短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮的装置与方法
1.本发明涉及短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮的装置与方法，属于高氨氮污水污泥生物处理领域。
背景技术：
2.近年来，城市进程不断推进固体废物产量与日俱增，卫生填埋成为全世界范围内固体垃圾最主要的处理方式，在美国和中国分别有43.5％和78.6％的城市固体废物通过卫生填埋的方式进行处理。垃圾渗滤液作为卫生填埋的副产物，具有氨氮浓度高、水质水量波动大、可生化性差和营养元素比例失调等特点，其高效低碳的脱氮处理已成为世界难题。
3.厌氧氨氧化可以将nh
4+-n和no
2-‑
n直接转化为n2，被认为是当前最环保、最经济的污水脱氮技术，具有生物能源回收潜力，适用于低c/n比晚期垃圾渗滤液等高氨氮废水的处理。但是厌氧氨氧化过程每去除1mol nh
4+-n将代谢产生0.26mol no
3-‑
n，厌氧氨氧化出水积累大量的no
3-‑
n是导致其出水不达标的主要原因。当污水中有足够有机碳源时，目前最流行、最有效的no
3-‑
n处理工艺依然为异养反硝化。然而，当废水中缺少足够的有机碳源(如晚期垃圾渗滤液)，异养反硝化工艺则无法有效去除no
3-‑
n，导致脱氮效率只能达到10％左右，而额外添加有机碳源会大幅增加污水处理成本并可能会导致二次污染。此外，异养反硝化还会产生大量剩余污泥。
4.硫自养反硝化可以有效解决厌氧氨氧化出水no
3-‑
n高的难题。作为一种化能自养菌，硫自养反硝化菌可以利用(so
32-、s2o
32-、s0和s
2-)作为电子供体和能源将no
3-‑
n还原为n2。高氨氮负荷晚期垃圾渗滤液首先进入短程硝化/厌氧氨氧化反应器，进水nh
4+-n被氧化为no
2-‑
n，生成的no
2-‑
n在nh
4+-n作为电子受体条件下被厌氧氨氧化原位还原去除；接下来，含有no
3-‑
n的短程硝化/厌氧氨氧化出水和外加硫离子同时引入硫自养反硝化反应器，在进水s/n质量比大于等于1.42条件下，no
3-‑
n被硫自养反硝化菌逐步还原为n2，完成晚期垃圾渗滤液的深度脱氮处理。
技术实现要素：
5.本发明提出了短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮的装置与方法，属于高氨氮废水生物脱氮技术领域。晚期垃圾渗滤液首先进入短程硝化/厌氧氨氧化反应器，进水nh
4+-n被氧化为no
2-‑
n，生成的no
2-‑
n在nh
4+-n作为电子受体条件下被厌氧氨氧化原位还原去除。厌氧氨氧化过程每去除1molnh
4+-n将代谢产生0.26molno
3-‑
n，因此大量no
3-‑
n在短程硝化/厌氧氨氧化反应器内积累，难以满足垃圾渗滤液排放标准；接下来，含有no
3-‑
n的出水和外加硫离子同时引入硫自养反硝化反应器，在确保进水s/n质量比大于等于1.42条件下，厌氧氨氧化产生的no
3-‑
n被硫自养反硝化菌还原为n2，实现晚期垃圾渗滤液的深度脱氮处理。本发明提出了一种完全自养型生物脱氮技术，解决了晚期垃圾渗滤液脱氮效率低、出水总氮高的问题，并极大降低了污水处理过程的剩余污泥产量。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
7.短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮的装置与方法，其特征在于，包括第进水水箱(1)、短程硝化/厌氧氨氧化反应器(2)、中间水箱(3)、硫自养反硝化反应器(4)和出水水箱(5)；
