本發(fā)明涉及環(huán)境工程領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種硝化反硝化滲濾液回灌式填埋場脫氮裝置及其工藝調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

近年來滲濾液的管理已成為垃圾填埋最主要的問題。富含氨氮以及其他污染物的垃圾滲濾液容易對地下水造成二次污染，滲濾液泄漏、危害環(huán)境和公眾健康的事件常有發(fā)生。填埋場滲濾液內(nèi)氨氮的去除，主要通過揮發(fā)、反硝化和厭氧氨氧化等途徑實(shí)現(xiàn)，垃圾中含氮有機(jī)物分解轉(zhuǎn)化生成氨氮，一部分作為氨氮被微生物同化利用，一部分以氣態(tài)形式散發(fā)。剩余部分在好氧環(huán)境下，氧化為硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，繼而被反硝化細(xì)菌作用還原為氮?dú)饷摮?/p>

生物反應(yīng)器填埋場是一種新型的垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)，具有加速垃圾穩(wěn)定化，減少環(huán)境污染和滲濾液排量等優(yōu)點(diǎn)。但是傳統(tǒng)厭氧生物反應(yīng)器填埋場滲濾液回灌過程出現(xiàn)高濃度有機(jī)酸及氨氮積累的問題，因此，脫氮型生物反應(yīng)器填埋技術(shù)已成為各國研究者的熱點(diǎn)。其中，原位硝化反硝化技術(shù)是一種常用的滲濾液脫氮技術(shù)，即滲濾液中氨氮經(jīng)場內(nèi)好氧硝化處理后，硝化滲濾液回灌至垃圾填埋場上層，以富含有機(jī)質(zhì)的填埋層作為反硝化場所實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種硝化反硝化脫氮生物反應(yīng)器，通過人為控制垃圾堆體中不同區(qū)域的含氧量，將垃圾體分為好氧、缺氧和厭氧區(qū)域，利用滲濾液回灌實(shí)現(xiàn)好氧區(qū)硝化后，滲濾液在厭氧區(qū)實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮。

本發(fā)明還有一個目的是提供一種硝化反硝化脫氮生物反應(yīng)器的工藝調(diào)控方法，通過進(jìn)水量調(diào)節(jié)因子調(diào)控布水器的進(jìn)水量，調(diào)整填埋場反應(yīng)器內(nèi)的pH值，縮短反應(yīng)時間。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種硝化反硝化脫氮生物反應(yīng)器，包括：

填埋反應(yīng)器，其內(nèi)設(shè)置垃圾填充層，用于對垃圾進(jìn)行初步降解；

曝氣裝置，其選擇性接通所述填埋反應(yīng)器，用于提供好氧硝化反應(yīng)的氧氣；

厭氧反應(yīng)器，其連接填埋反應(yīng)器的出水口，用于對填埋反應(yīng)器流出的滲濾液進(jìn)行厭氧反應(yīng)；

集水箱，其連接厭氧反應(yīng)器和填埋反應(yīng)器，所述集水箱用于儲存所述厭氧反應(yīng)器流出的滲濾液；

其中，所述集水箱還包括溫控裝置和液體泵，所述溫控裝置對集水箱內(nèi)滲濾液預(yù)熱至反應(yīng)溫度，所述液體泵將預(yù)熱后的滲濾液泵入至填埋反應(yīng)器。

優(yōu)選的是，所述厭氧反應(yīng)器為UASB厭氧反應(yīng)器。

優(yōu)選的是，所述厭氧反應(yīng)器還包括：

三相分離器，其安裝在所述厭氧反應(yīng)器和集水箱的連通管路上，用于對厭氧反應(yīng)器產(chǎn)生的滲濾液與氣、固兩相進(jìn)行分離。

優(yōu)選的是，所述填埋場反應(yīng)器還包括：

布水器，其安裝在所述填埋場反應(yīng)器的上部，用于向填埋場反應(yīng)器內(nèi)通入水；

第一填充層，其平鋪在所述垃圾填充層的上部，用于對進(jìn)入填埋場反應(yīng)器的液體進(jìn)行過濾；

第二填充層，其平鋪在所述垃圾填充層的下部，用于對流出填埋場反應(yīng)器的滲濾液進(jìn)行過濾。

優(yōu)選的是，還包括：

填埋場集水箱，其設(shè)置所述填埋反應(yīng)器和厭氧反應(yīng)器的連通管路上，用于收集填埋場反應(yīng)器流出的滲濾液，并將滲濾液排入至所述厭氧反應(yīng)器。

