白龍港污泥暫存庫(kù)區(qū)污泥壓濾液處理

鄒博源

(上海城投污水處理有限公司，上海 201203)

白龍港污泥暫存場(chǎng)建成于2004年，為解決白龍港污水廠和竹園第一污水廠污泥，當(dāng)時(shí)根據(jù)浦東新區(qū)環(huán)境衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展規(guī)劃及1995年市府(環(huán)衛(wèi)工作)專題會(huì)議紀(jì)要精神，在白龍港污水廠內(nèi)規(guī)劃填埋場(chǎng)，建設(shè)參照《城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)技術(shù)規(guī)范》(GJJ 17—2001)。污泥填埋場(chǎng)位于廠區(qū)東側(cè)，緊臨長(zhǎng)江，填埋區(qū)域占地約為25 萬(wàn)m2，共設(shè)12格填埋區(qū)，每格長(zhǎng)約為175 m，寬約為130 m，單座污泥坑間有寬約為4 m的道路，能滿足污泥處理作業(yè)車輛通行要求。

至2010年5月底，現(xiàn)狀10格均填滿，進(jìn)泥含水率在65%～75%。2010年6月開始，為解決填埋場(chǎng)的臭氣對(duì)周邊環(huán)境的影響，整個(gè)污泥填埋區(qū)分別實(shí)施覆膜和覆土的處理。大量雨水滲入使白龍港庫(kù)區(qū)污泥填埋的穩(wěn)定性大幅降低，污泥庫(kù)區(qū)中的污泥勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生大量污泥壓濾液，與傳統(tǒng)的垃圾填埋場(chǎng)滲濾液有些相似之處，但由于污泥性質(zhì)不同于生化垃圾，導(dǎo)致某些污染物濃度指標(biāo)更高，水質(zhì)差異較大。污泥壓濾液污染物種類繁多、濃度高、變化范圍大，若不單獨(dú)處理將對(duì)污水處理廠水質(zhì)帶來較大沖擊，影響正常生產(chǎn)運(yùn)行，因此，需單獨(dú)進(jìn)行處理[1]。污泥坑壓濾液目前沒有相應(yīng)成熟的處理技術(shù)，成功案例極少，本研究分析水質(zhì)后試驗(yàn)，確定合適的處理工藝方法和技術(shù)參數(shù)，為今后的工程方案提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 污泥壓濾液來源與處理目標(biāo)

污泥壓濾液來源于白龍港污水處理廠中的3#污泥暫存庫(kù)中污泥深度脫水產(chǎn)生的板框壓濾液，本試驗(yàn)使用連續(xù)試驗(yàn)裝置對(duì)板框壓濾機(jī)作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的壓濾液進(jìn)行收集和處理。為初步確定污泥壓濾液現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)試驗(yàn)裝置工藝流程及運(yùn)行參數(shù)，在前期小型板框壓濾機(jī)進(jìn)行污泥庫(kù)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)試壓濾階段，進(jìn)行污泥壓濾液取樣與水質(zhì)檢測(cè)及靜態(tài)試驗(yàn)。污泥壓濾液主要污染物水質(zhì)如表1所示，廢水碳氮比極低，可生化性差。2017年9月，上海市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局通告廢止上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/445—2009)。本研究所處理壓濾液出水水質(zhì)需滿足2016年8月開始實(shí)施的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 31962—2015)。與處理目標(biāo)相比，主要污染物為氨氮和總磷。

表1 小型壓濾機(jī)污泥坑壓濾液水質(zhì)Tab.1 Quality of Sludge Filter Press Wastewater

1.2 污泥壓濾液處理工藝

針對(duì)污泥壓濾液中主要污染物，對(duì)上述壓濾液水樣進(jìn)行混凝沉淀、吹脫、氧化等靜態(tài)試驗(yàn)。根據(jù)靜態(tài)試驗(yàn)結(jié)果，確定以混凝沉淀去除總磷，以吹脫和氧化去除氨氮的現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)試驗(yàn)工藝流程，具體工藝流程如圖1所示。

