声电芬顿-MBR组合工艺在垃圾压缩站污水处理中的应用
2019-08-28朱月琪石云峰
文_朱月琪 石云峰
1. 东环境保护工程职业学院 2. 广州市金龙峰环保设备工程股份有限公司
垃圾压缩站是城市垃圾处理的重要环节，在城市垃圾管理系统中扮演着非常重要的角色。垃圾压缩站将收集的垃圾先进行压缩处理，再运到填埋场，以减少运输体积和垃圾含水率。广州市某县级区辖内某镇面积400km2，人口约3万。该镇建有一垃圾压缩站，占地面积2000m2，压缩站建筑面积600m2，层高7.9m。压缩站需要配套污水处理项目。由于压缩站污水具有瞬时排放、产生量少的特点，因此适合即时、就地进行处理，达标后直排灌溉农田。
1 水量及进出水水质
压缩站每天产生污水量10m3/d，污水处理设施按每天24h运行。处理后的水质达到广东省地方标准《水污染排放限值》（DB4426-2001）第二时段一级标准要求。具体进出水指标如表1所示。
表1 进出水水质表 单位：mg/L（pH除外）
2 工艺设计
2.1 工艺流程
垃圾压缩站污水成分复杂、污染物浓度高，属高浓度难降解废水。采用传统工艺不但占地面积大，而且出水无法保证。芬顿反应产生强氧化性的羟基自由基（·OH）对高浓度有机废水的处理效果，已得到普遍认可。但传统的芬顿反应不能实现铁的循环，且反应pH范围狭小（最佳为2.0～3.5）、过氧化氢利用率不高，限制了其应用。因此，外加辅助条件对处理效果进行强化成为近年来的研究热点，主要有紫外芬顿法、电芬顿法、光芬顿法、超声芬顿法、光电芬顿法、声电芬顿法等。其中，声电芬顿技术作为一种新型的声电耦合高级氧化工艺，是一种高效环保的现代化高浓度有机废水处理工艺。
为节省用地及达到高效、稳定的运行效果，采用“混凝沉淀+声电芬顿+A2/O生化+MBR/NF(膜生物反应器/纳滤)”的组合处理技术，流程如图1所示。
2.2 工艺流程说明
压缩站污水经格栅去除大颗粒悬浮物后，进入调节池匀质匀量。然后提升进入混凝沉淀池，去除大部分悬浮物。再进入声电芬顿装置，对污水中的难降解有机物进行芬顿，提高其可生化性。接着进入厌氧/兼氧/好氧池进行生化处理，在生化处理阶段，大部分的有机物、NH3-N等污染物被降解和去除。生化池出水进入MBR，进一步去除有机物和氮、磷。出水进入NF进行膜分离，去除重金属等残余污染物。出水达标并排入附近水体用于农田灌溉。污泥池用于储存混凝沉淀、芬顿、生化过程产生的污泥。污泥经重力浓缩后，交给有资质的单位进行处理。混凝沉淀、声电芬顿、A2/O、MBR采用一体化组合设备，体积为12m×3m×3m, 总装机功率15kW/380V。
3 工艺优势
3.1 声电芬顿技术
采样石墨作为电化学反应的阴极，在酸性条件下，通入阴极的氧气将转化成过氧化氢。因此，双氧化不用外加，降低处理成本。而通入电解液中的氧气，只有一部分转化为过氧化氢，其他以气体形式释放，对电解液起搅拌作用，使电解液均匀混合，预防极化现象。
传统芬顿法需要投加铁盐，成本高、污泥量大，出水色度高。本项目采用铁铝合金网作为阳极，极板溶解直接产生Fe2+或Fe3+得到电子被还原为Fe2+，使Fe2+可以循环利用。
将声化学引入到电化学过程中，一方面空化效应产生强氧化性物质，同时具有加速传质、活化电极表面等特性；另一方面利用超声的清洗作用，实现电极的原位再生，提高电化学体系的催化效果。因此，声电氧化法是集成了声化学及电化学优点的一种新型处理技术。用声电联用技术处理有机污染物比单独的电催化氧化去除率提高10%～20%。
3.2 MBR工艺
采用MBR工艺，活性污泥不随出水流失，在生化池中形成8000～25000 mg/L高浓度的活性污泥，彻底分解污染物。利用浸没外压式中空纤维超滤膜替代沉淀池，高效固液分离。
MBR系统带双频超声波清洗装置，利用超声波对MBR的膜组件进行在线清洗，减少膜的反冲洗频率和清洗药剂的用量，防止膜吸附污染、滤饼层形成，大大提高了膜过滤处理强度，持久维持膜通量，延长了膜组件使用寿命，解决了一般膜污水处理技术膜堵塞难题。同时还解决了处理有机废水浓差积化，难降解的物质在反应器中不断反应和降解，使出水更稳定顺畅，更澄清，出水细菌、悬浮物和浊度极低。
4 运行效果
4.1 设备运行情况
系统运行时，超声波频率20～250kHz，电解电流1～150A，电压520V。调试过程中发现，在一定频率强度范围内,污染物的去除率随着超声频率的增大而增加,但当超过一定值后,随着超声的频率增加,液体介质中的空化气泡减少,空化作用强度下降,声化学效应也相应地下降，这与何德文等人的研究结果一致。电流密度大小也是影响污染物降解的重要因素之一,电流密度较大时,可以产生的更多的·OH,电子转移速率加快,电极表面发生的氧化反应速率加快，这与傅敏等的研究结果一致。
MBR系统采用的中空纤维PVDF超滤膜，其通量低于10～70L/(m2·h)，并考虑检修时正常运行通量；膜真空压力表0至-0.1Mpa；电接点真空压力表控制正常产水负压力-0.1至-0.6Mpa。
4.2 出水情况
稳定运行期间，连续7天对系统进出水的COD、NH3-N及SS进行监测。COD总去除效率达到99%以上，NH3-N总去除效率达到97%以上，进出水情况如图2、图3所示。系统进水SS为200～280mg/l，出水SS几乎不可检出。
5 结语
采用“混凝沉淀+声电芬顿+A2/O生化+ MBR/NF”的组合工艺对垃圾压缩站污水进行处理，实时监测结果显示该工艺处理效果良好，出水达标排放。
系统运行成本吨水约为36.3元，其中电耗为28.8元/t；药耗4.2元/m3，主要包含混凝剂、酸碱调节剂、芬顿反应引发剂、催化剂等费用；污泥处理费用折合约为2.1元/m3；膜折旧费1.2元/m3。
