脱氮混凝气浮UASB接触氧化法处理垃圾填埋渗滤液.doc

脱氮混凝气浮UASB接触氧化法处理垃圾填埋渗滤液垃圾渗滤液是指垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵并在地表地下水、天然降水的浸泡或冲刷下而滤出的污水。据国内外有关资料表明，现有垃圾渗滤液的处理工艺主要采用传统的物化法和生物处理法。以混凝、沉淀、吸附、膜处理和深度氧化等为主的常见物化法对垃圾渗滤液的处理不受水质水量的影响，出水水质稳定，对BOD/CODcr比值较低的难生物降解的垃圾渗滤液较为有效，但需投加大量的吸附剂和混凝剂，运行成本过高，且不易管理。生物处理包括好氧处理、厌氧处理及二者联合处理。好氧处理以传统的活性污泥、氧化沟、氧化塘、生物转盘等方法为代表，其中以延时曝气活性污泥法应用最多。厌氧处理法主要有厌氧接触法、厌氧生物滤池、升流式厌氧污泥床及分段厌氧消化等。目前国内外多采用的厌氧与好氧联合处理法，由于对渗滤液中过高氨氮浓度未引起足够重视，造成高氨氮对生物处理产生严重的抑制作用，影响出水，整体处理效果并不佳。结合物化和生物处理法的优点，充分考虑高氨氮对微生物的抑制作用设计一套“脱氮混凝气浮高效厌氧（UASB）接触氧化”工艺对南京市江宁区某垃圾场的垃圾渗滤液进行处理，经过半年的稳定运行实践，使出水水质达到污水综合排放标准（GB8978-96）二级新扩改标准。1废水处理工艺1.1废水水质特点该垃圾场渗滤液是一种成份复杂且随“场龄”变化的高浓度有机废水，其主要特征为：（1）成份复杂，有机物浓度高，且含有金属和具有毒害作用的有机污染物；（2）NH3-N浓度和N/C均较高（3）受垃圾性质、填埋场气象和水文条件，以及填埋场“场龄”等因素的影响，该渗滤液水质、水量波动较大，设计处理水量600m3/d。废水水质及出水要求见表一。表一废水水质及出水要求项 目CODCR(mg.L-1)BOD5(mg.L-1)PHNH-N(mg.L-1)SS(mg.L-1)水 范围质 均值220050003500500250018007.28.07.638012001000140023002000出水标准150306.09.0251501.2 工艺流程及说明处理工艺流程见附图。渗滤液经过机械格栅去除大颗粒杂物后流入均和池进行PH调节，将PH控制在10.8左右，使NH4转化成游离态NH3；考虑到游离态氨氮对后序的微生物有毒害作用，抑制其生长，故使废水流入氨氮吹脱池，用泵将其抽送到竖向水射器中，出水接触池面的空气并以喷射状返回池中，从而起到搅拌作用并反复循环多次直至废水中大部分的游离氨氮在此得到去除后，用污水泵将其送入混凝气浮装置，去除其中部分悬浮性物质；经过混凝气浮的废水进入酸化池中，加酸调节PH至6.5，促使废水中的有机物转化为挥发性脂肪酸，利于UASB系统对有机物进行去除，产生的大量沼气通过水封、阻火器后送入安全燃烧器燃烧；厌氧出水则自流进接触氧化池，接触氧化池采用大比表面积的盾式组合填料和软管型曝气系统；好氧处理出水经沉淀池处理后，即可达标排放。系统产生的污泥送入污泥浓缩池，经浓缩后用污泥脱水机压滤，泥饼运至填埋场就近处理，滤液则回均和池重新处理。1.3 主要工艺参数该工程的主要工艺参数见表二。表二主要构筑物工艺参数处理单元设计参数总有效容积结构类型及参数均和池HRT为3.2h80 m3砼地下式，4m4m5m脱氮池HRT为6.4h160 m3砼地下式，8m4m5m酸化池HRT为12 h300 m3砼地上式，10m5m6m中沉池表面负荷为1.0m3/(m2hur)125 m3砼半埋式，5m5m5m接触氧化池容积负荷为1.8kgCOD/(m3d)300 m3砼地上式，10m6m5m二沉池表面负荷为0.88m3/(hur)125 m3圆形钢结构，6.0m7.0m污泥浓缩池HRT为12h100 m3砼地下式，4.5m4.5m6.0m其中所有水处理构筑物的保护高度均为0.3m，该工程的主要设备有：（1）ZW型污水泵共8台。