優(yōu)選的是，所述填埋場反應(yīng)器采用有機(jī)塑料板焊制。

本發(fā)明的目的還通過一種硝化反硝化脫氮生物反應(yīng)器的工藝調(diào)控方法來實(shí)現(xiàn)，包括以下步驟：

步驟1、布水器向填埋場反應(yīng)器通水，進(jìn)水量為Q，垃圾填充層的含氮有機(jī)物水解轉(zhuǎn)化生成氨氮；

步驟2、曝氣裝置向填埋場反應(yīng)器內(nèi)通入空氣，有機(jī)物進(jìn)行好氧硝化反應(yīng)；

步驟3、填埋場反應(yīng)器的滲濾液通過填埋場集水箱流入?yún)捬醴磻?yīng)器，進(jìn)行厭氧反應(yīng)，產(chǎn)生甲烷氣體；

步驟4、厭氧反應(yīng)完全的滲濾液經(jīng)三相分離器后進(jìn)入集水箱，集水箱將滲濾液的溫度預(yù)熱至后回灌入填埋場反應(yīng)器，在填埋場反應(yīng)內(nèi)進(jìn)行反硝化反應(yīng)去除氨氮。

優(yōu)選的是，當(dāng)檢測到填埋場反應(yīng)器的t時刻pH值>7.8，調(diào)節(jié)布水器的進(jìn)水量Q′，使Q′＝ηQ；

其中，η為進(jìn)水量調(diào)節(jié)因子。

優(yōu)選的是，所述進(jìn)水量調(diào)節(jié)因子η為：

其中，t為填埋時間；M_s0為固相中COD濃度初值；k₁為固相中氨氮有機(jī)物的水解速率常數(shù)；k₂為生物好氧硝化反應(yīng)降解有機(jī)物的速率常數(shù)；k₃為生物反硝化反應(yīng)降解有機(jī)物的速率常數(shù)；pH(t)為t時刻的pH值；為標(biāo)準(zhǔn)pH值。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：1、脫氮生物反應(yīng)器是通過人為控制垃圾堆體中不同區(qū)域的含氧量，將垃圾體分為好氧、缺氧和厭氧區(qū)域，利用滲濾液回灌實(shí)現(xiàn)好氧區(qū)硝化后，滲濾液在厭氧區(qū)實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮，氨氮去除更加徹底；2、脫氮生物反應(yīng)器能夠加速垃圾的穩(wěn)定化進(jìn)程、減少滲濾液的產(chǎn)量和提高滲濾液性能，節(jié)省成本。3、填埋場反應(yīng)器通過曝氣裝置通入所需氧氣量，加速好氧降解，縮短填埋場垃圾降解穩(wěn)定時間。4、通過進(jìn)水量調(diào)節(jié)因子調(diào)控布水器的進(jìn)水量，調(diào)整填埋場反應(yīng)器內(nèi)的pH值，縮短反應(yīng)時間。

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的硝化反硝化脫氮生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)形式，硝化反硝化脫氮生物反應(yīng)器包括：填埋場反應(yīng)器110、厭氧反應(yīng)器130、三相分離器140和UASB集水箱150。

填埋場反應(yīng)器110為直徑40cm、高100cm的圓柱形反應(yīng)器，其內(nèi)壁涂覆有防腐涂層，反應(yīng)器的頂蓋上開設(shè)氣體取樣口111、進(jìn)水口112，其底部開設(shè)出水口，將垃圾粉碎成3cm大小的塊狀后從頂蓋倒入填埋場反應(yīng)器110，利用重力壓實(shí)后形成垃圾填充層，填埋場反應(yīng)器110對垃圾填充層進(jìn)行初步降解，降解產(chǎn)生的氣體從氣體取樣口111進(jìn)行取樣，垃圾填充層產(chǎn)生的滲濾液從出水口排出；曝氣裝置117包括氣泵118和空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)119，曝氣裝置117固定安裝在所述填埋場反應(yīng)器110的底部，其連接填埋場反應(yīng)器110的底部的入氣口，利用氣泵118將空氣泵入填埋場反應(yīng)器110，空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)119安裝在氣泵118連通填埋場反應(yīng)器110的管路上，能夠測量空氣的進(jìn)氣量；其中，當(dāng)需要加快好氧硝化反應(yīng)速率，人工接通曝氣裝置117和填埋反應(yīng)器110，將空氣填埋反應(yīng)器110，空氣與垃圾填充層進(jìn)行逆流接觸，反應(yīng)發(fā)生在氧氣與垃圾填充層中的氨氮有機(jī)物接觸的過程中，使填埋場反應(yīng)器110底部進(jìn)行好氧硝化反應(yīng)；

