城市垃圾卫生填埋场真空收集及现场处理技术研究

城市垃圾卫生填埋场真空收集及现场处理技术研究

粪便是城市生活环境产生的固体资源的来源。传统上，资源的概念是由各种原因引起的。城市粪便的处理和处理是为了普及市政粪便和污水处理厂的建设，但据统计，近年来全国粪便的清运量并没有随着市政大便利用率的提高而减少，而是呈现出显著的正相关。市政粪便的集中处理是投资很大、运营成本高的原因。另一方面,我国城市生活垃圾构成中,厨余垃圾比例约37%～62%,其含水率高达85%～90%,有机质占干物质的95%以上.导致垃圾焚烧和填埋处理时热值较低,填埋场渗滤液污染浓度高.因此如果将厨余垃圾在源头上分离出来,进行单独收集与处理利用,不但可以实现城市垃圾减量化,减少中转和运输费用,而且有利于城市垃圾的焚烧和填埋处理,还可以对粪便垃圾中的有机质回收利用.基于以上2方面的考虑,设计了系统工艺方案,对粪便与厨余垃圾的源头收集及现场处理技术进行了分单元小试研究.1系统工艺流程本工艺方案系统组成包括粪便及厨余垃圾的真空收集、固形物的厌氧消化、消化污泥的造粒制肥、混合污水的厌氧-好氧处理等处理单元,是一套从废物的收集到现场处理及资源化的较完整的技术和设备,系统工艺流程见图1.真空系统收集的粪便及厨余垃圾首先经真空罐混合排入固液分离池,分离的上清液排入地埋式污水处理系统的调节池,底部的固体部分排入地埋式厌氧消化反应器.厌氧消化产生的上清液排入污水处理系统的调节池;消化污泥经脱水(排入调节池)、脱臭后,加入菌剂进行造粒制肥.来自3个部分的污水经调节池混合后由流量计控制流量排入厌氧-好氧污水处理单元中进行处理,出水达标排入市政污水管网或直接排入水体.系统产生的沼气可收集利用.2单因素预算研究2.1两感染气液两网自然布局.真空系统中,真空泵抽取真空罐及管网内的空气形成0.035～0.045MPa的相对真空.工作时,通过系统的用户终端将粪便和破碎的易腐性有机垃圾分别吸入真空管网,并经逐级输送进入真空罐.2.1.1小试研究的结论真空便器是真空收集系统的一个用户终端,可完成家庭粪便的真空收集.小试研究结论为:①真空便器的冲水量约为1L/次;②粪便的固含量约为1.7%;③臭气控制好,不散发,不招惹蚊蝇;④管道内部为负压,故系统没有跑冒滴漏现象;⑤真空管网管径小(ϕ50～250mm).2.1.2厨余垃圾破碎试验垃圾破碎-真空抽吸器用来完成厨余垃圾的破碎及真空收集.主要由进料斗、机芯、暂存罐和界面阀组成.进料斗即是一个垃圾桶,平时将厨余垃圾置入其内,通过机芯对厨余垃圾的破碎、暂存罐对厨余垃圾的暂时储存、界面阀与真空管网的连接,实现厨余垃圾的破碎、真空抽吸.采用直径30cm的破碎-真空抽吸器进行厨余垃圾的破碎试验,小试研究结论为:①依靠真空作用抽吸,水起润滑作用,1kg垃圾用水0.4～0.6L;②破碎1kg垃圾所需时间<10s;③破碎后垃圾颗粒直径小于5mm,不会造成管道堵塞.2.2最佳搅拌频率的确定针对家庭粪便及厨余垃圾特点研究厌氧消化的工艺参数及反应器的适宜停留时间.采用有效容积约56.5L的反应器,并配一功率为800W的泵用于循环搅拌,进行小试,图2所示为厌氧消化反应器分批进料工况下,不同搅拌频率下产气率随时间的变化曲线.根据以上试验数据,为保证较快地达到较高的产气率,并考虑尽量减少动力消耗,确定最佳搅拌频率为6h/d.当搅拌频率为6h/d时,试验了粪便垃圾混合比对C/N的调节,pH变化及控制,水解酸化时间及适宜停留时间等工艺设计参数.小试结论如下:①使进料达到C∶N=25∶1左右的进料比例约为粪便占40%,厨余垃圾占60%.水分控制在93%左右.一般家庭产生的粪便及厨余垃圾的质量比为1∶1,其中粪便C∶N=(6～10)∶1,厨余垃圾C∶N=(25～34)∶1;②pH控制在6.2～7.3之间;③最佳搅拌频率为6h/d;④水解(7d)和酸化(7d)阶段停留时间14d,产甲烷阶段停留时间14d.