一种垃圾焚烧厂渗滤液处理系统
技术领域
本发明涉及垃圾渗滤液处理系统,特别是涉及一种垃圾焚烧厂渗滤液处理系统。
背景技术
渗滤液为垃圾中因动植物有机质腐烂、变质、发酵而渗滤出来的污水,通常具有一股恶臭味,其主要成分为NH3-N、BOD、CODCr、SS、Cl-以及其他的污秽物。焚烧工艺处理垃圾产生的渗滤液主要是指垃圾在贮坑堆放过程中垃圾本身所含水分受挤压作用而排出的水分及垃圾中的有机组分在贮坑内发生局部厌氧发酵而生成的水分所形成的一种成分复杂的高浓度有机废水。另外,在梅雨季节或者长时间的连续大雨后,垃圾在运输过程遭受雨水的冲刷,由垃圾车运往垃圾贮坑的同时带入了大量雨水,这构成了焚烧厂垃圾渗滤液的另一个主要来源。
垃圾焚烧发电厂渗滤液水质特征:
(1)高COD、高B/C比
与垃圾填埋场相比,垃圾焚烧厂内垃圾成分简单,有机物含量高、热值高,再加上垃圾在储坑的停留时间较短,有机物来不及降解,导致焚烧厂渗滤液具有很高的COD,同时其可生化性也很好,B/C比通常在0.5以上。
(2)高SS
焚烧厂的垃圾为新鲜垃圾,在垃圾收集的过程中,大量的灰尘等无机物混入,同时垃圾自身降解过程中也产生了大量的可溶性悬浮物,造成了渗滤液含有的SS浓度较高。根据垃圾收集机制的不同,焚烧厂渗滤液SS浓度在800~10000mg/L不等。
(3)钙、镁等浓度高
目前,焚烧厂垃圾渗滤液都含有较高的硬度,通常Ca2+在3000mg/L以上,Mg2+在400mg/L以上。
(4)营养比例失调
这点与填埋场渗滤液特征类似,通常渗滤液都含有较高浓度的COD和氨氮,而含磷元素较低,因此如不经调整,会大大影响生化处理效果。
针对垃圾焚烧厂渗滤液的特点,目前主要应用的处理技术有:土地处理技术、回灌处理技术、物化处理技术、生化处理技术、膜处理技术及各种组合形式。
中国发明专利申请200510102946.X公开了一种处理生活垃圾焚烧厂的垃圾渗沥液的设备及其方法,其方法采用密封式离心脱水进行固液分离,去除悬浮物,采用膜生物反应系统进行生化反应和采用碟管式反渗透装置反渗沥处理。虽然整个系统占地面积小,适应性强,出水水质好、无细菌和悬浮物,自动化程度高,系统安全等优点,但运行成本高,需定期进行系统冲洗,浓缩液产生量多,故需要处理浓缩液。
中国发明专利申请号为200810069380.9的发明专利公开了一种垃圾渗滤液处理工艺,采用预处理、上流式污泥床反应、硝化反硝化反应、泥水分离、膜处理步骤,综合运用物理和生化方法对垃圾渗滤液进行处理,大大降低渗滤液处理的成本,同时大幅度提升出水水质。其不足之处仍是浓缩液产生量较多,进而不利于系统的稳定。
在公知膜生物反应系统中,根据膜的放置形式不同,膜生物反应器(MBR)一般分为浸没式和外置式。MBR是用膜过滤替代传统活性污泥法中的二沉池,可使生化反应器内的污泥浓度从3~5g/L提高到20~30g/L,最高可达到40g/L,使反应效率提高,出水无菌体及悬浮物。并且无须太多考虑污泥沉降和膨化的问题。
与传统生化处理工艺相比,其是将活性污泥通过超滤(UF)系统进行固液分离,并将粒径大于0.02mm的颗粒、悬浮物等截留在系统内,超滤出水清澈。且超滤系统须有单独循环泵以产生较大的过滤通量,流速为3.5m/s,避免膜管堵塞,超滤最大压力为0.6MPa,膜管由清洗泵冲洗,清洗后的清洗水在膜环路中循环回到清洗槽,直到充分清洗,每1~3个月加化学药剂清洗一次。故传统生化处理工艺易产生浓缩液处理难及化学药剂的二次污染问题。而所述的MBR工艺的主要优越性有:
a)对污染物的去除率高,抵抗污泥膨胀能力强,出水水质稳定可靠,出水中没有悬浮物;
b)膜生物反应器实现了反应器污泥龄(SRT)和水力停留时间(HRT)的彻底分离,设计、操作大大简化;
c)膜的机械截流作用避免了微生物的流失,生物反应器内可保持高的污泥浓度,从而能提高体积负荷,降低污泥负荷,且MBR工艺略去了沉淀池,大大减少占地面积;
d)由于SRT很长,生物反应器又起到了“污泥硝化池”的作用,从而显著减少污泥产量,剩余污泥产量低,降低了污泥处理费;