8.所述进水水箱(1)设有第一出水口(1.1)；所述短程硝化/厌氧氨氧化反应器(2)设有第一搅拌器(2.1)、第一在线监测装置(2.2)、第一进水蠕动泵(2.3)、第一进水口(2.4)、空气压缩机(2.5)、曝气砂头(2.6)、第二出水口(2.7)、第一出水蠕动泵(2.8)；所述中间水箱(3)设有第二进水口(3.1)、第三出水口(3.2)；所述硫自养反硝化反应器(4)设有第二搅拌器(4.1)、第三进水口(4.2)、第二进水蠕动泵(4.3)、第二出水蠕动泵(4.4)、第四出水口(4.5)、第二在线监测装置(4.6)；所述出水水箱(5)设有第四进水口(5.1)。
9.进水水箱(1)第一出水口(1.1)通过第一进水蠕动泵(2.3)与短程硝化/厌氧氨氧化反应器(2)的第一进水口(2.4)相连；空气经过空气压缩机(2.5)和曝气砂头(2.6)打入短程硝化/厌氧氨氧化反应器(2)；短程硝化/厌氧氨氧化反应器(2)的第二出水口(2.7)通过第一出水蠕动泵(2.8)与中间水箱(3)的第二进水口(3.1)相连；中间水箱的第三出水口(3.2)通过第二进水蠕动泵(4.3)与硫自养反硝化反应器(4)的第三进水口(4.2)相连，硫自养反硝化反应器(4)的第四出水口(4.5)通过第二出水蠕动泵(4.4)与出水水箱(5)第四进水口(5.1)相连。
10.利用所述装置实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮，其特征在于，包括以下过程：
11.1)分别将处理晚期垃圾渗滤液的厌氧氨氧化活性污泥和处理s
2-工业废水的活性污泥接种至短程硝化/厌氧氨氧化反应器和硫自养反硝化反应器，接种后两个反应器内混合液污泥浓度分别为3129-4053mg/l和3638-3762mg/l；
12.2)打开第一进水蠕动泵将进水水箱中的晚期垃圾渗滤液泵入短程硝化/厌氧氨氧化反应器，打开空气压缩机和第一搅拌器，通过控制空气压缩机曝气强度确保反应器内溶解氧浓度为0.05-0.2mg/l。在微溶解氧条件下，厌氧氨氧化菌利用活性污泥形成的局部厌氧环境可以与短程硝化同时发挥代谢活性，直接将进水nh
4+-n去除；
13.3)短程硝化耦合厌氧氨氧化过程需要消耗碱度，短程硝化/厌氧氨氧化反应器的曝气时间通过ph在线监测装置严格控制，当反应结束时ph将降到最低。因此，ph曲线出现“氨谷点”时立即停止曝气，沉淀15min后出水排入中间水箱；
14.4)厌氧氨氧化过程每去除1molnh
4+-n将代谢产生0.26molno
3-‑
n。根据短程硝化/厌氧氨氧化反应器出水中no
3-‑
n浓度，向中间水箱内投加s
2-，并确保s/n质量比大于等于1.42；
15.5)打开第二进水蠕动泵，将中间水箱中含有no
3-‑
n和s
2-的废水泵入硫自养反硝化反应器，硫自养反硝化在s
2-作为电子供体条件下将no
3-‑
n还原为n2，实现对晚期垃圾渗滤液的深度脱氮处理。硫自养反硝化是一种消耗碱度的自养脱氮过程，缺氧搅拌时间通过ph在线监测装置实时控制，当ph曲线不再下降或ph曲线的一阶导数在-0.1和0之间，停止搅拌；
16.所述步骤2)短程硝化/厌氧氨氧化反应器在运行过程中水力停留时间为60-100h、排水比为30-50％、泥龄为45-60天；
17.所述步骤5)硫自养短程反硝化反应器在运行过程中水力停留时间为12-20h、排水比为30-50％、泥龄为60-75天。
18.技术原理
