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垃圾焚烧发电厂垃圾渗滤液处理工艺的研究

2017年08月24日作者:来源:基层建设

  垃圾焚烧厂的渗滤液是一种难处理的高浓度有机废水。采用纯氧曝气活性污泥法处理垃圾焚烧厂渗滤液工程实践表明,该工艺具有一定的冲击负荷适应能力,运行灵活,使渗滤液的处理满足生产需要。对行业内其他垃圾焚烧厂提高排放标准具有借鉴意义。

垃圾渗滤液 

  关键词:纯氧曝气;垃圾焚烧厂;渗滤液;处理技术

  随着我国经济技术的发展和城市化进程的加快,传统的城市生活垃圾填埋处理受到越来越多的限制,根据城市生活垃圾处理无害化、减量化和资源化的基本原则,垃圾焚烧发电已成为近年来解决城市生活垃圾出路的一个新方向。

  截至目前为止,有文献记载纯氧曝气应用于垃圾焚烧厂渗滤液处理的先例,因此,本研究在考虑工程建设与设备运营和维护的基础上,将纯氧曝气应用于垃圾渗滤液处理工艺的生化反应阶段,在A2O系统的O段安装I-SOTM现场纯氧曝气装置,以COD,NH3-N为综合指标,考察出水水质达标情况下其运行状态以及工程应用中设备的维护。

  1材料与方法

  1.1纯氧曝气的理论基础

  纯氧曝气工艺与空气曝气活性污泥法机理上基本是相同的,都是通过好氧微生物对污水中的有机物进行生化反应使污水得以净化。根据亨利定律:在等温等压下,某种挥发性溶质在溶液中的浓度与液面上该溶质的平衡压力成正比。

  =Hc•Cs(1)

  式中:Cs为处于平衡状态下,氧气在水中的饱和浓度,mg•L-1;Hc为亨利常数,只是温度的函数,与压力无关;为氧气的平衡分压,Pa。亨利定律给出了混合气体中溶质气体进入溶液的定量关系。

  菲克第一定律指出,在单位时间内通过垂直于扩散方向单位截面积的扩散物质流量与该截面处的浓度成正比,即浓度梯度越大,扩散通量越大。由双膜理论可知,在曝气过程中,氧分子通过气、液界面由气相转移到液相的传质过程的阻力集中在液膜上;氧气转移的推动力主要是气膜中存在的氧分压梯度和液膜中存在的氧浓度梯度。因此,氧气溶解过程中的扩散速度N0可以由传质速率方程表示:

垃圾渗滤液 

  1.3渗滤液站概况

  某焚烧发电厂渗滤液处理站的设计规模为400m3•d-1,采用“预处理+厌氧+生化+超滤+纳滤+反渗透”工艺处理垃圾渗滤液,生化系统中2套相同处理量的A/O系统同时运行。

  设计的进水水质:pH=5.0~6.0,COD≤5500mg•L-1,BOD5≤30000mg•L-1,SS≤12000mg•L-1,NH3-N≤1800mg•L-1,TP≤50mg•L-1。最终的出水水质达到《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923-2005)要求。

  1.4纯氧曝气工程实验

  实验以纯氧曝气A2O工艺为研究对象(见图2),利用缺氧段中反硝化细菌的反硝化作用实现生物脱氮,好氧段中好氧菌对有机污染物的氧化作用来实现对有机污染物的去除。工程实验前期安装纯氧曝气实验装置,并将液氧导入到纯氧储罐中,以供实验使用。

  根据测试结果和实验现场运行情况,可将实验分为3个阶段。第1阶段为池体的试运行阶段,2014年10月21日至11月26日,共计36d,在池体内部安装2台I-SOTM设备,实验初期主要调节生化反应池的理化性状和考察纯氧曝气活性污泥对垃圾渗滤液的处理量;第2阶段为正式实验阶段,11月26日至12月16日,共计21d,2台I-SOTM设备位置不变,主要考察纯氧曝气对COD、NH3-N的去除效率和渗滤液的处理量;第3阶段为单台I-SOTM设备运行阶段,2014年12月16日至2015年1月5日,共计20d,主要考察纯氧曝气对COD、NH3-N的去除效率和渗滤液的处理量以及纯氧曝气设备的服务范围。其中,COD、NH3-N的检测分别采用重铬酸钾法和纳氏试剂光度法。

  2结果与分析

  2.1第1阶段

  工程性实验初期,由于大量死泥回流至A/O池,使池内污泥严重恶化,导致系统内产生大量的碎片状污泥,泡沫较多,一直处于污泥性状调节阶段。由图3可知,处理量随时间的变化呈现先增加后减小的趋势,随着纯氧不断地供入O池,污泥的性状明显得到改善,处理量迅速提高,最大时甚至接近系统的设计值,从而使处理的渗滤液量能够满足生产的需要。

  观测结果显示,在纯氧曝气状态下,系统对膨胀严重的丝状污泥有一定的抑制能力,泡沫产生量小。非正常状态运行时,亦能使A/O系统对渗滤液的平均处理量达到设计值的70%甚至更高。

