關(guān)國(guó)強(qiáng)， 黃振興， 繆恒鋒， 任洪艷， 趙明星， 阮文權(quán)

（江南大學(xué) 環(huán)境與土木工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122）

垃圾焚燒發(fā)電是城市生活垃圾減量化、無害化和資源化的重要方法之一，然而垃圾本身內(nèi)含的水以及垃圾在堆放、運(yùn)輸、堆酵過程中產(chǎn)生的水分往往具有成分復(fù)雜、產(chǎn)生量和污染物濃度隨季節(jié)變化波動(dòng)較大等特點(diǎn)[1-2]，因此垃圾滲濾液是較難處理的高濃度工業(yè)廢水。垃圾焚燒廠滲濾液中COD、SS和NH3-N的濃度均偏高，可生化性相對(duì)較差，因此在設(shè)計(jì)處理工藝時(shí)必須考慮上述污染物的去除。一般來說，COD可通過厭氧生物法去除[3-5]，而NH3-N的去除方法主要有空氣吹脫法[6-7]、化學(xué)沉淀法[8-9]、短程硝化-厭氧氨氧化法[10-12]、電催化氧化法[13-14]等，生物除磷主要依靠傳統(tǒng)的聚磷菌厭氧釋磷、好氧過量吸磷，以及新工藝反硝化除磷[15]。江蘇省某市垃圾焚燒發(fā)電廠日焚燒城市生活垃圾800 t，垃圾滲濾液最大產(chǎn)生量為150 t/d，配套建設(shè)200 t/d垃圾滲濾液處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)由調(diào)節(jié)池、厭氧反應(yīng)池、立體式厭氧好氧反應(yīng)池及后續(xù)深度處理池組成。經(jīng)過厭氧反應(yīng)池去除部分有機(jī)污染物和SS后的廢水進(jìn)入立體式厭氧好氧反應(yīng)池進(jìn)行脫氮除磷，以及有機(jī)污染物的進(jìn)一步去除。本文介紹了立體式厭氧/好氧反應(yīng)池處理垃圾焚燒廠滲濾液厭氧出水的工程應(yīng)用情況，并從工藝設(shè)計(jì)、啟動(dòng)調(diào)試、運(yùn)行等方面進(jìn)行分析，以期為垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液工程處理提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1 工程設(shè)計(jì)參數(shù)及主要構(gòu)筑物

1.1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

工程建設(shè)兩組獨(dú)立的立體式厭氧好氧反應(yīng)池，每組設(shè)計(jì)處理量為100 m3/d，反應(yīng)池設(shè)計(jì)進(jìn)水、出水水質(zhì)見表1。

表1 立體式厭氧/好氧反應(yīng)池設(shè)計(jì)進(jìn)水、出水水質(zhì)Table 1 Designed influent and effluent quality （mg/L）