厭氧反應(yīng)器130為封閉型反應(yīng)器，其內(nèi)設(shè)置有包含顆粒污泥或絮狀污泥的污泥反應(yīng)床，顆粒污泥或絮狀污泥中富含厭氧產(chǎn)甲烷菌。厭氧反應(yīng)器130側(cè)面設(shè)置有取樣口131，用于采集內(nèi)部反應(yīng)物，通過檢測反應(yīng)物從而判斷反應(yīng)進(jìn)行程度，其頂面上開設(shè)排氣閥，用于排放反應(yīng)氣體，其頂部的側(cè)面開設(shè)上開設(shè)出水口，用于排出反應(yīng)完的滲濾液；厭氧反應(yīng)器130底部進(jìn)水口通過管路連接填埋場反應(yīng)器110的出水口，垃圾填充層產(chǎn)生的滲濾液從出水口排出后從厭氧反應(yīng)器130底部進(jìn)入，滲濾液向上通過污泥反應(yīng)床，厭氧反應(yīng)發(fā)生在廢水和污泥反應(yīng)床接觸的過程，反應(yīng)完全的滲濾液經(jīng)出水口排出厭氧反應(yīng)器130，氣體從厭氧反應(yīng)器130的排氣閥排出。

集水箱150包括集水箱進(jìn)水口、集水箱出水口、加熱器、溫控裝置和蠕動泵153，集水箱進(jìn)水口通過管道連接厭氧反應(yīng)器130出水口，將其內(nèi)滲濾液排入集水箱150；溫控裝置包括溫度計(jì)151和溫控儀152，所述溫度計(jì)151底部浸入滲濾液液面以下，檢測滲濾液的溫度；溫度計(jì)151將溫度數(shù)據(jù)傳輸至溫控儀152，溫控儀152內(nèi)PID控制器控制加熱器是否進(jìn)行加熱。滲濾液的預(yù)熱溫度設(shè)定為35℃，當(dāng)溫控儀152 接收到滲濾液溫度低于設(shè)定溫度，其控制加熱器進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度上升至35℃時停止加熱。其連接厭氧反應(yīng)器和填埋反應(yīng)器，所述集水箱用于儲存所述厭氧反應(yīng)器流出的滲濾液；集水箱出水口通過管路連接填埋場反應(yīng)器110的進(jìn)水口112，按照實(shí)驗(yàn)需要將預(yù)熱后的滲濾液回灌至填埋場反應(yīng)器110，填埋層上部進(jìn)行反硝化反應(yīng)去除氨氮；其中，集水箱出水口連接填埋場反應(yīng)器110的管路上安裝蠕動泵153，蠕動泵153用于控制滲濾液的回灌量。

在另一實(shí)施例中，所述厭氧反應(yīng)器130為UASB厭氧反應(yīng)器，UASB厭氧反應(yīng)器又稱升流式厭氧污泥床法，其由下至上分為補(bǔ)水區(qū)、反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置有污泥反應(yīng)床，廢水由UASB厭氧反應(yīng)器底部進(jìn)入，向上流動通過污泥反應(yīng)床，滲濾液在污泥反應(yīng)床內(nèi)進(jìn)行厭氧反應(yīng)產(chǎn)生氣體，氣體從排氣閥排出，滲濾液從出水口排出，實(shí)現(xiàn)滲濾液的高效化厭氧反應(yīng)。

在另一實(shí)施例中，所述UASB厭氧反應(yīng)器還包括三相分離器140，其安裝在所述厭氧反應(yīng)器和集水箱的之間，大部分有機(jī)物在在厭氧狀態(tài)下產(chǎn)生的沼氣，沼氣的主要成分為甲烷和二氧化碳，由于所產(chǎn)氣體的攪動引起了內(nèi)部的循環(huán)，氣體附著在污泥顆粒上，附著污泥顆粒和沒有附著的氣體向反應(yīng)器頂部上升進(jìn)入三相分離器140，三相分離器140將附著污泥顆粒與沼氣進(jìn)行分離，被分離的氣體(沼氣)導(dǎo)出反應(yīng)器收集利用，被分離的污泥顆粒則回流到厭氧反應(yīng)區(qū)，提高污泥顆粒利用率，加快反應(yīng)速率。

