專利名稱：垃圾滲濾液生物脫氮裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種垃圾處理裝置，尤其是涉及 種基于缺氧/好氧生物脫氮技術(shù)的垃圾滲濾 液生物脫氮裝置。
背景技術(shù)：
城市垃圾填埋場排出的滲濾液中含高濃度的氨氮，由于高濃度的氨氮對微生物具有抑制 作用，嚴(yán)重影響滲濾液生化處理系統(tǒng)的正常運行，直接導(dǎo)致處理出水不達(dá)標(biāo)，因此垃圾滲濾 液的氨氮生物脫除技術(shù)已成為環(huán)保領(lǐng)域中的研究熱點。
氨氮處理方法可以分為物化法和生化聯(lián)合法。目前常用的氨氮物化控制技術(shù)主要包括空 氣吹脫法、磷酸銨鎂沉淀法、選擇性離子法和Fenton氧化法等。釆用物化法去除垃圾滲濾液 中的氨氮速度快，效果好，但是物化法往往需要消耗化學(xué)藥劑，費用較高，同時還容易產(chǎn)生 二次污染；與物化法相比，生化法可以去除廢水中絕大多數(shù)有機物、氰化物、氨氮等污染物， 具有污染物去除范圍廣、運行管理方便、運行費用低等優(yōu)點。
生物脫氮過程可分為硝化反應(yīng)(Nitrification)階段和反硝化反應(yīng)(De-nitrification)階段。 硝化反應(yīng)是在有氧條件下將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸態(tài)氮的過程，它包括兩個反應(yīng)步驟(1)亞硝化 反應(yīng)，氨氮在亞硝酸菌作用下首先氧化為亞硝酸態(tài)氮；(2)硝化反應(yīng)，亞硝酸態(tài)氮在硝酸菌
作用下進(jìn)一步氧化為硝酸態(tài)氮；其反應(yīng)式如下
職++1.502 - N02_ + 2H++H20
N02_ + 1.502-> N03—
反硝化反應(yīng)是在缺氧(無分子態(tài)氧)條件下反硝化菌利用可生物降解的有機物作為碳源、 能源和電子供體，以硝酸態(tài)氮或亞硝酸態(tài)氮為電子受體，將亞硝酸態(tài)氮和硝酸態(tài)氮進(jìn)一步還
原為氮氣的過程；其反應(yīng)式如下
N03—+3H+ (電子供體)-l/2N2+H20+OH-
N02—+6H+ (電子供體)-《 l/2N2+H20+OH-
廢水中含有的多種可生物降解性的有機物，如多糖類、有機酸類、醇類等物質(zhì)均可作為 反硝化反應(yīng)的電子供體。此外，少量的硝酸態(tài)氮可通過微生物內(nèi)源呼吸過程被反硝化為氮氣 和氨氮，其反應(yīng)式如下
3C5H7N02+4N03—- 5C02+NH3 + 2N2 + 40H-
由于硝化反應(yīng)需要消耗大量的堿度，當(dāng)污水中氨氮負(fù)荷過高時，堿度不足將導(dǎo)致裝置中 硝化污泥混合液的pH值降至6.5以下，偏離硝化菌生長代謝的適宜pH值，表現(xiàn)為硝化活性 降低，硝化反應(yīng)速率下降。此外，由于在缺氧條件下滲濾液中高濃度的有機物被酸化分解， 將導(dǎo)致缺氧槽出水的pH值低下，再流入好氧硝化槽，使pH值降的更低。目前，補充堿度的 方式主要是投加NaHC03或NaOH,這無疑增加了運行成本與管理的難度。
缺氧生物濾池具有結(jié)構(gòu)簡單、缺氧轉(zhuǎn)化率高、運行費用低、管理方便等優(yōu)點。常用的填 料有無機類和有機類兩種，其中無機類填料有砂石、陶粒等，而有機類主要采用玻璃鋼、聚 氯乙烯、聚丙烯維尼倫等制造的不同規(guī)則形狀的濾料。海產(chǎn)廢棄貝殼中含有豐富的CaC03， 它可以代替NaHC03或NaOH為硝化提供堿度。在貝殼的溶出實驗中發(fā)現(xiàn)，貝殼中含有豐富 的CaC03可在弱酸性條件下逐漸溶出，通過結(jié)合水中的rT而游離出OH—;如將海產(chǎn)廢棄貝殼 作為缺氧生物濾池的填料，既克服了出水的pH值低下問題，又實現(xiàn)了廢棄貝殼的處置。
