一种垃圾渗沥液的处理方法与流程

本发明涉及一种垃圾渗沥液的处理方法，适用于垃圾渗沥液处理，属于高浓度废水处理领域。

背景技术：

近年来，城市每年的生活垃圾产量以8％～10％的速度急剧增长。传统的生活垃圾处理途径主要有两种，垃圾填埋或者焚烧发电。垃圾填埋或焚烧前的堆酵都会产生大量垃圾渗沥液。由于生活垃圾组分复杂，含水率波动较大，同时垃圾堆酵过程中的环境条件(堆酵温度、堆酵时间、空气湿度、降水。地域条件等)具有不确定性，因此垃圾焚烧渗沥液组分复杂，含有多种有机污染物，变化范围大，且不同季节会对垃圾焚烧渗沥液造成影响。总体来讲，垃圾渗沥液具有高化学需氧量(cod)、高氨氮、高盐度、营养不均衡等特点，属于难处理高浓度废水。

目前，垃圾渗沥液的处理工艺一般采用“预处理+厌氧消化+好氧处理+深度处理”等物化生化组合工艺。尽管这些组合工艺取得了良好的处理效果，但是仍然存在一些有待改进之处：例如厌氧阶段难降解有机物去除率较低，进入后续工艺影响脱氮效果；缺氧反硝化阶段需要外加碳源以保证有效去除硝态氮；好氧脱氮工艺需要大量曝气，能耗较高等；

由此可见，提升工艺处理效果，降低工艺运行能耗具有重要的意义。微生物电解池技术(microbialelectrolysiscell，mec)是近年迅速发展起来的一种融合了污水处理和产生能源的新技术，其利用微生物作为反应主体，在阴阳极间施加电流，通过阳极上一层由厌氧产电微生物形成的微生物膜代谢污水中的有机物产生氢气或者甲烷，从而在对污水进行生物处理的同时获得不同形式的能源。该技术可以强化厌氧反应器对垃圾焚烧渗沥液中有机污染物的降解效果，尤为重要的是可以强化渗沥液中难降解有机物的去除效果。

短程硝化-厌氧氨氧化工艺(sharon-anammox)是一种适宜高氨氮低碳废水的高效脱氮工艺，其包含两个生物过程，首先在好氧的短程硝化反应器中将废水中约50％的氨氮氧化成亚硝酸氮，随后厌氧氨氧化菌在厌氧条件下，以亚硝酸氮为电子受体和氨氮作为直接电子供体反应生成氮气，达到废水中氨氮的全程自养脱氮。可见，sharon-anammox工艺不需要外加碳源即可达到脱氮的目的，且总氮去除率高，耗氧量少。但该工艺并不能去除有机物，且有机物对硝化过程和厌氧氨氧化过程均会产生一定的影响。此外，目前的厌氧氨氧化技术的研究与应用主要集中在高温高氨氮废水处理中，基于厌氧氨氧化技术的城市污水同步脱氮并除有机污染物的装置及工艺鲜有报道。

因此，需要提出一种新的垃圾渗沥液处理工艺，其可以达到高效去除有机污染物和和高效脱氮的同时，还能够节省运行能耗和后期污泥的处理成本。

技术实现要素：

本发明的目的是针对垃圾渗沥液的复杂特性和现有技术的不足之处，提供一种垃圾渗沥液的处理工艺，在达到高效去除有机污染物和和高效脱氮的同时，能够节省成本，增加产能并降低能耗。本发明所提供的工艺，可实现垃圾渗沥液cod去除率在95％以上，氨氮去除率100％，总氮去除率在90％以上。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

一种垃圾渗沥液的处理方法，包括如下步骤：

s1：待处理垃圾渗沥液进入微生物电解池反应器进行微生物电化学反应；

s2：经微生物电化学反应后的出水进入缺氧反硝化反应器进行缺氧反硝化反应；

s3：经缺氧反硝化反应后的出水进入短程硝化反应器进行短程硝化反应；

s4：经短程硝化反应后的出水进入厌氧氨氧化反应器进行厌氧氨氧化反应；

s5：所述垃圾渗沥液经上述步骤依次反应处理完毕后直接排放。

进一步地，所述经缺氧反硝化反应后的出水一部分进入短程硝化反应器，另一部分进入厌氧氨氧化反应器，与短程硝化反应后进入厌氧氨氧化反应器的出水一起进行厌氧氨氧化反应。

进一步地，所述经短程硝化反应后的出水进入一个中间水箱，所述经缺氧反硝化反应后的出水一部分直接进入短程硝化反应器，另一部分进入所述中间水箱；短程硝化反应后的出水和缺氧反硝化反应后的出水在中间水箱混匀后，再进入厌氧氨氧化反应器进行厌氧氨氧化反应。