圖1 污泥壓濾液連續(xù)試驗(yàn)工藝流程Fig.1 Continuous Experiment Process of Sludge Filter Press Wastewater

白龍港污泥庫(kù)區(qū)內(nèi)取出的污泥，根據(jù)污泥調(diào)理方案提前配置好污泥調(diào)理劑，污泥調(diào)理時(shí)嚴(yán)格控制藥劑添加順序、添加量、攪拌時(shí)間等參數(shù)。污泥中試調(diào)理單元主要包括接力泵、排泥管道、調(diào)理池、攪拌機(jī)、儲(chǔ)水罐、藥劑罐。本研究重點(diǎn)為污泥調(diào)理后壓濾液處理，污泥調(diào)理方案在此不具體論述。

經(jīng)藥劑調(diào)理后的污泥由罐車根據(jù)規(guī)定路線送至白龍港污水處理廠內(nèi)深度脫水車間的試驗(yàn)板框機(jī)前置緩沖池，等待統(tǒng)一進(jìn)料。本試驗(yàn)采用深度脫水車間板框壓濾機(jī)(景津，04YLJ-20)污泥脫水，最大污泥日處理量為10 t DS/d。在完成污泥調(diào)理及運(yùn)輸就位后，污泥從罐車卸下持續(xù)進(jìn)入板框壓濾機(jī)。污泥完成板框壓濾后，泥餅卸到下層污泥斗中。在不影響深度脫水車間正常生產(chǎn)運(yùn)行的情況下，污泥壓濾液試驗(yàn)裝置布置在白龍港污泥深度脫水間1樓東南側(cè)。

污泥壓濾液通過排放管接入至現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)試驗(yàn)進(jìn)水水箱，從進(jìn)水水箱用泵提升到混凝沉淀池，經(jīng)混凝劑除磷和堿溶液調(diào)節(jié)pH后，流入中間水箱。中間水箱的壓濾液用泵提升到氨氮吹脫塔進(jìn)行氨氮吹脫，吹脫后氨氮排放至空氣。吹脫后的壓濾液用泵提升到氧化池，經(jīng)氨氮氧化后流入出水水箱。出水水箱內(nèi)處理后壓濾液通過泵提升排放至脫水間壓濾液排放池。

2 結(jié)果和討論

2.1 污泥調(diào)理對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的影響

污泥壓濾液連續(xù)試驗(yàn)原水為白龍港污泥暫存庫(kù)污泥混合液經(jīng)藥劑調(diào)理后，在污泥深度脫水間26#板框壓濾機(jī)壓濾產(chǎn)生的污泥壓濾液。污泥調(diào)理方案采用3種不同配置的污泥調(diào)理劑，污泥調(diào)理時(shí)嚴(yán)格控制藥劑添加順序、添加量、攪拌時(shí)間等參數(shù)。每個(gè)調(diào)理方案進(jìn)行4次污泥調(diào)理及壓濾，1批次/d。白龍港污泥暫存庫(kù)污泥壓濾液連續(xù)試驗(yàn)從2020年8月—10月，共產(chǎn)生12批污泥壓濾液。

污泥調(diào)理方案1(以下簡(jiǎn)稱方案1)產(chǎn)生的污泥壓濾液懸浮物量較大，呈黑色，偏酸性，pH值為6.15～7.43。污泥壓濾液靜置一段時(shí)間后變紅，因調(diào)理過程投加鐵鹽所致。污泥調(diào)理方案2(以下簡(jiǎn)稱方案2)產(chǎn)生的污泥壓濾液懸浮物較少，呈深紅色，偏酸性，pH值為6.67～7.33。污泥調(diào)理方案3(以下簡(jiǎn)稱方案3)污泥壓濾液懸浮物較少，呈橘黃色，偏堿性，pH值為7.38～9.00，放置約1 d以上后顏色變黑，但懸浮物較少。

