目前,我國一半的垃圾填埋場和焚燒廠采用膜生物反應器(MBR)結合納濾和反滲透膜工藝處理垃圾滲濾液[1-3]。其中,MBR生化段采用硝化/反硝化設計進行生物脫氮,以保證出水氨氮和總氮滿足排放要求[4-5]。
MBR生化反應器是一種高效的上蓋生化好氧反應器。反應器中的廢水依靠微生物的作用降解高濃度有機物和氨氮。在生化降解過程中,有機物和氨氮氧化過程中的一部分化學能轉化為熱能,反應器內溫度較高;同時由于送風溫度較高,各循環水泵的機械能轉化為熱能能量大,生化反應放熱大;在夏季運行過程中,生化反應器的溫度可能超過生化系統的設計溫度。在一定范圍內,隨著溫度的升高,生化反應速度和增殖速度也加快;蛋白質、核酸等細胞成分對溫度非常敏感,當溫度突然升高或下降并超過一定限度時,會發生不可逆的損傷[6]。
硝化菌的最佳反應溫度范圍為25~35℃。當溫度低于5℃或高于45℃時,會抑制硝化細菌的生長,從而抑制硝化反應。反硝化細菌的最適溫度為34~37℃,當溫度低于15℃時,生化反應速率大大降低。滲濾液處理過程中,冷卻系統的設計應使生化反應溫度保持在32℃~35℃之間。當生化溫度高于38℃時,不利于活性污泥的生長。必須通過冷卻系統對活性污泥進行冷卻,以保證生化系統中活性菌的正常生長,使生化處理系統正常運行[7]。本文介紹了垃圾滲濾液生化冷卻系統的設計和運行情況,為其工程設計和實踐提供技術依據。
1冷卻系統工藝設計
MBR生化系統的熱源主要有:進出水溫差、生化反應放熱、機電設備溫升、輻射、散熱等,其中生化反應放熱約占總放熱量的80%。因此,冷卻系統主要針對曝氣嚴重的硝化池。冷卻系統的工藝流程如圖1所示。
生化系統中的活性污泥通過冷卻污泥泵輸送至板式換熱器,冷卻塔中的冷卻水也通過冷卻水泵輸送至板式換熱器。來自冷卻塔的熱活性污泥和冷卻水通過板式換熱器中的金屬板進行傳熱。冷卻后的活性污泥流回生化反應池。經板式換熱器換熱后的活性污泥達到了活性污泥生長溫度的要求。冷卻水返回冷卻塔,經換熱后冷卻水由冷卻塔冷卻回收。冷卻塔的蒸發量通過添加自來水來補充。
在垃圾滲濾液處理過程中,在夏季持續高溫的條件下,高濃度活性污泥會產生生物放熱,生化池內溫度容易超過38℃,不利于活性污泥的生長。為了降低生化系統的溫度,滿足活性污泥的生長需要,需要通過冷卻系統進行冷卻。
2冷卻系統設備選擇
在冷卻系統設計中,一套冷卻系統主要配置1臺污泥泵、1臺冷卻水泵、1臺冷卻塔和1臺板式換熱器。為便于現場觀察冷卻效果和設備正常運行,冷卻水泵和冷卻污泥泵后一般設置壓力表和溫度計。當管道因結垢等因素堵塞時,可觀察設備的運行狀態