进一步地，控制缺氧反硝化反应器出水量的60～80％进入短程硝化反应器中，剩余20～40％进入中间水箱。

进一步地，所述经微生物电化学反应后的出水至少去除80％的cod。

进一步地，经所述厌氧氨氧化反应处理后的垃圾渗沥液回流至缺氧反硝化反应器继续处理。

进一步地，所述经微生物电化学反应后的出水可以先进入中间水箱，再进入缺氧反硝化反应器反应。

进一步地，所述经缺氧反硝化反应后进入短程硝化反应器的出水，可以先进入中间水箱，再进入短程硝化反应器反应。

进一步地，所述经微生物电化学反应后的出水一部分进入缺氧反硝化反应器进行反应，另一部分回流至微生物电解池继续处理。

进一步地，垃圾渗沥液经过预处理后，再进入微生物电解池反应器反应。

进一步地，控制所述经微生物电化学反应后、缺氧反硝化反应后、短程硝化反应后或厌氧氨氧化反应后出水的出水流量和出水水质。

本发明所提供的垃圾渗沥液处理装置，其工作原理为：

在厌氧阶段，微生物电解池反应器一方面通过富集能够参与种间电子传递的细菌、古菌等微生物改善反应器内部的微生物群落结构，一方面通过提高种间电子传递速率促进厌氧硝化过程的生物电化学反应，从而使垃圾渗沥液在微生物电解池反应器中经过微生物电化学反应强效去除有机污染物，提高cod去除率；在缺氧好氧阶段，微生物电解池反应器出水后，进入缺氧反硝化反应器可进一步去除有机污染物并去除硝态氮。短程硝化和厌氧氨氧化反应器在缺氧反硝化反应器的基础上继续除氮，在厌氧条件下通过厌氧氨氧化菌的作用，以亚硝酸氮为电子受体，氨氮为电子供体，将亚硝酸氮和氨氮同时转化为n2。其工艺过程不但较传统脱氮工艺节省了约50％的曝气量，从而降低能耗，还不需要外加碳源。此外，厌氧氨氧化反应器出水中硝态氮比例较低，回流时，可以有效减少缺氧反硝化阶段硝态氮含量，从而降低缺氧反硝化对碳源的需求量。

由上述原理可知，本发明的有益效果在于：

高效去除有机污染物：微生物电解池反应器通过改善微生物群落结构和强化微生物电化学反应，能够实现对垃圾渗沥液有机污染物的高效处理；

增加产能，降低能耗：微生物电解池反应器能够促进产甲烷过程，提升甲烷产率和甲烷产量；厌氧氨氧化和短程硝化不需要外加碳源，同时降低曝气引起的能耗；厌氧氨氧化反应器出水中硝态氮比例较低，能够有效减少缺氧反硝化阶段硝态氮含量，从而降低缺氧反硝化对碳源的需求量。

降低成本：短程硝化和厌氧氨氧化承受的氨氮负荷较高，可以缩减工艺规模，降低基建成本；亚硝化和厌氧氨氧化反应器中污泥生长缓慢，剩余污泥量少，从而降低后期污泥处理成本。

附图说明

图1为本发明一个实施方式的垃圾渗沥液处理装置示意图；

图2为图1装置与对照反应器对cod的去除效果对比曲线图。

其中，附图标记说明如下：

1：微生物电解池反应器；

1a：微生物电解池反应器的进水端；

1b：微生物电解池反应器的出水端；

2：缺氧反硝化反应器；

2a：缺氧反硝化反应器的进水端；

2b：缺氧反硝化反应器的出水端；

2c：缺氧反硝化反应器的出水端；

3：短程硝化反应器；

3a：短程硝化反应器的进水端；

3b：短程硝化反应器的出水端；

4：厌氧氨氧化反应器；

4a：厌氧氨氧化反应器的进水端；

4b：厌氧氨氧化反应器的出水端；

4c：厌氧氨氧化反应器的出水端；

5：中间水箱；

6、7：回流管；

具体实施方式

本申请具体实施方式中所使用的垃圾焚烧渗沥液来自于北京市某垃圾焚烧发电厂，其水质指标如下cod：40240–80480mg/l，bod5：22870–50350mg/l，nh4⁺-n：1042–1395mg/l，tn：1330–2179mg/l，ss：8000–10000mg/l。