（2）F-30型组合气浮装置一套。（3）UASB厌氧反应器：设计负荷为2.0-4.0kgCOD/(m3d)，总有效容积600 m3；砼结构，反应器尺寸：67.56.75m，共2座；水封罐D=1.5m，H=2m，共2套；工作温度：常温（冬季极端温度15-20）。（4）SSR-125型罗茨鼓风机两台（一用一备）。（5）HA65-6.0可变孔曝气软管180米。（6）组合盾式填料共225m3。2工程调试及结果该工程于2002年4月底开始接种污泥进行驯化，UASB装置的接种泥量为8t（种泥采用该市浦口区泰山镇某垃圾处理场渗滤液处理单元消化污泥，污泥含水率为95%），加入垃圾场渗滤液原水浸泡，48h后启动潜污泵；如此同时，接触氧化池接种污泥4t（种泥采用该市锁金村污水处理厂浓缩污泥，含水率94%），加入渗滤液进行48h闷曝培养；随后开启整个系统的进水阀门进行试运行，（初期进水量为300m3/d，以后按每10d增加进水量100 m3），一个月后达满负荷运行，经过3个多月的微生物增殖，出水水质经检验，完全符合排放标准。各单元处理效果见表三。表三 各单元出水水质项 目PHCODCR(mg.L-1)BOD5(mg.L-1)NH-N(mg.L-1)SS(mg.L-1)进水水质7.28.0220050005002500380120014002300氨吹脱池出水9.011.12097462343223636825912752032混凝气浮出水8.19.51090271229181352209232456UASB出水7.17.739886715935242177128230氧化池出水7.07.611615223321936103183系统出水水质6.87.51021381826172199147排放标准6.09.015030251503工程实践经验3.1 射流曝气吹脱氨工艺射流曝气吹脱氨是我们在工作中的新尝试，事实证明效果良好。原因1是射流曝气器在工作压力作用下形成混合激波，当混合激波的波幅大于或等于喉管直径时会激烈的切割气泡，从而使气泡形成和流动速度不断加快，增加传质作用，因而吹脱效果较鼓风曝气和机械表面曝气作用明显。3.2 混凝气浮工艺选用聚合氯化铝（PAC）作为混凝剂，聚丙烯酰胺作为助凝剂；投药方式为泵前吸水管投加PAC，泵后射流加入PAM；运行参数为：PAC平均投药量：80100（mg.L-1）；PAM平均投药量：25（mg.L-1）；PAC水溶液配制浓度：10%；PAM水溶液配置浓度为：1%。3.3 UASB反应工艺2，3由于UASB反应器中菌种对污泥性质中的一些不稳定因素比好氧系统表现得更为敏感，因此，UASB装置的启动时间问题一直是UASB装置运行中难点。在本系统的调试过程中，我们采取以下措施大大缩短调试时间并确保UASB的稳定运行：（1）选择较稠的消化污泥，以保证其中含有足够的接种量；（2）控制调试期间废水的COD浓度变化幅度上下不超过1000（mg.L-1）；（3）人为投加一些颗粒活性炭来缩短颗粒污泥的出现时间。因此，虽然进入UASB反应器中废水的SS浓度偏高，但由于其属于可生物降解的，所以运行状况一直较好。3.4 污泥回流本工艺中的回流系统共设三处，但三处的回流作用不尽相同：中沉池的污泥回流至酸化池是由于水解和产酸菌的世代时间较短，且经其酸化水解后的小分子物质密度较小，容易流失；二沉池回流至氧化池的浓缩污泥则是为了保证氧化池有充足的活性污泥；污泥脱水系统回流至均和池的滤液则是通过回流循环进行再处理。