e)由于膜的截流作用使SRT延长,营造了有利于增殖缓慢的微生物。如硝化细菌生长的环境,可以提高系统的硝化能力,同时有利于提高难降解大分子有机物的处理效率和促使其彻底的分解;
f)MBR曝气池的活性污泥不因产水而损失,在运行过程中,活性污泥会因进入有机物浓度的变化而变化,并达到一种动态平衡,这使系统出水稳定并有耐冲击负荷的特点;
g)较大的水力循环导致了污水的均匀混合,因而使活性污泥有很好的分散性,大大提高活性污泥的比表面积。MBR反应器中活性污泥的高度分散是提高水处理的效果的又一个原因。这是普通生化法水处理技术形成较大的菌胶团所难以相比的;
h)MBR易于一体化,易于实现自动控制,操作管理方便。
目前采用曝气生物流化池(ABFT)系统对废水进行脱氮处理,去除氨氮。ABFT工艺是兼有生物接触氧化和曝气生物滤池优点的一种新型水处理工艺。该工艺综合了活性污泥法、生物膜法和固定化微生物技术的长处,采用微生物与载体的固定化技术,将成活后的微生物固定在生物载体上,增加了生物载体上微生物的负载量,提高了对水中各污染物的去除效果。其主要具有以下技术特点:
①生物酶与载体的固定化技术
生物酶与载体的固定化技木是借助由高分子材料合成的载体上带有的氨基、羧基、环氧基等活性基团与微生物肽链氨基酸残基作用,形成离子键结合或共价键结合,从而将生物酶固定在载体上,固定后的微生物与载体的结合力牢固,不宜随污水的流动而流失。
②NC-5ppi型微生物载体
NC-5ppi型微生物载体是一种由高分子材料合成的新型微生物载体,这种载体的表面带有某些亲水性基团以及氨基、羧基、环氧基等活性基团,可与微生物肽链氨基酸残基作用形成离子键结合或共价键结合而将微生物及生物酶固定在载体上,生物载体上的微生物除生长着真菌、丝状菌和菌胶团外,还有多种捕食细菌的原生动物和后生动物,形成了稳定的食物链,因而污泥产生量小。固定化微生物后的载体密度接近于水的密度,微生物负载量大,容积负荷高达8kgBOD5/m3·d,比表面积为23.3m2/g。这种载体,由于其结构的特点,可使污水、空气和生物膜得到充分掺混接触交换,生物膜不仅能大量地在微生物载体内坐床,保持良好的活性和空隙可变性,而且在运行过程中气体在三维流动的污水带动下,互相碰撞并被处于蠕动状态的微生物载体不断切割成更小的气泡,增加了氧的利用率,可减小曝气量。因此它具有切割气泡能力强,空间体积利用率大、无死区等特点,是当前微生物载体的更新换代产品。
③nitrobacteria-II型菌种
广谱性优势硝化菌种,适应性强等优势,特别适应低碱度、低pH值的水环境。
④固定化生物酶特点
采用共价、离子价键结合及物理吸附的方法固定化与传统的活性污泥法及生物膜相比,具有以下特点:
a.微生物负载量大,与载体结合牢固,因为载体本身具有弹性,故当生物膜达到一定重量时,多余的生物膜会自动脱落。
b.能纯化和保持优势菌群。将微生物固定在载体上,由于载体上可以提供不同的微环境,适合于不同种群的微生物的代谢活动,利于各种菌群的分布和繁殖,因此可达到纯化和保持优势菌群的效果。
c.可休眠及启动迅速。微生物固定在载体上,在单元载体上形成营养物-细菌-原生动物的食物链,当外部条件导致载体上微生物的微环境改变时,例如长期停止曝气或废水中断出现厌氧和营养不足的条件下,载体上的微生物种群会发生改变,以厌氧菌群为主,外观呈黑色,且微生物间可相互为食。当曝气并加入营养液或废水,固定的微生物又会转变为好氧菌群,外观呈棕色,实际观察和运行已证明了这一点。这样不会因外界条件长时间的改变而导致微生物死亡,节省时间和运行费用。
发明内容
本发明提供了一种高效、使用寿命长、操作简单、浓缩液产生量少的垃圾焚烧厂渗滤液的处理系统。
本发明采用的技术方案如下:
