垃圾渗沥液处理的精确曝气与组合消泡工艺方案
阅读：195发布：2023-03-08
专利汇可以提供垃圾渗沥液处理的精确曝气与组合消泡工艺方案专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种垃圾渗沥液处理的精确曝气与组合消泡工艺方案，其特征在于：包括精确曝气子系统、组合消泡子系统和电气自控子系统三个部分，其中，精确曝气子系统的主要设备包括：鼓 风 机、射流 泵 、射流曝气头等，这是一种配以 变频器 的高效曝气系统，可以宽范围地根据工艺需要调整曝气量，并实现大气泡曝气和小气泡曝气的转换；组合消泡子系统的主要设备包括：消泡剂投加泵、酸投加泵、尿素投加泵、 超滤 水 喷淋 阀 、超滤水喷淋泵、超滤回流阀、消泡喷淋头、 污泥 分流手动阀、缺 氧 好氧连通阀、潜水 搅拌机 等，调整好氧池常规配套的 冷却塔 、污泥 循环泵 、超滤循环泵等设备也在一定程度上起到辅助消泡效果。操作上述设备可以标本兼治，实施12种消泡工艺手段或该12种工艺手段的组合，有效控制和消除曝气过程中产生的 泡沫 。，下面是垃圾渗沥液处理的精确曝气与组合消泡工艺方案专利的具体信息内容。
1.本发明公开了一种垃圾渗沥液处理的精确曝气与组合消泡工艺方案，其特征在于：
包括精确曝气子系统、组合消泡子系统和电气自控子系统三个部分。
2.根据权利要求1所述的一种垃圾渗沥液处理的精确曝气与组合消泡工艺方案的精确曝气子系统的主要设备包括：鼓风机、射流泵、射流曝气头等，这是一种配以变频器的高效精确曝气系统，可以宽范围地根据工艺运行状况的需要调整曝气量，并实现大气泡曝气和小气泡曝气的转换。
3.根据权利要求1所述的一种垃圾渗沥液处理的精确曝气与组合消泡工艺方案组合消泡子系统的主要设备包括：消泡剂投加泵、酸投加泵、尿素投加泵、超滤水喷淋阀、超滤水喷淋泵、超滤回流阀、消泡喷淋头、污泥分流手动阀、缺氧好氧连通阀、潜水搅拌机等，调整好氧池常规配套的冷却塔、污泥循环泵、超滤循环泵等设备也在一定程度上起到辅助消泡效果；操作上述设备可以标本兼治，实施12种消泡工艺手段或该12种工艺手段的组合，使垃圾渗沥液处理过程中好氧池泡沫得到有效控制。
垃圾渗沥液处理的精确曝气与组合消泡工艺方案
所属技术领域
背景技术
[0002] 城市规模的不断扩张，造成生活垃圾的大量产生，严重污染了生态环境，垃圾的无害化处理显得日益迫切。常用的垃圾处理方法主要包括：填埋法、堆肥法、焚烧法等。由于降雨以及垃圾自身的发酵、分解等综合因素，垃圾处理过程中会产生大量的垃圾渗沥液。垃圾渗沥液有机污染物浓度较高，成分极其复杂，且具有一定的生物毒性，是较难处理的废水之一。为防止对环境造成严重的二次污染，垃圾渗沥液必须与垃圾同时进行处理。
[0003] 活性污泥法处理工艺能够有效降解去除废水中大部分有机污染物，特定的工艺组合能够取得很好的脱氮效果，对高氨氮浓度的垃圾渗滤液处理适用性较强，同时由于运行稳定且成本较低，因而在垃圾渗滤液处理中得到广泛应用。但是，活性污泥法处理工艺尚存在很多不足之处。例如，由于耐水质负荷冲击能力较差，运行过程中容易出现微生物(如丝状菌)异常增殖，进而引起污泥膨胀。如果不能及时调控曝气量等工况条件，则会引发好氧池内泡沫大量溢流。情况较为严重时，膨胀后的污泥和生物泡沫从好氧池中喷流而出，引起外部设备的严重锈蚀及池壁的大面积污染，并对周围环境造成严重影响。生物泡沫问题在世界范围内的垃圾渗滤液处理过程中普遍存在，成为影响系统稳定运行的重要因素。关于生物泡沫的控制研究因此也从未间断。