好氧膜生物反應(yīng)器(Membrance bioreactor，簡稱MBR)是直接將膜組件安裝在曝氣池內(nèi)， 可使污染物的生物轉(zhuǎn)化和活性污泥與處理水的分離兩個過程同時進(jìn)行的反應(yīng)裝置。它既克服 了傳統(tǒng)活性污泥法本身的一些不可避免的弊病，同時又具有占地少、處理率高、運行管理方 便、混合液濃度高、泥齡長、剩余污泥少、出水無懸浮固體與病菌等優(yōu)點。
2004年任鶴云等(任鶴云，李月中等.MBR法處理垃圾滲濾液工程實例[J].給水排水，2004， 30 (10): 36-38)報道了有關(guān)MBR法處理垃圾滲濾液工程實例。
2006年本申請的發(fā)明人熊小京等(熊小京，簡海霞.A/A/0-MBR組合工藝處理垃圾滲濾 液中操作參數(shù)對降解特性的影響[J].現(xiàn)代化工，2006,26(z2): 85-87)報道了A/A/0-MBR組合工 藝處理垃圾滲濾液中操作參數(shù)對降解特性的影響。2008年發(fā)明人熊小京等(熊小京，申茜， 王新紅，李博.缺氧/好氧牡蠣殼生物濾池的氮磷去除性能研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù).2008， 31 (12B): 76-79)又報道缺氧/好氧牡蠣殼生物濾池的氮磷去除性能研究。
2007年申歡等(申歡，金奇庭等.水解/好氧MBR組合工藝處理非穩(wěn)定期垃圾滲濾液[J]. 中國給水排水，2007， 23(15): 82-85)報道了水解/好氧MBR組合工藝處理非穩(wěn)定期垃圾滲 濾液

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于缺氧/好氧生物脫氮技術(shù)的垃圾滲濾液生物脫氮裝置。 本發(fā)明設(shè)有缺氧柱和好氧膜生物反應(yīng)器，缺氧柱設(shè)有柱體、牡蠣殼填料和承托板，柱體 底部設(shè)有排泥口，柱體頂部設(shè)有出氣口，承托板設(shè)于柱體內(nèi)下部，承托板上設(shè)有通孔，牡蠣殼填料填入柱體內(nèi)的承托板上，承托板下方設(shè)有進(jìn)水口，在牡蠣殼填料的上方設(shè)有出水口； 好氧膜生物反應(yīng)器設(shè)有槽體、膜片、布?xì)夤芎蛯?dǎo)流板，膜片和導(dǎo)流板設(shè)于槽體內(nèi)，布?xì)夤茉O(shè) 于槽體底部。
在柱體外側(cè)最好設(shè)有加熱水套。
所述膜片最好為平板膜片。
所述膜片和導(dǎo)流板最好平行豎直設(shè)于槽體內(nèi)。
由于生物填料是構(gòu)成缺氧生物濾池的核心部分，直接影響著A/0工藝的脫氮效果，因此 選擇合適的填料對發(fā)揮缺氧生物濾池處理效果至關(guān)重要。本發(fā)明采用牡蠣殼作為缺氧生物濾 池的生物填料， 一方面利用牡蠣殼粗糙的表面作為濾池生物膜的載體，另一方面利用牡蠣殼 在缺氧酸化過程中CaC03成分的不斷溶出，使缺氧出水的pH值得到提高，為后續(xù)的好氧MBR 槽的硝化反應(yīng)提供堿度。
