垃圾滲濾液處理的生化冷卻系統設計與運行

陳 赟，樂 晨，韓 穎，朱衛兵

(江蘇維爾利環保科技股份有限公司，江蘇常州 213000)

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垃圾滲濾液處理的生化冷卻系統設計與運行

陳 赟，樂 晨，韓 穎，朱衛兵

(江蘇維爾利環保科技股份有限公司，江蘇常州 213000)

從冷卻系統工藝流程設計、冷卻系統設備選型、冷卻系統工藝控制設計、冷卻系統設計影響因素及冷卻系統運行問題與解決這5個方面對垃圾滲濾液處理的生化冷卻系統進行闡述，以期為其工程設計和實踐提供技術基礎。

垃圾滲濾液；膜生物反應器；生化產熱；冷卻系統

目前，我國有一半的垃圾填埋場和焚燒廠采用膜生物反應器(MBR)與納濾、反滲透膜工藝相結合處理垃圾滲濾液[1-3]。其中，MBR生化段采用硝化/反硝化設計進行生物脫氮，保證出水氨氮和總氮可滿足排放要求[4-5]。滲濾液處理的MBR生化反應器是一種帶頂蓋的高效生化好氧反應容器，反應器內廢水依靠微生物的作用來降解高濃度的有機物與氨氮。生化降解過程中，有機物、氨氮的氧化過程中部分化學能轉化為熱能，反應器內溫度高；同時由于鼓風空氣溫度較高以及各循環水泵的機械能轉化為熱能，生化反應放熱較大；在夏季運行過程中生化反應器的溫度有可能超過生化系統的設計溫度。在一定范圍內，隨著溫度的升高，生化反應的速率加快，增殖速率也加快；細胞的組成物如蛋白質、核酸等對溫度很敏感，溫度突升或突降并超過一定限度時，會有不可逆的破壞[6]。經實踐經驗論證，生化反應過程中，硝化菌最佳的反應溫度范圍為25～35 ℃。低于5 ℃或高于45 ℃將會抑制硝化菌的增長，從而抑制硝化反應。反硝化菌最適宜溫度為34～37 ℃，低于15 ℃其生化反應速率將大為降低。在滲濾液處理過程中，高效的膜生化反應器一般需要設計冷卻系統維持生化反應溫度為32～35 ℃。在生化溫度高于38 ℃時，不利于活性污泥的生長，需通過冷卻系統對活性污泥進行冷卻，以保證生化系統活性菌種的正常增長，使生化處理系統正常運行[7]。筆者現將垃圾滲濾液處理生化冷卻系統的設計和運行進行闡述，以期為其工程設計與實踐提供技術基礎。

1　冷卻系統工藝流程設計

MBR生化系統熱量來源主要包括：進出水溫差、生化反應放熱、機電設備溫升、射線、散熱等，其中生化反應放熱約占總放熱量的80%，因此，冷卻系統主要針對曝氣劇烈的硝化池進行冷卻降溫。冷卻系統的工藝流程如圖1所示。

圖1　冷卻系統示意Fig.1　Cooling system schematic

生化系統中的活性污泥通過冷卻污泥泵輸送至板式換熱器，而冷卻塔中的冷卻水也通過冷卻水泵輸送至板式換熱器。熱態的活性污泥與來自冷卻塔的冷卻水通過板式換熱器內的金屬板進行傳導換熱，冷卻后的活性污泥回流進入生化反應池，通過板式換熱器換熱后的活性污泥已經滿足活性污泥的生長溫度要求。冷卻水回流至冷卻塔，利用冷卻塔對換熱后的冷卻回流水進行冷卻循環利用，冷卻塔中的蒸發量通過補充自來水的方式進行補充。

在垃圾滲濾液處理工藝中，夏天連續高溫的情況下，高濃度的活性污泥將會生化放熱，生化池內溫度極易超過38 ℃，不利于活性污泥的生長，必須通過冷卻系統進行冷卻，降低生化系統內的溫度以滿足活性污泥的生長需要。

2　冷卻系統設備選型

冷卻系統設計中，一套冷卻系統主要配置冷卻污泥泵1臺、冷卻水泵1臺、冷卻塔1座、板式換熱器1座。為便于現場觀察冷卻效果與設備的正常運行，一般在冷卻水泵與冷卻污泥泵后設有壓力表與溫度表。因管道結垢等因素導致管道堵塞時，可以從壓力表的數值觀察出設備運行狀況，便于檢查。也可以在現場觀察出冷卻效果，以便于調整冷卻系統的運行。冷卻污泥泵輸送介質主要為生化反應器內的活性污泥，介質中粘度較大，鹽分含量高，需采用離心式不銹鋼化工泵。冷卻水泵輸送介質為冷卻塔內的自來水，通常選擇離心式鑄鐵清水泵。板式換熱器中的板片根據需要選用SUS304或SUS316不銹鋼材質，板片厚度在0.5～0.7mm，傳熱效率高。冷熱介質流經各自的通道，通過相鄰板片進行換熱，傳熱板片上設計人字形波紋，介質在板面流動形成湍流，從而獲得較高的傳熱效率并產生自凈和防垢效果。冷卻塔選擇冷卻效果較好的方型逆流式結構，逆流冷卻效果較其他