19.本发明公开了短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮的装置与方法，属于高氨氮废水生物脱氮技术领域。晚期垃圾渗滤液首先进入短程硝化/厌氧氨氧化反应器，进水nh
4+-n被氧化为no
2-‑
n，生成的no
2-‑
n在nh
4+-n作为电子受体条件下被厌氧氨氧化原位还原去除。厌氧氨氧化过程每去除1molnh
4+-n将代谢产生0.26molno
3-‑
n，因此大量no
3-‑
n在短程硝化/厌氧氨氧化反应器内积累，难以满足垃圾渗滤液排放标准；接下来，含有no
3-‑
n的出水和外加硫离子同时引入硫自养反硝化反应器，在进水s/n质量比大于等于1.42条件下，no
3-‑
n被硫自养反硝化菌还原为n2，完成晚期垃圾渗滤液的深度脱氮处理。本发明提出了一种新型完全自养生物脱氮技术，解决了晚期垃圾渗滤液脱氮效率低、出水总氮高的问题，并极大降低了污水处理过程的剩余污泥产量；该工艺操作灵活易于调控，适用于高氨氮废水的深度处理。
20.本发明涉及的短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮的装置与方法具有如下优点：
21.1)通过短程硝化、厌氧氨氧化与硫自养反硝化的有机结合，实现了真正意义上无外碳源投加的完全自养生物脱氮技术处理晚期垃圾渗滤液，不仅降低了污水处理成本和二次污染风险，同时最大程度的减少了剩余污泥产量；
22.2)短程硝化/厌氧氨氧化反应器中采用的是悬浮污泥，反应器内小于0.2mg/l的溶解氧浓度一方面为短程硝化过程提供充足氧分，另一方面厌氧氨氧化菌利用活性污泥形成的局部厌氧环境可以同时发挥代谢活性；
23.3)通过ph曲线实时控制短程硝化/厌氧氨氧化反应器的曝气时间，避免了过曝气导致的nob增长和能源浪费；
24.4)硫自养反硝化可以在无外碳源投加条件下去除厌氧氨氧化产生的硝态氮，有效提高总氮去除效率，并且硫自养反硝化过程反应速率快，氮素的去除负荷高；
25.5)短程硝化/厌氧氨氧化反应器和硫自养反硝化反应器反应时间均通过ph曲线实时控制，不仅避免了不必要的能源消耗完成反应时间的最优分配，同时当进水水质水量发生变化时，依然可以确保系统的稳定运行，实现对晚期垃圾渗滤液含氮污染物的高效去除。
附图说明
26.图1是本发明装置示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图1和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
28.如图1所示，短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮的装置与方法，包括第进水水箱(1)、短程硝化/厌氧氨氧化反应器(2)、中间水箱(3)、硫自养反硝化反应器(4)和出水水箱(5)；
29.所述进水水箱(1)设有第一出水口(1.1)；所述短程硝化/厌氧氨氧化反应器(2)设有第一搅拌器(2.1)、第一在线监测装置(2.2)、第一进水蠕动泵(2.3)、第一进水口(2.4)、空气压缩机(2.5)、曝气砂头(2.6)、第二出水口(2.7)、第一出水蠕动泵(2.8)；所述中间水箱(3)设有第二进水口(3.1)、第三出水口(3.2)；所述硫自养反硝化反应器(4)设有第二搅
拌器(4.1)、第三进水口(4.2)、第二进水蠕动泵(4.3)、第二出水蠕动泵(4.4)、第四出水口(4.5)、第二在线监测装置(4.6)；所述出水水箱(5)设有第四进水口(5.1)。