[0004] 此外，有机物的好氧降解过程需消耗大量氧气，曝气量不足，处理效果难以得到保证，而过量曝气，又会造成能耗的大量浪费，也会给系统的稳定运行造成一定程度的负面影响，因此，根据垃圾渗沥液进水水质、水量的变化以及系统运行工况，及时对曝气量做出调整是十分必要的。
[0005] 本发明提供了一种精确曝气与组合消泡工艺方案。根据在线溶解氧分析仪等监测设备、仪表监测到的数据和系统实时运行情况，合理调控曝气风量进行精确曝气，将好氧池内的溶解氧控制在合理范围内，在保证处理效果的同时，有效减少能耗，降低运行成本。同时，结合现场实际运行经验，本发明提出了组合消泡工艺方案，针对产生泡沫的不同原因，及时调控系统设备的运行参数，多方位控制或消除生物泡沫问题。
发明内容
[0006] 本发明的目的是为垃圾填埋场、垃圾焚烧厂等类似场合的垃圾渗沥液处理系统提供一种高效、精确的曝气工艺方案。在常规垃圾渗沥液处理工艺设备的基础上，适当增加相关设备，使处理系统能够针对曝气过程中因为多种原因而产生的泡沫采用各种工艺手段(或其组合)予以有效控制或消除，籍以提高系统抵抗水质负荷冲击的能力，保障系统的稳定运行以及良好的处理效果。
[0007] 本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：一种垃圾渗沥液处理的精确曝气与组合消泡工艺方案，包括精确曝气子系统、组合消泡子系统和电气自控子系统三个部分，其中，精确曝气子系统的主要设备包括：鼓风机、射流泵、射流曝气头；组合消泡子系统的主要设备包括：消泡剂投加泵、酸投加泵、尿素投加泵、超滤水喷淋阀、超滤水喷淋泵、超滤回流阀、消泡喷淋头、污泥分流手动阀、缺氧好氧连通阀、潜水搅拌机等，此外，调整好氧池本身配套的其他设备如冷却塔、污泥循环泵、超滤循环泵等设备也可以在一定程度上起到辅助消泡作用；电气自控子系统主要包括：电气控制柜、电脑及显示器、仪表、摄像机以及相关软件等。
[0008] 所述一种垃圾渗沥液处理的精确曝气与组合消泡工艺方案，采用射流曝气方式实现高效、精确曝气。射流泵抽取好氧池内的污水，在回流到射流曝气头处，通过产生足够高的喷射流速并形成微负压环境，使得污水与鼓风机送过来的空气能够充分混匀。这是一种小气泡或微气泡曝气方式，曝气效率极高。射流泵和鼓风机均采用变频控制方式，既可以及时调控射流曝气头出水的气水比，精确控制好氧池内的溶解氧浓度，提高处理效果，又可以降低能耗。当曝气风量需求不大时，可停开射流泵，只使用鼓风机曝气，由于缺少了喷射水流，此时的曝气由微气泡曝气方式转为大气泡曝气方式。由于气泡与好氧污泥总接触面积相对于射流曝气而言要小很多，因此，大气泡曝气方式的氧气利用率偏低，曝气效果相对较差，但可起到良好的搅拌作用，防止好氧池内污泥沉降，促进泥水混合。