形式的冷卻塔更好。

3　冷卻系統工藝控制設計

滲濾液處理時，膜生化反應器硝化反應需要維持生化反應溫度為32～35 ℃。在生化溫度高于38 ℃時，需啟動冷卻系統對活性污泥進行冷卻，冷卻系統中冷卻塔降溫幅度在華東地區取3.5 ℃，在華北地區和中部取4.0～4.5 ℃。由于冷卻換熱通過板式換熱器進行熱交換，經過換熱后的熱介質與冷介質分別為冷卻水泵出口的自來水和冷卻污泥泵出口的活性污泥。因此需在冷卻水泵與冷卻污泥泵出水管路設溫度表進行控制。運行時控制冷卻污泥泵出口冷卻污泥溫度為32 ℃，利用溫度計顯示溫度作為指標。冷卻水泵與冷卻污泥泵可變頻控制，通過控制水泵的流量進行控制冷卻污泥出口溫度。冷卻污泥泵設計液位6m，低于設計液位嚴禁運行；冷卻水泵在冷卻塔內水位不足時嚴禁運行。

4　冷卻系統設計影響因素

冷卻系統設計中選擇合適的換熱量非常重要。影響換熱量計算的因素包括活性污泥進水溫度、出水溫度、生化放熱量、鼓風曝氣的熱傳導、泵類等機械熱效應、熱輻射、熱傳導等。冷卻塔降溫幅度主要受當地環境溫度、濕球溫度以及冷卻塔降溫能力的影響。另外，活性污泥的污泥濃度對冷卻效果影響也較大。活性污泥濃度越大，生化放熱量越大，需要的換熱量就越大。由于滲濾液中含有高濃度的鹽分，鹽分會在冷卻系統中結垢，降低熱傳導的效率，從而影響換熱效果，同時由于管道中結垢會降低冷卻流量，影響換熱量。

5　運行問題及解決

在實際運行過程中，發現冷卻系統出現的主要問題為水泵故障、換熱器堵塞和管道堵塞。當冷卻污泥泵與冷卻水泵在運行過程中發現水泵振動異常、異響應及時停機并檢查原因，排除異常現象后方可繼續運行。當板式換熱器運行時超過設計壓力，冷端或熱端的壓力超過0.25MPa時，應對板式換熱器進行拆卸清洗。當冷卻塔進出水管及噴頭出現堵塞時，需對進出水管道、水池進行全面沖洗，清除全部雜物。

6　結論

(1)滲濾液處理過程中，生化系統由于污泥濃度高，生化放熱以及設備的熱傳導效應導致生化溫度升高，在夏季高溫環境中，生化溫度高于活性污泥生長環境適宜溫度，甚至超過微生物生長的極限溫度，因此必須設計生化冷卻系統進行冷卻。

(2)通過板式換熱器對活性污泥進行冷卻，冷卻水利用冷卻塔進行循環冷卻，輔以適當的冷卻水補充，可以滿足生化冷卻的需要，適合在滲濾液處理中進行生化冷卻。

(3)合理的換熱量計算以及正確的設備配置可以達到生化冷卻的效果。

(4)控制好生化冷卻系統的結垢、清洗與保養有利于生化冷卻系統的正常運行。

[1] 李月中，樂晨，王慶國，等.蒸發-固化法處理垃圾滲濾液反滲透濃縮液的研究[J].環境科技，2015(2)：10-12，16.

[2] 王慶國，樂晨，伏培飛，等.燒堿軟化-混凝沉淀-電化學氧化法處理垃圾滲濾液納濾濃縮液的研究[J].環境科技，2014(3)：27-30.

[3] 朱衛兵，吳海鎖，李月中，等.閃蒸工藝預處理垃圾滲濾液中氨氮的試驗研究[J].環境科技，2013(6)：14-16，20.

[4] 華佳，張林生.UBF-MBR工藝處理垃圾滲濾液的工程應用[J].環境科技，2013(1)：26-29.

[5] 黃娟，王惠中，焦濤，等.垃圾填埋場滲濾液處理技術及示范工程研究[J].環境科技，2008(5)：35-38.

[6] 杜昱，林伯偉，李洪君，等.MBR工藝處理垃圾滲濾液的設計參數探討[J].中國給水排水，2011(10)：43-46.

[7] 杜昱，李昕，岳崢，等.高濃度廢水處理冷卻系統的熱平衡計算[J].中國給水排水，2013(2)：82-86.

DesignandOperationofBiochemicalCoolingSystemforLandfillLeachateTreatment

CHENYun,LEChen,HANYingetal

(JiangsuWelleEnvironmentalCo.Ltd.,Changzhou,Jiangsu213000)

Thebiochemicalcoolingsystemforlandfillleachatetreatmentwaselaboratedfrom5aspectsoftechnicalprocessdesign,equipmentselection,technicalcontroldesign,influencingfactors,operationproblemsandsolutions,soastoprovidetechnicalbasisforprojectdesignandpractice.

Landfillleachate;Membranebioreactor;Biochemicalheatproduction;Coolingsystem

江蘇省企業院士工作站(BM2015397)。

陳赟(1978- )，男，陜西咸陽人，工程師，從事水處理技術研究工作。

2016-05-23

X703.1

A

0517-6611(2016)18-052-01