沥滤液混凝沉淀过程中污泥上浮原因的研究与分析

沥滤液混凝沉淀过程中污泥上浮原因的研究与分析摘要:沥滤液采用混凝沉淀预处理工艺在处理过程中出现污泥上浮,通过实验分析沥滤液停留时间、污泥浓度、搅拌速度和工艺控制对污泥上浮的影响,最终提出污泥上浮的解决方案。

关键词:沥滤液混凝沉淀污泥上浮

垃圾沥滤液为垃圾焚烧发电厂在焚烧前将新鲜垃圾在垃圾储坑中储存3～5天进行发酵熟化,以达到沥出水份、提高热值的目的,才能保证后续焚烧炉的正常运行,《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2001)中将此过程中沥出的水份称为“沥滤液”,其特点是污染物浓度高、水质变化大、带有强烈恶臭,呈黄褐色或灰褐色。

武汉某垃圾焚烧发电厂配套沥滤液处理系统采用自主研发的专利技术自2012年12月份投运以来,混凝沉淀预处理系统出现污泥上浮现象,使系统出水SS指标偏高,致使系统出现如澄清器溢流堰堵塞、蒸发系统结垢严重、离心机脱水效果不理想、蒸发残液排放量加大等问题,影响了系统的连续、稳定运行。为了系统长期、连续、稳定、高效运行,找出污泥上浮原因和解决方案已迫在眉睫。

1 问题分析

查阅收集相关资料,结合实际情况整理出如下几种可能引起污泥上浮的原因:

(1)污泥腐化上浮:原液缺氧引起厌氧发酵,产生CH4、CO2、H2S 等气体,形成微小气泡,污泥吸附气泡后,污泥密度减小引起上浮。(2)反硝化作用:当DO＜0.5 mg/L(DO:溶氧量)时,溶氧偏低反硝化菌将硝酸盐转化为N2或NO2和CO2溢出,污泥吸附两种气体之后沉降性降低,最终引起上浮。(3)搅拌速度:混凝沉淀过程中投加的絮凝剂通过搅拌实现与介质充分接触,使SS絮凝抱团沉淀。若搅拌速度不得到,将严重影响SS絮凝效果。(4)工艺控制问题:水力搅拌过度,已形成的絮状体被破坏分散形成小絮体,小絮体未达到自然沉降的粒度。(5)其他因素:①污泥量超标,②进水中含有大量含油含蜡废水,③碳氮比失调,④污泥中毒(消泡剂、洗涤剂、重金属过量)等因素。

2 实验器材以及实验药剂

实验器材:烧杯、玻璃棒、广口瓶、锥形瓶、电子显微镜、电子天平、电磁搅拌器、pH计、温度计、恒温箱。

实验药剂:熟石灰(Ca(OH)2)、阳离子絮凝剂、阴离子絮凝剂、消泡剂。

3 实验方法及步骤

对原液不同时间段的色度、氨氮、COD、pH值、温度等数据与其它项目类似系统数据进行对比如表1。

通过查阅相关资料以及与其它项目技术人员交流得知,氨氮和

COD含量随降雨量的增大而减小,干旱少雨季节氨氮最高可达到2500 mg/L,COD最高可达到120000 mg/L,因此夏季多雨氨氮和COD均会出现下降,而冬季少雨会上升,据目前现有的数据显示,氨氮含量在1000～2500 mg/L,COD含量在50000～80000 mg/L波动,由于武汉今年夏季干旱少雨,以上数据偏高属正常现象。pH值则全年维持在中性附近波动不大,其中pH值虽显弱酸性,pH降低是厌氧发酵的一种现象。通过取样发现,7月份水样颜色较1月份深且发黑,说明调节池发生了严重的厌氧反应,污泥腐化致使使颜色发黑,且肉眼可见不断有细小白点从底部(微小气泡)上升,最终形成白色泡沫层。此外,后续系统残液中漂浮的球形颗粒,肉眼可见球形颗粒内部为空心,也可说明球形颗粒的形成是微小气泡吸附污泥、乳化油以及糖类形成的稳定的球状颗粒,在升温后气泡破裂形成空壳颗粒。