[0009] 本发明垃圾渗沥液处理的精确曝气与组合消泡工艺方案，针对大部分垃圾渗沥液处理厂都会遇到的好氧池生物泡沫问题，可提供12种工艺手段及其组合，标本兼治，多方位确保对不同原因引起的泡沫进行有效控制，包括：喷淋消泡；投加消泡剂；调控好氧池内的PH值；添加营养盐，保证碳、氮、磷比例合理；使用冷却塔，保证好氧池内的温度适宜；通过对好氧池进行排泥作业控制好氧池内污泥的泥龄；调整曝气方式；通过鼓风机和射流泵的变频器调整曝气量；调整缺氧池污泥停留时间，强化生物选择；调整污泥的有机负荷；机械消泡；泡沫连续淘汰等。具体应用时需根据系统运行状况，对泡沫产生的原因进行调查研究，并做出准确判断，据此选择单个工艺手段或组合工艺，控制泡沫产生。在准确判断难以做出之前，也可以采用上述一个或多个工艺手段进行试探性的消泡作业，寻找最佳控制方案。
[0010] 本发明垃圾渗沥液处理的精确曝气与组合消泡工艺方案的电气自控子系统中，电气控制柜为各设备、仪表提供电源，电气控制柜里的可编程逻辑控制器(PLC)实时读取现场设备和仪表的状态、读数等信息，通过控制软件进行逻辑计算控制各曝气、消泡设备的开关、启停等，并将各设备仪表的状态、读数等数据通过通信方式传输到位于中控室的电脑，在电脑显示器上显示出来，操作人员通过电脑利用PLC可以远程监测和操作设备进行曝气、消泡作业。作为监测手段，现场仪表主要包括：压力式液位计、超声波液位计、电容式液位开关、溶解氧分析仪、PH仪、温度计等。为实时观察到泡沫情况以便及时对泡沫进行处置，本发明还配置了一台数字摄像机，视频信号直接传输到电脑上。电脑配2台显示器，其中1台用于显示工况数据，另外1台用于显示泡沫液位情况的视频图像。
[0011] 由于曝气效果较好，且可以宽范围地调整曝气量，加之配套的组合消泡工艺，本发明的实施，可以提高垃圾渗沥液处理系统的抗负荷冲击能力和处理效果，使得好氧池运行更加稳定、可靠，并使好氧泡沫得到有效控制。附图说明
[0012] 下面结合以“缺氧反硝化+好氧硝化+超滤”这一广泛应用的垃圾渗滤液处理工艺为依托，对本发明的实施作进一步的详细说明。
[0013] 附图一种垃圾渗沥液处理的精确曝气与组合消泡工艺方案的示意图。
[0014] 其中：1-消泡剂投加泵，2-消泡剂分配阀，3-消泡剂喷淋头，4-缺氧池液位计，5-超滤回流污泥流量计，6-超滤回流阀，7-超滤排泥阀，8-缺氧池排泥阀，9-缺氧好氧连通阀，10-缺氧好氧连通，11-泡沫回流管，12-污泥分流流量计，13-污泥分流电动阀，14-污泥分流手动阀，15-DO/T/PH分析仪，16-好氧池液位计，17-好氧池观察孔，18-摄像机，19-换热器，20-冷却循环泵，21-超声波液位计，22-泡沫液位开关，23-消泡喷淋头，24-射流曝气头，25-鼓风机，26-超滤循环泵，27-超滤循环流量计，28-加酸泵，29-管道混合器，30-加尿素泵，31-射流泵，32-污泥循环泵，33-污泥循环阀，34-电气控制单元，35-超滤水喷淋阀，36-超滤水喷淋泵，37-潜水搅拌机。
具体实施方式
[0015] 本发明涉及一种垃圾渗沥液处理的精确曝气与组合消泡工艺方案，其特征在于，包括精确曝气子系统、组合消泡子系统和电气自控子系统三个部分。
[0016] 如附图1所示，精确曝气子系统的主要设备包括：鼓风机25、射流曝气头24、射流泵31等。射流曝气头24均匀分布在好氧池底部，确保每个曝气头的服务面积相同、曝气均匀。鼓风机25、射流泵31都采用变频控制，变频器安装在电气控制柜内。在实施本发明时，根据溶解氧分析仪15显示的数值，可以人工或通过软件自动判断好氧池污泥所需曝气量的增减，并相应地手动或自动调整鼓风机25和/或射流泵31的工作频率。两套设备的变频调节范围一般在20～60HZ，与单一的工频运行相比，变频调节既大幅拓宽了水气比的调节范围，从而可以根据实际运行情况大范围调整气水比，保证曝气量调整的需要，同时，还起到节能、保护设备的效果，尤其是在设备不得不频繁启停、调整时效果更为明显。
