一种处理垃圾渗滤液的一体化生物反应器

摘要

本发明是一种处理垃圾渗滤液的一体化生物反应器，涉及环保技术。本发明由两个生物反应区和一个调节区组成，每个生物反应区内均填充生物填料，形成好氧区和厌氧区。在好氧区内，有机物被好氧异养菌降解为无机碳，并控制氨氮的硝化过程在亚硝化阶段，将50％的氨氮氧化为亚硝酸盐，好氧区的出水在调节区中与pH调节剂混合均匀后，进入厌氧区。在厌氧区，厌氧氨氧化菌以氨氮为电子供体还原亚硝酸盐，以亚硝酸盐为电子受体来氧化氨氮，将氨氮和亚硝态氮转变成氮气，部分有机物被其它厌氧微生物吸收或降解。本发明可在垃圾渗滤液低碳氮比的水质条件下完成氨氮和有机物的去除，调节垃圾渗滤液水质和水量的冲击负荷，运行高效稳定。

说明书

技术领域

本发明涉及环保技术领域，涉及一体化生物反应器，特别是一种处理垃圾渗滤液的生物反应器。

背景技术

垃圾渗滤液是一种危害较大、处理难度较大的高浓度氨氮废水。它含有多种污染物质，主要的水质特征：氨氮浓度高，且碳氮(C/N)的比例失调；BOD₅/COD_cr比值变化大，水质和水量的时间和地域变化性。目前国内外处理渗滤液的主要技术有生物处理和物化处理，物化处理技术虽有较好的处理效果，但成本昂贵，能耗大，易产生二次污染，生物处理技术由于具有经济简便等优点而被普遍采用。

传统的生物脱氮包括生物好氧硝化和反硝化两个步骤，工艺流程如图5所示。污水输进反硝化池处理后，进入完全硝化池处理，完全硝化池出来的混合液，一部分回流入反硝化池二次处理，一部分进入二沉池沉淀，底层泥由下方输出，一部分回流入反硝化池二次处理，一部分排出，上层合格水由上方排出。

该技术处理垃圾渗滤液，存在以下主要问题：

(1)能耗大，1g氨氮完全硝化需耗氧4.57g。

(2)反硝化过程需要足够的有机碳源作为电子供体才能保证脱氮率。而对于高氨氮、低碳氮比(C/N)的垃圾渗滤液，难以有效地反硝化，使脱氮效率较低，而外加碳源不仅增加处理成本，还易造成二次污染

(3)工艺流程复杂，污泥回流和混合液回流增加动力费用。

垃圾渗滤液具有水质和水量的时间和地域变化性，目前的生物处理设施和反应装置不能很好地调节水质和水量的负荷冲击，存在运行不稳定，处理效率低等主要缺点。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有处理设施面临的问题，将亚硝化与厌氧氨氧化技术相结合，提出一种能稳定、高效处理垃圾渗滤液的一体化生物反应器。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种处理垃圾渗滤液的一体化生物反应器，为封闭的容器，由好氧生物反应区、厌氧生物反应区和调节区三部分组成，每个生物反应区内均有部分区域填充生物填料，并分别在好氧和厌氧条件下运行，调节区位于好氧区和厌氧区之间；

好氧生物反应区和厌氧生物反应区容腔内的上部、中部结构相同，在两区容腔内，上部上方各水平设有一横向支架，横向支架两端与侧壁固接，中部各设有三相分离器，三相分离器由中心筒和倒锥台构成，中心筒为倒T型，上端圆筒与支架中部固接，下端为喇叭口，中心筒喇叭口下方水平设置倒锥台，倒锥台的四周缘与容腔内壁固接，三相分离器下方各设有球型填料；

