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      蘇州某垃圾滲濾液處理工程生化段脫氮優(yōu)化工程實例

      2022-02-10 03:30:20高碧霄張星宇仇慶春
      關(guān)鍵詞:溶解氧濾液硝化

      高碧霄,張星宇,潘 楊,2,仇慶春

      (1.蘇州科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215009;2.城市生活污水資源化利用技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室,江蘇 蘇州 215009;3.蘇州市環(huán)境衛(wèi)生管理處,江蘇 蘇州 215009)

      蘇州某垃圾填埋場滲濾液處理工程,主體采用兩級A/O+MBR+RO的工藝,設(shè)計處理規(guī)模為950 m3/d。由于填埋場投入使用近30年,在封場后滲濾液產(chǎn)量減少,并伴有明顯的季節(jié)性變化,實際每日需要處理量約為630 m3/d,滲濾液自身已屬于老齡化階段,B/C為0.2,C/N為0.36,營養(yǎng)元素嚴(yán)重失調(diào),可生化性差,運行過程需要補充大量丙二醇作為反硝化碳源。近期由于生化段脫氮能力降低,給后端深度處理段帶來較大壓力,日均處理量降低至320 m3/d。為了提高生化段脫氮效能,恢復(fù)正常生產(chǎn),決定對滲濾液處理站進(jìn)行技術(shù)改造,在原有工藝及構(gòu)筑物的基礎(chǔ)上,通過對構(gòu)筑物功能作用進(jìn)行改進(jìn)和工藝運行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,在保證出水氨氮及總氮達(dá)標(biāo)的前提下,提升生化段脫氮效能和系統(tǒng)進(jìn)水量,節(jié)約運行成本。

      1 工程概況

      1.1 現(xiàn)有處理工藝

      滲濾液處理站主體工藝為兩級A/O+MBR+RO工藝,具體工藝流程圖如圖1所示,設(shè)計COD污泥負(fù)荷3.18 kg/(kgMLSS/d);氨氮污泥負(fù)荷0.036 5 kg/(kgMLSS/d);MLSS為15.9 g/L;泥齡27 d。調(diào)節(jié)池采用圍堰覆蓋黑色土工膜,容積為70 000 m3。初沉池容積為100 m3,使用丙二醇為外加碳源與原水在均質(zhì)池混合,均質(zhì)池有效容積338 m3,一級缺氧池有效容積1 451 m3,一級好氧池分為兩組,單組有效容積2 736 m3。二級缺氧池有效容積797.2 m3。二級好氧池有效容積797.2 m3。MBR為外置管式膜,通量為50 m3/h。RO膜通量為40 m3/h,采率為70%,濃縮液委托第三方處理。污泥采用離心方式進(jìn)行脫水,脫水后的污泥在填埋場回填。

      圖1 工藝流程圖

      1.2 存在問題

      1.2.1 進(jìn)水SS濃度波動大

      于調(diào)節(jié)池容積較大,且投入使用時間較長,內(nèi)部沉淀物淤積量大,雨季流入調(diào)節(jié)池滲濾液水量波動,導(dǎo)致淤積物被攪起,原有沉淀池?zé)o法滿足生產(chǎn)需要,導(dǎo)致進(jìn)水SS濃度高且波動大。

      1.2.2 進(jìn)水量達(dá)不到生產(chǎn)需求

      生化段污泥濃度MLSS為36 g/L,MLVSS/MLSS為0.45,泥齡120 d,COD及氨氮污泥負(fù)荷分別為0.018 kg/(kgMLSS/d)和0.003 kg/(kgMLSS/d),負(fù)荷低、污泥活性差。運行過程中生化段脫氮效率低,后端深度處理壓力大。受限于生化段脫氮能力的影響,不得不降低進(jìn)水量,確保最終出水達(dá)標(biāo)。

      1.2.3 運行費用高

      老齡滲濾液C/N比失衡,COD多為難降解有機物,可生化性差,運行過程中噸水投加碳源丙二醇為6.4 kg/m3,約合64元/m3,導(dǎo)致處理站整體運行費用高。