一种垃圾焚烧厂渗滤液的处理系统,包括依次串联的混凝沉淀装置、生化装置、沉淀池和污泥浓缩池,所述的混凝沉淀装置包括依次串联的格栅/沉砂池、调节池、反应沉淀池;所述的生化装置包括依次串联的中间水池、升流式厌氧污泥床(UASB)反应器、二级A/O池、膜生物反应器(MBR)、芬顿(Fenton)-电化学反应器、曝气生物流化池(ABFT);所述的反应沉淀池、升流式厌氧污泥床反应器、膜生物反应器、芬顿-电化学反应器及沉淀池分别连接至所述的污泥浓缩池,所述的污泥浓缩池的污泥进行沉淀过滤,滤渣排放,滤液回用。
在上述系统中,通过格栅/沉砂池过滤垃圾渗滤液的较大悬浮物,滤液进入调节池进行调节水量及水质后进入反应沉淀池,沉淀去除SS及不溶性有机物,将混凝沉淀输送至污泥浓缩池,沉淀出水经由中间水池加热后进入UASB反应器,在该反应器中,利用反应器污泥中的微生物分解有机物,使之转化为沼气,然后使UASB反应器出水进入二级A/O池中,硝化-反硝化去除氨氮,去除COD及BOD,得到泥水混合物,并将UASB反应器剩余污泥输送至污泥浓缩池。泥水混合物经MBR反应器提升污泥浓度,降低了出水悬浮物,MBR反应器产生的污泥部分返回至二级A/O池,部分进入污泥浓缩池。
MBR出水接着进入Fenton-电化学反应器,在该电化学反应器中,由于该反应器前端加入的双氧水与电化学反应器中电解产生的Fe2+相互作用形成Fenton试剂,氧化MBR出水中的有机物质,故去除P、SS及多种有害污染物并减少浓缩液量,并将该电化学反应器产生的污泥送至污泥浓缩池。此后,使Fenton-电化学反应器出水再进入ABFT中通过生物酶与载体的固定化技术,利用生物载体及广谱性优势硝化菌种的作用高效率去除水中的氨氮。最后经由沉淀池沉淀出水,上清液直接排放,沉淀污泥送至污泥浓缩池。
优选的,所述的污泥浓缩池的上清液回到所述的调节池。
在所述的UASB反应器中,由于其温度范围与相应的微生物生长范围相对应,故本发明UASB反应器采用中温升流式厌氧污泥床,处理温度为30~40℃,且为确保进水均匀分布,该反应器采用点对点布水方式。
所述的点对点布水方式是连续一管一孔布水方式。
所述的二级A/O池内各单独设回流系统,每个回流系统是由一个兼氧池与一个好氧池组成,所述的兼氧池内设液下搅拌机进行混合,所述的好氧池采用三叶罗茨鼓风机供氧及微孔曝气器曝气,利于去除氨氮及有机物质。
所述的兼氧池溶解氧浓度为0.2-0.5mg/L。
所述的MBR优选为外置式膜生物反应器,此是由于反应器内污泥浓度较高,浸没式MBR容易堵塞的缘故,采用外置式膜生物反应器,系统运行稳定可靠,易于清洗。
优选的,所述的膜生物反应器的污泥回用至所述的二级A/O池。
所述的Fenton-电化学反应器是采用专利申请号为200710164483.9,名称为“一种高频脉冲电化学废水处理工艺及其装置”的专利申请所公开的反应器。
优选地,所述的Fenton-电化学反应器前端设有一个加药装置,用于加入双氧水同时控制进入Fenton-电化学反应器的污水pH为4。
所述的Fenton-电化学反应器依据电解及电凝聚原理,是以可溶性金属铁为极板,废水进入反应器,在直流电的作用下,水溶液离解为(H+)与(OH-)。
所述的Fenton-电化学反应器无需加药,每个电解单元发生如下反应。
a)除磷
铁极板受电化学作用析出的Fe2+被氧化成Fe3+和磷酸根反应沉淀,而且能与其它金属形成共沉淀达到最好的除磷效果。
Fe3++PO4 3-→FePO4↓
b)混凝作用除SS
可溶性金属极板在阳极上解离出的Fe2+与水溶液中离子作用,生成Fe(OH)3。反应式如下:
Fe2++2OH-→Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3↓
上述反应产生的Fe(OH)3具有很强的混凝效果,能与水中有机和无机杂质凝聚产生胶羽,以去除废水中悬浮物。比铝盐、铁盐之混凝剂对废水中的悬浮物以及难于沉淀的细微离子等凝聚去除效果更好。
c)浮除作用除胶体
在电凝过程中,阳极与阴极表面不断产生氧气和氢气,并以微细气泡形式逸出,可以粘附于废水中的絮状物及油类物质,令其比重变小,浮至水面,产生气浮作用,它比传统气浮法用释放器溶气水产生的气泡微小,效果更强。