30.进水水箱(1)第一出水口(1.1)通过第一进水蠕动泵(2.3)与短程硝化/厌氧氨氧化反应器(2)的第一进水口(2.4)相连；空气经过空气压缩机(2.5)和曝气砂头(2.6)打入短程硝化/厌氧氨氧化反应器(2)；短程硝化/厌氧氨氧化反应器(2)的第二出水口(2.7)通过第一出水蠕动泵(2.8)与中间水箱(3)的第二进水口(3.1)相连；中间水箱的第三出水口(3.2)通过第二进水蠕动泵(4.3)与硫自养反硝化反应器(4)的第三进水口(4.2)相连，硫自养反硝化反应器(4)的第四出水口(4.5)通过第二出水蠕动泵(4.4)与出水水箱(5)第四进水口(5.1)相连。
31.本实例中具体试验用水为实际晚期垃圾渗滤液，其氨氮平均浓度为1736
±
40mg/l，cod平均浓度为2109
±
200mg/l，平均碱度为4000
±
1000mg/l(以caco3计)。试验反应器采用序批式sbr，有效容积为10l，排水比30-50％。
32.具体操作过程如下：
33.1)分别将处理晚期垃圾渗滤液的厌氧氨氧化活性污泥和处理s
2-工业废水的活性污泥接种至短程硝化/厌氧氨氧化反应器和硫自养反硝化反应器，接种后两个反应器内混合液污泥浓度分别为3129-4053mg/l和3638-3762mg/l；
34.2)打开第一进水蠕动泵将进水水箱中的晚期垃圾渗滤液泵入短程硝化/厌氧氨氧化反应器，打开空气压缩机和第一搅拌器，通过控制空气压缩机曝气强度确保反应器内溶解氧浓度为0.05-0.2mg/l。在微溶解氧条件下，厌氧氨氧化菌利用活性污泥形成的局部厌氧环境可以与短程硝化同时发挥代谢活性，直接将进水nh
4+-n去除；
35.3)短程硝化耦合厌氧氨氧化过程需要消耗碱度，短程硝化/厌氧氨氧化反应器的曝气时间通过ph在线监测装置严格控制，当反应结束时ph将降到最低。因此，ph曲线出现“氨谷点”时立即停止曝气，沉淀15min后出水排入中间水箱；
36.4)厌氧氨氧化过程每去除1molnh
4+-n将代谢产生0.26molno
3-‑
n。根据短程硝化/厌氧氨氧化反应器出水中no
3-‑
n浓度，向中间水箱内投加s
2-，并确保s/n质量比大于等于1.42；
37.5)打开第二进水蠕动泵，将中间水箱中含有no
3-‑
n和s
2-的废水泵入硫自养反硝化反应器，硫自养反硝化在s
2-作为电子供体条件下将no
3-‑
n还原为n2，实现对晚期垃圾渗滤液的深度脱氮处理。硫自养反硝化是一种消耗碱度的自养脱氮过程，缺氧搅拌时间通过ph在线监测装置实时控制，当ph曲线不再下降或ph曲线的一阶导数在-0.1和0之间，停止搅拌；
38.所述步骤2)短程硝化/厌氧氨氧化反应器在运行过程中水力停留时间为60-100h、排水比为30-50％、泥龄为45-60天；
39.所述步骤5)硫自养短程反硝化反应器在运行过程中水力停留时间为12-20h、排水比为30-50％、泥龄为60-75天。
40.连续试验结果表明：
41.该工艺在进水氨氮、总氮和cod浓度分别为1736
±
40mg/l，2023
±
75mg/l，和2109
±
200mg/l的条件下，总氮去除率可以达到95.0％，其中厌氧氨氧化的脱氮贡献为67.4％，硫自养反硝化的脱氮贡献为27.6％。新工艺与传统硝化-反硝化生物脱氮相比，节约了60％曝气量、100％外加碳源和减少67.3％的剩余污泥产量。
技术特征：
