对中期垃圾渗滤液进行深度脱氮处理的系统及方法

摘要

本发明提供一种对中期垃圾渗滤液进行深度脱氮处理的系统及方法，其系统中的DO传感器以及ORP传感器分别与DO测定仪以及ORP测定仪相连接，DO测定仪、ORP测定仪和曝气机构均与变频器相连接，ORP测定仪、DO测定仪和变频器通过计算机与过程控制器相连接，过程控制器分别与搅拌机构、进水机构、出水机构和曝气机构相连接。应用上述系统的处理方法步骤依次为：向SBR反应器中注入废水并启动系统，启动曝气机构与搅拌机构进行硝化，启动搅拌机构进行反硝化，沉淀，排水，闲置，计算机对循环次数的设定值进行判断。本发明可以解决中期垃圾渗滤液的处理问题，提高原水中的有机碳源在处理过程中的利用率，并在较低的处理成本下达到深度脱氮。

说明书

技术领域

本发明涉及污水生物处理技术领域，尤其是一种对中期垃圾渗滤液 进行深度脱氮处理的系统及方法。

背景技术

城市生活垃圾渗滤液一旦进入自然水体，会对我国的水环境造成严 重的不可修复的破坏，如何经济高效的处理城市生活垃圾渗滤液已经成 为关系我国水环境安全的重要课题。尤其是垃圾渗滤液的脱氮问题，一 直是国内外研究的终点和难点。生物脱氮技术由于其可循环利用，处理 费用低，为真正意义的脱除而非污染“转嫁”，目前被广泛应用于垃圾渗 滤液的脱氮。在生物脱氮的硝化过程中，用于鼓风机曝气的电能消耗占 总能耗的60％以上，而目前大多数渗滤液生物处理技术中的曝气阶段采 用不可调节的罗茨鼓风机或者离心式鼓风机，在曝气硝化的过程中全程 满功率运行，能源利用率低，从而导致处理成本的增加，鼓风机使用寿 命缩短，设备维护和维修费用居高不下。

传统的污水生物处理工艺在硝化结束后，系统中的有机碳消耗殆尽。 为了实现反硝化达到真正意义上的脱氮，必须向系统中投加外碳源以完 成反硝化，否则总氮无法达到国家最新颁布的《垃圾渗滤液排放标准》。 这种操作模式不仅浪费了原水中丰富的有机碳源，还造成了处理成本的 增加。

发明内容

针对上述技术的不足之处，本发明提供一种可以解决中期垃圾渗滤 液的处理问题，提高原水中的有机碳源在处理过程中的利用率，并在较 低的处理成本下达到深度脱氮的对中期垃圾渗滤液进行深度脱氮处理的 系统及方法。

为实现上述目的，本发明提供一种对中期垃圾渗滤液进行深度脱氮 处理的系统，包括SBR反应器、搅拌机构、进水机构、出水机构、曝气 机构、DO传感器以及ORP传感器，还包括DO测定仪、ORP测定仪、 变频器与过程控制器，所述DO传感器以及所述ORP传感器分别与所述 DO测定仪以及所述ORP测定仪相连接，所述DO测定仪、所述ORP测 定仪和所述曝气机构均与所述变频器相连接，所述ORP测定仪、所述 DO测定仪和所述变频器通过计算机与所述过程控制器相连接，所述过 程控制器分别与所述搅拌机构、所述进水机构、所述出水机构和所述曝 气机构相连接。

在所述过程控制器中设有进水继电器、出水继电器、曝气继电器与 搅拌机继电器，所述进水继电器与所述进水机构相连接，所述出水继电 器与所述进水机构相连接，所述曝气继电器与所述曝气机构相连接，所 述搅拌机继电器与所述搅拌机构相连接。