厌氧生物反应区容腔内的上部侧壁设有出水管；

好氧生物反应区和厌氧生物反应区的顶部都设有水封盖，其中心上侧固接有气体排出管，两气体排出管的另一端接气体处理设备；

好氧生物反应区容腔内下部上方水平设有污水进水管，污水进水管下方水平设有曝气板，曝气板上有复数个孔，其四周缘与容腔内壁固接，其下方侧壁设有进气管；

厌氧生物反应区容腔内下部上方水平设有布水板，布水板上有复数个布水孔，其四周缘与容腔内壁固接，其下方水平设有加热管，加热管从侧壁穿出后与加热设备相连；

好氧生物反应区与调节区相邻的侧壁上方有出水口，将好氧生物反应区和调节区连通；

厌氧生物反应区与调节区相邻的侧壁下方有进水口，将厌氧生物反应区和调节区连通；

调节区的容腔顶端设有加药管，加药管外端与加药设备相通。

所述的一体化生物反应器，其所述好氧生物反应区的外侧壁上还设有插口，插口上安装溶解氧监测计电极；

厌氧生物反应区的外侧壁上，上方的出水管与反应器好氧区的污水进水管相通，在出水管与污水进水管连通的管路上设有回流泵，下方设有pH和温度监测计、氧化还原电位监测计；

调节区的容腔内，设有布水装置。

所述的一体化生物反应器，其所述加热管为复数个，汇入一根总管，总管从侧壁穿出后与加热设备相连。

所述的一体化生物反应器，其所述布水装置，由出水槽和配水管组成，配水管又分为配水干管、配水支管；布水装置有三种结构。

所述的一体化生物反应器，其所述布水装置的三种结构，第一种是在调节区的容腔内中部，于好氧生物反应区出水口的下方，水平设一出水槽，出水槽底面上有复数个孔，孔顺反应器对角线方向或径向排列，孔下方垂直固接有配水支管，配水支管的长度，依反应器对角线或直径的一端向另一端逐渐加长；

第二种是在调节区的容腔内中部，于好氧生物反应区出水口的下方，水平设一出水槽，出水槽底面上有复数个孔，孔排列成一行，孔下方垂直固接有配水干管，配水干管在竖直方向上等距水平设置复数个配水支管；

第三种是由数个第二种布水装置组合而成。

所述的一体化生物反应器，其所述第二种布水装置中的配水支管，其两端向上翘起。

所述的一体化生物反应器，其所述调节区的布水装置，可根据不同需要，选用不同的结构；当设计水量大，反应器容积大时，选用第一种或第三种布水装置；好氧反应区出水侧壁宽小于1~1.5米时，选择第二种布水装置；布水装置中的配水管可根据实际水量相应增加。

所述的一体化生物反应器，其所述回流泵，构成回流系统，部分厌氧生物反应区的出水回流至反应器进水处，与垃圾渗滤液混合进入好氧反应区，以降低高浓度污染物的负荷冲击，回流量视垃圾渗滤液中污染物浓度而定，当进水中氨氮浓度低于1000mg/L时，回流停止。

所述的一体化生物反应器，其特征是：

所述的好氧生物反应区内，降解有机物的微生物和亚硝化菌附着生长在生物填料上，有机物被好氧异养菌降解为无机碳，控制氨氮的硝化过程在亚硝化阶段，并保持50％~55％的氨氮氧化为亚硝酸盐；

所述的厌氧生物反应区内，培养厌氧氨氧化菌附着生长在填料上，厌氧氨氧化菌以氨氮为电子供体来还原亚硝酸盐，以亚硝酸盐为电子受体来氧化氨氮，将氨氮和亚硝态氮转变成氮气，部分有机物被其它厌氧微生物吸收或降解；

调节区的布水装置，可调节水质，使好氧生物反应区不同时段的出水在预混合区中充分混合，同时调节水的pH值以保证水质的稳定和使厌氧反应区在最佳状况。

本发明中的处理垃圾渗滤液的一体化反应器具有以下优点：

(1)微生物相多样化，能存活世代时间较长的微生物。

(2)脱氮效率高，无需投加有机碳源。

(3)工艺流程简单，无需污泥回流，能耗低，无需单独设置沉淀池，运行简便。

(4)运行稳定，耐水质、水量的负荷冲击

(5)工艺布置紧凑，占地少，基建投资省。

(6)反应器封闭运行，产生的气体集中收集排出，保证处理场地的环境卫生。

附图说明

图1本发明的一种处理垃圾渗滤液的一体化生物反应器结构图。

图2本发明的布水装置23A示意图。

图3本发明的布水装置23B示意图。

图4本发明的布水装置23C示意图。

图5传统的生物脱氮工艺流程图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明的一种处理垃圾渗滤液的一体化生物反应器结构图。一体化生物反应器为封闭的容器，由两个生物反应区和一个调节区组成，三个区域在封闭的整体容器内相互连通，每个生物反应区内均填充生物填料，形成好氧区1和厌氧区3，调节区2位于好氧区1和厌氧区3之间。