其中，所述化学需氧量(cod)是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量，反映了水中受还原性物质污染的程度，可作为有机物质相对含量的一项综合性指标，其数值越大表明水体的污染情况越严重；所述生化需氧量(bod5)一般指五日生化学需氧量，是一种用微生物代谢作用所消耗的溶解氧量来间接表示水体被有机物污染程度的一个重要指标。所述氨氮(nh4⁺-n)是指水溶液中以离子氨(nh4⁺)形态存在的氮。氨氮是水体中的营养素，可导致水富营养化现象产生，是水体中的主要耗氧污染物，对鱼类及某些水生生物有毒害；所述总氮(tn)是指水中各种形态无机和有机氮的总量，包括no^3-、no^2-和nh4⁺等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮，以每升水含氮毫克数计算，常被用来表示水体受营养物质污染的程度。所述悬浮物(ss)是指悬浮在水中的固体物质，包括不溶于水中的无机物、有机物及泥砂、黏土、微生物等。

下面通过具体实施例进一步说明本发明。

如图1所示，为本发明的一种垃圾渗沥液处理装置，该装置通过管路依次由微生物电解池反应器1，缺氧反硝化反应器2，短程硝化反应器3和厌氧氨氧化反应器4串联而成：

微生物电解池反应器1设有垃圾渗沥液进水端1a和出水端1b，微生物电解池反应器1的出水端1b与缺氧反硝化反应器2进水端2a相连；缺氧反硝化反应器2的出水端2b与短程硝化反应器3的进水端3a相连；短程硝化反应器3的出水端3b与厌氧氨氧化反应器4的进水端4a相连，厌氧氨氧化反应器4还设有一个出水端4b。缺氧反硝化反应器2设有一个出水端2c，出水端2c与厌氧氨氧化反应器4的进水端4a相连。该装置还可以设有一个中间水箱5，其一端分别与缺氧反硝化反应器2的出水端2c和短程硝化反应器3的出水端3b相连，另一端与厌氧氨氧化反应器4的进水端4a相连。厌氧氨氧化反应器4设有一个出水端4c和回流管6，回流管6的一端与出水端4c相连，另一端与缺氧反硝化反应器2的进水端2a相连。出水端1b与所述进水端2a之间或出水端2b与进水端3a之间设置中间水箱。微生物电解池反应器1的出水端1b处设有一个回流管7，回流管7的一端与出水端1b相连，另一端与微生物电解池反应器1的进水端1a相连。微生物电解池反应器的1的进水端1a处还可以设有进水水泵。进水端2a、出水端2b、出水端2c、出水端3b、出水端4b以及出水端4c的一处或多处还可以设有水阀和流量计。

具体运行操作如下：

微生物电解池反应器的进水根据实际情况可设置或不设置前置预处理工艺。其中，所述预处理工艺一般包括温度调节、水质水量调节、预曝气及去除废水中悬浮的大颗粒污染物质(包括油脂类物质)等，涉及的设备主要有格栅机、刮油刮渣机、调节池、沉砂池、初沉池等。当垃圾渗沥液需要进行预处理时，在微生物电解池反应器1的进水端1a处可设置一个进水水泵，预处理后的原液储存在预处理水箱，通过设在进水端1a处的进水水泵进入微生物电解池反应器1。垃圾渗沥液从微生物电解池反应器1的进水端1a进水，通过出水端1b出水。

垃圾渗沥液原液在微生物电解池反应器1内进行有机污染物的处理：设定微生物电解池反应器1的水力停留时间为3d～7d，运行温度30～37℃，直流恒压电源提供0.5～0.9v的电势。采用梯度提升渗沥液进水cod浓度的方法提升微生物电解池反应器1的运行负荷，使其在25～30kgcod/(m³·d)以上的处理负荷下仍然能够正常运行。

当经过微生物电解池反应器1的液体去除80％以上的cod时，处理后的液体从出水端1b排出并经进水端2a进入缺氧反硝化反应器2。在进水端2a处可设置一个阀门和流量计，根据实际需求，缺氧反硝化反应器2的进水通过所述阀门和流量计控制，选择全部或者部分进入缺氧反硝化反应器2，剩余部分通过设置在出水端1b处的回流管7，回流至微生物电解池反应器1的进水端1a。