由于采用牡蠣殼填料缺氧生物濾池進(jìn)行反硝化處理，好氧膜生物反應(yīng)器進(jìn)行硝化處理， 好氧膜出水部分回流至缺氧生物濾池，因此本發(fā)明具有耐滲濾液沖擊能力強、生物脫氮率高 和出水水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點。
本發(fā)明基于缺氧/好氧(簡稱A/0)生物脫氮工藝，將貝殼填料缺氧生物濾池與好氧膜生 物反應(yīng)器組合而設(shè)計出一種高效生物脫氮裝置，特別適用于含高濃度氨氮的垃圾滲濾液的處 理，作為解決垃圾滲濾液處理中生物脫氮率低下問題、遏制其對水環(huán)境污染的重要工程手段， 不僅具有重要的應(yīng)用價值，而且具有很好的社會意義。


圖1為本發(fā)明的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明實施例的膜片結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本發(fā)明實施例的導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為本發(fā)明實施例的承托板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明實施例在運行穩(wěn)定期中系統(tǒng)各處理單元的氨氮濃度的時間變化圖。在圖5 中，橫坐標(biāo)為時間(d)，縱坐標(biāo)為氨氮濃度mg/L;命為生物濾池(BF)進(jìn)水，A為好氧膜生 物反應(yīng)器的槽體內(nèi)，，為生物濾池(BF)出水，國為好氧膜生物反應(yīng)器出水。
圖6為本發(fā)明實施例在運行穩(wěn)定期中系統(tǒng)各處理單元的總硝態(tài)氮濃度的時間變化圖。在 圖6中，橫坐標(biāo)為時間(d)，縱坐標(biāo)為總硝態(tài)氮濃度(mg/L);令為生物濾池(BF)進(jìn)水，■ 為好氧膜生物反應(yīng)器的槽體內(nèi)，A為好氧膜生物反應(yīng)器出水。
圖7為本發(fā)明實施例不同滲濾液進(jìn)水氨氮濃度條件下整套系統(tǒng)氨氮去除效果比較圖。在圖7中，橫坐標(biāo)為時間(d)，縱坐標(biāo)為氨氮去除率(％);令為濃度，國為中濃度，A為高濃度。
圖8為本發(fā)明實施例不同滲濾液進(jìn)水氨氮濃度條件下整套系統(tǒng)總氮去除效果比較圖。在 圖8中，橫坐標(biāo)為時間(d),縱坐標(biāo)為總氮去除率(％);命為濃度，國為中濃度，A為高濃度。
具體實施例方式
以下實施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明在處理垃圾滲濾液中的突出效果給予說明。
如圖1 4所示，本發(fā)明實施例設(shè)有缺氧柱A和好氧膜生物反應(yīng)器B，缺氧柱A設(shè)有柱 體2、牡蠣殼填料9和承托板8，柱體2底部設(shè)有排泥口 11，排泥口 11位于承托板8下方， 柱體2頂部設(shè)有出氣口 12，承托板8設(shè)于柱體2內(nèi)下部，承托板8上設(shè)有若干通孔13，牡蠣 殼填料9填入柱體2內(nèi)的承托板8上，承托板8下方設(shè)有進(jìn)水口 14，在牡蠣殼填料9的上方 設(shè)有出水口 18。在柱體2外側(cè)設(shè)有加熱水套10。
好氧膜生物反應(yīng)器B設(shè)有槽體3、膜片15、布?xì)夤?7和導(dǎo)流板16，膜片15和導(dǎo)流板 16平行豎直設(shè)于槽體3內(nèi)，布?xì)夤?7設(shè)于槽體3底部。膜片15可采用日本KUBOTA公司 出品的聚丙烯復(fù)合平板膜，尺寸為0.303mx0.212m，表面積為0.1285 m2，孔徑為0.1~0.4nm， 膜片釆用兩片。布?xì)夤?7和導(dǎo)流板16。膜片15和導(dǎo)流板16平行豎直設(shè)于槽體3內(nèi)部，布 氣管17設(shè)于槽體3底部。
