聲電芬頓-MBR組合工藝在垃圾壓縮站污水處理中的應(yīng)用

文_朱月琪 石云峰

1. 東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院 2. 廣州市金龍峰環(huán)保設(shè)備工程股份有限公司

垃圾壓縮站是城市垃圾處理的重要環(huán)節(jié)，在城市垃圾管理系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色。垃圾壓縮站將收集的垃圾先進(jìn)行壓縮處理，再運(yùn)到填埋場(chǎng)，以減少運(yùn)輸體積和垃圾含水率。廣州市某縣級(jí)區(qū)轄內(nèi)某鎮(zhèn)面積400km2，人口約3萬(wàn)。該鎮(zhèn)建有一垃圾壓縮站，占地面積2000m2，壓縮站建筑面積600m2，層高7.9m。壓縮站需要配套污水處理項(xiàng)目。由于壓縮站污水具有瞬時(shí)排放、產(chǎn)生量少的特點(diǎn)，因此適合即時(shí)、就地進(jìn)行處理，達(dá)標(biāo)后直排灌溉農(nóng)田。

1 水量及進(jìn)出水水質(zhì)

壓縮站每天產(chǎn)生污水量10m3/d，污水處理設(shè)施按每天24h運(yùn)行。處理后的水質(zhì)達(dá)到廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染排放限值》（DB4426-2001）第二時(shí)段一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。具體進(jìn)出水指標(biāo)如表1所示。

表1 進(jìn)出水水質(zhì)表 單位：mg/L（pH除外）

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程

垃圾壓縮站污水成分復(fù)雜、污染物濃度高，屬高濃度難降解廢水。采用傳統(tǒng)工藝不但占地面積大，而且出水無(wú)法保證。芬頓反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基（·OH）對(duì)高濃度有機(jī)廢水的處理效果，已得到普遍認(rèn)可。但傳統(tǒng)的芬頓反應(yīng)不能實(shí)現(xiàn)鐵的循環(huán)，且反應(yīng)pH范圍狹小（最佳為2.0～3.5）、過(guò)氧化氫利用率不高，限制了其應(yīng)用。因此，外加輔助條件對(duì)處理效果進(jìn)行強(qiáng)化成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，主要有紫外芬頓法、電芬頓法、光芬頓法、超聲芬頓法、光電芬頓法、聲電芬頓法等。其中，聲電芬頓技術(shù)作為一種新型的聲電耦合高級(jí)氧化工藝，是一種高效環(huán)保的現(xiàn)代化高濃度有機(jī)廢水處理工藝。

為節(jié)省用地及達(dá)到高效、穩(wěn)定的運(yùn)行效果，采用“混凝沉淀+聲電芬頓+A2/O生化+MBR/NF(膜生物反應(yīng)器/納濾)”的組合處理技術(shù)，流程如圖1所示。

2.2 工藝流程說(shuō)明

壓縮站污水經(jīng)格柵去除大顆粒懸浮物后，進(jìn)入調(diào)節(jié)池勻質(zhì)勻量。然后提升進(jìn)入混凝沉淀池，去除大部分懸浮物。再進(jìn)入聲電芬頓裝置，對(duì)污水中的難降解有機(jī)物進(jìn)行芬頓，提高其可生化性。接著進(jìn)入?yún)捬?兼氧/好氧池進(jìn)行生化處理，在生化處理階段，大部分的有機(jī)物、NH3-N等污染物被降解和去除。生化池出水進(jìn)入MBR，進(jìn)一步去除有機(jī)物和氮、磷。出水進(jìn)入NF進(jìn)行膜分離，去除重金屬等殘余污染物。出水達(dá)標(biāo)并排入附近水體用于農(nóng)田灌溉。污泥池用于儲(chǔ)存混凝沉淀、芬頓、生化過(guò)程產(chǎn)生的污泥。污泥經(jīng)重力濃縮后，交給有資質(zhì)的單位進(jìn)行處理?；炷恋?、聲電芬頓、A2/O、MBR采用一體化組合設(shè)備，體積為12m×3m×3m, 總裝機(jī)功率15kW/380V。

3 工藝優(yōu)勢(shì)

3.1 聲電芬頓技術(shù)

采樣石墨作為電化學(xué)反應(yīng)的陰極，在酸性條件下，通入陰極的氧氣將轉(zhuǎn)化成過(guò)氧化氫。因此，雙氧化不用外加，降低處理成本。而通入電解液中的氧氣，只有一部分轉(zhuǎn)化為過(guò)氧化氫，其他以氣體形式釋放，對(duì)電解液起攪拌作用，使電解液均勻混合，預(yù)防極化現(xiàn)象。

