垃圾滲濾液三段式多級(jí)串聯(lián)強(qiáng)化生物處理技術(shù)
中國(guó)污水處理工程網(wǎng) 時(shí)間：2015-5-30 9:08:22
污水處理技術(shù) | 匯聚全球環(huán)保力量，降低企業(yè)治污成本
1 工程概況
山東濟(jì)南市某城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠每天產(chǎn)生約150 t垃圾滲濾液，主要由垃圾自身所含水分、垃圾發(fā)酵分解產(chǎn)生的水分及儲(chǔ)運(yùn)過程中滲入的雨水和地表水等組成〔1〕。該滲濾液有機(jī)物濃度極高且水質(zhì)變化大，B/C在0.4左右，可生化性較好〔2, 3〕。由于其處理尾水需直排入海，且常規(guī)工藝難以處理達(dá)標(biāo)，因此擬采用預(yù)處理/生化處理/深度處理三段式多級(jí)串聯(lián)強(qiáng)化生物處理組合工藝，出水水質(zhì)需達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)要求。該工程設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)和排放標(biāo)準(zhǔn)見表 1。
2 處理工藝及設(shè)計(jì)參數(shù)
處理工藝流程見圖 1。
圖 1 垃圾滲濾液處理工藝流程
滲濾液首先進(jìn)入調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水量水質(zhì)，隨后通過泵抽送至預(yù)處理段中的快速混合池并投加石灰，調(diào)節(jié)其pH至弱堿性。此后進(jìn)入一級(jí)、二級(jí)反應(yīng)沉淀池并分別投加混凝劑和絮凝劑，其出水利用外來蒸汽加熱至30 ℃左右后進(jìn)入生化段。生化段由兩級(jí)UBF段（厭氧）和SMSBR段（好氧）組成。在兩級(jí)UBF段，處理液由UBF反應(yīng)器底部進(jìn)入，依次經(jīng)過厭氧污泥床和填料生物膜區(qū)，最后在反應(yīng)器頂部進(jìn)行固液氣三相分離，之后處理液自流至脫氣沉淀池脫除沼氣和污泥，而UBF反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣通過燃?xì)夤艿朗占瘍?chǔ)存用來發(fā)電或燃燒處理〔4, 5〕。處理液進(jìn)入SMSBR段通過好氧處理進(jìn)一步降解有機(jī)物，其出水至超濾膜池并進(jìn)行鼓風(fēng)曝氣強(qiáng)化生物處理〔6〕。生化段出水至雙膜段（納濾、反滲透）進(jìn)行深度處理，在該段處理液中的難降解有機(jī)污染物通過膜的篩分、截留和吸附等作用被去除掉〔7〕，可使最終出水達(dá)標(biāo)直排入海。系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥經(jīng)污泥管道收集后進(jìn)入污泥濃縮池進(jìn)行重力濃縮。濃縮后的污泥由泵輸送至離心脫水機(jī)機(jī)械脫水，脫水干污泥外運(yùn)或送至焚燒車間焚燒處理。
各處理單元的設(shè)計(jì)參數(shù)及主要設(shè)備見表 2。
表 2 處理單元設(shè)計(jì)參數(shù)及主要設(shè)備材料
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處理單元 |
設(shè)計(jì)參數(shù) |
主要設(shè)備材料 |
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調(diào)節(jié)池 |
設(shè) 2 座，采用半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，停留時(shí)間 10d ，單池尺寸為 14.0m×10.0m×6.5m ，有效水深均 5.5m |
單座調(diào)節(jié)池配潛水?dāng)嚢铏C(jī) 4 臺(tái)， P=5.0kW ；提升泵 2 臺(tái)， Q=10m3/h ， H=10m ， P=2.2kW |
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預(yù)處理段 |
快速混合池，采用半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為 5.0m×2.5m×6.5m ，有效水深 5.5m |
一級(jí)沉淀池配混合攪拌機(jī) 1 臺(tái)，槳式，葉輪 D750mm ，轉(zhuǎn)速 89r/min ， P=5.5kW ；反應(yīng)攪拌機(jī) 2 臺(tái)，框式， D1200m ，轉(zhuǎn)速 6~15r/min ， P=1.5kW ；斜管填料，斜管孔徑 D80mm ， δ=1.0mm ， L=1000mm ，安裝角度 60° |
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UBF 段 |
UBF 反應(yīng)器設(shè) 2 座，平行排列，每座分 2 格，共 4 格遙采用半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，停留時(shí)間 10d ，單池尺寸為 6.0m×6.0m×11.5m ，有效水深 10.5m ， COD 容積負(fù)荷為 7.0kg/(m3·d) |
配組合填料， D150mm×100mm ；斜管填料，斜管孔徑 D80mm ， δ=1.0mm ， L=1000mm ，安裝角度 60° |
