛(wèi)生填埋成為全世界范圍內(nèi)固體垃圾最主要的處理方式，在美國和中國分別有43.5％和78.6％的城市固體廢物通過衛(wèi)生填埋的方式進行處理。垃圾滲濾液作為衛(wèi)生填埋的副產(chǎn)物，具有氨氮濃度高、水質(zhì)水量波動大、可生化性差和營養(yǎng)元素比例失調(diào)等特點，其高效低碳的脫氮處理已成為世界難題。
3.厭氧氨氧化可以將nh
4+-n和no
2-?
n直接轉化為n2，被認為是當前最環(huán)保、最經(jīng)濟的污水脫氮技術，具有生物能源回收潛力，適用于低c/n比晚期垃圾滲濾液等高氨氮廢水的處理。但是厭氧氨氧化過程每去除1mol nh
4+-n將代謝產(chǎn)生0.26mol no
3-?
n，厭氧氨氧化出水積累大量的no
3-?
n是導致其出水不達標的主要原因。當污水中有足夠有機碳源時，目前最流行、最有效的no
3-?
n處理工藝依然為異養(yǎng)反硝化。然而，當廢水中缺少足夠的有機碳源(如晚期垃圾滲濾液)，異養(yǎng)反硝化工藝則無法有效去除no
3-?
n，導致脫氮效率只能達到10％左右，而額外添加有機碳源會大幅增加污水處理成本并可能會導致二次污染。此外，異養(yǎng)反硝化還會產(chǎn)生大量剩余污泥。
4.硫自養(yǎng)反硝化可以有效解決厭氧氨氧化出水no
3-?
n高的難題。作為一種化能自養(yǎng)菌，硫自養(yǎng)反硝化菌可以利用(so
32-、s2o
32-、s0和s
2-)作為電子供體和能源將no
3-?
n還原為n2。高氨氮負荷晚期垃圾滲濾液首先進入短程硝化/厭氧氨氧化反應器，進水nh
4+-n被氧化為no
2-?
n，生成的no
2-?
n在nh
4+-n作為電子受體條件下被厭氧氨氧化原位還原去除；接下來，含有no
3-?
n的短程硝化/厭氧氨氧化出水和外加硫離子同時引入硫自養(yǎng)反硝化反應器，在進水s/n質(zhì)量比大于等于1.42條件下，no
3-?
n被硫自養(yǎng)反硝化菌逐步還原為n2，完成晚期垃圾滲濾液的深度脫氮處理。
技術實現(xiàn)要素：
5.本發(fā)明提出了短程硝化/厭氧氨氧化-硫自養(yǎng)反硝化實現(xiàn)晚期垃圾滲濾液深度脫氮的裝置與方法，屬于高氨氮廢水生物脫氮技術領域。晚期垃圾滲濾液首先進入短程硝化/厭氧氨氧化反應器，進水nh
4+-n被氧化為no
2-?
n，生成的no
2-?
n在nh
4+-n作為電子受體條件下被厭氧氨氧化原位還原去除。厭氧氨氧化過程每去除1molnh
4+-n將代謝產(chǎn)生0.26molno
3-?
n，因此大量no
3-?
n在短程硝化/厭氧氨氧化反應器內(nèi)積累，難以滿足垃圾滲濾液排放標準；接下來，含有no
3-?
n的出水和外加硫離子同時引入硫自養(yǎng)反硝化反應器，在確保進水s/n質(zhì)量比大于等于1.42條件下，厭氧氨氧化產(chǎn)生的no
3-?