所述ORP测定仪、所述DO测定仪和所述变频器与所述计算机的信 号输入接口相连接，所述计算机的数据出口接口分别与所述显示器和所 述过程控制器相连接。

所述变频器与所述曝气机构相连接。

所述DO传感器和所述ORP传感器均设置在所述SBR反应器的内 部。

本发明同时还提供一种对中期垃圾渗滤液进行深度脱氮处理的方 法，包括以下步骤：

(1)启动进水泵进水，通过过程控制器对计时器进行设定，在系统 启动后将废水注入SBR反应器；

(2)启动曝气机构与搅拌机构进行硝化，将鼓风机的频率作为硝化 过程的实时控制参数并经过程控制器处理；

(3)硝化结束后，停止曝气；

(4)启动搅拌机构进行反硝化，关闭鼓风机及进气阀后开始搅拌， 并采集ORP信号；

(5)关闭搅拌机构，开始沉淀，当达到预先设定的沉淀时间后，进 入下一道工序；

(6)启动出水阀门排水，排水结束后，进入下一道工序；

(7)关闭出水阀门，开始闲置，当达到预先设定的闲置时间后，系 统读取预先设定的整个反应的循环次数设定值；

(8)计算机对循环次数的设定值进行判断，若达到预先设定的整个 反应的循环次数的设定值，则控制装置自动使系统停止运行，反之，则 从步骤(1)开始重新循环开始处理。

在步骤(2)中，采用曝气和搅拌循环交替的方式对SBR反应器进 行硝化处理，启动曝气机构时，通过过程控制器对曝气与搅拌的循环交 替间隔进行设定，利用DO传感器采集DO数值作为控制参数，根据DO 数值的大小来判断是否需要通过过程控制器和变频器调节鼓风机的叶轮 转速频率。

当DO数值小于0.5mg/L时，则增大鼓风机的叶轮转速频率，加大 风量；当DO数值大于0.5mg/L时，则减小鼓风机的叶轮转速频率，减 小风量。

在步骤(3)中，将鼓风机的频率信号输入过程控制器，经滤波处理， 求导计算，得到过程实时控制变量，当鼓风机的频率出现下降速度加快 的变化点时，则表明硝化结束。

在步骤(4)中，以ORP信号作为SBR法反硝化过程的实时控制参 数，当ORP信号值出现下降速度加快的变化点时，则表明反硝化结束。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的处理系统采用单一SBR反应器，突破传统的控制方法， 进水后曝气和搅拌交替运行直至硝化结束，最后缺氧搅拌，不投加任何 有机碳源，利用污泥内碳源进行反硝化，最后反应结束排水，其出水总 氮低于40mg/L，其去除率达到95％以上，达到国家新颁布的垃圾渗滤液 关于总氮的排放标准。在此过程中，通过采用频率f为过程控制参数， 在维持系统低溶解氧的同时实时控制硝化过程的反应时间，及时停止曝 气。在曝气结束后的缺氧搅拌阶段，不添加任何碳源，并且通过对ORP 数值的实时检测，准确的判断反硝化的终点，停止搅拌，节省能耗。其 SBR反应器的结构简单，反应推动力大，耐冲击负荷，污泥沉降性好， 操作灵活多变，可间歇操作等特点，特别适用于处理垃圾渗滤液等水量 不大但水质特殊的工业废水。与其他工艺相比，不仅出水水质好，而处 理费用低，具有良好的经济效益。