      2 優(yōu)化思路與具體措施

      2.1 優(yōu)化思路

      針對初沉池?zé)o法滿足現(xiàn)有進(jìn)水SS狀況,可選擇占地面積小、結(jié)構(gòu)緊湊、運行操作簡單的氣浮工藝[1]。對于生化段污泥泥齡長、負(fù)荷低、活性差及生化段脫氮效能低的問題,應(yīng)降低生化段污泥濃度、縮短泥齡,以提高污泥負(fù)荷,解決污泥處于貧營養(yǎng)狀態(tài)的問題,以提高污泥活性[2]。另外,降低污泥濃度可以減小氧氣在混合液中的傳質(zhì)阻力,提高好氧池的DO,有利于COD及氨氮的去除[3]。一級生化段高的硝化液回流比并沒有帶來高的脫氮效率,反而會由于硝化液回流攜帶回的大量溶解氧,一方面消耗短鏈脂肪酸等易降解的有機物,使容易被反硝化利用的碳源減少[4];另一方面大量回流的溶解氧破壞缺氧環(huán)境,影響反硝化菌的正常工作[5]。因此,應(yīng)當(dāng)減小硝化液回流比,減少帶回的溶解氧干擾反硝化反應(yīng)。對于老齡滲濾液可生化性差,需要投加大量碳源,運行費用高的問題,可引入新鮮滲濾液混合,提高進(jìn)水可生化性,替代部分外加碳源,節(jié)省運行費用[6-7]。

      2.2 具體措施

      2.2.1 進(jìn)水SS波動大的改造措施和污泥濃度的調(diào)控措施

      增設(shè)的氣浮設(shè)備取代原有的沉淀池,將原有沉淀池進(jìn)出水管道接入氣浮設(shè)備,并在氣浮設(shè)備前使用管道混合器使原水與藥劑混合,氣浮設(shè)備產(chǎn)生的浮渣利用管道輸送至污泥脫水機房。另外,啟用備用離心機加大每日生化段排泥量,經(jīng)計算按照含水率80%核算,每日排泥量約為30 t左右。加大排泥過程中做好常規(guī)指標(biāo)監(jiān)測與分析,若生化段污染物去除效果受到影響及時作出調(diào)整。

      2.2.2 脫氮優(yōu)化調(diào)控措施

      一級A/O段內(nèi)回流包括兩組硝化液回流和兩組冷卻回流,冷卻回流其實質(zhì)也是硝化液回流,冷卻回流需要經(jīng)過冷卻塔,其在管線內(nèi)停留時間要長于硝化液回流,有利于降低帶回溶解氧,所以保持原有冷卻回流量不變,降低硝化液回流量。并在缺氧池硝化液回流入口附近的固定點位,設(shè)置溶解氧監(jiān)測點,觀察回流比調(diào)節(jié)過程中該點位的溶解氧變化。在滿足COD及氨氮去除的前提下,盡可能降低好氧池DO,一方面節(jié)省曝氣風(fēng)機能耗,另一方面盡可能減小回流帶回溶解氧的影響。

      2.2.3 提高進(jìn)水可生化性改造措施

      采用新鮮滲濾液與處理站原水混合,以提高進(jìn)水可生化性,減少碳源投加,降低運行費用。新鮮滲濾液來自附近垃圾焚燒站儲存?zhèn)}內(nèi),其留存時間短,不受雨水和垃圾堆體等因素影響,有機物含量高,可生化性較好。新鮮滲濾液采用罐車運輸,將處理站內(nèi)原有初沉池改為新鮮滲濾液儲存池,利用計量泵打入均質(zhì)池與原水按照一定比例混合。第一階段,新鮮滲濾液每天混入量為10 m3,并減少相應(yīng)COD當(dāng)量的丙二醇投加,運行穩(wěn)定無異常,進(jìn)行下一階段,新鮮滲濾液每日投加量增加10 m3,若出現(xiàn)異常,分析問題并及時調(diào)整。

      3 工藝優(yōu)化結(jié)果與討論

      3.1 進(jìn)水SS及污泥濃度調(diào)控

      通過添加的氣浮設(shè)備,在調(diào)試正常運行后,氣浮設(shè)備進(jìn)水SS濃度為2 100~12 800 mg/L,平均濃度為7 436 mg/L,標(biāo)準(zhǔn)差為2 530 mg/L;按照每升原水平均投加PAC 20 mg,PAM 1.5 mg的使用量,出水SS濃度為800~1 860 mg/L,平均濃度為1 314 mg/L,標(biāo)準(zhǔn)差為397 mg/L,其對原水中SS的平均去除率達(dá)81%,出水SS濃度標(biāo)準(zhǔn)差較進(jìn)水降低2 133 mg/L,氣浮設(shè)備對進(jìn)水SS去除效果明顯,能有效改善生化段進(jìn)水SS波動大的問題。