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SMSBR 段 |
SBR 池設(shè) 3 座，采用半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，單池尺寸為 8.0m×7.0m×6.5m ，有效水深 5.5m ，運(yùn)行周期為 0.5d ，污泥負(fù)荷為 0.2kg/(kg·d) ，污泥質(zhì)量濃度為 7500mg/L 超濾膜車間 2 座，單座平面尺寸為 7.0m×4.5m |
配浸沒式超濾系統(tǒng) 1 套， S=550m2 ，共 6 個(gè)膜堆，產(chǎn)水量為 150m3/d ；射流曝氣器 60 套， Q=14m3/h |
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雙膜段 |
膜處理車間，平面尺寸為 20.0m×10.0m |
納濾系統(tǒng) 1 套 ( 納濾元件型號(hào) NF270 ， F=400ft2 ， FC ；壓力膜管型號(hào) 80A7W ， FRP ， S2.1MPa) ，產(chǎn)水量 150m3/d ；反滲透系統(tǒng) 1 套 (PROC20 型 12 支，兩段排列 2 頤 1 式；壓力容器 3 個(gè)，每個(gè)內(nèi)設(shè) 4 支膜 ) ，產(chǎn)水量為 150m3/d |
3 工程調(diào)試
工程調(diào)試主要為生化處理段的兩級(jí)UBF段厭氧調(diào)試和SMSBR段好氧調(diào)試。
（1）兩級(jí)UBF段厭氧調(diào)試。接種厭氧消化污泥取自濟(jì)南某城市污水處理廠（含水率約80%），按30 t污泥+300 t清水+30 t滲濾液（COD在5 000 mg/L左右）的比例稀釋后投至一級(jí)、二級(jí)UBF反應(yīng)器，并按m（COD）∶m（N）∶m（P）=1 000∶7∶1投加適量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。調(diào)試過程中，控制一級(jí)UBF反應(yīng)器pH在5左右，在酸性環(huán)境下污泥培養(yǎng)時(shí)間約7 d；二級(jí)反應(yīng)器中污泥培養(yǎng)時(shí)間約14 d，當(dāng)觀察到兩級(jí)UBF反應(yīng)器中有CO2、CH4等氣體產(chǎn)生且檢測(cè)出水COD明顯下降即認(rèn)為污泥接種完成，UBF反應(yīng)器調(diào)試啟動(dòng)。 UBF反應(yīng)器啟動(dòng)后，將垃圾滲濾液分批進(jìn)入反應(yīng)器中，每批次進(jìn)水濃度逐步提高以強(qiáng)化微生物對(duì)垃圾滲濾液中有機(jī)物的處理能力。啟動(dòng)初期UBF厭氧反應(yīng)器采用間歇運(yùn)行，使反應(yīng)器中微生物在靜態(tài)下進(jìn)行厭氧代謝，經(jīng)7 d左右反應(yīng)器中的厭氧微生物將大分子有機(jī)物逐步分解。調(diào)試運(yùn)行一段時(shí)間后，將二級(jí)UBF反應(yīng)器進(jìn)水改為一級(jí)UBF反應(yīng)器出水。該階段的進(jìn)水水力負(fù)荷采用階梯法逐步提高，直至最終的設(shè)計(jì)負(fù)荷（150 t/d），可分為4個(gè)環(huán)節(jié)，即進(jìn)水量從30~60 t/d→60~90 t/d→90~120 t/d→120~150 t/d。進(jìn)水量每次變動(dòng)后應(yīng)保持穩(wěn)定運(yùn)行7 d，待檢測(cè)出水有機(jī)酸質(zhì)量濃度降至500 mg/L以下方可進(jìn)入下一個(gè)負(fù)荷階段，增加負(fù)荷階段總共約28 d。
（2）SMSBR段好氧調(diào)試。取濟(jì)南某城市污水處理廠的活性污泥15 t（含水率約為80%）經(jīng)粗濾后投入SBR好氧反應(yīng)池內(nèi)，并向該反應(yīng)池中注入稀釋后的二級(jí)UBF反應(yīng)器出水（BOD5控制為500 mg/L左右）進(jìn)行射流曝氣，控制DO在1 mg/L。在不進(jìn)水條件下保持連續(xù)曝氣4 h后，停止曝氣并沉淀?yè)Q水。如此運(yùn)行12 d后開始連續(xù)小量進(jìn)水，在連續(xù)曝氣及污泥回流系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)條件下進(jìn)行污泥馴化，此過程中隨著UBF反應(yīng)器出水進(jìn)入量的增大，相應(yīng)的微生物數(shù)量逐漸增加，直至進(jìn)水全部為UBF出水。約20 d左右活性污泥馴化成功，加大SBR池進(jìn)水量、提高負(fù)荷，并加大曝氣量直至DO達(dá)到2 mg/L，最終使曝氣池污泥濃度和運(yùn)行負(fù)荷達(dá)到設(shè)計(jì)值，此時(shí)SV30＜70%，MLSS在7 500 mg/L左右。在污泥馴化期間，氮源充足不需要補(bǔ)充，磷源和碳源由于微生物不斷消耗而需要補(bǔ)充，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，工程上分別選用磷酸氫二鈉（工業(yè)級(jí)，P2O5為45％）和工業(yè)淀粉，投加比例為m（C）∶m（P）＝（100~200）∶（0.8~1.0） 。
4 組合工藝各處理單元運(yùn)行效果