本發(fā)明開拓性地以牡蠣殼作為生物膜的載體，因牡蠣殼具有粗糙的表面而具有作為生物 膜載體的可能性，且經(jīng)試驗證實粗糙的牡蠣殼表面非常適合反硝化細(xì)菌的生長。
使用時，水槽l內(nèi)的垃圾滲瀝液在蠕動泵4的作用下，與由蠕動泵5從好氧膜生物反應(yīng) 器中的一膜片15抽出的回流液合并，流入缺氧柱的柱體2的底部，柱體2中填充約100cm 高的牡蠣殼填料9 (投影面積lcmx3cm，孔隙率80%)，牡蠣殼填料9表面生長著反硝化細(xì)菌， 反硝化細(xì)菌在缺氧條件下，將來自好氧膜生物反應(yīng)器的回流液中的硝氮和亞硝氮轉(zhuǎn)化成氮氣， 使進(jìn)水中的氮化物得到完全去除，反應(yīng)生成的氣體從出氣口 12排出，柱體2的出水由頂部出 水口 18直接溢流至好氧膜生物反應(yīng)器。
好氧膜生物反應(yīng)器的槽體3內(nèi)的好氧微生物所需氧氣由曝氣機7供給，并通過布?xì)夤?7 在槽體3內(nèi)釋放出來，槽體3內(nèi)的導(dǎo)流板16在曝氣狀態(tài)下起到一個將氣液混合均勻的作用， 處理水在蠕動泵6的作用下經(jīng)另一片膜15抽出。
經(jīng)實驗驗證，本發(fā)明所用牡蠣殼填料非常適合作為生物膜載體，微生物可在牡蠣殼表面 附著生長，并形成生物膜。因此，可以得出牡蠣殼適合作為缺氧生物濾池的生物膜載體的結(jié)論。其次，本發(fā)明對垃圾滲瀝液的處理具有較高的氨氮及總氮去除效率，推流式的缺氧生物 濾池不僅能夠為后續(xù)的硝化反應(yīng)階段提供充足的堿度，使缺氧柱出水維持在穩(wěn)定的pH值范 圍，而且本身具有的推流式反應(yīng)器的特點，反應(yīng)物濃度由進(jìn)口向出口遞減，生成物濃度由進(jìn) 口向出口遞增，既保證了冋流的硝化液的有效去除，同時反硝化階段所產(chǎn)生的堿度也一定程 度上緩解了后續(xù)硝化階段對堿度的需求。而全混式好氧膜生物反應(yīng)器中獨特的平板膜(兩片) 和導(dǎo)流板設(shè)計，使好氧槽內(nèi)氣液混合更加均勻，氧氣利用率大幅度提高，大大提高了好氧槽 的硝化效率。
本發(fā)明不僅大幅度提高了垃圾滲瀝液中的氨氮和總氮的去除效果，而且為海產(chǎn)養(yǎng)殖廢棄 物一牡蠣殼資源化再利用尋找一條新的途徑。圖5和6給出在進(jìn)水氨氮濃度為204mg/L、200% 的回流比條件下，系統(tǒng)在穩(wěn)定期運行時各處理單元的氨氮濃度與總硝態(tài)氮濃度的時間變化。 由圖5和6可知，氨氮的去除主要發(fā)生在好氧膜生物反應(yīng)器內(nèi)，總硝態(tài)氮的去除主要發(fā)生在 缺氧柱內(nèi)，膜片對氨氮和總硝態(tài)氮沒有去除效果，好氧膜生物反應(yīng)器的總硝態(tài)氮濃度穩(wěn)定在 45 50mg/L時，缺氧柱出水總硝態(tài)氮濃度基本穩(wěn)定在3mg/L左右，可見缺氧柱的反硝化脫氮 效果十分明顯。
圖7和圖8分別給出不同垃圾滲瀝液進(jìn)水氨氮濃度時整套系統(tǒng)氨氮和總氮去除效果比較 圖。當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度為低、中、高濃度時(162.0、 207.8禾tl 408.4mg/L)，組合工藝對氨氮的 平均去除率分別為82.9%、 90.3%和78.1%;對總氮的平均去除率分別55.4%、 67.1%和54.2%。