1.短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮的装置，其特征在于，包括第进水水箱(1)、短程硝化/厌氧氨氧化反应器(2)、中间水箱(3)、硫自养反硝化反应器(4)和出水水箱(5)；所述进水水箱(1)设有第一出水口(1.1)；所述短程硝化/厌氧氨氧化反应器(2)设有第一搅拌器(2.1)、第一在线监测装置(2.2)、第一进水蠕动泵(2.3)、第一进水口(2.4)、空气压缩机(2.5)、曝气砂头(2.6)、第二出水口(2.7)、第一出水蠕动泵(2.8)；所述中间水箱(3)设有第二进水口(3.1)、第三出水口(3.2)；所述硫自养反硝化反应器(4)设有第二搅拌器(4.1)、第三进水口(4.2)、第二进水蠕动泵(4.3)、第二出水蠕动泵(4.4)、第四出水口(4.5)、第二在线监测装置(4.6)；所述出水水箱(5)设有第四进水口(5.1)；进水水箱(1)第一出水口(1.1)通过第一进水蠕动泵(2.3)与短程硝化/厌氧氨氧化反应器(2)的第一进水口(2.4)相连；空气经过空气压缩机(2.5)和曝气砂头(2.6)打入短程硝化/厌氧氨氧化反应器(2)；短程硝化/厌氧氨氧化反应器(2)的第二出水口(2.7)通过第一出水蠕动泵(2.8)与中间水箱(3)的第二进水口(3.1)相连；中间水箱的第三出水口(3.2)通过第二进水蠕动泵(4.3)与硫自养反硝化反应器(4)的第三进水口(4.2)相连，硫自养反硝化反应器(4)的第四出水口(4.5)通过第二出水蠕动泵(4.4)与出水水箱(5)第四进水口(5.1)相连。2.利用权利要求1所述装置实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮的方法，其特征在于，包括以下过程：1)分别将处理晚期垃圾渗滤液的厌氧氨氧化活性污泥和处理s
2-工业废水的活性污泥接种至短程硝化/厌氧氨氧化反应器和硫自养反硝化反应器，接种后两个反应器内混合液污泥浓度分别为3129-4053mg/l和3638-3762mg/l；2)打开第一进水蠕动泵将进水水箱中的晚期垃圾渗滤液泵入短程硝化/厌氧氨氧化反应器，打开空气压缩机和第一搅拌器，通过控制空气压缩机曝气强度确保反应器内溶解氧浓度为0.05-0.2mg/l；在微溶解氧条件下，厌氧氨氧化菌利用活性污泥形成的局部厌氧环境可以与短程硝化同时发挥代谢活性，直接将进水nh
4+-n去除；3)短程硝化耦合厌氧氨氧化过程需要消耗碱度，短程硝化/厌氧氨氧化反应器的曝气时间通过ph在线监测装置严格控制，当反应结束时ph将降到最低；因此，ph曲线出现“氨谷点”时立即停止曝气，沉淀15min后出水排入中间水箱；4)厌氧氨氧化过程每去除1molnh
4+-n将代谢产生0.26molno
3-‑
n；根据短程硝化/厌氧氨氧化反应器出水中no
3-‑
n浓度，向中间水箱内投加s
2-，并确保s/n质量比大于等于1.42；5)打开第二进水蠕动泵，将中间水箱中含有no
3-‑
n和s
2-的废水泵入硫自养反硝化反应器，硫自养反硝化在s
2-作为电子供体条件下将no
3-‑
n还原为n2，实现对晚期垃圾渗滤液的深度脱氮处理；硫自养反硝化是一种消耗碱度的自养脱氮过程，缺氧搅拌时间通过ph在线监测装置实时控制，当ph曲线不再下降或ph曲线的一阶导数在-0.1和0之间，停止搅拌；所述步骤2)短程硝化/厌氧氨氧化反应器在运行过程中水力停留时间为60-100h、排水比为30-50％、泥龄为45-60天；所述步骤5)硫自养短程反硝化反应器在运行过程中水力停留时间为12-20h、排水比为30-50％、泥龄为60-75天。
技术总结
短程硝化/厌氧氨氧化-硫自养反硝化实现晚期垃圾渗滤液深度脱氮的装置与方法，属于高氨氮废水生物脱氮领域。晚期垃圾渗滤液首先进入短程硝化/厌氧氨氧化反应器，进水H