[0017] 组合消泡子系统的主要设备包括：消泡剂投加泵1、酸投加泵28、尿素投加泵30、超滤水喷淋阀35、超滤水喷淋泵36、超滤回流阀6、消泡喷淋头3、污泥分流手动阀14、缺氧好氧连通阀9、潜水搅拌机37等，调整好氧池常规配套的冷却塔、污泥循环泵32、超滤循环泵26等设备也可以在一定程度上起到辅助消泡效果。在实际操作中，上述设备可以实现12种作业手段以控制和消除多种原因引起的生物泡沫。
[0018] 本发明专利在实施时，需要准确判断泡沫的液位，采取的方案包括4个方面：(a)利用压力式液位计16测量好氧池内污水的高度。(b)利用超声波液位计21测量泡沫的液位(即泡沫+污水的高度)。压力式液位计16和超声波液位计21测量值之差即为泡沫的相对高度。(c)利用射频泡沫液位开关22进行液位报警，在超声波液位计21和/或压力式液位计16失准时辅助报警。(d)利用摄像机18通过好氧池观察孔17随时观察好氧池内泡沫液位情况，为人工干预提供可靠依据。
[0019] 为了有效地控制、消除泡沫，达到标本兼治的处理效果，应准确判断泡沫产生的原因以选择具有针对性的处理方案，如：采用生物相观察的办法分析泡沫是否由丝状菌大量增殖引起，或者通过泡沫本身的性状分析是否由表面活性剂引起。如果短时间内难以判断，可以选用所述工艺手段中的1种或数种进行试探性消泡。由于本工艺方案同时配套有电气自控子系统，上述12种工艺手段均可以通过远程操控方便地实现。
[0020] (1)喷淋消泡。
[0021] 喷淋是常用的消泡方法，一般喷淋水选用自来水、河水、中水等。实践证明，低温水喷淋的效果非常好，而低温低浓度水的喷淋效果更好。本发明与常用方法的不同之处在于，喷淋水选择好氧池内的污水或超滤膜过滤出水，经冷却塔冷却降温后用以喷淋。这样，喷淋水来自系统内部而不是来自系统外部，既节省了运行成本，又不增加系统处理的负担。通过对污泥循环阀33、超滤水喷淋阀35的切换，可以实现喷淋水源的切换。喷淋水经冷却塔的换热器19换热冷却后，经由污泥分流手动阀14和消泡喷淋头23，洒向好氧池内液面上的泡沫，取得消泡效果。
[0022] (2)投加消泡剂。
[0023] 投加消泡剂是一种快速消除气泡的方法，市场上主要有高碳醇类、聚酯类、聚硅类、聚醚类四种消泡剂。本发明兼顾瞬间消泡能力、持续抑泡能力、微生物毒性、生物可降解性以及对后续工艺设备(超滤膜、纳滤膜、反渗透膜)的影响、等多种因素，选择聚醚类消泡剂，并配套设置消泡剂投加泵。本发明在实施时，通过消泡剂投加泵1抽取储桶中的消泡剂，通过消泡剂分配阀2，流经均匀分布在缺氧池和好氧池顶部的消泡剂喷淋头3喷洒到缺氧池和好氧池液面的泡沫层，实现消泡目的。
[0024] (3)调控好氧池内的PH值。
