混凝沉淀-气浮-ABR-AA/O-MBR工艺处理垃圾中转站渗滤液的试验研究

2024-02-22苏德欣金丽丽

能源环境保护 2024年1期

苏德欣, 付元, 马赛, 金丽丽, 程材, 肖艳

(中煤科工集团杭州研究院有限公司, 浙江杭州 311201)

0 引言

与垃圾填埋场渗滤液的水量水质特征相比[5-6],垃圾中转站渗滤液既有相似之处又有独特之处。垃圾中的厨余以及各种有机垃圾含水率较高,易产生渗滤液,而我国垃圾成分与季节有一定的相关关系[7-8],所以,垃圾中转站渗滤液随着季节的变化,水量也发生变化,冬季甚至出现断流现象[9]。水质方面,由于垃圾在中转站停留时间较短,产生的渗滤液均是未矿化的新鲜滤液[10],悬浮固体含量较高[1],还含有较高浓度的油脂[11]。综上,垃圾中转站渗滤液的水量水质的干扰因素复杂、难于界定,对其处理工艺的选择难度大。

生物处理法结合物理化学处理法是垃圾填埋场渗滤液处理的常规工艺,发展较成熟[12]。生物处理法主要是厌氧消化结合活性污泥法或生物膜法去除有机物和氮,物理化学处理法主要是采用纳滤结合反渗透深度处理生物处理出水,这可以借鉴到中转站渗滤液处理中[13-14]。然而与填埋场渗滤液相比,中转站渗滤液含有大量的悬浮固体和油脂,这些污染物为生化处理带来高负荷和堵塞的弊端,影响反应的顺利进行[15]。垃圾中转站渗滤液中的油脂类更是危害后续反应的顺利进行,它影响好氧生物处理的充氧效果,导致生物活性降低,出水质量下降[16]。此外,油脂类还会造成深度处理工艺的膜污染问题[17]。因此,垃圾中转站渗滤液的处理不能简单套用垃圾填埋场渗滤液处理工艺,采用合理、可靠的处理工艺非常必要。

本文综合考虑垃圾中转站渗滤液的水质水量特点,以实际污水为处理对象,基于污水的物化、生化处理技术,探究了混凝沉淀-气浮-厌氧折流板反应器(Anaerobic Baffled Reactor, ABR)-厌氧-缺氧-好氧法(Anaerobic-Anoxic-Oxic, AA/O)-膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor, MBR)工艺在处理垃圾中转站渗滤液中的应用;对工艺的试验参数、污染物去除情况等方面进行分析,为该工艺广泛应用于该类型污水的处理提供工艺设计和运行调试等方面的参考。

1 试验装置与方法

1.1 试验水质

本研究所用的垃圾中转站渗滤液主要取自浙江省某垃圾中转站出水,渗滤液呈黑色或灰褐色,同时带有强烈恶臭。垃圾中转站原有隔油装置、沉淀池等,只能对渗滤液进行简单预处理,不能有效去除渗滤液中的主要污染物,且设备目前已不能高效运转。因此,将原有渗滤液处理设施进行拆除后空间再利用,建设一套渗滤液处理装置,处理能力Q为50 m3/d,主体采用混凝沉淀-气浮-ABR-AA/O-MBR工艺,产生的污泥采用叠螺压滤机压滤。排放水质达到《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T 31962—2015)[18]中的排放标准,排入污水处理厂进行处理深度处理。进、出水水质指标见表1。