n被硫自養(yǎng)反硝化菌還原為n2，實現(xiàn)晚期垃圾滲濾液的深度脫氮處理。本發(fā)明提出了一種完全自養(yǎng)型生物脫氮技術，解決了晚期垃圾滲濾液脫氮效率低、出水總氮高的問題，并極大降低了污水處理過程的剩余污泥產(chǎn)量。
6.本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：
7.短程硝化/厭氧氨氧化-硫自養(yǎng)反硝化實現(xiàn)晚期垃圾滲濾液深度脫氮的裝置與方法，其特征在于，包括第進水水箱(1)、短程硝化/厭氧氨氧化反應器(2)、中間水箱(3)、硫自養(yǎng)反硝化反應器(4)和出水水箱(5)；
8.所述進水水箱(1)設有第一出水口(1.1)；所述短程硝化/厭氧氨氧化反應器(2)設有第一攪拌器(2.1)、第一在線監(jiān)測裝置(2.2)、第一進水蠕動泵(2.3)、第一進水口(2.4)、空氣壓縮機(2.5)、曝氣砂頭(2.6)、第二出水口(2.7)、第一出水蠕動泵(2.8)；所述中間水箱(3)設有第二進水口(3.1)、第三出水口(3.2)；所述硫自養(yǎng)反硝化反應器(4)設有第二攪拌器(4.1)、第三進水口(4.2)、第二進水蠕動泵(4.3)、第二出水蠕動泵(4.4)、第四出水口(4.5)、第二在線監(jiān)測裝置(4.6)；所述出水水箱(5)設有第四進水口(5.1)。
9.進水水箱(1)第一出水口(1.1)通過第一進水蠕動泵(2.3)與短程硝化/厭氧氨氧化反應器(2)的第一進水口(2.4)相連；空氣經(jīng)過空氣壓縮機(2.5)和曝氣砂頭(2.6)打入短程硝化/厭氧氨氧化反應器(2)；短程硝化/厭氧氨氧化反應器(2)的第二出水口(2.7)通過第一出水蠕動泵(2.8)與中間水箱(3)的第二進水口(3.1)相連；中間水箱的第三出水口(3.2)通過第二進水蠕動泵(4.3)與硫自養(yǎng)反硝化反應器(4)的第三進水口(4.2)相連，硫自養(yǎng)反硝化反應器(4)的第四出水口(4.5)通過第二出水蠕動泵(4.4)與出水水箱(5)第四進水口(5.1)相連。
10.利用所述裝置實現(xiàn)晚期垃圾滲濾液深度脫氮，其特征在于，包括以下過程：
11.1)分別將處理晚期垃圾滲濾液的厭氧氨氧化活性污泥和處理s
2-工業(yè)廢水的活性污泥接種至短程硝化/厭氧氨氧化反應器和硫自養(yǎng)反硝化反應器，接種后兩個反應器內(nèi)混合液污泥濃度分別為3129-4053mg/l和3638-3762mg/l；
12.2)打開第一進水蠕動泵將進水水箱中的晚期垃圾滲濾液泵入短程硝化/厭氧氨氧化反應器，打開空氣壓縮機和第一攪拌器，通過控制空氣壓縮機曝氣強度確保反應器內(nèi)溶解氧濃度為0.05-0.2mg/l。在微溶解氧條件下，厭氧氨氧化菌利用活性污泥形成的局部厭氧環(huán)境可以與短程硝化同時發(fā)揮代謝活性，直接將進水nh
4+-n去除；
13.3)短程硝化耦合厭氧氨氧化過程需要消耗堿度，短程硝化/厭氧氨氧化反應器的曝氣時間通過ph在線監(jiān)測裝置嚴格控制，當反應結束時ph將降到最低。因此，ph曲線出現(xiàn)“氨谷點”時立即停止曝氣，沉淀15min后出水排入中間水箱；
14.4)厭氧氨氧化過程每去除1molnh
4+-n將代謝產(chǎn)生0.26molno
3-?
n。根據(jù)短程硝化/厭氧氨氧化反應器出水中no
3-?
n濃度，向中間水箱內(nèi)投加s
2-，并確保s/n質(zhì)量比大于等于1.42；
15.5)打開第二進水蠕動泵，將中間水箱中含有no
3-?
n和s
2-的廢水泵入硫自養(yǎng)反硝化反應器，硫自養(yǎng)反硝化在s
2-作為電子供體條件下將no
3-?
n還原為n2，實現(xiàn)對晚期垃圾滲濾液的深度脫氮處理。硫自養(yǎng)反硝化是一種消耗堿度的自養(yǎng)脫氮過程，缺氧攪拌時間通過ph在線監(jiān)測裝置實時控制，當ph曲線不再下降或ph曲線的一階導數(shù)在-0.1和0之間，停止攪拌；
16.所述步驟2)短程硝化/厭氧氨氧化反應器在運行過程中水力停留時間為60-100h、排水比為30-50％、泥齡為45-60天；
17.所述步驟5)硫自養(yǎng)短程反硝化反應器在運行過程中水力停留時間為12-20h、排水比為30-50％、泥齡為60-75天。
18.技術原理
19.本發(fā)明公開了短程硝化/厭氧氨氧化-硫自養(yǎng)反硝化實現(xiàn)晚期垃圾滲濾液深度脫氮的裝置與方法，屬于高氨氮廢水生物脫氮技術領域。晚期垃圾滲濾液首先進入短程硝化/厭氧氨氧化反應器，進水nh
4+-n被氧化為no
2-?