      生化段原有運行狀態(tài),如圖2(a)所示,MLSS為36 g/L,MLVSS為15 g/L,MLSS/MLVSS約為0.42,生化段溶解氧為0.8 mg/L。經(jīng)過加大每日排泥量,生化段MLSS逐漸下降,MLVSS/MLSS值逐漸增大,并且由于生化段MLSS逐漸降低,溶解氧在混合液中傳質(zhì)阻力的減小,好氧池溶解氧逐漸增高。運行過程中,當(dāng)MLSS達(dá)到20 g/L左右時,好氧池后端溶解氧上升明顯,濃度為5~6 mg/L,為了避免浪費能耗及硝化回流帶回大量溶解氧影響反硝化,因此對好氧段溶解氧進(jìn)行調(diào)整,使其保持在2.0~2.5 mg/L之間。生化段加大排泥期間,如圖2(b)、圖2(c)、圖2(d)所示,生化段對COD,氨氮及TN去除率明顯提升。運行過程中當(dāng)MLSS低于16 g/L時,繼續(xù)降低生化段污泥濃度,好氧池溶解氧會繼續(xù)升高,但由于硝化菌生物量減少,硝化反應(yīng)受到影響,出水氨氮濃度升高,氨氮去除率明顯降低,出水TN去除率也受到影響。隨后將生化段污泥濃度MLSS提升至16 g/L左右,穩(wěn)定運行后,MLSS/MLVSS約為0.64,好氧池溶解氧穩(wěn)定在2.0 mg/L以上。生化段污泥濃度調(diào)控前后對比,好氧池溶解氧濃度提升1.5 mg/L以上,污泥活性提升22%,COD去除率提升10%,氨氮去除率提升3%,TN去除率提升5%。這說明在高污泥濃度的膜生物反應(yīng)器中,在保證充足生物量的前提下,適當(dāng)降低污泥濃度,可以有效提高污泥活性,提升生化段去污能力[8-9]。

      圖2 污泥濃度調(diào)控前后運行效果圖

      3.2 回流比調(diào)控

      一級A/O段混合液回流共有:兩組硝化液回流各130 m3/h;兩組冷卻回流各75 m3/h。冷卻回流需要進(jìn)入熱交換器,其實質(zhì)也是硝化液回流,所以一級A/O硝化液回流量為410 m3/h。在進(jìn)水量為720 m3/d時,硝化液回流比為13.7倍。

      硝化液回流比與生化段出水TN濃度及TN去除率和回流入口附近固定監(jiān)測點的溶解氧關(guān)系如圖3所示,在回流比有13.7降低至7.7的過程中,固定監(jiān)測點的溶解氧隨著回流比減小而減小。出水TN濃度隨著硝化液回流比的減小,先降低后升高,TN去除率隨著硝化液回流比的減小,先升高后降低。在硝化液回流比為9.7時,生化段出水TN濃度最低,生化段TN去除率最高。在回流比分別為13.7和9.7倍下,一級A池反硝化效果如圖4所示,在硝化液回流比為13.7時,一級A池進(jìn)水硝酸鹽氮濃度約為75 mg/L,出水硝酸鹽氮含量<2 mg/L,亞硝酸鹽氮含量在8~10 mg/L之間。硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮濃度總和約為11 mg/L。反硝化效率約為85%。在硝化液回流比為9.7時,進(jìn)水硝酸鹽氮濃度約為85 mg/L,出水亞硝酸鹽濃度與回流比為13.7時明顯降低,出水硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮總和<5 mg/L,反硝化效率約為95.4%。硝化液回流比為9.7倍與13.7倍相比,一級A池反硝化效率提高10.4%,生化段出水TN濃度降低20 mg/L。在回流比由13.7降低到9.7的過程中,回流口附近溶解氧不斷降低至0.5以下,TN去除率升高,說明減小回流比可以有效減少硝化液帶回溶解氧的影響[10]?;亓鞅扔?.7降低帶7.7的過程,溶解氧雖然繼續(xù)降低,但TN去除率也降低,說明回流比減小帶回的硝酸鹽及亞硝酸鹽氮總量減少,影響整體脫氮效果。

