垃圾渗滤液处理系统设计

绪论1.1地理环境与气象资料项目建设地点为河源市东源县仙塘生活垃圾卫生填埋场。仙塘镇是河源市东源县城所在地，位于河源市东北部9公里处，东经114°42′，北纬23°44′，东邻义合镇，西南靠源城区东埔镇，北与灯塔镇下围接壤。总面积173平方公里，属半丘陵地区，地势东北高，西南低。河源地形以山地、丘陵为主，其中山地占53%，丘陵占36%，谷地和平原占11%。全市山势分别向东江、新丰江倾斜，罗浮山脉呈现东北—西南方向斜贯本境，九连山脉由和平、连平向西南延伸至广州白云山。紫金东南部山地属莲花山支脉。连平县的黄牛石，海拔1340米，是全市最高峰。河源山地、丘陵大部分海拔较低，坡度在30°以下，宜植面积90%以上。河源市属亚热带季风气候。四季分明，气候温和，日照充足，雨量充沛，无霜期长。全年无霜期355～360天，年均气温2l.7℃，1月均温11.9℃，7月均温28.1℃，年均降雨量1665毫米。1.2项目背景1.2.1项目单位基本概况东源县仙塘生活垃圾卫生填埋场位于仙塘镇红光村大肚坳。在垃圾填埋场日常的运行中将产生一定量的垃圾渗滤液，此污水若不经处理就直接排放，将对周围环境造成了较大的污染。该镇领导对此非常重视，为保护下游水体水质，也避免垃圾渗沥液等污水对当地居民生活用水可能造成的影响，该镇领导本着对环境保护高度负责的精神，在政府部门和环保部门的大力协助和支持下，根据本项目环评的要求，决定对该垃圾渗滤液进行有效治理，经过治理后的水直接达标排放。1.2.2垃圾渗滤液来源及危害渗滤液是指降水、废弃物自身含水及废物分解产生的水分和液体等在填埋场中产生重力流动并在固体废弃物中冲淋浸泡所产生的液体的总和。城市垃圾填埋场渗滤液的主要来源如下：1.自然降水。直接降水包括降雨和降雪，它是渗滤液产生的主要来源。降水冲刷填埋场，使渗滤液水质严重恶化。影响渗滤液产生数量的降雨特性有降雨量、降雨强度、降雨频率、降雨持续时间等。2.废物中的水分。随固体废物进入填埋场中的水分，包括固体废物本身携带的水分以及从大气和雨水中的吸附（当储水池密封不好时）量。入场废物携带的水分是渗滤液的主要来源之一。3.地表径流。地表径流是指来自场地表面上坡方向的径流水，对渗滤液的产生量也有较大的影响。4.有机物分解生成水。垃圾中的有机组分在填埋场内经厌氧分解会产生水分，其产生量与垃圾的组成、PH值、温度和菌种有关5.地下水。如果填埋场地的底部在地下水位以下，地下水就可能渗入填埋场内，渗滤液的数量和性质与地下水同垃圾的接触情况、接触时间及流动方向有关。但一般在设计施工中采取防渗措施，可以避免或减少地下水的渗入量。垃圾渗滤液的氨氮含量和CODCr浓度高,使地面水体缺氧，水质恶化；氮磷等营养物质是导致水体富营养化的诱因，还可能严重影响饮用水水源；一般而言，CODCr，BOD5，BOD5/CODCr会随填埋场的“年龄”增长而降低，碱度含量则升高。此外，随着堆放年限的增加，新鲜垃圾逐渐变为陈腐垃圾，渗滤液中有机物含量有所下降，但氨氮含量增加，且可生化性降低，因此处理难度非常大。垃圾渗滤液中有机污染物多，高达77种，其中促癌物、辅致癌物5种，被列入我国环境优先控制污染物“黑名单”。垃圾渗滤液中含有10多种金属离子，这些金属离子会对生物处理过程产生严重地抑制作用。设计内容2.1设计内容本次设计中填埋场渗滤液属于填埋场早期渗滤液，有机物浓度高，可生化性好，氨氮浓度很高，具有恶臭，因此在设计过程中要严谨考虑有机物和氨氮的去除，使出水同时达到无害无味。项目设计的渗滤液处理量为500t/d（每天按24小时计算）。设渗滤液的密度约为1000kg/m3，即渗滤液处理量为500m3/d，此为平均流量，设工作时间为24小时制，因为降雨量的变化等使得渗滤液可能存在流量不均匀的情况，故取废水排放不均匀系数K=1.5，则设计进水量（最大流量）应为200m3/d×1.5=300m3/d，即该城镇的渗滤液设计处理规模为300m3/d。2.2设计目标项目COD（mg/L）BOD5（mg/L）NH3-H(mg/L)SS(mg/L)进出水质8000400010001000出水水质100302530去除率%98.7599.2597.5972.2设计原则（1）筛选工艺先进、能耗少、成本低、运行费用低、运行可靠、管理方便、适合于垃圾填埋场实际情况的处理工艺。（2）污水处理的建设拟采用模块布局，以减少排水网络建设的巨大工程和大量的投资。避免因集中处理而造成不必要资金和资源的浪费。