在另一實(shí)施例中，所述填埋場反應(yīng)器110還包括：

布水器116安裝在所述填埋場反應(yīng)器110的上部，其連接供水管，用于向填埋場反應(yīng)器110內(nèi)通入水。不定時利用布水器110向填埋場反應(yīng)器加入水，模擬現(xiàn)實(shí)垃圾填埋場中降水對反應(yīng)的影響，使反應(yīng)更趨近于實(shí)際垃圾填埋場。

第一填充層114為沙子填充層，如圖1所示，沙子平鋪在所述垃圾填充層的上部，并進(jìn)行壓實(shí)后形成沙子填充層，用于對進(jìn)入填埋場反應(yīng)器110的液體進(jìn)行過濾；

第二填充層115為礫石填充層，如圖1所示，礫石將粉碎后將其均勻顆粒平鋪在填埋場反應(yīng)器110的內(nèi)底面上，并進(jìn)行壓實(shí)后形成礫石填充層，其位于所述垃圾填充層的下部，用于對流出填埋場反應(yīng)器的滲濾液進(jìn)行過濾。

在另一實(shí)施例中，所述脫氮反應(yīng)器還包括：填埋場集水箱120，其設(shè)置所述填埋反應(yīng)器110和厭氧反應(yīng)器130的連通管路上，用于收集和儲存填埋場反應(yīng)器流出的滲濾液，并將滲濾液通過蠕動泵121排入至所述厭氧反應(yīng)器130，便于反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。

在另一實(shí)施例中，所述填埋場反應(yīng)器110采用有機(jī)塑料板焊制，具有堅(jiān)固、防腐蝕的作用，節(jié)省實(shí)驗(yàn)成本。

本發(fā)明還提供一種硝化反硝化脫氮生物反應(yīng)器的工藝調(diào)控方法，包括以下步驟：

步驟1、布水器116向填埋場反應(yīng)器110內(nèi)通入常溫水，進(jìn)水量為Q，填埋場反應(yīng)器110的溫度設(shè)定為25℃，將PH值調(diào)節(jié)至6.5-7.5，垃圾填充層的含氮有機(jī)物水解轉(zhuǎn)化生成氨氮，一部分作為氨氮被微生物同化利用，一部分以氣態(tài)形式散發(fā)經(jīng)氣體取樣口111排出；

步驟2、曝氣裝置117的氣泵118向填埋場反應(yīng)器110內(nèi)通入空氣，使填埋場反應(yīng)器110內(nèi)氧氣含量為13-17％，為通過空氣轉(zhuǎn)子流量計(jì)119測量泵入的氣體流量，填埋場反應(yīng)器110下層有機(jī)物進(jìn)行好氧硝化反應(yīng)；

步驟3、填埋場反應(yīng)器110的滲濾液通過填埋場集水箱120流入?yún)捬醴磻?yīng)器130，進(jìn)行厭氧反應(yīng)，產(chǎn)生甲烷氣體；

步驟4、厭氧反應(yīng)完全的滲濾液經(jīng)三相分離器140后進(jìn)入集水箱150，集水箱150將滲濾液的溫度預(yù)熱至35℃后回灌入填埋場反應(yīng)器110，進(jìn)行反硝化反應(yīng)去除氨氮。

在另一實(shí)施例中，當(dāng)檢測到填埋場反應(yīng)器在t時刻pH值>7.8，調(diào)節(jié)布水器的進(jìn)水量Q′：

Q′＝ηQ (1)

其中，η為進(jìn)水量調(diào)節(jié)因子。

所述進(jìn)水量調(diào)節(jié)因子η為：

其中，t為填埋時間，單位為小時；M_s0為固相中COD濃度初值，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測量為53000mg/L；k₁為固相中氨氮有機(jī)物的水解速率常數(shù)，為2.5×10^-3L·(mg·d)^-1，；k₂為生物好氧硝化反應(yīng)降解有機(jī)物的速率常數(shù)，為1.7×10^-3L·(mg·d)^-1；k₃為生物反硝化反應(yīng)降解有機(jī)物的速率常數(shù)。為3.1×10^-3L·(mg·d)^-1；pH(t)為t時刻的pH值；為標(biāo)準(zhǔn)pH值，通常為7.8。

通過公式1-2確定進(jìn)水量，從而調(diào)整填埋場反應(yīng)器110內(nèi)的pH值，防止因pH值增大導(dǎo)致的反應(yīng)速率下降的問題。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用。它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域。對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。