4技术经济指标4.1 工作制度和人员编制废水处理站设站长（兼技术员）1人，化验员1人，操作工4人，实行四班三运转制。4.2 工程运行费用分析（1）电费：43.75kw24h/天0.60元/kwh0.6=378元/天（该工程供配电采用三类电负荷，实行单回路4线制供电（380V），总装机容量为72.25kw，常用功率为43.75k；主要机泵均实行交替使用，互用互备。）（2）人工费：15000元/年人6人360天/年250元/天（3）药剂费（含PH调节加药费）300元/天（4）日常维修费；16380000.015/300d/a=81.9元/天（5）折旧费：（使用期14年）：1638000/14/365=320.55元/天（6）其它费用（管理费、化验费等）：80元/天合计运行成本：1410.45元/天 （即2.35元/m3废水）4.3 综合技术经济指标该工程的综合经济指标如下表四。表四 综合经济指标项 目综合经济技术指标处理能力600m3/d占地面积1000工程总投资364.17万元运行费用2.35元/ m3废水0.90元/KgCOD环境效益COD削减量2000kg/d COD去除率97.0%5结论脱氮混凝气浮UASB接触氧化法是处理垃圾渗滤液的有效方法。工程实践表明，在原水水质变化大，浓度高，特别是高氨氮、高浊的情况下，处理后水质仍能达到污水综合排放标准（GB8978-96）二级标准。脱水污泥制备聚合物合成“木材”的研究据有关资料显示，目前我国有大中型污水处理厂300多座，日污水处理能力达1千万m3，日排污泥38万m3；十五期间，国家将投资500亿元，在全国新建443座污水处理厂，届时污水处理能力将达到排水量的80%左右，大量污水处理设施的运行将有效地改善水质环境状况。可伴随污水处理产生的脱水污泥又成为新的环境问题，污泥不同于一般工业固体废物，其物理、化学性质很不稳定，在堆存、运输和处理过程中不断发生变化，若处理处置不当，污泥中的病菌、重金属以及腐化过程中的废气可通过多种途径对人畜和环境造成危害。20世纪80年代，在经济技术发达国家如美国、日本、德国、丹麦，已开始重视污泥处理和资源化问题，并努力将其培育成一种新兴产业，目前，全世界已有70多个国家，150多个城市拥有污泥专门开发机构和收集处理工厂，年收集污泥6500万吨（干基），年创收达40亿美元。我国是世界上的污泥资源大国，仅污水处理厂每年可收集2500万吨（干基）以上，但是，我国在污泥处理和利用方面的总体水平很低，由于认识不充分，研究不系统，管理不健全，还谈不上污泥产业体系的形成。脱水污泥处理是世界上很多国家共同面临的环境问题。在技术经济发达国家采用焚烧、发酵制气，在发展中国家一般以填埋和农用（包括肥料、燃料）为主，污泥建材利用主要是作为辅料制造水泥、陶粒、建筑砖。近年来日本成功地开发了用污泥焚化渣制造结晶石材，是一种污泥高度减容、无害和资源化的代表性技术。传统的污泥建材利用技术具有投资大，成本高，产品附加值低的问题。如果不经过高温处理，污泥特有的臭味难以消除，卫生指标不能满足应用要求。克服这些不足，采用新工艺，开发低成本和具有广泛用途的新材料，是污泥资源化的发展方向。1污泥的基本性质分析1.1污泥化学组成脱水污泥的宏观形态是水、有机质、无机物组成的复杂混合物，含水率为80%左右时呈粘滞态，颗粒细小均匀；干燥污泥是有机质、无机物组成的混合物；焚化污泥是普通的硅酸盐化合物。物理状态不同，表现出不同的性质：脱水污泥易酸败发臭，干燥污泥可以燃烧，焚化污泥相对较为稳定。污泥的组成还与处理工艺、季节气候和污水的变动状态密切相关。此外污泥农用必须考虑病菌、病毒、寄生虫卵和重金属含量。