（3）针对废水水质特点采用先进、合理、成熟、可靠的处理工艺和设备，最大可能地发挥投资效益，采用高效稳定的水处理设施和构筑物，尽可能地降低工程造价；（4）项目从设计、施工到管理均采用国家或地方有关标准，并根据当地的实际情况、气候条件、地理条件、水文情况和各特征做好环境保护措施，使项目周围环境卫生、地表水、地下水和噪声污染减少到最低程度。（5）以区域分布、排水管网，污染物排放情况为依据，来确定污水处理的规模和处理方法。2.3设计依据(1)《污水综合排放标准》GB8978-1996(2)《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002(3)《地表水环境质量标准》GB3838-2002(4)《污水排入城镇下水道水质标准》CJ343-2010(5)《城市污水处理厂污水污泥排放标准》CJ3025-1993(6)《城市污水再生利用-城市杂用水水质标准》GB/T18920-2002(7)《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（2009年版）工艺的选择与论证根据进水水质，氨氮和悬浮物浓度都较高。由于进水水量较小，渗滤液中的悬浮物和部分有机物可设置人工格栅对其进行截留，可减小颗粒物对后续处理构筑物和水泵的堵塞。由于渗滤液水质、水量、酸碱度和温度有一定变化，因此设置一均质调节池，是渗滤液水质水量等分布均衡。同时，可在调节池中加碱提高pH值以确保后续处理的顺利进行。根据渗滤液特性及进水水质可知，本次设计进水氨氮含量很高，因此考虑采用物理法先对渗滤液中氨氮进行处理，所以选择现在国内应用较为普遍的吹脱法。吹脱法是将废水的pH值范围调至11左右后，使废水中的离子态铵转化为分子态氨，将废水通入吹脱设备中，通过气液接触将废水中的游离氨吹脱到大气中，同时对氨气实行吸收，达到资源回收和净化的目的，同时由于向废水中鼓入了一定量的空气，对COD也有一定量的去除，从而减小后续生物处理单元的负荷。在进行氨氮吹脱后，还应设置一调节池，向其中通入CO2以减低从吹脱塔中出来的渗滤液的pH值，确保后续处理的顺利进行。经过一级预处理后，渗滤液中的有机物、氨氮和SS浓度都有所降低，但是远不足以达到出水排放标准。因此要选择成熟高效的二级生物处理工艺对渗滤液进行进一步处理。由于本次处理的渗滤液浓度很高对于BOD5:COD>0.5的早期渗滤液，含有大量易于生物降解的脂肪酸，理含有高浓度有机物的早期渗滤液时，提供大量的氧气是非常必要的，当渗滤液有机负荷随时间变化时，系统可通过改变氧气供应来调整。好氧系统更为有效。但由于本次处理的渗滤液浓度很高，因此必须在好氧处理工艺前首先进行厌氧处理，有效地降低BOD5、COD的含量，达到好氧生物处理的进水标准。因此选择厌氧与好氧工艺结合处理。厌氧生物处理工艺中，ABR处理渗滤液应用较广，极适用于处理高浓度废水且工艺较成熟，污泥流失损失较小，而且不需设混合搅拌装置，不存在污泥堵塞问题。启动时间短，运行稳定，与SBR工艺的结合运用十分成熟，且处理效率较高，适合此次渗滤的厌氧处理。好氧生物处理中SBR工艺是现在较为成熟的，且本次设计的设计水量也满足SBR的处理要求，同时SBR对有机物和氨氮都具有很高的去除率，非常适用于本次设计。SBR的操作程序是在一个反应器中的一个处理周期内依次完成进水、生化反应、泥水沉淀分离、排放上清液和闭置等5个基本过程组成，其运行工序简单。SBR法的工艺设备是由曝气装置、上清液排出装置(滗水器)，以及其他附属设备组成的反应器。SBR对有机物的去除机理为：在反应器内预先培养驯化一定量的活性微生物(活性污泥)，当废水进入反应器与活性污泥混合接触并有氧存在时，微生物利用废水中的有机物进行新陈代谢，将有机污染物转化为CO2、H2O等无机物；同时，微生物细胞增殖，最后将微生物细胞物质(活性污泥)与水沉淀分离，废水得到处理。SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一体，无污泥回流系统。工艺流程工艺流程图：五、设计计算5.1.格栅设计计算：1设计流量：(1)平均日流量：Q=500m3/d=5.79×10-3m3/s(2)设计最大流量：取污水总变化系数Kz=1.5Qmax=Q·Kz=5.79×10-3×1.5m3/s=8.68×10-3m3/s2.设计参数：栅条间隙b=6mm；栅前流速ν1=0.7m/s；过栅流速v=0.7m/s；栅条宽度s=0.05m；格栅倾角=60°；栅前部分长度0.5m；栅渣量W1=0.1m3栅渣/103m3污水5.2.