n，生成的no
2-?
n在nh
4+-n作為電子受體條件下被厭氧氨氧化原位還原去除。厭氧氨氧化過程每去除1molnh
4+-n將代謝產(chǎn)生0.26molno
3-?
n，因此大量no
3-?
n在短程硝化/厭氧氨氧化反應器內(nèi)積累，難以滿足垃圾滲濾液排放標準；接下來，含有no
3-?
n的出水和外加硫離子同時引入硫自養(yǎng)反硝化反應器，在進水s/n質(zhì)量比大于等于1.42條件下，no
3-?
n被硫自養(yǎng)反硝化菌還原為n2，完成晚期垃圾滲濾液的深度脫氮處理。本發(fā)明提出了一種新型完全自養(yǎng)生物脫氮技術，解決了晚期垃圾滲濾液脫氮效率低、出水總氮高的問題，并極大降低了污水處理過程的剩余污泥產(chǎn)量；該工藝操作靈活易于調(diào)控，適用于高氨氮廢水的深度處理。
20.本發(fā)明涉及的短程硝化/厭氧氨氧化-硫自養(yǎng)反硝化實現(xiàn)晚期垃圾滲濾液深度脫氮的裝置與方法具有如下優(yōu)點：
21.1)通過短程硝化、厭氧氨氧化與硫自養(yǎng)反硝化的有機結合，實現(xiàn)了真正意義上無外碳源投加的完全自養(yǎng)生物脫氮技術處理晚期垃圾滲濾液，不僅降低了污水處理成本和二次污染風險，同時最大程度的減少了剩余污泥產(chǎn)量；
22.2)短程硝化/厭氧氨氧化反應器中采用的是懸浮污泥，反應器內(nèi)小于0.2mg/l的溶解氧濃度一方面為短程硝化過程提供充足氧分，另一方面厭氧氨氧化菌利用活性污泥形成的局部厭氧環(huán)境可以同時發(fā)揮代謝活性；
23.3)通過ph曲線實時控制短程硝化/厭氧氨氧化反應器的曝氣時間，避免了過曝氣導致的nob增長和能源浪費；
24.4)硫自養(yǎng)反硝化可以在無外碳源投加條件下去除厭氧氨氧化產(chǎn)生的硝態(tài)氮，有效提高總氮去除效率，并且硫自養(yǎng)反硝化過程反應速率快，氮素的去除負荷高；
25.5)短程硝化/厭氧氨氧化反應器和硫自養(yǎng)反硝化反應器反應時間均通過ph曲線實時控制，不僅避免了不必要的能源消耗完成反應時間的最優(yōu)分配，同時當進水水質(zhì)水量發(fā)生變化時，依然可以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，實現(xiàn)對晚期垃圾滲濾液含氮污染物的高效去除。
附圖說明
26.圖1是本發(fā)明裝置示意圖。
具體實施方式
27.下面結合附圖1和具體實施方式對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
28.如圖1所示，短程硝化/厭氧氨氧化-硫自養(yǎng)反硝化實現(xiàn)晚期垃圾滲濾液深度脫氮的裝置與方法，包括第進水水箱(1)、短程硝化/厭氧氨氧化反應器(2)、中間水箱(3)、硫自養(yǎng)反硝化反應器(4)和出水水箱(5)；
29.所述進水水箱(1)設有第一出水口(1.1)；所述短程硝化/厭氧氨氧化反應器(2)設有第一攪拌器(2.1)、第一在線監(jiān)測裝置(2.2)、第一進水蠕動泵(2.3)、第一進水口(2.4)、空氣壓縮機(2.5)、曝氣砂頭(2.6)、第二出水口(2.7)、第一出水蠕動泵(2.8)；所述中間水箱(3)設有第二進水口(3.1)、第三出水口(3.2)；所述硫自養(yǎng)反硝化反應器(4)設有第二攪
拌器(4.1)、第三進水口(4.2)、第二進水蠕動泵(4.3)、第二出水蠕動泵(4.4)、第四出水口(4.5)、第二在線監(jiān)測裝置(4.6)；所述出水水箱(5)設有第四進水口(5.1)。