表1，表2是我公司第三污水处理厂脱水污泥在不同状态下的化学组成。表1 污泥的化学成分组成% 污泥种类SiO2Al2O3CaOMgOFe2O3其它水烧失量脱水污泥3.401.010.810.100.980.3981.893.3干燥污泥18.75.564.450.555.402.13 63.2焚化污泥50.815.112.11.514.75.8 表2 污泥重金属含量重金属ZnCuMnBMoPbCdAsHgCrNiMg/kg463520865311123315020350.5361001.2污泥干燥与焚化对污泥进行干燥是为进一步利用提供条件，图1干燥曲线表明：温度越高，干燥速度越快，达到相同脱水效果所需要的时间越短。用干燥曲线图还可计算出在污泥含水率为81.840%，处于衡速干燥；然后处于减速干燥，最终达到平衡状态，如果温度的推动力高，可以使结晶水进一步脱出。焚化的目的是为了进行最终处理。污泥的热值可以通过实际测试，也可以通过经验公式进行估算。经测试，当干燥污泥中的灰份为31.05%时，发热量为1194.98 kcal/kg。并可进一步计算出含水率为82%时脱水污泥的热值为215.1 kcal/kg。通过热量衡算，污泥自身的发热值不能满足干燥脱水需要的能量，因此污泥的干燥必须外加能源。含水污泥维持自燃的基本条件是含水率与挥发固体之比应小于3.5，而脱水污泥中含水率与挥发固体之比为7.1，因此，脱水污泥不能自燃。通过物料衡算可以得出可维持自燃的污泥含水率需小于69%。要达到该条件，必须首先脱出总水量的51%。因此污泥的焚烧必须外加燃料。无论是干燥或焚化污泥，当温度在200900C0之间，在处理过程中都不可避免地产生恶臭气体和废水，烟气需进行吸收洗涤，废水需氧化、脱色、脱臭和过滤后才能达到排放标准。污泥处理过程中的环保技术是污泥处理方案必须考虑的前提条件。2实验原理、过程与研究方法2.1原理热塑性聚合物如废塑料在熔化温度下，具有流动性和粘结性，在较大范围内可以和其它颗粒材料（如污泥）进行共混获得聚合物复合材料；在复合过程中，对聚合物材料进行交联改性和发泡，抑制气体不能逸出则可使复合材料微孔化；由于聚合物材料的包覆，污泥得以固化；由于污泥颗粒的强化，使所得到的微孔聚合物材料在保持轻质的前提下仍具有较好的刚度和强度。最终材料表现出混凝土的刚度和聚合物的韧性，具有木材的性质，可锯、可钉、可切割、可装饰。经过聚合物固化和表面处理，污泥中的重金属不会渗出，污泥特有的气味可以消除，从而可以使这种材料在工业及民用建筑领域得到应用。2.2工艺过程以经过脱水处理、表面处理、稳定处理后的污泥为填充材料，以经过清洁处理、接枝改性后的废塑料为基体材料，在少量功能性添加剂（偶联剂、发泡剂、润滑剂、防老剂、交联剂）的配合下，通过计量、混合、挤出、成型、冷却成为聚合物复合材料及多孔材料。2.3研究方法（1）首先用不同形态的污泥与废塑料共混制备出聚合物复合材料，分别考察不同配方、工艺参数对性能的影响；（2）对聚合物复合材料进行微孔化处理，重点考察聚合物复合材料的性能、发泡剂、交联剂对材料的强度、密度、吸水率的影响。3实验结果与分析作为材料中的重要组成部分，聚合物微孔材料的强度、密度、吸水率、颗粒形态都直接影响最终材料的性能。而影响聚合物微孔材料性能的主要因素有废塑料的性能和质量比，污泥种类、质量比，添加剂种类和比例，以及制备工艺参数。3.1聚合物复合材料性能的影响分析图2说明，废塑料的种类不同，所制备的聚合物材料性能有所差异，但都在理想范围之内，由于这几种废塑料都是形成白色污染的主要组成部分，原料廉价易得，而且共混改性容易，所以，只要老化不严重，杂质含量低，均可作为理想原材料使用。