垃圾渗滤液 

  2.2第2阶段

  在本阶段的实验中,渗滤液中COD的平均进口浓度为13411mg•L-1,初期表现为COD浓度上升,随着系统的运行而后呈现逐渐减小的趋势(图4(a))。经由A/O系统纯氧曝气处理后,平均可去除87.5%的COD,且去除率与COD浓度有明显的正相关关系,而与处理量之间相关关系不显著。

  处理后的出水COD能够维持在相对稳定的状态,保证超滤进一步对COD的降解,使其亦有69.0%以上的去除效果(图4(b)),且线性相关显著。NH3-N的平均进口浓度为1630mg•L-1,渗滤液经A/O系统处理后,平均去除98.3%的NH3-N,且去除率与浓度之间正相关系较明显,却与处理量关系不显著(图5)。

  经过处理后系统NH3-N浓度显著降低,低于《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)。图4(b)和图5(b)显示,渗滤液的处理量首先出现线性增加后急剧下降,最后维持在稳定水平,共5批次的渗滤液的吨水耗氧量分别为21.17、15.17、22.1、31.28和28.41kg。

垃圾渗滤液 

  图5第2阶段氨氮浓度随时间的变化(a)和氨氮去除率及处理量随时间的变化(b)

  渗滤液进水指标不稳定的情况下,纯氧曝气有一定的耐负荷冲击能力,保证A/O系统处理量的前提下,亦可使整个系统处于相对稳定的状态。

  2.3第3阶段

  本阶段运行5d后,连续向A/O系统中投入渗滤液原液,进口处COD浓度急剧增大,最高达到43000mg•L-1,此时COD的去除率却能在96.5%以上,是因为处理量的急剧减少保证了COD去除率与浓度之间呈现的正相关关系。然而这1阶段COD的平均去除率为83.0%,相比第2阶段有一定的减小。

  而随着进水的稳定,COD的浓度亦趋稳定(图6和图7)。二级A池稳定的出水,保证了超滤系统对COD平均60.0%的处理效率。当处理量不大时,尽管进口COD浓度很高,出水亦能维持在相对均一水平,表明纯氧曝气能够在短时间内吸收超高浓度的COD,使其浓度降低。

  此阶段中,进口处NH3-N的平均浓度为1567mg•L-1,与之相对的平均出水浓度为17mg•L-1,去除率达到98.9%。通入渗滤液原液,去除率与处理量之间亦未出现显著相关关系。随着后端缓慢增加渗滤液处理量,NH3-N的浓度都能在某值附近波动,印证了该系统能够很好地处理掉更多的NH3-N。

  此阶段中,单台曝气器共3批次的渗滤液的吨水耗氧量为别29.2、13.07和9.21kg。根据此台曝气器工作时,现场服务直径可以到达14m,新建项目可以依此设计曝气池类型,改扩建项目也可依此合理地设置曝气器组合,达到最优。

垃圾渗滤液 

  图7第3阶段氨氮浓度随时间的变化(a)和氨氮去除率及处理量随时间的变化(b)

  对比2个阶段中的纯氧曝气器,A/O系统中COD去除率下降,从平均87.5%降至83.0%,显然对于COD浓度极高的垃圾渗滤液是有变化的。纯氧曝气器能扩大曝气面积,更快地增大氧气分压,提高纯氧溶解于水中的扩散速度,使溶解氧迅速处于饱和状态,促进好氧微生物生长与合成代谢,降低COD浓度。

  2个阶段对NH3-N的平均去除率都能达到98%甚至更高,充足的溶解氧促进硝化细菌的硝化作用,使NH3-N能够更完全地转化为硝态氮,再通过A池反硝化细菌的反硝化作用将硝态和亚硝态氮去除。NH3-N的有效去除,一方面可以降低周围空气中的异味,改善空气质量;另一方面还可以改善生化池微生物环境,减轻深度处理的压力。对比吨水耗氧量可发现,1台曝气器可以满足本次实验生化池供氧量,且能耗明显低于2台。

  较低处理量时,纯氧曝气A/O系统可以处理渗滤液原液,有很大的耐高浓度有机物负荷冲击能力。通过观察和对污泥成分分析,纯氧曝气可以提高活性污泥的比重,增强污泥的沉降性能,继而提高污泥负荷,使得单位池容处理能力提高,可进一步降低生化曝气池的体积。

  再者无需鼓风机和鼓风机房,降低了环境噪音和土建占地,进一步降低设备成本。纯氧曝气装置主体运行时浮在水面上,无污泥气泡产生,不需为此专门设置消泡泵和消泡支管,是一种更为简单、经济、实用的渗滤液处理工艺,且维护方便,适用于新建和改扩建工程项目。

  3结论

  综上所述,垃圾焚烧厂渗滤液水质复杂,较垃圾填埋场渗滤液处理难度更大。采用纯氧曝气活性污泥法处理,氧传递速率快,活性污泥浓度高,因此可提高有机物去除率,使曝气池容积大大缩小。通过2台曝气器运行时,A/O系统平均可处理87.5%的COD和98.3%的NH3-N,1台设备运行时平均可处理83.0%的COD和98.9%的NH3-N,表现为对NH3-N特别强的去除效率。


编辑:治废专家03