[0025] 引起泡沫的部分细菌对PH值敏感，因此，通过加酸泵向好氧池中适当投加适量的酸，可以抑制细菌的生长与增殖，实现消泡效果。有研究表明，引起生物泡沫的Nocardia和Rhodococcus菌种的最佳生活环境的pH为7.0～8.5，Nocardia amarne菌种最适宜的pH为7.8，Microthrix parvicella最适宜的pH为7.7～8.0。当pH为6以下时，能有效抑制上述细菌的生长。本发明在实施时，根据PH分析仪15监测到的好氧池内污水的PH值，通过加酸泵28抽取酸罐里的适量的稀酸溶液，利用射流泵31出口处配置的管道混合器29并经由射流泵曝气头23，将酸投加进好氧池。这样可以使酸与污水充分、均匀混合，从而加快反应速度、提高加酸效果。实际应用时，也可以将酸投加在污泥循环泵出口管道。
[0026] (4)添加营养盐，保证碳、氮、磷比例合理。
[0027] 按经验，合理的碳、氮、磷比例(C∶N∶P＝100∶5∶1)，有利于好氧菌的生长繁殖。部分情况下，垃圾渗沥液会存在碳、氮、磷的比例失调问题，此时投加一定量的营养盐(如尿素或磷酸盐，附图以尿素为例)，使碳、氮、磷的比例恢复到合理水平，从而保证微生物正常的生长繁殖。避免恶劣水质条件下，丝状菌大量繁殖取代优势菌种的地位，进而引发生物泡沫。以尿素为例，投加时应先将尿素溶解稀释配制成一定比例的溶液，通过尿素投加泵30，经管道混合器29和射流曝气头24注入好氧池中。
[0028] 实际应用时，也可以将营养盐投加在污泥循环泵出口管道。
[0029] (5)使用冷却塔，保证好氧池内的温度适宜。
[0030] 与生物泡沫形成有关的菌类都有各自适宜的生长温度，当环境或水温有利于它们生长时，就可能产生泡沫现象。一般认为，温度较高时生物泡沫主要由放线菌引起，而温度较低时主要由Microthrix parvicella等丝状菌引起。为了防止温度波动造成生物泡沫的大量产生，好氧池一般利用冷却塔将运行温度控制在28～35℃之内。本发明在使用冷却塔调节好氧池温度时，打开污泥循环阀33，启动污泥循环泵32和冷却循环泵20，好氧池内的污水经由换热器19换热后，按一定比例分别回流到缺氧池和好氧池。换热介质可以使用水，也可以使用热泵专用冷媒。
[0031] (6)通过对好氧池进行排泥作业控制好氧池内污泥的泥龄。
[0032] 引起泡沫的微生物普遍存在生长速率较低、生长周期较长的特点，所以适当降低好氧池内的污泥泥龄，可以抑制这些微生物的生长，从而控制泡沫的产生。例如，如果泡沫是由于Nocardia菌种引起，将泥龄控制在9d以下，即可抑制其过度增殖或将其排除出好氧池。但该方法对Microthrix parvicella和其他一些丝状菌效果甚微。通过进水量和好氧池的容积，可以计算得出好氧池的合理排泥量，从而控制好好氧池内污泥的泥龄。实施本专利时，启动超滤循环泵26和超滤系统，适当打开超滤排泥阀7，可以控制好氧池污泥排放，从而实现对好氧池内污泥泥龄的控制。
[0033] (7)调整曝气方式。
[0034] 不同曝气方式所产生的气泡大小也不同，小气泡或微气泡曝气在效率高的同时也比大气泡曝气更容易产生生物泡沫。因此，在对垃圾渗沥液进行曝气处理时，有必要适时调整曝气方式，如间歇性地采用射流曝气和大气泡曝气。实践表明，适时降低射流泵频率可以提高气水比，曝气气泡会略大；停止射流泵运行，射流曝气可以直接转换成大气泡曝气，这些都是有效的调节手段。在实施本专利时，射流曝气头24与普通曝气头不同之处在于，其出口处具有网状的气泡切割部件，射流泵停用时，射流曝气头24就成为了微孔曝气头。变换、调整曝气方式时，可以通过以下4种方式实现：(a)降低射流泵31的工作频率、保持鼓风机25的工作频率，(b)降低射流泵31的工作频率、提高鼓风机25的工作频率，(c)停开射流泵31、降低鼓风机25的工作频率，(d)停开射流泵31、提高鼓风机25的工作频率。