取调节池原液做烧杯实验,取5杯原液,

450ml/杯,分别投加少量、当量、过量的石灰,观察其上浮情况,以及SV30值(SV30:30min沉降比)是否超出正常范围,来判断是否发生污泥膨胀和石灰量是否对上浮情况有影响,结果如表2。

以上调节池原液均无上浮现象,SV30值也并没有超过60%。

取反应池出水(反应池出水是经投加石灰且搅拌均匀后进入初沉池的水样),pH值约为10～12,多次取样静置均出现上浮。

对多个上浮的样做了投加药剂的实验,分别投加阴离子絮凝剂、

阳离子絮凝剂之后均未出现较大变化,绝大部分污泥仍然处于上浮状态;投加消泡剂之后变化略大,表面泡沫得以消除,但并未使污泥下沉。

模拟反应池混凝条件实验,对比正常絮状污泥和反应池上浮污泥,发现正常下沉污泥呈大块絮状污泥,而反应池上浮污泥则呈泥浆状并无絮体矾花,因此怀疑是否是搅拌过度而破坏了污泥絮体,从而影响污泥下沉。用电磁搅拌器对原液进行低速、中速、高速(＞700 rp/m)搅拌,尽管在高速、超时搅拌的条件下未形成絮体,但污泥并没有出现丝毫未上浮,全部下沉。又分别在30 ℃、40 ℃、50 ℃的恒温下搅拌,在广口瓶密闭条件下恒温高速搅拌等实验中,都未出现上浮情况,即使絮体被高速搅拌打散也没有像反应池出水一样污泥大面积上浮。

探索PAM的投加量对后期污泥稳定和污泥沉降性的影响,以及pH在10～12之间污泥是否还具有产气能力,投加质量浓度为0.1%絮凝剂,投加量为1～2 mg/L,实现结果如表3。

以上三个样品分别在40 ℃恒温箱放置48小时、在室温下放置15 d,镜检未发现明显气泡,但由于自然蒸发,污泥表面析出了部分CaCO3。在15d之后SV30均为30%,且没有出现上浮现象。

4 结论

根据以上各个实验的成果,调节池的污水停留时间过长,并借助密闭的环境,在池内发生了厌氧反应产生气体,迫使污泥絮凝和沉降性能降低。反应池持续进水,其中含有大量表面活性剂,在冲击反应池水面

时会产生大量气泡;其次,沥滤液在碱性条件下,氨氮极易以游离态NH3的形式从液相中分离出来;以及搅拌器的搅拌速度对药剂与介质充分接触、能否彻底反应和对絮凝效果均有较大影响;以上过程产生的气泡和原本厌氧产生的气泡汇聚在反应池就形成了大气泡,在搅拌器的扰动和切割作用下,大气泡被击散为数个微小气泡,混凝反应阶段胶体还未形成较大的絮体和较长的吸附侨联,促使悬浮的胶体以及乳化油吸附于微小气泡上浮。另外,调节池污水停留时间过长导致污水分层,底部污泥量明显高于上层,污泥量超标也是引起污泥上浮的原因,因此保持原液新鲜度,加大系统排泥量会减少污泥上浮。

5 解决方案

根据上述实验得出的对污泥上浮造成的原因,拟提出以下解决方案确保系统的连续、稳定运行。

尽量缩短原液在调节池中的停留时间,避免原液在调节池内发生厌氧反应使污泥腐化,影响絮凝沉淀效果导致污泥上浮。

在投加熟石灰的反应池内增设曝气装置,通过曝气破坏原有的气液平衡,并依靠气液两相的挥发性气体的浓度差,使水中的气体不断向气泡中扩散,最终由气泡将气体带出,减少污泥上浮。

调节反应池搅拌器和后续机械搅拌澄清器中搅拌器的搅拌速度,防止搅拌速度过快分散絮凝剂投加后形成的絮体,影响沉淀效果导致污泥上浮。