本發(fā)明采用牡蠣殼為缺氧生物膜的載體，因牡蠣殼具有粗糙的表面非常適合反硝化細(xì)菌 的生長。牡蠣殼填料缺氧柱/好好氧膜生物反應(yīng)器組合工藝流程為原水槽內(nèi)的垃圾滲瀝液在 蠕動泵的作用下，與由蠕動泵從好氧膜生物反應(yīng)器中的一片膜片抽出的回流液合并，流入缺 氧柱的底部；填料表面生長著反硝化細(xì)菌，反硝化細(xì)菌在缺氧條件下，將來自好氧膜生物反 應(yīng)器的回流液中硝氮與亞硝氮轉(zhuǎn)化成氮氣，并從出氣口排出，柱體的出水由頂部直接溢流至 好氧膜生物反應(yīng)器。好氧膜生物反應(yīng)器內(nèi)的好氧微生物所需氧氣由曝氣機供給，槽內(nèi)的導(dǎo)流 板起到使氣液混合均勻的作用，處理水在蠕動泵的作用下經(jīng)另一片膜抽出。
本發(fā)明對垃圾滲瀝液的處理顯示出較高的氨氮及總氮去除效果，缺氧柱中推流式的上升 流動保證了柱出水維持在穩(wěn)定的pH值范圍，不僅能夠為后續(xù)的硝化反應(yīng)階段提供充足的堿 度。而全混式好氧膜生物反應(yīng)器中獨特的平板膜(兩片)和導(dǎo)流板設(shè)計，使好氧槽內(nèi)氣液混 合更加均勻，氧氣利用率大幅度提高，大大提高了好氧槽的硝化效率。
權(quán)利要求
1.垃圾滲濾液生物脫氮裝置，其特征在于設(shè)有缺氧柱和好氧膜生物反應(yīng)器，缺氧柱設(shè)有柱體、牡蠣殼填料和承托板，柱體底部設(shè)有排泥口，柱體頂部設(shè)有出氣口，承托板設(shè)于柱體內(nèi)下部，承托板上設(shè)有通孔，牡蠣殼填料填入柱體內(nèi)的承托板上，承托板下方設(shè)有進(jìn)水口，在牡蠣殼填料的上方設(shè)有出水口；好氧膜生物反應(yīng)器設(shè)有槽體、膜片、布?xì)夤芎蛯?dǎo)流板，膜片和導(dǎo)流板設(shè)于槽體內(nèi)，布?xì)夤茉O(shè)于槽體底部。
2. 如權(quán)利要求1所述的垃圾滲濾液生物脫氮裝置，其特征在于在柱體外側(cè)設(shè)有加熱水套。
3. 如權(quán)利要求1所述的垃圾滲濾液生物脫氮裝置，其特征在于所述膜片為平板膜片。
4. 如權(quán)利要求1所述的垃圾滲濾液生物脫氮裝置，其特征在于所述膜片和導(dǎo)流板平行豎直設(shè)于槽體內(nèi)。
全文摘要
垃圾滲濾液生物脫氮裝置，涉及一種垃圾處理裝置，尤其是涉及一種基于缺氧/好氧生物脫氮技術(shù)的垃圾滲濾液生物脫氮裝置。提供一種基于缺氧/好氧生物脫氮技術(shù)的垃圾滲濾液生物脫氮裝置。設(shè)有缺氧柱和好氧膜生物反應(yīng)器，缺氧柱設(shè)有柱體、牡蠣殼填料和承托板，柱體底部設(shè)有排泥口，柱體頂部設(shè)有出氣口，承托板設(shè)于柱體內(nèi)下部，承托板上設(shè)有通孔，牡蠣殼填料填入柱體內(nèi)的承托板上，承托板下方設(shè)有進(jìn)水口，在牡蠣殼填料的上方設(shè)有出水口；好氧膜生物反應(yīng)器設(shè)有槽體、膜片、布?xì)夤芎蛯?dǎo)流板，膜片和導(dǎo)流板設(shè)于槽體內(nèi)，布?xì)夤茉O(shè)于槽體底部。
文檔編號C02F3/30GK101549909SQ200910111790
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月16日
發(fā)明者馮喆文, 熊小京, 鄭天凌 申請人:廈門大學(xué)