廢舊設備升級改造構建垃圾滲濾液處理裝置研究

李夢紅

（山東理工大學資源與環境工程學院，山東 淄博 255000）

引言

由于科學技術的迅猛發展和國家對高校的財政支持，近年來，各大高校先后投入一批新設備，以支持目前專業發展的需要。但是，之前使用的老設備由于儀器穩定性降低，各零部件老化等問題而逐漸處于閑置狀態，這進一步加劇了設備的老化。然而，這些老設備并不是一無是處，如果將它們進行有機的優化組合，通過有針對性的改造，可以使這些老舊設備物盡其用，避免設備的閑置和浪費。

垃圾滲濾液是指垃圾在填埋和堆放過程中由于垃圾中有機物的分解產生的水以，以及垃圾中的游離水、降水及入滲的地下水和通過淋溶作用形成的污水。垃圾滲濾液是一種高濃度難降解的有機廢水，其化學需氧量（COD）和氨氮含量都比較高，成分也極其復雜，若不經處理而直接外排將會對土壤、地下水等造成嚴重污染[1]。垃圾滲濾液由于其水質水量的不穩定性，以及滲濾液中含有大量難降解的萘、菲等非氯化芳香族化合物和氨氮等毒性物質，所以滲濾液的處理非常困難。

1 項目的研究背景

專業環境工程實驗室是山東理工大學資源與環境工程學院下設的專業實驗室，始建于2001年。在專業創建初期投入較大資金力度，力爭把實驗室建成環境工程專業領域水處理實驗設備先進、種類齊全的現代化高水平實驗室。建成初期承擔著環境工程本科專業和其他相近專業的實驗和實踐的教學任務。建成以來購置了多臺水處理實驗裝置，如A2O城市生活污水處理裝置、SBR間歇式活性污泥法處理裝置、MBR膜生物反應器、曝氣生物濾池、厭氧折流板等，這在當時的水處理領域都是比較前沿的處理技術和實驗裝置。但是隨著科技水平的進步，水處理技術不斷的提升和改進，環保技術和裝備也在不斷的發展和更新換代，傳統的水處理方法難以適應新的污水處理條件和達標要求。主要表現在以下幾點。

第一，實驗室二十年前購置的水處理實驗裝置不僅接近報廢年限，而且也陸續出現設備零部件老化需要及時更換等問題。

第二，傳統的水處理技術和方法在實踐教學中逐步趨于邊緣化，專業教師在水處理的教學過程中，更加注重先進的新型的處理技術，因而造成近幾年這些老舊的設備利用率不高。長期的閑置加速儀器設備的老化，造成教育資源的浪費。

第三，老舊儀器的功能落后也是制約儀器利用率的主要問題。

因此，通過更換或添加某一特定的模塊，實現廢舊設備的升級改造，或者將多臺儀器重新進行優化組合，使其重新發揮作用是目前實驗室廢舊設備處置的最佳途徑。

2 項目的創新點

研究開發污水處理的新工藝離不開科學技術研究領域的突破和創新，本項目通過學科的跨界、交叉與融合，打破了學科之間的“壁壘”，提高了學生的跨學科的思維整合能力和多學科交叉融合能力[2]。垃圾滲濾液的水質水量隨季節變化大，且COD、氨氮含量比較高[3]。目前垃圾滲濾液的處理通常采用生化法和膜處理技術，但是，生化法存在脫氮問題，膜法產生的濃縮液難以解決[4]。試驗通過將碳基納米新材料和新型膜分離技術應用到水處理研究領域，通過在廢舊設備中添加或更換特制的水處理單元模塊，大幅提高了垃圾滲濾液的處理效率。另外，針對垃圾滲濾液的預處理模塊，通過改變廢舊裝置的結構部件，克服了目前利用生化法難以解決的脫氮除磷問題，大幅縮短了廢水處理流程[5]。本項目的處理工藝在以下兩方面有所突破。

（1）增加碳氮比，強化脫氮除磷效果。試驗通過內置的碳源補給模塊，精確加入新型納米碳材料以添加碳源，通過合適的碳氮比來強化微生物脫氮除磷效率，既節省了建造成本又減少占地面積，使設備更加機動靈活。

（2）改進膜處理模塊，提高生物膜的處理效率。通過應用新型膜處理技術，結合廢舊設備的結構改造，改進曝氣方式，有助于生物膜的培養和污染物的去除；通過增加反沖洗力度，大幅減少了濃縮液的產生，使設備的運行成本顯著降低。