      圖3 不同回流比下固定點位DO及生化段TN去除效果圖

      圖4 不同回流比下一級A池反硝化效果圖

      3.3 引入新鮮滲濾液補充碳源

      新鮮滲濾液水質(zhì)指標(biāo)如表1所列。

      表1 新鮮垃圾滲濾液水質(zhì) mg·L-1

      新鮮滲濾液投加過程中,生化段出水COD穩(wěn)定在800 mg/L左右,與未投加時基本相同,這說明新鮮滲濾液可生化性較好,容易被微生物降解利用。新鮮滲濾液投加量與氨氮及TN去除效果關(guān)系如圖5所示,新鮮滲濾液投加量由10 m3/d提升至100 m3/d過程中,生化段進(jìn)水TN濃度約為1 700 mg/L,生化段出水TN濃度先降低后升高的,在投加量為80 m3/d時,生化段出水TN濃度最低,TN去除率最高。整個投加過程中,生化段出水氨氮濃度持續(xù)升高,這要是由于新鮮滲濾液中有機氮含量在TN中占比遠(yuǎn)高于老齡滲濾液,隨著新鮮滲濾液投加量的增加,生化段進(jìn)水的有機氮含量也在增加,有機氮在生化段后端水解釋放氨氮[11],導(dǎo)致出水氨氮濃度升高。

      圖5 新鮮滲濾液投加量與氨氮及TN去除效果關(guān)系圖

      投加量由10 m3/d提升至80 m3/d過程中,外加碳源丙二醇用量相應(yīng)減少,盡管生化段出水氨氮濃度升高,但出水TN濃度降低,這主要由于新鮮滲濾液中VFA及結(jié)構(gòu)簡單的小分子有機物較多,優(yōu)先作用于反硝化[12],提高了反硝化效率,使出水TN濃度降低。投加量由80 m3/d提升至100 m3/d,外加碳源丙二醇使用量繼續(xù)相應(yīng)減少,但由于反硝化效率不再提升,出水氨氮濃度的升高,導(dǎo)致出水TN濃度升高。為避免出水氨氮濃度超標(biāo)影響,新鮮滲濾液投加量定為80 m3/d,在穩(wěn)定運行一段時間后,生化段TN去除率為95.7%,較之前提升2.5%,丙二醇投加量由6.4 kg/m3降低至1.84 kg/m3,每立方原水節(jié)省4.56 kg丙二醇。

      3.4 優(yōu)化后運行效果及經(jīng)濟評價

      經(jīng)過對各控制條件的優(yōu)化,處理站在進(jìn)水量:720 m3/d;MLSS:16 g/L;SRT:42 d;回流比:9.7倍;原水與新鮮滲濾液混合比例:8∶1;外加丙二醇使用量1.84 kg/m3的條件下運行,生化段進(jìn)水TN平均濃度1 700 mg/L,生化段出水TN平均濃度為60 mg/L,生化段TN平均去除率約為96%。生化段進(jìn)水COD濃度11 000 mg/L,生化段出水COD濃度約為800 mg/L左右,生化段COD去除率約為93%。

      優(yōu)化前后相關(guān)參數(shù)見表2。整體優(yōu)化運行后較優(yōu)化前:進(jìn)水負(fù)荷提升1.25倍,TN去除率提升了9.7%,COD去除率提升了21%,氨氮污泥負(fù)荷提了 升0.014 2 kg NH3-N/(kgMLSS*d),COD污泥負(fù)荷提升了0.083 kg COD/(kgMLSS*d),碳源費用節(jié)省45.6元/m3,電耗節(jié)省0.65元/m3。

      表2 優(yōu)化前后相關(guān)參數(shù)對照表

      4 結(jié)語

      本次優(yōu)化改造有效的解決了進(jìn)水SS波動大、生化段污泥活性差、脫氮效能低、運行費用高等問題。通過對污泥濃度、溶解氧、回流比等運行參數(shù)優(yōu)化調(diào)控,實現(xiàn)了污泥活性及脫氮效能的提升,并通過混入新鮮垃圾滲濾液,提高進(jìn)水可生化性,節(jié)省外加碳源丙二醇的使用量。優(yōu)化運行后,進(jìn)水負(fù)荷、COD及TN去除率分別提升了1.25倍、21%、9.7%,噸水電耗節(jié)省0.65元/m3,碳源丙二醇節(jié)省45.6元/m3。

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