傳統(tǒng)芬頓法需要投加鐵鹽，成本高、污泥量大，出水色度高。本項(xiàng)目采用鐵鋁合金網(wǎng)作為陽(yáng)極，極板溶解直接產(chǎn)生Fe2+或Fe3+得到電子被還原為Fe2+，使Fe2+可以循環(huán)利用。

將聲化學(xué)引入到電化學(xué)過(guò)程中，一方面空化效應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)氧化性物質(zhì)，同時(shí)具有加速傳質(zhì)、活化電極表面等特性；另一方面利用超聲的清洗作用，實(shí)現(xiàn)電極的原位再生，提高電化學(xué)體系的催化效果。因此，聲電氧化法是集成了聲化學(xué)及電化學(xué)優(yōu)點(diǎn)的一種新型處理技術(shù)。用聲電聯(lián)用技術(shù)處理有機(jī)污染物比單獨(dú)的電催化氧化去除率提高10%～20%。

3.2 MBR工藝

采用MBR工藝，活性污泥不隨出水流失，在生化池中形成8000～25000 mg/L高濃度的活性污泥，徹底分解污染物。利用浸沒(méi)外壓式中空纖維超濾膜替代沉淀池，高效固液分離。

MBR系統(tǒng)帶雙頻超聲波清洗裝置，利用超聲波對(duì)MBR的膜組件進(jìn)行在線清洗，減少膜的反沖洗頻率和清洗藥劑的用量，防止膜吸附污染、濾餅層形成，大大提高了膜過(guò)濾處理強(qiáng)度，持久維持膜通量，延長(zhǎng)了膜組件使用壽命，解決了一般膜污水處理技術(shù)膜堵塞難題。同時(shí)還解決了處理有機(jī)廢水濃差積化，難降解的物質(zhì)在反應(yīng)器中不斷反應(yīng)和降解，使出水更穩(wěn)定順暢，更澄清，出水細(xì)菌、懸浮物和濁度極低。

4 運(yùn)行效果

4.1 設(shè)備運(yùn)行情況

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，超聲波頻率20～250kHz，電解電流1～150A，電壓520V。調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在一定頻率強(qiáng)度范圍內(nèi),污染物的去除率隨著超聲頻率的增大而增加,但當(dāng)超過(guò)一定值后,隨著超聲的頻率增加,液體介質(zhì)中的空化氣泡減少,空化作用強(qiáng)度下降,聲化學(xué)效應(yīng)也相應(yīng)地下降，這與何德文等人的研究結(jié)果一致。電流密度大小也是影響污染物降解的重要因素之一,電流密度較大時(shí),可以產(chǎn)生的更多的·OH,電子轉(zhuǎn)移速率加快,電極表面發(fā)生的氧化反應(yīng)速率加快，這與傅敏等的研究結(jié)果一致。

MBR系統(tǒng)采用的中空纖維PVDF超濾膜，其通量低于10～70L/(m2·h)，并考慮檢修時(shí)正常運(yùn)行通量；膜真空壓力表0至-0.1Mpa；電接點(diǎn)真空壓力表控制正常產(chǎn)水負(fù)壓力-0.1至-0.6Mpa。

4.2 出水情況

穩(wěn)定運(yùn)行期間，連續(xù)7天對(duì)系統(tǒng)進(jìn)出水的COD、NH3-N及SS進(jìn)行監(jiān)測(cè)。COD總?cè)コ蔬_(dá)到99%以上，NH3-N總?cè)コ蔬_(dá)到97%以上，進(jìn)出水情況如圖2、圖3所示。系統(tǒng)進(jìn)水SS為200～280mg/l，出水SS幾乎不可檢出。

5 結(jié)語(yǔ)

采用“混凝沉淀+聲電芬頓+A2/O生化+ MBR/NF”的組合工藝對(duì)垃圾壓縮站污水進(jìn)行處理，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示該工藝處理效果良好，出水達(dá)標(biāo)排放。

系統(tǒng)運(yùn)行成本噸水約為36.3元，其中電耗為28.8元/t；藥耗4.2元/m3，主要包含混凝劑、酸堿調(diào)節(jié)劑、芬頓反應(yīng)引發(fā)劑、催化劑等費(fèi)用；污泥處理費(fèi)用折合約為2.1元/m3；膜折舊費(fèi)1.2元/m3。