1.2 設(shè)計(jì)工藝流程

立體式厭氧/好氧反應(yīng)池工藝流程如圖1所示。

圖1 立體式厭氧/好氧反應(yīng)池工藝流程Fig.1 Flow chart of Stereo anaerobic/aerobic reactor

池內(nèi)分上下兩層，上層為厭氧區(qū)，下層為好氧區(qū)，前段厭氧出水由進(jìn)水管道從反應(yīng)池頂部自流進(jìn)入上層厭氧區(qū)，在潛水推流器的作用下在池內(nèi)沿著固定方向流動(dòng)，流速約為0.1～0.2 m/s，流經(jīng)厭氧區(qū)后進(jìn)入下層好氧區(qū)。好氧區(qū)充分曝氣，控制好氧區(qū)DO＞1.5 mg/L，好氧區(qū)內(nèi)潛水推流器推動(dòng)污水沿著與厭氧區(qū)相反的方向流動(dòng)，流過好氧區(qū)后重新進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)，并與前段厭氧出水混合后繼續(xù)在反應(yīng)池內(nèi)進(jìn)行生物降解。在反應(yīng)池內(nèi)兩臺(tái)潛水推流器的作用下，廢水在池內(nèi)形成流動(dòng)式循環(huán)，依次經(jīng)過厭氧區(qū)、好氧區(qū)，處理完的污水通過溢流溝流入沉淀池。在沉淀池內(nèi)泥水分離后，上清液溢流入后續(xù)處理系統(tǒng)，污泥由泵部分回流至反應(yīng)池內(nèi)，剩余污泥由泵排入污泥濃縮池。該反應(yīng)池采用立體式結(jié)構(gòu)，節(jié)約占地面積，并且池內(nèi)污水呈特殊的循環(huán)流動(dòng)方式，污染物可以得到充分的降解。同時(shí)反應(yīng)池能耗低，出水指標(biāo)穩(wěn)定，運(yùn)行操作簡(jiǎn)單。

1.3 主要構(gòu)筑物和設(shè)備參數(shù)

1.3.1 反應(yīng)池 反應(yīng)池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共兩組，單組設(shè)計(jì)尺寸16 m×5 m×7 m，有效水深6.25 m，單組總有效容積500 m3，HRT（水力停留時(shí)間）為5 d。池內(nèi)分上下兩層，上層為厭氧區(qū)，下層為好氧區(qū)，每層裝有一臺(tái)潛水推流器（2臺(tái)，n=63 r/min），同時(shí)池底均勻分布曝氣頭，采用羅茨風(fēng)機(jī)曝氣（2臺(tái)，一用一備，Q=10.46 m3/min，P=68.6 kPa）， 并配備開式冷卻塔（1 座，Q=75 m3/h）。

1.3.2 沉淀池 沉淀池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)直徑 Φ 5 m，池邊深 3.5 m，表面負(fù)荷為 0.21 m3/（m2·h），沉淀時(shí)間為6～8 h。沉淀池底部裝有中心傳動(dòng)刮泥機(jī)（1臺(tái)，v=0.026 m/s），污泥回流泵為臥式無堵塞自吸離心泵（2 臺(tái)，一用一備，Q=10 m3/h，H=12 m）。

1.4 分析測(cè)定方法

每日分別對(duì)反應(yīng)池進(jìn)水和出水相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，具體測(cè)定方法[16]見表2。

表2 測(cè)定指標(biāo)和方法Table 2 Items and methods of analysis

2 調(diào)試運(yùn)行結(jié)果分析

2.1 污泥馴化

反應(yīng)池啟動(dòng)調(diào)試前需對(duì)污泥進(jìn)行馴化，使其適應(yīng)該垃圾滲濾液的水質(zhì)條件。反應(yīng)池接種污泥取自某城市污水處理廠的剩余污泥，投加種泥后，采用間歇式悶曝氣的方式進(jìn)行污泥馴化。待污泥變?yōu)辄S褐色后，開始少量進(jìn)廢水（1 m3/d）用以提供污泥生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)大量回流沉淀池污泥，并且逐漸提高添加的廢水量，同時(shí)控制好氧區(qū)DO在3～4 mg/L。經(jīng)過30 d的馴化培養(yǎng)，污泥狀況已符合進(jìn)水調(diào)試要求，污泥馴化結(jié)束。隨后開始進(jìn)入調(diào)試階段，調(diào)試用的是前段厭氧系統(tǒng)的出水。