据此可将厌氧消化反应器设计成2个相互连通的消化罐,其中第1个罐通过加装竖向隔板将整个有效容积按1∶2的比例来分配,使得物料进入厌氧消化反应器水解酸化段后,第15d进入产甲烷罐,反应器总停留时间控制在30d内.2.3氧折流板反应器ABR反应器具有如下优点:①结构简单、无运动部件、无需机械混合装置、投资成本和运转费用低;②污泥产率低、剩余污泥量少、泥龄高、不需后续沉淀池进行泥水分离;③可以间歇的方式运行、耐水力和有机冲击负荷能力强、对进水中的有毒有害物质具有良好的承受力.ABR反应器的这些优点可以满足本工艺水质水量不能保持恒定的混合上清液对反应器的要求;同时也可以方便做成地埋式从而减少占地面积,不影响地面景观.小试厌氧折流板反应器由有机玻璃制成,长×宽×高为660mm×200mm×400mm,由竖向隔板将其分成4个主体反应室,并在反应器前部及后部各设一100mm宽的进水室及出水室,以便进出水的溢流.反应器的总有效容积为32L,每个反应室均为8L,上流室与下流室的宽度比为4∶1.通往上流室的挡板下部边缘有45°倾角的导流板布水,便于将水送至上流室的中心,使泥水充分混合以维持较高的污泥浓度.每格侧壁上部设有污水取样口,用于取样监测污水水质;侧壁下部设有污泥取样口,用于取样监测污泥;另一侧壁水面以上位置设有集气管,采用排水置换法来计量气体体积.部分试验运行数据如图3所示.小试得到的混合液综合水质指标见表1.由试验数据可以看出,ABR反应器在稳定运行时对COD的去除率可达到91%,去除效果较好;但NH+4-N、TP的去除效果并不理想,已有研究人员做了在ABR反应器内插入好氧段来去除NH+4-N的研究,其NH+4-N去除率可达87.3%.为此,在中试阶段将设计一个好氧后处理脱氮工艺来解决这一问题.设计在4格ABR反应器的后面2个格室中接种好氧活性污泥,接入曝气装置.反应器运行期间控制好氧段溶解氧(DO)在2～3mg/L范围内,好氧曝气段的出水及污泥分别控制一定的回流比回流至4格ABR反应器的前2个格室内,这样,整个处理过程就经历了厌氧-缺氧-好氧3个阶段,将有利于NH+4-N的去除.2.4污泥污泥处理、肥料制备2.4.1污泥去除过程从厌氧消化反应器内排出的污泥经脱水后泥饼含水率为80%左右,为提高菌肥的品质和控制臭气浓度,进行了脱臭处理研究.(1)除臭药品正交试验采用感官测定法来定性测定臭气浓度,同时以硫化氢和氨气为代表,分别采用碘量法和分光光度法定量测定去除效果.试验选用硫酸,氢氧化钠,乙二醛,次氯酸钠,柠檬酸,醋酸锌,抗坏血酸,硫酸亚铁等除臭药品进行对比试验.试验时将脱水后的泥饼捣碎分别放入500mL摇瓶内(约占总体积的1/2),密封保存,使瓶内臭气浓度增高,并用注射器采集气体原样测量.之后,将药品配成不同浓度水剂,用注射器注入样品中,放置一段时间后再用注射器采集气体样品测量.研究结果(见表2)表明,综合脱臭效果较好的脱臭剂是醋酸锌、乙二醛,感官评价较好的为次氯酸钠.(2)外源脱臭优势菌种的筛选生物法脱臭即是将已有的脱臭菌株加入到脱水泥饼中,经过3～4d的堆放而达到去除臭味的目的.经富集、培养、分离纯化,已经得到7株高效脱臭菌株,进一步的试验研究表明,外源脱臭优势菌种主要可从芽孢杆菌、链霉菌、小多孢菌和青霉菌中筛选.2.4.2土壤有效磷的测定将本实验室自行分离并保存的解磷、解钾芽孢杆菌(Bacillus.sp)菌株,通过在消化污泥中的进一步驯化培养得到适宜本次试验脱水污泥的解磷、解钾能力强的菌株.利用土壤农业化学常规分析方法分别对解磷、解钾菌进行解磷、解钾能力的测定,部分试验数据如表3所示.解磷菌对土壤有效磷增强度最高可达67.5%;解钾菌对土壤有效钾增强度最高达33.4%.分别挑取经驯化得到的解磷、解钾菌稀释,利用稀释平板记数法测得菌液中菌的浓度,然后按含菌量(个/固体体积)109mL-1的剂量加入已脱水脱臭的消化污泥中,混匀后在30℃培养箱中培养7d,烘干即得成品菌肥.室内栽培西芹试验证明该菌肥肥效显著,部分试验结果如表4所示.3模拟中试工艺本套工艺是集节水、环境保护及资源利用于一体的