在缺氧反硝化阶段，设定缺氧反硝化反应器2的水力停留时间为3d～7d，反应温度为25～30℃，溶氧在0.2～0.5mg/l。在该阶段，反硝化细菌在缺氧条件下，进一步去除有机污染物并还原硝态氮。缺氧反硝化反应器2分别设有一个出水端2b和出水端2c，所述出水端2b与短程硝化反应器3的进水端3a相连，所述出水端2c与厌氧氨氧化反应器4的进水端4a相连。在本装置中还可以设有一个中间水箱5，所述中间水箱5的一端分别与出水端2c和出水端3b相连，另一端与进水端4a相连。缺氧反硝化反应器2的一部分出水可进入该中间水箱5与短程硝化反应器3的出水混匀后一起进入厌氧氨氧化反应器4。在缺氧反硝化反应器2的出水端2b和2c处可分别设置阀门和流量计，控制缺氧反硝化反应器2出水量的60～80％进入短程硝化反应器3中，剩余20～40％进入中间水箱5。

在短程硝化阶段，设定短程硝化反应器3的水力停留时间为1d～3d，反应温度为22～27℃，溶氧在0.5～3.0mg/l。废水中约50％的氨氮在好氧的短程硝化反应器中被氧化成亚硝酸氮，随后短程硝化反应器3的出水(包括生成的亚硝酸氮和未反应完的氨氮，其比例约为1:1)经出水端3b进入中间水箱5或直接经进水端4a进入厌氧氨氧化反应器4。

在厌氧氨氧化阶段，厌氧氨氧化反应器4的水力停留时间为2d～7d，反应温度为32～37℃。厌氧氨氧化菌在厌氧条件下，以亚硝酸氮为电子受体和氨氮作为直接电子供体反应生成氮气，实现废水中氨氮的全程自养脱氮。所述厌氧氨氧化反应器4分别设有出水端4b、出水端4c以及与出水端4c相连的回流管7，通过设置在出水端4b和出水端4c的阀门和流量计，可控制厌氧氨氧化出水70～85％经回流管7回流至缺氧反硝化反应器2的进水端2a，剩余部分通过出水端4b作为出水排出。

如图2所示，以升流式厌氧污泥床(uasb)(购自：北京盈和瑞环保工程有限公司)为对照反应器，对比本发明装置与对照反应器对cod的去除效果及沼气产率，结果表明，本发明装置对污水处理的效果更好，稳定运行以后(约1-2周)，cod去除率在95％以上，氨氮去除率100％，总氮去除率在90％以上。沼气产率也比对照反应器的沼气产率大。

本发明所述“微生物电解池反应器”，是指通过生物电化学反应促进厌氧反应，并以氢气、甲烷、乙醇和过氧化氢等形式回收能量物质和有价值的产物的厌氧反应发生器。在上述实施例中，通过对所述微生物电解池反应器加装不同材料的电极，在外加电势的作用下，一方面提升产氢速率，而氢气可作为产甲烷菌的电子供体，另一方面，发酵型细菌和产甲烷菌在系统内富集，因此都将促进甲烷的生成。

在上述实施例中，所述的“厌氧氨氧化反应器”一般为池型和罐体结构，容积可通过氨氮去除计算，其功能为在厌氧条件下，亚硝态氮到氮气的转化，实现最终渗沥液中的总氮去除。所述的“缺氧反硝化反应器”和“短程硝化反应器”和现有技术中的硝化反硝化反应器设计依据相同，不同在于停留时间缩短，池容减小。在实际工程中稳定运行以后控制溶氧在1～2mg/l之间。

本发明所参考的污水排放标准为2016年8月1日实施的《污水排入城镇下水道水质标准》(gb/t31962—2015)，回用标准根据不同的回用位置有不同的要求，如：《城市污水再生利用工业用水水质》gb/t19923-2005中敞开式循环冷却水系统补水。此外，根据地区不同，排放污水的标准也有不同。本发明的装置可根据不同的排放标准在上述实施例的基础上进行变更和改装。

上述实施例展示了本发明污水处理方法的主要处理单元和设计原理，但是进出水方式、回流设置、阀门和流量计等的设置并不限于以上阐述；根据处理垃圾渗沥液的主体方法的实际情况可以设置或不设置前置预处理工艺和后续深度处理工艺。此外，本方法适用但不限于垃圾渗沥液的处理，还可用于高浓度有机废水的处理。

本发明并不限于以上实施例，上述实施例不以任何方式限制本发明的范围。本领域技术人员在权利要求的范围内所做出的某些改变和调整也应认为属于本发明的范围。