图3说明，在工艺条件相同的情况下，随着聚合物材料质量比例的提高，污泥质量分数的减少，材料的抗弯强度、拉伸强度呈上升趋势，而抗压强度则下降。其原因是在颗粒增强的聚合物复合材料中，应对拉伸和弯曲强度产生贡献的强化材料（污泥）本身强度可以视为零，因此复合材料的强度主要取决于基体材料本身的性能和质量比。而抗压强度则不同，由于颗粒材料的体积强化，减少了空隙，提高了抵抗外力形变的能力，所以表现出随着污泥用量增加，抗压强度在一定范围内平稳提高的现象。而当污泥用量超过一临界值时，由于颗粒材料周围没有足够的树脂，造成填充材料的过剩和堆积，并导致性能急剧恶化。图4表明，污泥的表面状况对材料性能也有较大影响，在相同状态下，干燥污泥的抗弯强度和拉伸强度比焚化污泥好；经过表面处理后，性能有所改善提高。其原因是：干燥污泥在加工温度下，因干馏而产生低分子树脂状物，提高了与聚合物材料的相容性，从而强化了复合效果；对污泥进行表面处理的目的是增加聚合物对颗粒材料的浸润，降低相界面张力，使明显的界面变成具有亚层结构的过渡区域。本研究中使用的复合添加剂是偶联剂、润滑剂、增塑剂和抗热氧分解剂的共混物，它们的协同作用不仅使材料的力学性能有所提高，而且使加工性能得以有效改善。3.2 聚合物微孔材料性能的影响分析研究表明：在工艺一定的条件下，直接影响材料性能的主要因素有LDPE/HDPE、聚合物/污泥、发泡剂、交联剂等，实验过程选取了L9（43）正交表进行实验，方案和实验结果见表3。表3 L9（43）正交实验方案和结果因素 水平LDPE/HDPE聚合物/污泥发泡剂交联剂性能考核指标1A1B1C1D1密度2A2B2C2D2吸水率3A3B3C3D3抗弯强度实验方案及结果序号ABCD抗弯强度MPa吸水率%密度g/cm31113218.71.60.972211118.01.71.053312315.62.10.974122112.81.30.895223315.40.50.886321217.20.60.887131313.00.80.798232215.71.10.869333115.81.30.72抗弯强度位级和I144.452.348.346.6 I249.245.544.151.6I348.644.449.844.0级差4.87.85.77.6密度位级和I12.652.992.722.66I22.792.652.722.71I32.572.372.572.64级差0.220.620.150.07吸水率位级和I13.805.443.124.28I23.322.454.613.38I34.033.263.423.49级差0.712.991.490.90在正交方案中，A和B因素所代表的是本体复合材料的性能，从级差之和可以看出：它们对材料的密度、强度、吸水率具有决定性影响。通过适度交联，提高了本体材料的刚度和强度，可以消除因发泡而产生的强度下降，使最终材料在保持轻质的情况下仍然具有理想的强度。作为泡沫材料的制备，在工艺参数和成型机理方面与本体材料具有显著不同，传统的热压化学发泡虽然能够得到具有理想气孔形态的泡沫材料，但由于污泥中的杂质异常复杂，可能会抑制各种添加剂效能的发挥。而污泥中含有大量难以脱出的水本身就是发泡剂。在实验过程中发现，采用辊炼混料，热压成型的工艺并不合适，因为在辊炼过程中，一方面要让聚合物熔化，但又要限制发泡剂分解和逸出，而在聚合物熔化温度下，水已经汽化，再由于尚未达到交联温度，材料无法提供足够的粘弹性保持气体的存在。所以在表3中，发泡剂水（代表了污泥的不同含水率）虽然都有一定的作用，但是从测试的密度值看出，没有明显差别。吸水率与孔的结构有关，实际上作为聚合物材料本身的吸水率是比较低的，如果有连通孔，水进入后装满孔洞，短时间内不能流出，则引