废水进行电解絮凝处理时,不仅对胶态杂质及悬浮杂质有凝聚沉淀作用,而且由于阳极的氧化作用和阴极的还原作用,能去除水中多种污染物。
经电化学反应后由于水体中含有大量的氢氧化铁和氢氧化亚铁沉淀物需经沉淀池沉淀,固液分离。
本发明采用Fenton-电化学反应器利用电化学原理,借助外加高电压作用产生电化学反应,把电能转化为化学能,对废水中的有机或无机污染物质进行氧化及还原反应,进而凝聚、浮除将污染物从水体中分离,可以有效地分解化工废水中的复杂的苯类有机物,降低CODCr、磷酸盐等各种有害污染物。该反应器大大提高了污水的处理效率,有效降低了处理成本,提高了各种污染物的去除率,能够达到大处理量高浓度污染物废水的连续处理。
所述的ABFT采用的微生物载体是NC-5ppi型微生物载体,微生物菌种是nitrobacteria-II型菌种。
由于采用了上述方案,本发明具有以下优点:
1)调节池前设格栅/沉砂池,减轻了后续单元的负荷,同时延长了调节池的清理周期。
2)采用MBR系统对活性污泥进行有效拦截,避免了污泥流失,大大提高污泥浓度,进一步改善生化处理单元的效果,同时取代了传统生化处理工艺中的二沉池,操作简化。
3)采用Fenton-电化学处理技术,有效去除污染物,后续的混凝沉淀,絮凝性条件好,并且可以代替常用工艺中的纳滤单元,减少50%以上的浓缩液量,节省了运行成本。
4)采用ABFT系统,高效率去除氨氮,占地面积小、基建投资省、能耗低、易维护。
本发明采用混凝沉淀+UASB+二级A/O+MBR+Fenton电化学反应+ABFT联合运行,可达到有效去除渗滤液中的氨氮、有机物、减少浓缩液量、降低运行成本、方便操作的效果。
附图说明
图1为本发明的垃圾焚烧厂渗滤液处理系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例主要有以下10个处理单元,概述如下:
1.格栅/沉砂池
将垃圾渗滤液经管道收集后进入粗、细格栅、沉砂池,去除较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和其他较大的固体颗粒物质,经分离的物质进入砂水分离器,分离出泥砂。
2.调节池
渗滤液经沉砂后流入调节池予以调节。在本实施例中,调节池的功能主要为:①、调节水量和均匀水质,减少对后续处理系统的冲击负荷;②、具有一定的水解酸化作用。调节池将多余渗滤液移至集泥井,且调节池内设液下搅拌机进行混合搅拌。
3.反应沉淀池
将调节后的渗滤液经调节池提升泵提升至反应沉淀池,考虑沉淀池的污泥浓度和结垢问题,沉淀方式采用斜板沉淀,其间通过调节pH值及加入适量的混凝剂,去除经反应沉淀池沉淀后的出水中的大部分SS及部分不溶性有机物,同时得到混凝沉淀,剩余污泥输送至集泥井。
4.中间水池
使反应沉淀池出水进入中间水池,通过蒸汽射流加热系统,直接将污水加热至35℃左右。
5.升流式厌氧污泥床(UASB)反应器
通过泵将经中间水池加热的出水提升至UASB。由于在反应器底部污泥反应区内存留大量厌氧污泥,其中具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥层,故中间水池出水从厌氧污泥床底部流入便可与污泥层中污泥进行混合接触,污泥中的微生物分解污水中的有机物,把它转化为沼气。UASB池通过水泵进行内部回流充分搅拌,使活性污泥与渗滤液充分混合并提高上升流速使之形成活性污泥悬浮层,提高厌氧处理的效果。在本实施例中,UASB采用中温升流式厌氧污泥床,处理温度以30~40℃最为常见,最佳处理温度为35~40℃,本实施例处理温度为约35℃。为确保进水均匀分布,该反应器采用点对点布水方式。最后将UASB池的污泥输送至集泥井。
6.二级A/O池