30.進水水箱(1)第一出水口(1.1)通過第一進水蠕動泵(2.3)與短程硝化/厭氧氨氧化反應器(2)的第一進水口(2.4)相連；空氣經(jīng)過空氣壓縮機(2.5)和曝氣砂頭(2.6)打入短程硝化/厭氧氨氧化反應器(2)；短程硝化/厭氧氨氧化反應器(2)的第二出水口(2.7)通過第一出水蠕動泵(2.8)與中間水箱(3)的第二進水口(3.1)相連；中間水箱的第三出水口(3.2)通過第二進水蠕動泵(4.3)與硫自養(yǎng)反硝化反應器(4)的第三進水口(4.2)相連，硫自養(yǎng)反硝化反應器(4)的第四出水口(4.5)通過第二出水蠕動泵(4.4)與出水水箱(5)第四進水口(5.1)相連。
31.本實例中具體試驗用水為實際晚期垃圾滲濾液，其氨氮平均濃度為1736
±
40mg/l，cod平均濃度為2109
±
200mg/l，平均堿度為4000
±
1000mg/l(以caco3計)。試驗反應器采用序批式sbr，有效容積為10l，排水比30-50％。
32.具體操作過程如下：
33.1)分別將處理晚期垃圾滲濾液的厭氧氨氧化活性污泥和處理s
2-工業(yè)廢水的活性污泥接種至短程硝化/厭氧氨氧化反應器和硫自養(yǎng)反硝化反應器，接種后兩個反應器內(nèi)混合液污泥濃度分別為3129-4053mg/l和3638-3762mg/l；
34.2)打開第一進水蠕動泵將進水水箱中的晚期垃圾滲濾液泵入短程硝化/厭氧氨氧化反應器，打開空氣壓縮機和第一攪拌器，通過控制空氣壓縮機曝氣強度確保反應器內(nèi)溶解氧濃度為0.05-0.2mg/l。在微溶解氧條件下，厭氧氨氧化菌利用活性污泥形成的局部厭氧環(huán)境可以與短程硝化同時發(fā)揮代謝活性，直接將進水nh
4+-n去除；
35.3)短程硝化耦合厭氧氨氧化過程需要消耗堿度，短程硝化/厭氧氨氧化反應器的曝氣時間通過ph在線監(jiān)測裝置嚴格控制，當反應結束時ph將降到最低。因此，ph曲線出現(xiàn)“氨谷點”時立即停止曝氣，沉淀15min后出水排入中間水箱；
36.4)厭氧氨氧化過程每去除1molnh
4+-n將代謝產(chǎn)生0.26molno
3-?
n。根據(jù)短程硝化/厭氧氨氧化反應器出水中no
3-?
n濃度，向中間水箱內(nèi)投加s
2-，并確保s/n質(zhì)量比大于等于1.42；
37.5)打開第二進水蠕動泵，將中間水箱中含有no
3-?
n和s
2-的廢水泵入硫自養(yǎng)反硝化反應器，硫自養(yǎng)反硝化在s
2-作為電子供體條件下將no
3-?
n還原為n2，實現(xiàn)對晚期垃圾滲濾液的深度脫氮處理。硫自養(yǎng)反硝化是一種消耗堿度的自養(yǎng)脫氮過程，缺氧攪拌時間通過ph在線監(jiān)測裝置實時控制，當ph曲線不再下降或ph曲線的一階導數(shù)在-0.1和0之間，停止攪拌；
38.所述步驟2)短程硝化/厭氧氨氧化反應器在運行過程中水力停留時間為60-100h、排水比為30-50％、泥齡為45-60天；
39.所述步驟5)硫自養(yǎng)短程反硝化反應器在運行過程中水力停留時間為12-20h、排水比為30-50％、泥齡為60-75天。
40.連續(xù)試驗結果表明：
41.該工藝在進水氨氮、總氮和cod濃度分別為1736
±
40mg/l，2023
±
75mg/l，和2109
±
200mg/l的條件下，總氮去除率可以達到95.0％，其中厭氧氨氧化的脫氮貢獻為67.4％，硫自養(yǎng)反硝化的脫氮貢獻為27.6％。新工藝與傳統(tǒng)硝化-反硝化生物脫氮相比，節(jié)約了60％曝氣量、100％外加碳源和減少67.3％的剩余污泥產(chǎn)量。
技術特征：