[0035] (8)通过鼓风机和射流泵的变频器调整曝气量。
[0036] 根据工况变化适当增加或降低曝气量，避免曝气不足或过度曝气，可有效减少泡沫层高度，是控制泡沫的有效方法。通过调整射流泵31和鼓风机25所对应变频器的工作频率，可以更宽范围地调整曝气量以适应工况要求，必要地降低曝气量，避免过度曝气。该两套变频器安装在电气控制单元34的电气控制柜内，可在中控室电脑上通过PLC实现远程操作。
[0037] (9)调整缺氧池污泥停留时间，强化生物选择。
[0038] 在缺氧池内建立持续的高F/M、低DO或厌氧的条件，使兼性的絮凝体形成菌吸附并贮存水中的部分可溶有机物，通过夺去营养源的方式对部分发泡微生物的生长进行控制。缺氧环境可有效抑制丝状菌的生长繁殖。在缺氧池池容固定的条件下，通过控制反硝化池进水/进泥量，适当延长活性污泥在缺氧池的停留时间，从而达到抑制丝状菌繁殖的目的，避免生物泡沫的产生。在实施本专利时，可以通过调整超滤回流和污泥冷却回流量来强化这种生物选择作用，即，根据缺氧池液位计4、超滤回流污泥流量计5、超滤循环流量计27、污泥分流流量计12的示值和污泥循环泵32、超滤循环泵的额定流量等数据，调整超滤回流阀6的开度、超滤排泥阀7的排泥时间和频次、超滤系统产水量、缺氧池排泥阀8的排泥时间与频次、缺氧好氧连通阀的开度、污泥分流电动阀13的开度，来保证缺氧池内合理的污泥停留时间。
[0039] (10)调整污泥的有机负荷。
[0040] 垃圾渗沥液成分复杂多变，对处理系统运行负荷造成频繁冲击，这泡沫大量产生的原因之一，因而调整好氧污泥有机负荷至关重要。减少或停止缺氧池的进水、稀释缺氧进水都是有效措施。实施本专利时，在不增加系统总处理量的情况下，可以通过下列两种方法：(a)停止或减少缺氧池的进水；(b)在减少缺氧池进水的情况下，启用超滤水喷淋泵36、打开超滤水喷淋阀35和污泥分流手动阀14，将超滤出水回流入好氧池，实现污泥有机负荷的降低，达到消除消泡的目的。
[0041] (11)机械消泡
[0042] 机械消泡是最为快捷的消泡方法之一，但只能对泡沫进行一定程度的消除，不能从根本上解决问题。实施本专利时，在好氧池内污水液面处(即污水与泡沫分界处)，设置潜水搅拌机37，水平安装在垂直的导轨上，导轨上设置电动葫芦。操作人员通过电脑控制电动葫芦可以使潜水搅拌机37自由上下移动以便调整高度。实际运行情况证明，利用潜水搅拌机37在运行时叶轮高速旋转产生离心力和剪切力，可以在一定程度上使泡沫气泡破碎，起到良好的机械消泡作用。
[0043] (12)泡沫连续淘汰。
[0044] 通过对泡沫进行连续的选择性浮选，淘汰掉含有大量有害微生物的泡沫后，生物相中的发泡微生物会大大减少。实现方法是：启动射流泵31、鼓风机25连续进行适度曝气，使好氧池内的泡沫经泡沫回流管11回流入缺氧池，溢满缺氧池后，再通过缺氧池的溢流口去往污泥池或泡沫罐。
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