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垃圾渗滤液工艺解析

2018年03月27日作者:杜昱来源:中国给水排水

  中国市政工程华北设计研究总院有限公司教授级高工杜昱,从事垃圾渗滤液处理工程设计工作近二十年,作为业内资深专家在垃圾渗滤液工程设计及现场运行方面积累了丰富的实践经验,为分享多年经验,他多有著述,为大家传经送宝,以推动行业发展,相信工程师们会受益匪浅。

 

  作者简介:杜昱(1964—),男,辽宁义县人,大学本科,中国市政工程华北设计研究总院教授级高工,主要从事城市污水处理和垃圾渗滤液处理的研究与设计工作,多次获得国家及省部级优秀勘察设计奖项。

  垃圾渗滤液MBR处理系统设计要点

  无论是垃圾填埋场还是垃圾焚烧厂,渗滤液的特点是水量水质受季节、气候等因素的影响大,成分复杂、污染物浓度高、可生化性差,渗滤液处理工艺大多采用“预处理+生化+深度处理”工艺,其中生化处理普遍采用MBR工艺,是整个渗滤液处理系统的核心,是出水能否达标排放的重要保障。

  垃圾渗滤液MBR处理系统设计要点如下:

  ◆MBR生化处理系统的设计应以COD进行计算;

  ◆规模较小时可以采用一条线,规模较大时需设置二条线;

  ◆渗滤液处理出水对总氮无要求时采用单级生物脱氮,出水对总氮有要求时采用二级生物脱氮;

  ◆合理选取水温、泥龄、污泥浓度、剩余污泥产率及单位耗氧量等设计参数,通过计算确定混合液回流比;

  ◆外加碳源可以采用甲醇、乙酸钠、葡萄糖等,分别投加在缺氧池和后置反硝化池;

  ◆通过控制生物池内水的流态、利用空气管道控制曝气区域、控制膜分离和污水冷却系统回流位置等技术措施,可以取得良好的处理效果。

  1 用COD进行设计计算

  大部分的生化处理系计是按BOD进行设计计算的,但对垃圾渗滤液而言,COD浓度远远高于BOD浓度,二者的比值COD/BOD>2.2,此种情况下如果仍按BOD进行设计,会存在较大误差,严重影响处理效果,因此垃圾渗滤液MBR生化处理系统应以COD进行设计计算,实际运行结果证明,这种计算方式是符合实际情况的、是合理的。

  2 一条线和二条线的设定原则设置

  许多垃圾渗滤液处理工程,生化处理部分往往只设置一条线,检修、维护时整个系统必须停止运行,对整个渗滤液处理系统影响很大,而且恢复运行难度也很大。因此为保证渗滤液处理系统能够连续稳定运行,同时考虑到渗滤液处理规模大小不一,原则上规模较小时可考虑设置一条线,规模较大时可应采用二条线,使系统的运行更加可靠、灵活和合理,把由于检修维护的影响降到最低。

  根据渗滤液处理工程的特点,工程规模Q≤200m3/d的渗滤液处理工程可以按一条线进行设计,工程规模Q<400m3/d的渗滤液处理工程,优先考虑采用二条线,如果现场条件不允许也可采用一条线,工程规模Q≥400m3/d的渗滤液处理工程应采用二条线。

  3 单级生物脱氮和二级生物脱氮的适用条件

  所谓单级生物脱氮系统,就是在系统内设置缺氧池和好氧池,利用微生物的硝化和反硝化反应达到去除总氮的目的,对于进水氨氮浓度较低或排放标准对总氮没有要求的项目,采用单级生物脱氮即可满足要求。

 

 

  

  事实上经过单级生物脱氮处理后,出水中仍会含有一定量的硝酸盐,尤其是进水氨氮浓度高的情况下,出水中硝酸盐的含量会更高,总氮也相应偏高。在出水对总氮有严格要求的地区,为保证出水总氮达标,在单级生物脱氮后再增设后置反硝化池和后曝气池,亦即二级生物脱氮系统,通过投加外加碳源,利用微生物的硝化和反硝化反应进一步去除剩余的硝酸盐,进而达到提高总氮去除率的目的。

 

 

  

  垃圾渗滤液原液中氨氮浓度很高,一般介于2000mg/L~3000mg/L之间,也有高达3000mg/L~4000mg/L,一些排放标准要求出水总氮低于40mg/L,总氮去除率高达98%以上,如此高的去除率对MBR系统提出了更高的要求,单级生物脱氮系统很难达标,必须采用二级生物脱氮方能满足要求。

  对于垃圾渗滤液而言,排放标准对总氮没有要求的项目,生化处理系统采用单级生物脱氮,如果排放标准对总氮有严格的要求,应采用二级生物脱氮处理系统,通过控制硝化和反硝化反应的完全程度来控制出水中的总氮。

  4 主要设计参数

  4.1主要设计参数的选取

  生化处理系统设计参数取值见表1。

 