应用上述处理系统的方法不仅可以有效减少过曝气和过搅拌的时 间，还可以对自适应不同水质水量的变化，实现智能化的控制，在保证 水质的前提下，最大程度的节省能源。

本发明可广泛应用于含有高有机物高氨氮且碳氮比适宜的工业废水 的处理，特别适用于已使用SBR工艺的污水处理厂或者准备采用SBR 工艺的污水处理厂。

附图说明

图1为本发明系统部分的结构图；

图2为本发明方法部分的流程图；

图3为图2的实施例流程图；

图4为本发明处理垃圾渗滤液参数变化规律与污染物去除效果对照 图。

主要符号说明如下：

1-SBR反应器        2-进水管         3-进水泵

4-进水阀门         5-出水管         6-鼓风机

7-曝气孔           8-搅拌桨         9-曝气管

10-曝气管进气阀门  11-ORP传感器     12-DO传感器

13-变频器          14-DO测定仪      15-ORP测定仪

16-计算机          17-信号输入接口  18-信号输出接口

19-显示器          20-过程控制器    21-进水继电器

22-出水继电器      23-曝气继电器    24-搅拌机继电器

25-出水阀门        26-搅拌马达

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供一种对中期垃圾渗滤液进行深度脱氮处理 的系统，由SBR反应器1、搅拌机构、进水机构、出水机构、曝气机构、 计算机16、DO传感器12、ORP传感器11、DO测定仪14、ORP测定 仪15、变频器13与过程控制器20构成。其中DO测定仪14、ORP测定 仪15和曝气机构均与变频器13相连接，ORP测定仪15、DO测定仪14 和变频器13通过计算机16与过程控制器20相连接，该变频器13与曝 气机构相连接。该过程控制器20分别与搅拌机构、进水机构、出水机构 和曝气机构相连接。DO传感器12和ORP传感器11均设置在SBR反应 器1的内部，DO传感器12通过导线与DO测定仪14相连接，ORP传 感器11通过导线与ORP测定仪15相连接。ORP测定仪15、DO测定仪 14和变频器13与计算机16的信号输入接口17相连接，计算机16通过 其机体上的数据出口接口18分别与显示器19和过程控制器20相连接。 在过程控制器20中设有进水继电器21、出水继电器22、曝气继电器23 与搅拌机继电器24，其中，进水继电器21与进水机构相连接，出水继 电器22与进水机构相连接，曝气继电器23与曝气机构相连接，搅拌机 继电器24与搅拌机构相连接。计算机16的控制界面可在显示器19上显 示。

进水机构由进水管2、进水泵3与进水阀门4构成，进水管的一端 与SBR反应器1注入端相连接，进水泵3与进水阀门依次设置在进水管 2的管路上，进水泵3通过导线与进水继电器21相连接。进水机构由出 水管5与出水阀门25构成，出水阀门25设置在出水管5的管路上，出 水管5的一端与SBR反应器1注入端相连接，出水阀门25通过导线与 出水继电器22相连接。曝气机构由鼓风机6、曝气管9、曝气管进气阀 门10与曝气孔7构成，曝气管9的一端与鼓风机6相连通，曝气管9的 另一端与设置在SBR反应器1底部的曝气孔7相连通，曝气管进气阀门 10设置在曝气管9的管路上，鼓风机6通过导线分别与曝气继电器23 和变频器13相连接。搅拌机构由搅拌马达26与搅拌桨8构成，搅拌马 达26与搅拌桨8的顶部相连接，搅拌桨8设置在SBR反应器1的底部， 搅拌马达26通过导线与搅拌机继电器24相连接。

反应的主装置为SBR反应器，反应器结构简单，反应推动力大，耐 冲击负荷，污泥沉降性好，操作灵活多变，可间歇操作等特点，特别适 用于处理垃圾渗滤液等水量不大但水质特殊的工业废水。与其他工艺相 比，不仅出水水质好，而处理费用低，具有良好的经济效益。

上述处理系统采用单一SBR反应器，突破传统的控制方法，进水 后曝气和搅拌交替运行直至硝化结束，最后缺氧搅拌，不投加任何有机 碳源，利用污泥内碳源进行反硝化，最后反应结束排水，其出水总氮低 于40mg/L，其去除率达到95％以上，达到国家新颁布的垃圾渗滤液关于 总氮的排放标准。在此过程中，通过采用频率f为过程控制参数，在维 持系统低溶解氧的同时实时控制硝化过程的反应时间，及时停止曝气。 在曝气结束后的缺氧搅拌阶段，不添加任何碳源，并且通过对ORP数值 的实时检测，准确的判断反硝化的终点，停止搅拌，节省能耗。其SBR 反应器的结构简单，反应推动力大，耐冲击负荷，污泥沉降性好，操作 灵活多变，可间歇操作等特点，特别适用于处理垃圾渗滤液等水量不大 但水质特殊的工业废水。与其他工艺相比，不仅出水水质好，而处理费 用低，具有良好的经济效益。

如图2所示，本发明同时还提供一种对中期垃圾渗滤液进行深度脱 氮处理的方法，包括以下步骤：

(1)启动进水泵进水，通过过程控制器对计时器进行设定，在系统 启动后将废水注入SBR反应器，当达到预先设定的时间后，关闭进水泵 和进水阀门。

在步骤(1)中，根据进水量确定进水时间，并通过过程控制器对计 时器进行设定，系统启动后，启动进水泵将待处理的废水注入SBR反应 器，当达到预先设定的时间后，关闭进水泵和进水阀门，进入下一道工 序。

