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标题: 经验:垃圾渗滤液MBR处理系统设计 [打印本页]

作者: 水进展    时间: 2021-4-12 08:07
标题: 经验:垃圾渗滤液MBR处理系统设计
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。
3 D9 Y! V6 O& ^( }2 G; r- ?, f. u$ d% D' _  a- G* K: A( J* B
垃圾渗滤液MBR处理系统设计要点如下:' E2 Q1 q  g/ T! Q$ L

& w+ L" @8 s7 ^) W◆MBR生化处理系统的设计应以COD进行计算;1 S2 p* j/ s' m+ [& ?; n

: a' z" M4 A& l+ C4 @8 A$ d3 A; `◆规模较小时可以采用一条线,规模较大时需设置二条线;. o8 R3 m2 {5 O1 a8 `
5 C# @; h5 B( C2 I4 k- [
◆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;
$ l  B2 u3 \/ P# ~. O# T4 ^! d- v5 p& t; e$ L8 W
◆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;
9 s( }1 q  x$ c% ^% P$ e: U0 f6 N5 k0 W2 [" @
◆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;; p8 j- c3 r8 ?
' g( Q( h/ |$ i5 z+ x
◆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。
$ u7 A: x" X6 F* B$ l, h( M8 k$ z5 o  B0 A1 k- S3 N- e
1用COD进行设计计算
4 y( m' P4 n; ^; t- j7 A4 P8 d: R; V& @/ _
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。
, g: \# v8 k) o% H0 m+ a9 f+ u9 {, j, P5 z. N
2一条线和二条线的设定原则设置: ~" S+ y/ _" ]* ?* D8 H
9 o' I+ O: }9 ^8 \
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。7 N) R3 c+ D/ f8 r/ C9 J% E
2 U: ?+ @  f5 ?' ?! n7 n6 |" E
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。+ g) n# T+ n" u6 W; G" M% w6 S
( y$ A: c+ P: V5 o- D
3单级生物脱氮和二级生物脱氮的适用条件
5 C' T4 H( m8 F# y( Q; Z- g+ T# b# }( Z5 @( z' n/ d; o
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。2 D( h4 i/ q! I7 |
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0 Q4 {+ ^# e- D5 v) x. h8 C# w( Z8 K/ P
图1单级生物脱氮系统示意图
* c) G8 A) {- r; [
+ J2 _. }" ~% @+ e$ `6 v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。- X% _. m  o+ _) l/ i; \

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. d+ q' |9 z9 \9 w+ V
图2二级生物脱氮系统示意图
) W) a/ z/ I* @. g: e& Y/ b2 ]: k4 `$ P
6 y5 f  k, o: S# V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。
" E' R' L0 x* R
) i3 h- Z  R+ a7 W; F/ H& i0 k* V6 G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。
8 t# T4 Y- j) Y' p0 i
; s. M- f7 r7 U- b. g* `3 `4主要设计参数  q3 K7 |7 N. I0 u* t# W( m

. S; n) I: K2 r% o/ O2 t4.1主要设计参数的选取
# L. z$ u" b0 n& S2 B. W( d* U6 w3 }9 B
生化处理系统设计参数取值见表1。
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% R8 g5 |) C' |表1MBR系统主要设计参数0 r0 N# t2 p8 {! J
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' S+ e- G, S0 e" f2 o
$ K6 e/ J4 D3 |( u8 {) T  |4 V4.2混合液回流比的计算
' b, g1 d) i3 G: O
+ p) l# N; a( V( R7 t% Z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。
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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:
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. P. E0 X' _( |: j2 M
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0 F1 P. e+ g9 U' t5 P; P. n) ?4 ~& B* `/ [
反硝化率fde按下式计算:
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8 Z2 h0 R) k- l9 x  ]7 k' O

  W1 Y+ @1 l8 _. v4 V9 D2 o需硝化的氨氮量按下式计算:
/ ]1 H, X, m7 i" j) s5 D" |) R
(4)Nht=24Q[N-0.05(S0-Se)]×10-3(kg/d)
8 r! M& m9 g3 k) \
2 X8 B  J; ?$ y9 M* o( oMBR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。5 _2 y3 L: w6 }, G' A- n1 t

6 K. {- N) p2 X" C9 C: X反硝化的硝酸盐量按下式计算:
5 h5 d. H- ~4 A/ w+ G& z. L& P' ]) x/ o& g- P% H0 C! Z3 X0 o
(5)NOt=24QNO×10-3(kg/d)
2 d8 }  }4 h5 E# R, s- l) q3 Y/ i+ g  {
式中需反硝化的硝态氮浓度NO按下式计算:+ W$ ~! [8 g7 v
6 [5 B$ s7 H; I! ~- N8 Q8 C4 h
(6)NO=N-0.05(S0-Se)-Ne
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( b; x- U. I3 t' i7 e5外部碳源投加系统1 f8 O: ^9 a  n3 G
! D5 D- s" I: T( t( [" Q$ d9 v& u
5.1外部碳源的种类- i# t2 l9 `# f2 Z$ p' B' }' y

$ x# ]% \8 w7 j/ P  V4 G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。
: c, ~1 K+ \1 w  U
0 u( C+ ]* o* z) h2 k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。
/ ~, ~+ s: q0 l6 u7 T" _7 i) o$ C1 [1 h3 A7 Q+ ?8 U1 ?* W& F
5.2外部碳源投加位置3 K& R  ?& B  W( n% W: ]

4 e8 [! H3 k* P! L2 z% R" R1 W; c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。! Y  Y, M; E/ ?3 W9 [! m, ?/ O
. C8 `7 O: D6 e( |: J+ g) A
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。+ g/ a* G4 ]5 G7 c4 A3 n$ s; a% P1 \

" q% Z) r; K# J. B* |5 ~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。
" m/ f1 b' e% V: R3 e- ?! R/ Q# t; j
5.3外加碳源对生化处理系统的影响: p9 ^0 b3 g2 e, G

  H5 J% e1 z% N3 i1 ?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。. {. n+ a! U% C) X" M; o

4 b' x# }, x7 b, E5 s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。
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: S/ N* \& V) N( N3 {6工程设计技术措施2 m- E  F2 d' m: P/ Z( z" H
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6.1水流形态的控制6 r; r9 U; t9 p0 D+ t+ o) c' K

" a/ z8 \$ \! _6 y+ i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。
, o% D3 _, H. t
# u/ O. h1 n  U' v, U  |) O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。9 D3 B5 N/ U2 |1 p& w

' z- ]' w" g: J6 Q4 y, U7 e6.2污水冷却系统回流管的设置: Y  x2 Y% C" G7 ], T- I; z
8 A5 R7 e6 p( r
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。
! r3 r2 z0 E  @( Y3 U/ k0 S3 p
# h3 N  V, Z/ `' U0 c) K, H9 Q0 J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。1 }# n# P1 V& p$ z2 f  z  I4 X

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& C7 M2 v' O* i- r图3污水冷却系统示意图" n' j# E; m" G6 s( g* M1 f' J' E

+ y6 j0 c" U! g7 H; _) t* y; d& p6.3膜分离系统回流管的设置
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9 W7 @& ]8 J1 {' R7 U& x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。7 x  k! g4 B  v0 K* K  g: d

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图4膜分离系统示意图# m& D; ]5 S3 |

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