  4.2混合液回流比的计算

  垃圾渗滤液进水氨氮浓度高,排放标准对氨氮和总氮的要求非常严格,混合液回流比对总氮的去除率影响较大,混合液回流比增大,TN去除率也增大,合理确定混合液回流比,才能达到良好的脱氮效果。实际工程设计中,许多工程设计混合液回流比不能满足脱氮要求,出水总氮超标现象非常普遍。

  反硝化所需的硝酸盐由污泥回流和混合液回流提供,反硝化率用回流比控制,它们之间的关系为:

 

 

   

  

  反硝化率fde按下式计算:

 

  需硝化的氨氮量按下式计算:

  (4)Nht=24Q[N-0.05(S0-Se)]×10-3(kg/d)

  MBR系统采用外置式超滤膜,出水SS接近于零,其含氮量亦按零考虑。

  反硝化的硝酸盐量按下式计算:

  (5) NOt=24QNO×10-3(kg/d)

  式中需反硝化的硝态氮浓度NO按下式计算:

  (6) NO=N-0.05(S0-Se)-Ne

  5 外部碳源投加系统

  5.1外部碳源的种类

  目前普遍使用的外部碳源有甲醇、乙烷、乙酸、乙酸钠、葡萄糖等,各种碳源各有优缺点,合理选择外部碳源对脱氮效果、运行成本等影响很大。

  不同碳源类型对系统的脱氮性能影响存在差异,在实际工程应用中应根据工程的具体情况合理选用外部碳源,综合分析并参考以往的工程经验,外部碳源宜优先考虑采用葡萄糖。

  5.2外部碳源投加位置

  渗滤液原液碳源极度缺失的情况下,如果不投加外部碳源,会导致生化处理系统内硝酸盐过度积累、碱度缺失,轻则抑制微生物的活性,重则导致系统崩溃,此种情况下为确保系统稳定运行,应在缺氧池和后置反硝化池都投加外部碳源。

  如果碳源不是很缺乏,硝酸盐积累现象也不是很严重,系统内能维持正常的硝化反硝化反应,此时宜在后置反硝化池内投加外部碳源,可以节省投加量,从而达到降低运行成本的目的。

  国内大部分渗滤液处理工程,在后置反硝化池投加新鲜渗滤液,确实可以达到节省运行成本的目的;但由于渗滤液原液含有高浓度的氨氮,而后曝气池未设置内回流系统,导致出水总氮增加,因此在后置反硝化池应投加甲醇或乙酸钠等不含“氮”的外部碳源,而不应投加新鲜渗滤液。

  5.3外加碳源对生化处理系统的影响

  如果渗滤液进水C/N比严重失调,生化处理系统长期靠投加外部碳源维持运行,这种情况与单纯处理垃圾渗滤液有很大不同。无论采用何种碳源,其反应速度均远远高于渗滤液原液,水力停留时间也相应很短,因此池容积也较小。

  如果池容积过大、水力停留时间过长,异养好氧反硝化菌得不到足够的营养物质.因而利用自身体内的原生物质进行内源呼吸,进而降低活性污泥的活性,影响处理效果。因此在靠投加外部碳源维持运行的渗滤液生化处理系统,其生物反应池容积不能过大,应通过计算合理确定。

  6 工程设计技术措施

  6.1水流形态的控制

  许多生物池的设计对水的流态缺少控制,极易发生短流,减少实际水力停留时间,降低整个系统的处理效果。垃圾渗滤液处理生物池内的混合液悬浮固体浓度一般控制住12g/L~15g/L,实际运行过程中有时高达20g/L~30g/L,如此高的污泥浓度,在水流发生短流的情况下,极易发生污泥沉积,从而降低活性污泥的活性,导致处理效率下降。在工程设计中,尤其是大规模的渗滤液处理工程,应在生物池内采取必要措施,控制生物池内水的流态,避免污泥沉积并提高处理效率。

  6.2污水冷却系统回流管的设置

  由于高浓度污水在生化反应过程中会释放出大量的热能,同时由于部分电能转化成热能的缘故,垃圾渗滤液处理生物池内会保持较高的温度,过高的水温会抑制微生物的活性,严重时会使生化处理系统瘫痪。因此垃圾渗滤液生化处理均设有污水冷却系统,用污水泵抽取生物池内的混合液进入换热器,与冷却水在换热器内进行热交换,降温后混合液再回到生物池内,从而达到降低生物池内水温的目的。

  对于设有污水冷却设施的生化系统,由好氧池末端取水,将冷却后的污水回流到缺氧池进水端,可以同时起到混合液回流的作用,提高脱氮效果,也可以取代内回流泵节省能耗,但实际操作中要考虑冷却系统间歇运行的影响。

 

 

  

  6.3膜分离系统回流管的设置

  在许多垃圾渗滤液处理工程中,MBR系统采用管式膜超滤分离系统,超滤进水泵由好氧池末端取水,进入管式膜浓缩又回流到生物池内。将含有硝酸盐的超滤回流管接至缺氧池进水端,同样可以起到混合液内回流的作用,提高脱氮效率、节省能耗。


编辑:治废专家03

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