3 項目的研究內容

環境工程本科專業要求學生不僅要熟練掌握各種水處理工藝，還需要具備對水處理工藝進行優化和改進的能力。隨著科技的不斷進步和水處理技術的不斷提高，傳統的水處理工藝可能已經無法滿足新的需求和挑戰，因此需要不斷進行改進和優化。需要通過科學研究和實踐來提煉專業知識，理解各種水處理工藝的原理和運行機制，以及其在實際應用中存在的問題和局限性。在此基礎上，應該能夠提出新的改進和優化方案，以適應不斷變化和發展的水處理技術。主要表現在以下幾個方面。

第一，利用新材料技術、新型反應器設計、高效能源利用等方法，優化和改進傳統的水處理工藝，提高處理效率和減少資源消耗。

第二，探索新的水處理技術，如膜分離技術、光催化技術、電化學技術等，以提高水處理的效果和質量。

第三，遵循環保和可持續發展的原則，將其融入水處理工藝的改進和優化中。

考慮到水處理過程對環境的影響，提出可持續的解決方案，如減少產生的廢棄物和污染物，回收和重復利用資源等[6]。本項目并不是將多臺老舊設備隨意改造，而是根據現階段垃圾滲濾液的處理方法，通過一系列的試驗制定理論基礎完善、技術穩定成熟的污水處理工藝；然后根據試驗數據設計一套高度集成、系統優化的垃圾滲濾液處理設備；最后通過實驗室廢舊設備的提升改造整合構建垃圾滲濾液一體化試驗裝置[7]。

3.1 垃圾滲濾液處理工藝的優化

根據垃圾滲濾液水質水量特點，確定垃圾滲濾液處理的最佳工藝流程。其中，將碳基新材料和新型膜分離技術應用于本項目處理過程中，已得到良好的處理效果。垃圾滲濾液處理前后的各控制污染物的濃度見表1。由表1可知，主要的控制污染物在處理后都達到垃圾滲濾液排放標準（GB 16889—2008）。項目研究過程圖片如圖1。

圖1 項目研究過程圖片

表1 垃圾滲濾液處理前后污染物濃度變化表

3.2 垃圾滲濾液一體化處理裝置的設計計算

根據最佳工藝流程，對垃圾滲濾液一體化處理裝置進行設計計算，盡量做到設備機動性強、去除有機物的效率高及抗水力負荷能力強。根據最終的試驗結果結合工藝的優化組合，最后采用混凝+芬頓（Fendon）+MBR（碳源補給）+生物膜過濾器+DTRO組合工藝處理。深度處理效果對比見表2。

表2 深度處理效果對比

3.3 試驗裝置的一體化設計

設備部件的加工、廢舊設備升級改造及試驗裝置的一體化設計，需按照計算內容對設備進行一體化組裝，實現高度的自動化和集成化。其中，通過添加新型碳材料實現廢舊設備的技術升級，提高了裝置脫氮除磷模塊的處理效率；通過應用新型膜處理技術與廢舊設備結構部件的改造結合，有利于生物膜的培養和設備的運行維護。根據《水污染控制工程》的設計計算方法，結合垃圾滲濾液所設定的水質水量要求，分別對混凝芬頓池、MBR系統、生物膜過濾器等進行了系統的設計計算，部分部件的結構見圖2。相關設備展示如圖3。

圖2 MBR與生物膜過濾器的結構示意圖

圖3 相關設備展示

3.4 設備的調試、運行及處理效果的驗證

取實際的垃圾滲濾液驗證此一體化裝置的處理效果，使垃圾滲濾液的各項指標能夠達到排放標準（GB 16889—2008）。

4 項目研究的意義

經過對廢舊設備的提升改造，實現對垃圾滲濾液一體化裝置的工藝優化、設計改進、調試運行、實踐應用等環節，不僅能夠讓學生全面而綜合地掌握所學專業知識，真正做到學以致用，還通過學科的交叉融合，起到拓寬知識維度，提升專業素養的作用。另外，這些水處理的試驗裝置只是廢水處理流程中的一個單元。這些裝置不僅可用于垃圾滲濾液，還可以用于印染廢水、啤酒廠廢水等其他廢水的處理流程。因此，充分結合專業的研究方向，并與實踐項目相結合，在實踐創新過程中大幅提高這些閑置設備的利用率，使功能落后的老化設備重新煥發生機，變廢為寶，物盡其用。

5 結語

現階段，科學技術飛速發展，環保技術領域的進步也是日新月異。作為高校教師，在認真上課做好本職工作以外，更應該在第一時間把本專業領域的新技術新方法傳受給學生，并且要根據自身的實驗和科研條件，讓他們親自操作，身臨其境的感受，這是作為一名高校教師的責任，也是應盡的義務。