不同污泥調(diào)理方案所產(chǎn)生的污泥壓濾液進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)如表2所示，主要污染物指標(biāo)濃度相近，差異較大的指標(biāo)為氨氮和pH。其中，共同的主要污染物為氨氮和總氮，總氮中亞硝氮和硝態(tài)氮之和小于15 mg/L，主要為氨氮和有機(jī)氮。

表2 不同污泥調(diào)理方案產(chǎn)生的污泥壓濾液水質(zhì)Tab.2 Wastewater Quality of Sludge Filter Press Produced by Different Sludge Conditioning Schemes

2.2 混凝沉淀處理效果

方案1污泥壓濾液期間，污泥壓濾液連續(xù)裝置中廢水溫度為29.1～30.5 ℃，吹脫進(jìn)水pH值控制在10.5～11.0，吹脫出水pH值為9.94～10.53。便攜式氨氮檢測(cè)儀檢測(cè)的污泥壓濾液進(jìn)水氨氮在1 600～1 900 mg/L，氨氮吹脫塔出水后，氨氮為600～750 mg/L，氧化出水氨氮穩(wěn)定在5 mg/L以下。各處理段廢水處理效果如圖2所示，進(jìn)水呈黑色，放置后變成橙色，吹脫出水呈黃色，氧化出水呈淡黃色。污泥壓濾液連續(xù)試驗(yàn)出水水質(zhì)基本滿足處理目標(biāo)要求，證明處理工藝可行。進(jìn)水中懸浮物較多且產(chǎn)生紅色絮體，設(shè)置混凝沉淀池去除污泥壓濾液中的懸浮物有利于后續(xù)氨氮吹脫過程。

方案2污泥壓濾液期間，污泥壓濾液連續(xù)裝置中廢水溫度為23.6～27.0 ℃，由于平均水溫顯著下降，提高吹脫進(jìn)水pH值至13.0～13.5，且增加脫氮?jiǎng)┩都恿?，吹脫出水pH值提至11.23～13.32。進(jìn)水氨氮為2 050～2 400 mg/L，氨氮吹脫塔出水后，氨氮在800～915 mg/L，氧化出水穩(wěn)定在5 mg/L以下。但氨氮吹脫未達(dá)到方案1污泥壓濾液的去除效率(按便攜式氨氮檢測(cè)儀計(jì))。進(jìn)水呈深紅色，吹脫出水呈透明色，氧化出水呈淡黃色。連續(xù)試驗(yàn)過程中，出水氨氮可穩(wěn)定在處理目標(biāo)限值以下，出水清澈(圖2)。

圖2 污泥壓濾液不同處理階段Fig.2 Different Stages of Sludge Filter Press Wastewater Treatment

方案3污泥壓濾液期間，污泥壓濾液連續(xù)裝置中廢水溫度為22.0～23.5 ℃，平均水溫進(jìn)一步降低，方案2壓濾液試驗(yàn)中高pH未能帶來更好的氨氮吹脫效果，將吹脫進(jìn)水pH值調(diào)至11.0～11.5，并增加脫氮?jiǎng)┩都恿?，吹脫出水pH值為10.5～10.8。進(jìn)水氨氮為2 050～2 400 mg/L，氨氮吹脫塔出水后，氨氮在650～750 mg/L，氧化出水氨氮穩(wěn)定在5 mg/L以下。進(jìn)水呈橙色，放置后變成黑色，吹脫出水呈淡黃色，氧化出水呈透明色(圖2)。氨氮吹脫效果與方案1污泥壓濾液的去除效率相近。