（1）組合工藝整體運(yùn)行效果。該工程穩(wěn)定運(yùn)行后，各項(xiàng)出水水質(zhì)均達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)要求，運(yùn)行效果見表 3。
（2）預(yù)處理段運(yùn)行效果。預(yù)處理段的去除機(jī)理以化學(xué)反應(yīng)為主，先在快速混合池內(nèi)投加石灰（質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%），控制pH在8.5~9.0，為一級(jí)、二級(jí)反應(yīng)沉淀池提供堿性環(huán)境以及后續(xù)厭氧段和好氧段所需的堿度。其后向一級(jí)、二級(jí)反應(yīng)沉淀池內(nèi)分別投加混凝劑（質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%鐵鹽）和絮凝劑（質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%~2%PAM），在兩者聯(lián)合投加作用下原水中的大分子有機(jī)顆粒、懸浮粒子及膠體物質(zhì)發(fā)生架橋吸附、混凝吸附等反應(yīng)，使得處理液中部分有機(jī)物被去除，COD去除率為25.00%。同時(shí)在堿性環(huán)境下，處理液中的OH-與NH4+發(fā)生離子平衡反應(yīng)（OH-+NH4+NH3·H2ONH3↑+H2O），在出水池經(jīng)密封蒸汽加熱后，原平衡被破壞生成大量NH3·H2O并揮發(fā)，從而部分去除處理液中的NH4+，NH3-N去除率為14.81%。
（3）生化處理段運(yùn)行效果。生化段由兩級(jí)UBF反應(yīng)器和SMSBR串聯(lián)組成，可達(dá)到強(qiáng)化生物處理的效果，是組合工藝的核心工藝段。
預(yù)處理后的廢水由UBF反應(yīng)器底部進(jìn)入，以螺旋上升形式流過生物反應(yīng)區(qū)時(shí)，處理液中的有機(jī)物先被生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)的高濃度有機(jī)顆粒污泥分解（將大分子有機(jī)物分解成乙酸等小顆粒物質(zhì)），隨后通過附著厭氧生物膜的填料區(qū)時(shí)被進(jìn)一步截留吸附和厭氧分解〔8〕。經(jīng)兩級(jí)UBF反應(yīng)器作用后，有機(jī)物被大量去除并產(chǎn)生CO2、CH4等，COD去除率可達(dá)96.55%。SMSBR段的進(jìn)水是UBF段經(jīng)脫氣沉淀池后的出水，其可生化性好，COD的去除主要是通過SMSBR的好氧作用〔9, 10〕。經(jīng)活性污泥的好氧降解和超濾膜作用后，該段出水COD降至200 mg/L以下，COD去除率達(dá)78.79%。
生化段系統(tǒng)進(jìn)水與一部分SBR池回流污泥混合進(jìn)入到一級(jí)UBF反應(yīng)器，回流污泥中的亞硝態(tài)氮與硝態(tài)氮（NOx--N）利用進(jìn)水中的有機(jī)碳源在一級(jí)UBF反應(yīng)器中進(jìn)行反硝化，同時(shí)進(jìn)行厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)。二級(jí)UBF反應(yīng)器通過反硝化及產(chǎn)甲烷反應(yīng)進(jìn)一步降解剩余有機(jī)物，其出水經(jīng)脫氣沉淀池后進(jìn)入SBR池。控制SBR厭氧/好氧交替運(yùn)行，通過硝化作用去除殘余氨氮、反硝化作用去除產(chǎn)生的NOx--N，從而達(dá)到強(qiáng)化脫氮的目的，NH3-N去除率高達(dá)99.11%〔11〕。
（4）深度處理段運(yùn)行效果。深度處理系統(tǒng)由雙膜（納濾、反滲透）組成，主要是利用半透膜的選擇性，在常溫下以膜兩側(cè)壓力差為動(dòng)力，對(duì)預(yù)處理段及生化段未能去除的難降解有機(jī)物進(jìn)行分離去除〔9〕。雙膜處理段進(jìn)水COD均值為136.75 mg/L、NH3-N均值為9.55 mg/L，出水COD均值為1.86 mg/L、NH3-N均值為0.49 mg/L，COD去除率達(dá)98.64%，NH3-N去除率達(dá)94.87%。
（5）經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析。該工程總投資約為1 200萬元，實(shí)際運(yùn)行成本經(jīng)核算后為2 580元/d，平均每噸水處理費(fèi)用為17.20元，其中電費(fèi)為6.50元/m3，藥劑費(fèi)2.85元/m3，人工費(fèi)為3.60元/m3，日常維護(hù)及修理費(fèi)2.45元/m3，折舊費(fèi)1.80元/m3。具體參見http://m.dongaorq.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。
5 結(jié)語
城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液COD和NH3-N濃度高，采用常規(guī)工藝難以處理達(dá)標(biāo)。筆者采用預(yù)處理/生化處理/深度處理三段式多級(jí)串聯(lián)強(qiáng)化生物處理組合工藝，工程運(yùn)行實(shí)踐表明處理效果良好，COD和NH3-N去除率極高，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，可直排入海。