好氧生物反应区1和厌氧生物反应区3容腔内的上部、中部结构相同，但好氧生物反应区1的构成部件小于厌氧生物反应区3的构成部件。在两区容腔内，上部上方各水平设有一横向支架17、17a，横向支架17、17a两端与侧壁固接，中部各设有三相分离器，三相分离器由中心筒16、16a和倒锥台8、8a构成，中心筒16、16a为倒T型，上端圆筒与支架17、17a中部固接，下端为喇叭口，喇叭口的水平侧角为60°，中心筒16、16a喇叭口下方水平设置倒锥台8、8a，倒锥台8、8a的四周缘与容腔内壁固接，倒锥台8、8a底面与侧面夹角为120°，三相分离器下方各设有球型填料7、7a；厌氧生物反应区3容腔内的上部侧壁设有出水管22。

好氧生物反应区1和厌氧生物反应区3的顶部都设有水封盖10、10a，其中心上侧固接有气体排出管20，气体排出管20的另一端接气体处理设备。

好氧生物反应区1和厌氧生物反应区3容腔内的下部结构不同。好氧生物反应区1容腔内下部上方水平设有污水进水管4，污水进水管4下方水平设有曝气板5，曝气板5上有复数个孔，其四周缘与容腔内壁固接，其下方侧壁设有进气管21。

厌氧生物反应区3容腔内下部上方水平设有布水板13，布水板13上有复数个布水孔，其四周缘与容腔内壁固接，其下方水平设有复数个加热管19，复数个加热管19汇入一根总管，总管从侧壁穿出后与加热设备相连。

好氧生物反应区1与调节区2相邻的侧壁上方有出水口9，将好氧生物反应区1和调节区2连通。

厌氧生物反应区3与调节区2相邻的侧壁下方有进水口12，将厌氧生物反应区3和调节区2连通。

好氧生物反应区1的外侧壁上还设有插口6，插口6上安装溶解氧监测计(DO)电极。

厌氧生物反应区3的外侧壁上，上方的出水管22与反应器好氧区1的污水进水管4相通，在出水管22与污水进水管4连通的管路上设有回流泵18，下方设有pH和温度监测计14、氧化还原电位(ORP)监测计15。

调节区2的容腔顶端设有加药管11，加药管11外端与加药设备相通。

调节区2的容腔内，设有布水装置23，布水装置23由出水槽231和配水管组成，配水管又分为配水干管232、配水支管233。布水装置23有三种结构：布水装置23A、布水装置23B和布水装置23C。

如图2所示，为布水装置23A，是在调节区2的容腔内中部，于好氧生物反应区1出水口9的下方，水平设一出水槽231，出水槽231底面上有复数个孔，孔顺反应器对角线方向(或径向)排列，孔下方垂直固接有配水支管233，配水支管233的长度，依反应器对角线(或直径)的一端向另一端逐渐加长。

如图4所示，为布水装置23C，是在调节区2的容腔内中部，于好氧生物反应区1出水口9的下方，水平设一出水槽231，出水槽231底面上有复数个孔，孔排列成一行，孔下方垂直固接有配水干管232，配水干管232在竖直方向上等距水平设置复数个配水支管233，配水支管233两端向上翘起。

如图3所示，为布水装置23B，布水装置23B是由数个布水装置23C组合而成。

布水装置23可根据不同需要，选用不同的布水装置。当设计水量大，反应器容积大时，需选用布水装置23A和23B，好氧反应区1出水侧壁宽小于1~1.5米时，选择布水装置23C；布水装置23A和23B中的配水管可根据实际水量相应增加；布水装置23A的配水支管233按照反应器对角线进行排列，以达到均匀布水的目的。