2.3 氨氮吹脫處理效果

本試驗(yàn)采用的處理工藝中，吹脫是主要的除氨氮單元。通過調(diào)節(jié)pH、投加脫氮?jiǎng)?、在常溫下以空氣吹脫，去除污泥壓濾液中的大部分氨氮，不同進(jìn)水水質(zhì)的處理效果都超過60%。吹脫過程中，以pH為控制參數(shù)，向污泥壓濾液投加堿溶液。由于污泥壓濾液連續(xù)試驗(yàn)在室溫下進(jìn)行，在2020年8月底—10月中的試驗(yàn)過程中，水溫不斷下降。為保持較高的氨氮吹脫去除效率，低水溫下提高進(jìn)入吹脫塔的污泥壓濾液pH和脫氮?jiǎng)┑耐都恿俊４得摲ㄊ且环N高氨氮廢水的處理方法，具有設(shè)備占地小、操作靈活等特點(diǎn)，適合低碳氮比，低臭味的污泥坑壓濾液的氨氮去除，但受溫度、pH、曝氣量等因素影響。利用吹脫助劑進(jìn)行氨氮吹脫，可有效降低能耗，提高氨氮去除率[2-4]。

在污泥壓濾液中投加20 mg/L吹脫助劑、氣液比為1 500∶1、吹脫時(shí)間為3 h、不同pH下比較氨氮吹脫去除效率，本試驗(yàn)的pH值分別為8.4(原液)、9.0、9.5、10.0、10.5。pH是影響廢水中游離氨的濃度的主要因素之一，pH較高，廢水中的游離氨濃度也較高。由圖3(a)可知，利用吹脫法去除氨氮時(shí)，pH對(duì)氨氮去除效率影響很大，pH值從10.0升至10.5時(shí)，氨氮去除效率有明顯提升，升幅達(dá)到近20%，且在pH值為10.5時(shí)，氨氮吹脫效率超90%。雖在不同的吹脫溫度下進(jìn)行氨氮吹脫，但氨氮去除率均在pH值超過10.0后出現(xiàn)明顯提升[2-3]。這表明在常溫條件下，pH值需達(dá)到10.5，才能保證廢水中的游離氨離解率達(dá)到90%以上。

在投加含量為20 mg/L吹脫助劑、pH值為10.5、吹脫時(shí)間為3 h、不同氣液比下，比較氨氮吹脫去除效率。文獻(xiàn)中利用吹脫助劑的氣液比為(600∶1)～(900∶1)[2-4]。本試驗(yàn)的氣液比設(shè)為600∶1、900∶1、1 200∶1、1 500∶1、2 000∶1。由圖3(b)可知，隨氣液比的升高，氨氮去除效率在氣液比超過1 200∶1后出現(xiàn)明顯提升，升幅達(dá)20%以上，但氣液比繼續(xù)增至2 000∶1時(shí)，氨氮去除效率未進(jìn)一步提升。這表明在氨氮吹脫過程中，氣液比存在最佳值，本試驗(yàn)最佳氣液為1 500∶1。本試驗(yàn)在pH和溫度低于文獻(xiàn)值的情況下，以較高的氣液比達(dá)到了氨氮的高效去除。

圖3 不同條件下對(duì)氨氮去除率的影響 (a)pH值；(b)吹脫氣液比；(c)吹脫助劑Fig.3 Effect of Different Conditions on Removal Rate of Ammonia Nitrogen (a)pH Value; (b)Air-Fluid Ratio; (c)Air Stripping Chemicals

在pH值為10.5、氣液比為1 500∶1、吹脫時(shí)間為3 h時(shí)，廢水中投加不同濃度的吹脫助劑比較氨氮吹脫去除效率。文獻(xiàn)中吹脫助劑的投加量為5～30 mg/L[2-4]，多數(shù)投加量在15～30 mg/L。本試驗(yàn)的吹脫助劑投加量為0、5、10、20、30 mg/L。由圖3(c)可知，本試驗(yàn)廢水本身吹脫性能較好，當(dāng)吹脫助劑的藥劑投加量較小時(shí)，吹脫助劑的效果不明顯。當(dāng)吹脫助劑投加量超過10 mg/L時(shí)，吹脫效率提升明顯。但當(dāng)吹脫助劑藥劑投加量超過20 mg/L后，氨氮去除效率沒有隨之提升。這表明在利用吹脫助劑進(jìn)行氨氮吹脫過程中，吹脫助劑的投加量存在最佳值，最佳藥劑投加量為20 mg/L。