使经UASB处理后的出水进入二级A/O池,得到泥水混合物。该二级A/O池内各单独设回流系统,使之形成硝化反硝化,去除部分氨氮。每一个内回流系统是由兼氧池和好氧池组成,其中兼氧池采用兼氧微生物为主,悬浮型和附着型微生物混合的生物相,为厌氧至好氧的过渡阶段。该兼氧池池内设潜水搅拌机,由风机充气搅拌,使渗滤液和活性污泥充分接触和混合,同时能保证溶解氧浓度低于0.5mg/L。通过好氧池混合液回流来提高硝化反硝化的效果,达到去除NH3-N的目的。好氧池采用好氧处理微生物为主,悬浮型和附着型微生物混合的生物相。悬挂组合填料,对曝气过程可作气泡再切割,再由风机充气搅拌,配合微孔曝气器,氧吸收率从普通穿孔管的2%效率提高到15%,提高了动力效率,增加生化处理效率。
由于硝化过程会造成碱度不足,因此考虑硝化工艺段中补充碱量,以调节碱度,利于硝化。由于焚烧厂渗滤液的生化性相对较高,二级的A/O池,可以交替进行缺氧-好氧-缺氧-好氧,不仅利于氨氮的去除,对有机物质的去除也十分有利。故该二级A/O池能够使有机物质去除更加彻底。
7.膜生物反应器(MBR)
使二级A/O池出来的泥水混合物进入MBR系统进一步处理。由于处理垃圾渗滤液生化污泥浓度较高,常常是15~30g/L,因此浸没式中空纤维MBR很容易造成堵塞、断丝和瘫痪。故本实施例采用外置式MBR。在该系统中,通过水泵将污泥打入膜管内,在压力的驱动下进行膜分离,出水透过膜进入产水箱,经阀门控制,部分污泥回到二级A/O池继续参与生化反应,部分进入集泥井。
本实施例采用的MBR膜是一种外置管式超滤膜,优选为德国专门用于渗滤液处理的德国berghof(倍高夫)的外置管式超滤膜。因此,活性污泥浓度可以大大提高,水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)可以分别控制,而难降解的物质在反应器中不断反应和降解。
8.芬顿(Fenton)-电化学反应器
MBR出水通过Fenton-电化学反应器,在该Fenton-电化学反应器前端设有一个用于加入双氧水并控制pH为4的加药装置,经由该加药装置加入的双氧水与电化学反应器在电解过程中产生的Fe2+在该电化学反应器中相互作用,形成Fenton试剂,从而氧化MBR出水中的有机物质。同时随着电解作用的持续发生,亦可去除出水中的磷、SS、胶体、多种污染物。然后将电化学反应器污泥输送至集泥井。
9.曝气生物流化池(ABFT)
鉴于垃圾渗滤液的高氨氮特性,为进一步使污水脱除氨氮,电化学出水再进入ABFT系统。在ABFT反应器中投加占曝气池有效容积的10%-25%的NC-5ppi型微生物载体,该等微生物大量附着并固定于其上。ABFT反应器中,通过培养nitrobacteria-II高效菌种,提高目标污染物的降解效果;载体所生长的生物量最高可达10~18g/L,成活后的微生物与载体的结合是采用键价结合的固定化技术,故结合力牢固,不易脱落,不易流失,高负载的生物量保证了ABFT反应器去除污染物的高效和稳定性;运行过程中由风机充气搅拌,每个载体内部都存在着良好的好氧、缺氧、厌氧环境,使其内部形成无数个微型的硝化--反硝化反应器,故而造成在同一个反应器中同时发生氨氧化、硝化和反硝化联合作用,有力的保证了氨氮的高效去除,保证废水氨氮的达标排放。
10.沉淀池
使经ABFT处理后的出水进入沉淀池进行沉淀出水,去除上述电化学反应后的水体中含有的大量氢氧化铁和氢氧化亚铁沉淀物,经标准排放口排放上清液,并将沉淀污泥送至集泥井。
最后,使集泥井中的污泥进入污泥浓缩池,浓缩污泥进入脱水机房,经脱水后得到干污泥,干污泥排放,而污泥浓缩池上清液与脱水机房滤液通过集水井返回调节池中。
在本实施例中,各阶段处理效果详见下表1、表2。
表1-各单元预期处理效果表
表2重金属出水标准
总汞(mg/L) |
0.001 |
总镉(mg/L) |
0.01 |
总铬(mg/L) |
0.1 |
六价铬(mg/L) |
0.05 |
总砷(mg/L) |
0.1 |
总铅(mg/L) |
0.1 |
对比本发明工艺和UASB+SBR(序列间歇式活性污泥法)+CMF(连续微滤)+NF(纳滤)+RO(反渗透)与MBR+DT-RO(碟管式反渗透膜)两项工艺,得到下表3分析结果。
表3-方案综合比较表