1.短程硝化/厭氧氨氧化-硫自養(yǎng)反硝化實現(xiàn)晚期垃圾滲濾液深度脫氮的裝置，其特征在于，包括第進水水箱(1)、短程硝化/厭氧氨氧化反應器(2)、中間水箱(3)、硫自養(yǎng)反硝化反應器(4)和出水水箱(5)；所述進水水箱(1)設有第一出水口(1.1)；所述短程硝化/厭氧氨氧化反應器(2)設有第一攪拌器(2.1)、第一在線監(jiān)測裝置(2.2)、第一進水蠕動泵(2.3)、第一進水口(2.4)、空氣壓縮機(2.5)、曝氣砂頭(2.6)、第二出水口(2.7)、第一出水蠕動泵(2.8)；所述中間水箱(3)設有第二進水口(3.1)、第三出水口(3.2)；所述硫自養(yǎng)反硝化反應器(4)設有第二攪拌器(4.1)、第三進水口(4.2)、第二進水蠕動泵(4.3)、第二出水蠕動泵(4.4)、第四出水口(4.5)、第二在線監(jiān)測裝置(4.6)；所述出水水箱(5)設有第四進水口(5.1)；進水水箱(1)第一出水口(1.1)通過第一進水蠕動泵(2.3)與短程硝化/厭氧氨氧化反應器(2)的第一進水口(2.4)相連；空氣經(jīng)過空氣壓縮機(2.5)和曝氣砂頭(2.6)打入短程硝化/厭氧氨氧化反應器(2)；短程硝化/厭氧氨氧化反應器(2)的第二出水口(2.7)通過第一出水蠕動泵(2.8)與中間水箱(3)的第二進水口(3.1)相連；中間水箱的第三出水口(3.2)通過第二進水蠕動泵(4.3)與硫自養(yǎng)反硝化反應器(4)的第三進水口(4.2)相連，硫自養(yǎng)反硝化反應器(4)的第四出水口(4.5)通過第二出水蠕動泵(4.4)與出水水箱(5)第四進水口(5.1)相連。2.利用權利要求1所述裝置實現(xiàn)晚期垃圾滲濾液深度脫氮的方法，其特征在于，包括以下過程：1)分別將處理晚期垃圾滲濾液的厭氧氨氧化活性污泥和處理s
2-工業(yè)廢水的活性污泥接種至短程硝化/厭氧氨氧化反應器和硫自養(yǎng)反硝化反應器，接種后兩個反應器內(nèi)混合液污泥濃度分別為3129-4053mg/l和3638-3762mg/l；2)打開第一進水蠕動泵將進水水箱中的晚期垃圾滲濾液泵入短程硝化/厭氧氨氧化反應器，打開空氣壓縮機和第一攪拌器，通過控制空氣壓縮機曝氣強度確保反應器內(nèi)溶解氧濃度為0.05-0.2mg/l；在微溶解氧條件下，厭氧氨氧化菌利用活性污泥形成的局部厭氧環(huán)境可以與短程硝化同時發(fā)揮代謝活性，直接將進水nh
4+-n去除；3)短程硝化耦合厭氧氨氧化過程需要消耗堿度，短程硝化/厭氧氨氧化反應器的曝氣時間通過ph在線監(jiān)測裝置嚴格控制，當反應結束時ph將降到最低；因此，ph曲線出現(xiàn)“氨谷點”時立即停止曝氣，沉淀15min后出水排入中間水箱；4)厭氧氨氧化過程每去除1molnh
4+-n將代謝產(chǎn)生0.26molno
3-?
n；根據(jù)短程硝化/厭氧氨氧化反應器出水中no
3-?
n濃度，向中間水箱內(nèi)投加s
2-，并確保s/n質(zhì)量比大于等于1.42；5)打開第二進水蠕動泵，將中間水箱中含有no
3-?
n和s
2-的廢水泵入硫自養(yǎng)反硝化反應器，硫自養(yǎng)反硝化在s
2-作為電子供體條件下將no
3-?
n還原為n2，實現(xiàn)對晚期垃圾滲濾液的深度脫氮處理；硫自養(yǎng)反硝化是一種消耗堿度的自養(yǎng)脫氮過程，缺氧攪拌時間通過ph在線監(jiān)測裝置實時控制，當ph曲線不再下降或ph曲線的一階導數(shù)在-0.1和0之間，停止攪拌；所述步驟2)短程硝化/厭氧氨氧化反應器在運行過程中水力停留時間為60-100h、排水比為30-50％、泥齡為45-60天；所述步驟5)硫自養(yǎng)短程反硝化反應器在運行過程中水力停留時間為12-20h、排水比為30-50％、泥齡為60-75天。
技術總結
短程硝化/厭氧氨氧化-硫自養(yǎng)反硝化實現(xiàn)晚期垃圾滲濾液深度脫氮的裝置與方法，屬于高氨氮廢水生物脫氮領域。晚期垃圾滲濾液首先進入短程硝化/厭氧氨氧化反應器，進水H