1.2 试验流程

针对悬浮固体较高还含有较高浓度的油脂的水质特点,采用“混凝沉淀+气浮”串联组成的预处理单元,包括混凝反应器、混凝沉淀区,气浮反应区和气浮接触区。混凝反应区用于投加混凝剂和助凝剂等试剂进行反应,混凝沉淀区用于对反应后生成的絮体进行沉淀分离;气浮反应区用于投加助凝剂进行反应,气浮接触区用于通入高压溶气水进行气浮。针对有机物、总氮、氨氮等污染物浓度较高的水质特点,采用“ABR+AA/O”串联组成的生化处理单元。ABR内设有若干交错排布的折流隔板,折流隔板一端与池的侧壁连接,另一端与池的相对一侧侧壁之间形成过水通道,可延长渗滤液在ABR的流动路线,减小ABR面积的同时延长反应时间,提高处理效率。AA/O包括相连通的厌氧池、缺氧池和好氧池,均设有活性污泥。在厌氧池,污泥中的聚磷菌进行磷的释放和低级脂肪酸等的吸收;在缺氧池,污泥中的反硝化菌将硝酸盐转化为氮气;在好氧池,污泥中的硝化细菌将氨氮氧化成硝酸盐,经好氧处理后的硝化液可由硝化液回流泵泵入缺氧池继续进行反硝化。为提高出水水质,生化反应后采用MBR进行深度处理,反应器内的泥水混合物部分回流到厌氧池内。垃圾中转站渗滤液处理工艺如图1所示。

图1 垃圾中转站渗滤液处理试验流程Fig. 1 Treatment flow chart of leachate from the refuse transfer station

1.3 试验参数

主要试验参数详见表2。

表2 主要试验参数

1.4 试验方法及设备

2 结果与讨论

2.1 混凝沉淀-气浮的处理效果

以调节后的垃圾中转站渗滤液为进水(主要污染物指标见表1),连续运行,对混凝沉淀-气浮组合预处理单元进行15周取样分析,结果如图2和图3所示。

图2 混凝沉淀-气浮对SS的去除效果Fig. 2 Removal effect of coagulation precipitation and air flotation for SS

图3 混凝沉淀-气浮对CODCr的去除效果Fig. 3 Removal effect of coagulation precipitation and air flotation for CODCr

在混凝沉淀-气浮预处理中,进水SS为4 330～6 317 mg/L,平均为5 270 mg/L,悬浮固体含量较高,远超垃圾填埋场渗滤液[19]。出水SS在183～351 mg/L,平均为258 mg/L,SS去除率基本在94.00%以上,最高达到了96.91%。在该处理单元,渗滤液、混凝剂和助凝剂充分混合,通过电中和、吸附架桥和网捕的协同作用,SS聚集并形成沉淀得以去除;再加入助凝剂进一步反应后,通入高压溶气水,难以自然沉降或悬浮的乳化油和微小悬浮颗粒等污染物黏附于气泡表面并随之上浮到水面,通过刮渣得以去除。可见,气浮作为混凝沉淀的后续处理,提高了预处理效果。进水CODCr为15 130～20 540 mg/L,平均为17 460 mg/L,有机污染物含量较高;出水CODCr最高为8 197 mg/L,最低为4 819 mg/L,平均为6 742 mg/L。从CODCr的去除率来看,均达到50%以上,最高去除率达到了68.93%,CODCr的平均去除率为61.29%。混凝沉淀-气浮处理垃圾中转站渗滤液取得良好效果,也说明了垃圾中转站渗滤液中的悬浮固体主要由CODCr构成。良好的预处理效果为后续生化处理减轻负担,同时也避免了反应器堵塞造成流态改变等问题。

2.2 ABR-AA/O的处理效果

ABR-AA/O单元对CODCr的去除效果如图4所示。进水CODCr为4 819～8 197 mg/L(平均为6 742 mg/L),进水浓度波动均较大。出水CODCr为214～481 mg/L(平均为334 mg/L),出水CODCr比较平稳,最高CODCr浓度与最低CODCr浓度相差267 mg/L,仅为进水CODCr平均浓度的4%。这可能与高污染物浓度进水情况下ABR高产气量有关。有机物在ABR内进行水解、酸化、产氢产乙酸和产甲烷等过程的厌氧发酵,反应器可以厌氧发酵产生的气体作为动力推动内部混合物均匀[20-21]。在没有外部驱动力的情况下,这种循环膨胀并使污泥床流态化,有效地改善了活性生物质和有机污染物的接触机会[22],提高了污水和污泥之间的传质效率[23]。污泥床流态化更加理想,污水和污泥之间的传质效率进一步提高。从CODCr的去除率也可以看出,ABR-AA/O单元对CODCr的去除率在93.14%～97.03%(平均为95.00%)。