(2)启动曝气机构与搅拌机构进行硝化，将鼓风机的频率作为硝化 过程的实时控制参数并经过程控制器处理。

在步骤(2)中，首先通过过程控制器对曝气间隔进行设定，如半小 时为间隔频率。在曝气阶段，打开进气阀门，启动鼓风机，对SBR反应 器进行曝气。另外，同时利用DO传感器采集DO信号，以DO数值作 为控制参数，根据DO数值的大小来判断是否需要通过过程控制器和变 频器调节鼓风机的叶轮转速频率。当DO数值小于0.5mg/L时，则增大 鼓风机的叶轮转速频率，加大风量；当DO数值大于0.5mg/L时，则减 小鼓风机的叶轮转速频率，减小风量。SBR反应器在进行半小时的曝气 后，自动切换至搅拌阶段。此时，系统关闭曝气进气阀门和鼓风机，打 开搅拌器，进行搅拌。当搅拌器搅拌半小时后，系统会自动切换至曝气 阶段，不断循环交替。

在步骤(2)中，将鼓风机的频率信号作为SBR法好氧硝化过程的 实时控制参数。将鼓风机的频率信号输入过程控制器，经滤波处理，求 导计算，得到过程实时控制变量，当鼓风机的频率出现下降速度加快的 变化点时，则表明硝化结束。此时执行机构关闭鼓风机及进气阀，停止 曝气，然后进入下一道工序。

(3)硝化结束后，停止曝气。

(4)启动搅拌机构进行反硝化，关闭鼓风机及进气阀后开始搅拌， 并采集ORP信号。

在步骤(4)中，关闭鼓风机及曝气进气阀后，开始进行搅拌，在此 同时，打开ORP传感器采集ORP信号。以ORP作为SBR法反硝化过 程的实时控制参数，当ORP信号值出现下降速度加快的变化点时，则表 明反硝化结束。此时执行机构关闭搅拌，然而进入下一道工序。

(5)关闭搅拌机构，设定沉淀的时间开始沉淀，并通过过程控制器 进行计时，当达到预先设定的沉淀时间后，进入下一道工序。

(6)启动出水阀门排水，首先设定排水的时间，打开出水阀门，将 处理后水经出水管排到SBR反应器外；排水结束后，关闭出水管上的阀 门，进入下一道工序。

(7)关闭出水阀门，开始闲置，在过程控制器调节下，当达到预先 设定的闲置时间后，系统读取预先设定的整个反应的循环次数设定值。

(8)计算机对循环次数的设定值进行判断，若达到预先设定的整个 反应的循环次数的设定值，则控制装置自动使系统停止运行，反之，则 从步骤(1)开始重新循环开始处理。

本发明中所采用的操作方法与传统的操作方式相比，可以获得更高 的脱氮效率，主要原因有：1、在硝化阶段，采用间歇搅拌间歇曝气的运 行模式，同时在曝气阶段维持较低的溶解氧水平。在这种运行模式下， 系统可以达到较高的同步硝化反硝化效果(40％左右)。2、硝化结束后， 并不是立即沉淀排水，而是继续搅拌。由于在硝化阶段采用间歇曝气间 歇搅拌的操作方式，氧气对反硝化菌的抑制作用相对较小，因此，在硝 化结束后继续搅拌。当系统转变成缺氧状态时，反硝化菌的活性被激活。 在此阶段，反硝化菌可以利用其自身储存的碳源进行反硝化。因此，系 统在不添加任何有机碳源的情况下可以彻底的反硝化，最终出水总氮低 于40mg/L，极大地降低了处理费用。同时，渗滤液毒性的抑制作用和此 操作方式联合作用，可以在保证出水水质的前提下最大限度的减少污泥 的增长。在稳定情况下，污泥量将维持动态平衡，因此可以进一步减少 污泥处置的费用，降低处理成本。