调节池设计及计算调节池可以调节水量和水质，调节水温及pH。本次调节池设计为钢筋混凝土结构，采用矩形池型。采用停留时间法进行设计计算，本次设计采用停留时间t=6h.本次设计设置两个调节池，一个用于吹脱塔前，用石灰调节pH值至11，增加游离氨的量，使吹脱效果增加，去除更多的氨氮。另一个用于吹脱塔后，用酸将pH值降低至8左右，达到后续生物处理所适宜的范围。两个调节池使用同一种尺寸。1.调节池容积（1）每日处理废水总量（即设计最大水量）：Q0=500×1.5=750m3/d（2）最大时平均流量：Qh=750/24=31.25m3/h（3）停留时间：t=6h（4）调节池容积：V=Qh·t式中：V——调节池容积，m3；Qh——最大时平均流量，m3/h；t——停留时间，h。计算得：调节池容积V=31.25×6=187.5m35.3.吹脱塔设计及计算吹脱塔是利用吹脱去除水中的氨氮，在塔体中，使气液相互接触，使水中溶解的游离氨分子穿过气液界面，向气体转移，从而达到脱氮的目的。吹脱塔内装填料，水从塔顶送入，往下喷淋，空气由塔底送入，为了防止产生水垢，所以本次设计中采用逆流氨吹脱塔，采用规格为25×25×2.5mm的陶瓷拉西环填料乱堆方式进行填充。1.设计参数：设计流量Qmax=500m3/d=5.79×10-3m3/s设计淋水密度q=100m3/（m2·d）气液比为2500m3/m3废水2.设计计算：（1）吹脱塔截面积A=qQmax式中：A——吹脱塔截面积，m2；Qmax——设计流量，m3/d；q——设计淋水密度，m3/（m2·d）吹脱塔截面积A=500/100=5m2吹脱塔直径D=4A/π=4×5/3.14=2.5m（2）空气量设定气液比为2500m3/m3水，则所需气量为：500×2500=12.5×105m3/d=14.47m3/s（3）空气流速v=14.47/3=4.82m/s（4）填料高度采用填料高度为5.0m，考虑塔高对去除率影响的安全系数为1.4，则填料总高度为5×1.4=7.0m.5.4.ABR池设计及计算：ABR池采用常温硝化。废水在反应器内沿折流板作下向流动。下向流室水平截面仅为上向流室水平截面的四分之一，所以，下向流室水流速大，不会堵塞。而上向流室过水截面积大，流速慢，不仅能使废水与厌氧污泥充分混合，接触反应，又可截留住厌氧活性污泥，避免其流失，保持反应器内厌氧活性污泥高浓度。在下向流室隔墙下端设置了一个45°转角，起到对上向流室均匀布水的作用，共设计了5块挡板。1．上向流室截面积A1:计算得：上流式截面积A1=8m2取上向流室宽度B1=2m，则其长度L1=4m。反应上向流室和下向流室的水平宽度比为4:1，即下向流室宽度B2=0.5m，长度与上向流室相同为L2=4m。2．下向流室流速V2：式中：V2——下向流室流速，m/h；Qmax——设计流量，m3/d；B2——下向流室宽度，m；L2——下向流室长度，m。计算得：下向流室流速V2=500/24×0.5×4=16.3m/h5.5.SBR池设计及计算：SBR工艺的核心是SBR反应池，SBR法的工艺设备是由曝气装置、上清液排出装置（滗水器)，以及其他附属设备组成的反应器。SBR法按进水方式分为间歇进水方式和连续进水方式；按有机物负荷分为高负荷运行方式、低负荷运行方式及其他运行方式。本设计采用间歇进水，高负荷运行方式，由流入、反应、沉淀、排放、闲置五个工序组成。1.设计参数：设计流量Qmax=500m3/d=5.79×10-3m3/s；反应池水深H=5m；BOD5-污泥负荷Ls=0.12kgBOD/(kgMLSS·d)；污泥浓度MLSS=4000mg/L；排水比1/m=1/4；安全高度ε=0.5m；反应池数N=2；池宽与池长之比为1：1；需氧量系数a=1.0kgO2/kgBOD52.设计计算:（1）曝气时间TA式中：TA——曝气时间，h；S0——进水平均BOD5，mg/L；Ls——SBR污泥负荷，kgBOD/(kgMLSS·d)；1/m——排水比；X——反应器内混合液平均MLSS浓度，mg/L计算得TA=7h（2）沉淀时间TS式中：Ts——沉淀时间，h；H——反应器水深，m；1/m——排水比；ε——安全高度；Vmax——活性污泥界面的初始沉降速度，m/h；X——反应器内混合液平均MLSS浓度，mg/L计算得：Ts=1.32h（3）排水时间TD=2h（4）进水时间式中：TF——进水时间，h