2.2 啟動(dòng)調(diào)試期COD的去除

在反應(yīng)池啟動(dòng)調(diào)試階段，先采用間歇進(jìn)水的方式運(yùn)行，初始處理量為10 m3/d，每隔6 h進(jìn)水一次，每天進(jìn)水4次，每7 d提升一次處理量，每次增加10 m3/d，至處理量達(dá)到70 m3/d后采用連續(xù)進(jìn)水的方式運(yùn)行。圖2顯示了調(diào)試啟動(dòng)期間反應(yīng)池出水COD濃度、COD去除率與反應(yīng)池進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷之間的關(guān)系。調(diào)試開始階段，反應(yīng)池出水COD濃度較低且穩(wěn)定，隨著進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷的逐漸提升，出水COD濃度也逐漸升高，在前50 d內(nèi)，反應(yīng)池的COD去除率穩(wěn)定在80%以上，從第50天開始，出水COD濃度和COD去除率有明顯的下降。第64天達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行 （處理量100 m3/d，進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷COD 1.6 kg/（m3·d）），此后 7 d 內(nèi)，反應(yīng)池出水 COD 穩(wěn)定在1 800 mg/L左右，反應(yīng)池對(duì)COD的去除率穩(wěn)定在76%～80%。由于前段厭氧系統(tǒng)的出水COD濃度存在波動(dòng)，反應(yīng)池進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷也存在小幅波動(dòng)，但并未對(duì)出水COD濃度有影響。這說明反應(yīng)池抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)，去除COD的效果良好。

圖2 啟動(dòng)調(diào)試期間反應(yīng)池COD的去除Fig.2 Removal of COD in commissioning

2.3 啟動(dòng)調(diào)試期NH3-N的去除

圖3顯示了啟動(dòng)調(diào)試期間反應(yīng)池出水NH3-N質(zhì)量濃度、NH3-N去除率與進(jìn)水NH3-N負(fù)荷之間的關(guān)系。

圖3 啟動(dòng)調(diào)試期間反應(yīng)池NH3-N的去除Fig.3 Removal of NH3-N in commissioning

調(diào)試開始階段，反應(yīng)池處理量較小，NH3-N去除率維持在較高的水平。之后隨著處理量的不斷提升，進(jìn)水NH3-N負(fù)荷逐漸升高，反應(yīng)池出水NH3-N質(zhì)量濃度也小幅上升。第21天，反應(yīng)池進(jìn)水NH3-N負(fù)荷達(dá)到 0.1 kg/（m3·d），反應(yīng)池出水 NH3-N 質(zhì)量濃度達(dá)到145 mg/L，但NH3-N去除率依然高于90%。第64天反應(yīng)池進(jìn)水NH3-N達(dá)到滿負(fù)荷 （0.35 kg/（m3·d）），此后 7 d 內(nèi)，反應(yīng)池出水 NH3-N 質(zhì)量濃度穩(wěn)定在180 mg/L以下，反應(yīng)池對(duì)NH3-N的去除率穩(wěn)定在89%以上，處理效果符合設(shè)計(jì)要求。有研究表明，若進(jìn)水NH3-N負(fù)荷過高，會(huì)影響硝化速率[17]，從而影響反應(yīng)池對(duì)NH3-N的去除效果。在啟動(dòng)調(diào)試期當(dāng)反應(yīng)池進(jìn)水 NH3-N 負(fù)荷達(dá)到 0.35 kg/（m3·d）時(shí)（設(shè)計(jì)進(jìn)水 NH3-N 負(fù)荷為0.3 kg/（m3·d）），反應(yīng)池對(duì)NH3-N的去除率依然可穩(wěn)定在88%以上，反應(yīng)池對(duì)NH3-N的去除效果并未受到顯著影響，說明利用該反應(yīng)池處理垃圾滲濾液等高濃度氨氮廢水可達(dá)到良好的氨氮去除效果。