本发明将变频控制与实时控制有机的结合在一起，可以最大程度的 降低能耗。首先，在曝气阶段，通过控制鼓风机的频率，结合变频器， 将硝化过程中系统溶解氧维持在恒定水平，此控制方法与恒定曝气量的 控制方法相比，可以有效地降低鼓风机曝气能耗，节省40％左右的能耗。 其次，通过实时控制策略，以控制鼓风机的频率和ORP值作为实时控制 的参数，可准确的判断系统硝化结束和反硝化结束的时间。此控制方法 不仅可以有效减少过曝气和过搅拌的时间，还可以对自适应不同水质水 量的变化，实现智能化的控制，在保证水质的前提下，最大程度的节省 能源。

如图3所示，以北京某垃圾填埋场实际垃圾渗滤液为处理对象 (pH＝7.5～8.0，COD＝3900～4000mg/L，NH₄⁺-N＝800～900mg/L，NO _x≤10mg/L)。在每周期开始时，反应器内混合液氨氮浓度150～160mg/L， COD浓度为850～900mg/L，NO_x浓度≤5mg/L，污泥浓度＝6.5g/L～7g/L， 温度＝25℃，其具体过程如下：

(1)首先打开进水阀门，启动进水泵将待处理的垃圾渗滤液注入 SBR反应器中，通过过程控制器设定进水时间为10分钟，10分钟后进 关闭进水泵和进水阀门，进入下一道工序；

(2)启动曝气机构与搅拌机构进行硝化，首先通过过程控制器对曝 气间隔进行设定，以半小时为间隔频率。在曝气阶段，打开进气阀门， 启动鼓风机，对SBR反应器进行曝气。另外，同时利用DO传感器采集 DO信号，以DO数值作为控制参数，根据DO数值的大小来判断是否需 要通过过程控制器和变频器调节鼓风机的叶轮转速频率。当DO数值小 于0.5mg/L时，则增大鼓风机的叶轮转速频率，加大风量；当DO数值 大于0.5mg/L时，则减小鼓风机的叶轮转速频率，减小风量。SBR反应 器在进行半小时的曝气后，自动切换至搅拌阶段。此时，系统关闭曝气 进气阀门和鼓风机，打开搅拌器，进行搅拌。当搅拌器搅拌半小时后， 系统会自动切换至曝气阶段，不断循环交替；

(3)硝化结束后，将鼓风机的频率信号作为SBR法好氧硝化过程 的实时控制参数。将鼓风机的频率信号输入过程控制器，经滤波处理， 求导计算，得到过程实时控制变量，当鼓风机的频率出现下降速度加快 的变化点时，则表明硝化结束。此时执行机构关闭鼓风机及进气阀，停 止曝气，然后进入下一道工序；

(4)启动搅拌机构进行反硝化，关闭鼓风机及曝气进气阀后，开始 进行搅拌，在此同时，打开ORP传感器采集ORP信号。以ORP数值作 为SBR法反硝化过程的实时控制参数，当ORP信号值出现下降速度加 快的变化点时，则表明反硝化结束。此时执行机构关闭搅拌，然而进入 下一道工序；

(5)关闭搅拌机构，通过过程控制器设定沉淀时间为30分钟，此 时鼓风机、搅拌器、进水阀门、进气阀门、排水阀门和排泥阀门均关闭。 当达到预先设定的沉淀时间后，进入下一道工序；

(6)启动出水阀门排水，首先设定排水的时间，打开出水阀门，将 处理后水经出水管排到SBR反应器外；排水结束后，关闭出水管上的阀 门，进入下一道工序；

(7)关闭出水阀门，开始闲置，在过程控制器调节下，将闲置时间 运行时间设定为2小时，当达到预先设定的闲置时间后，系统读取预先 设定的整个反应的循环次数设定值；

(8)计算机对循环次数的设定值进行判断，若达到预先设定的整个 反应的循环次数的设定值，则控制装置自动使系统停止运行，反之，则 从步骤(1)开始重新循环开始处理。

利用本发明所提供的对中期垃圾渗滤液进行深度脱氮处理的系统及 方法处理中期垃圾渗滤液，在不添加任何有机碳源的条件下，最终出水 氨氮≤5mg/L，NO₂≤5mg/L，NO₃≤5mg/L，TN≤40mg/L，达到了国家 新颁布的有关垃圾渗滤液排放标准中关于氨氮和总氮的标准。此外，与 恒定曝气量的控制方式相比，此控制方法和控制装置节省了40％左右的 电耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本 发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本发明的保护范围之内。