反应器中的好氧反应区1和厌氧反应区3均采用上向流固定床生物膜反应器结构，下层安装球型填料7、7a。反应器的顶部安装水封盖10、10a，使反应器中的气味不外逸，产生的各种气体集中收集后处理外排，保证处理场地的环境卫生。

垃圾渗滤液由底部流入好氧生物反应区1，通过布水管4向反应区均匀布水，由供气设施通过曝气装置5向反应器供气，提供生物好氧反应所需的氧气，运行过程中，在插口6上安装溶解氧监测计(DO)电极，监测反应区内的溶解氧，根据不同的进水水质和水量，即不同的进水污染物负荷调节曝气量，达到控制亚硝化的目的。废水与填料7上生长的生物膜接触，渗滤液中的部分氨氮(NH₄-N)被氧化为亚硝酸盐氮(NO₂-N)，大部分易生物降解的有机物被好氧异养菌降解为无机碳，生物降解后的废水和悬浮污泥的混合液经过三相分离器8后，气体主要收集在上部中心筒16中，向上经气体排出管20排放，污泥絮凝、沉淀，澄清水从出水口9流出，进入调节区2，通过布水装置23使不同时段的出水充分混合均匀后，经厌氧生物反应区3下方进水口12自动流进厌氧生物反应区3，废水自下而上通过布水板13流动，在厌氧条件下，填料7a上生长的微生物进行生物代谢，厌氧氨氧化菌以氨氮(NH₄-N)为电子供体来还原亚硝酸盐，以亚硝酸盐(NO₂-N)为电子受体来氧化氨氮(NH₄-N)，将氨氮和亚硝态氮转变成氮气(N₂)，部分有机物被其它厌氧微生物吸收或降解。生物降解后的废水通过三相分离器8a对气、水和泥的分离后，上清液外排，出水通过水封保证空气不进入反应器中。厌氧反应区3上安装有pH和温度监测计14、氧化还原电位(ORP)监测计15的在线控制接口，运行中，反应区中废水的pH低于8，在线控制系统中的加药泵启动，将碱剂经加药管11泵入调节区2，与好氧区1的出水充分混合均匀后，由下方进水口12自动流进厌氧区3，调节厌氧区3中的pH达到运行要求，保障厌氧氨氧化生物反应的正常进行；由于厌氧氨氧化生物反应对温度的要求，厌氧区3底部安装加热管19，在环境温度降低时，对反应器中的废水进行加热。厌氧区3的出水管22与反应器好氧区2的污水进水管4相连，当垃圾渗滤液的水质改变，污染物浓度大大增加时，使用回流泵18将反应器的出水回流与垃圾渗滤液混合稀释后进入好氧区1，以降低进水污染物负荷，减少对反应器的冲击，保障反应器的稳定运行。

反应器的顶部安装水封盖10和10a，生物反应产生的气体由反应器顶部收集后，经气体排出管20送至处理设备排出。

本发明中反应器采用的处理技术原理是：将垃圾渗滤液中约50％的氨氮氧化为亚硝酸盐氮，即硝化过程仅进行到亚硝化阶段，同时去除大部分易生物降解的有机物；微生物在厌氧条件下，以剩余的50％氨氮作为电子供体，以亚硝酸盐氮作为电子受体，将氨氮和亚硝态氮转化为氮气。

本发明的处理技术具有以下优点：

(1)硝化反应只进行到亚硝化阶段，且只需约50％的氨氮氧化为亚硝酸盐氮，节省能耗62.5％。。

(2)节省100％反硝化有机碳源。

实施例1

请参见附图1。

以垃圾渗滤液作为处理废水。整个工艺流程连续稳定运行近四个月，反应器的处理效果如下：

氨氮(NH₄-N)的进水浓度：1282.9mg/L，出水浓度：108.6mg/L，去除率：91.5％；TN的进水浓度：1424.6mg/L，出水浓度：260.1mg/L，去除率：81.6％；CODcr的进水浓度：1035.5mg/L，出水浓度：279mg/L，去除率：73％。