2.4 氨氮氧化與出水水質(zhì)

吹脫塔出水剩余氨氮在氧化單元得到有效去除，出水氨氮穩(wěn)定達(dá)到處理要求。不同水質(zhì)吹脫塔出水氨氮有差異，有效氯成分/氨氮含量在12～15倍，氨氮吹脫塔出水后，氨氮越低，次氯酸鈉用量越少。雖氨氮折點(diǎn)氧化理論需氯量為7.6∶1，但污泥壓濾液中含有機(jī)氮及還原性物質(zhì)，試驗(yàn)有效氯用量大于理論用量。

由于污泥壓濾液連續(xù)試驗(yàn)采用的次氯酸鈉固體呈酸性，吹脫出水pH在次氯酸鈉溶液中投加不同量的NaOH，保證出水pH達(dá)到處理要求。實(shí)際應(yīng)用中采用的成品10%次氯酸鈉溶液，游離含量較高且不同，溶液呈高堿性，以成品10%次氯酸鈉溶液氧化時(shí)，pH可能不變或上升。因此，氧化出水pH值會(huì)超過9.0，如要達(dá)到處理目標(biāo)要求，吹脫后的污泥壓濾液進(jìn)行氧化時(shí)需用酸溶液回調(diào)pH。如果壓濾液出水回流至污水處理廠，可不回調(diào)pH，作為污水處理的堿度補(bǔ)充。不同污泥調(diào)理方案下的污泥壓濾液連續(xù)試驗(yàn)出水水質(zhì)報(bào)告(表3)顯示出水水質(zhì)效果良好。但方案1和2的出水水質(zhì)中，總氮并未達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 31962—2015)中A級(jí)水質(zhì)總氮的限制要求。這說明在實(shí)際生產(chǎn)中，試驗(yàn)裝置需添加額外脫氮單元進(jìn)行處理，出水水質(zhì)中的CODCr在400 mg/L左右，完全可作為反硝化碳源使用。污泥壓濾液的出水處理試驗(yàn)結(jié)果也將對(duì)污泥調(diào)理方案的選取產(chǎn)生重要影響，污泥中污染物的遷移轉(zhuǎn)化及所產(chǎn)生的壓濾液水質(zhì)與污泥調(diào)理方案密切相關(guān)[5]。

表3 不同調(diào)理方案污泥壓濾液連續(xù)裝置出水水質(zhì)Tab.3 Quality of Sludge Filter Press Wastewater by Different Sludge Conditioning Schemes

3 結(jié)論

白龍港污泥暫存坑產(chǎn)生的高氨氮污泥壓濾液在常溫條件下，采用吹脫法可有效去除廢水中的氨氮，去除效率可達(dá)90%以上。由于在常溫、低pH下氨氮吹脫，需采用較高的氣液比，氣液比和吹脫助劑投加量均存在最佳值。與處理目標(biāo)相比，污泥壓濾液的主要污染物是氨氮。常溫下，混凝沉淀、吹脫和氧化工藝處理可行，出水水質(zhì)可達(dá)到污泥壓濾液處理目標(biāo)；污泥壓濾液總磷小于處理目標(biāo)或接近處理目標(biāo)，在混凝沉淀單元把除磷單元作為備用單元；采用成品10%次氯酸鈉溶液進(jìn)行氧化時(shí)，由于含有較高的堿度，出水pH值會(huì)高于9.0，可直接回流至污水處理廠進(jìn)水端，作為污水處理堿度補(bǔ)充。部分出水總氮未達(dá)到納管標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)需添加反硝化脫氮處理單元。本研究將為白龍港暫存庫(kù)區(qū)污泥滲濾液處理工程的設(shè)計(jì)和運(yùn)行方案提供重要技術(shù)支撐。