2.4 啟動(dòng)調(diào)試期TN、TP的去除

啟動(dòng)調(diào)試期反應(yīng)池處理量、反應(yīng)池出水TN、TP質(zhì)量濃度與TN、TP去除率的關(guān)系如圖4所示。啟動(dòng)調(diào)試前期，反應(yīng)池出水TN、TP質(zhì)量濃度相對(duì)較低，之后逐漸升高。第64天反應(yīng)池處理量達(dá)到滿負(fù)荷100 m3/d，此階段出水TN質(zhì)量濃度在470 mg/L左右，而TP質(zhì)量濃度在7 mg/L上下波動(dòng)，反應(yīng)池對(duì)TN和TP的去除率分別為76%和81%。傳統(tǒng)的硝化、反硝化系統(tǒng)為分離式，需要將硝化液回流至反硝化池進(jìn)行脫氮除磷，但硝化液的回流需要很大的能耗[18]。而該立體式厭氧/好氧反應(yīng)池兼顧好氧池與厭氧池，同時(shí)在潛水推流器的推動(dòng)下使污水形成流動(dòng)式循環(huán)，污水在池內(nèi)依次經(jīng)過厭氧區(qū)和好氧區(qū)。反應(yīng)池內(nèi)污水的特殊流動(dòng)方式，使得污水可連續(xù)交替經(jīng)過厭氧區(qū)、好氧區(qū)，從而提高了反應(yīng)池對(duì)NH3-N、TN和TP的去除效率。因而反應(yīng)池具有很好的脫氮除磷的效果，并且能耗相對(duì)較少。

圖4 啟動(dòng)調(diào)試期間反應(yīng)池TN、TP的去除Fig.4 Removal of TN and TP in commissioning

經(jīng)過70 d的啟動(dòng)調(diào)試，反應(yīng)池處理量、出水中COD，NH3-N、TN和TP的質(zhì)量濃度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，表明反應(yīng)池啟動(dòng)成功，調(diào)試完成。

2.5 反應(yīng)池滿負(fù)荷運(yùn)行效能

啟動(dòng)調(diào)試階段結(jié)束后，垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液年高峰期已近，在隨后120 d的運(yùn)行中，反應(yīng)池出水的各項(xiàng)指標(biāo)如表3所示。

表3 立體式厭氧/好氧反應(yīng)池運(yùn)行效果Table 3 Effect of stereo anaerobic/aerobic reactor

此階段反應(yīng)池對(duì) COD、NH3-N、TN、TP、SS 的平均去除率均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并且出水水質(zhì)指標(biāo)較穩(wěn)定。盡管立體式厭氧/好氧反應(yīng)池進(jìn)水污染物濃度存在波動(dòng)，對(duì)反應(yīng)器存在沖擊，但并沒有影響反應(yīng)器的運(yùn)行效能。研究結(jié)果說明，該立體式厭氧/好氧反應(yīng)池可穩(wěn)定處理垃圾焚燒廠滲濾液厭氧出水，且取得了良好的運(yùn)行處理效果。

3 結(jié)語

1）采用立體式厭氧/好氧反應(yīng)器對(duì)垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液厭氧出水進(jìn)行處理，經(jīng)過70 d的啟動(dòng)和運(yùn)行調(diào)試，出水COD，NH3-N、TN和TP質(zhì)量濃度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，說明該反應(yīng)器在顯著減少占地面積的同時(shí)可以有效去除污染物。

2）通過啟動(dòng)、調(diào)試以及后續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行，結(jié)果顯示，當(dāng)進(jìn)水COD和NH3-N負(fù)荷高于設(shè)計(jì)負(fù)荷時(shí)（設(shè)計(jì)進(jìn)水 COD 負(fù)荷為 1.5 kg/（m3·d）， 設(shè)計(jì)進(jìn)水NH3-N 負(fù)荷為 0.3 kg/（m3·d））， 反應(yīng)池仍然可以穩(wěn)定運(yùn)行，而且出水指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。由此說明該處理工藝具有較好的抗沖擊負(fù)荷能力和穩(wěn)定性。

3）本項(xiàng)目中采用兩組獨(dú)立的立體式厭氧/好氧反應(yīng)池，可以隨著季節(jié)交替獨(dú)立或同時(shí)運(yùn)行；在滲濾液量較少的冬天可單組運(yùn)行，從而減少運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

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