摘要:從冷卻系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)設(shè)備選型、冷卻系統(tǒng)工藝控制設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響因素及冷卻系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題與解決這5個(gè)方面對(duì)垃圾滲濾液處理的生化冷卻系統(tǒng)進(jìn)行闡述，以期為其工程設(shè)計(jì)和實(shí)踐提供技術(shù)基礎(chǔ)。


目前，我國(guó)有一半的垃圾填埋場(chǎng)和焚燒廠采用膜生物反應(yīng)器(MBR)與納濾、反滲透膜工藝相結(jié)合處理垃圾滲濾液[1-3]。其中，MBR生化段采用硝化/反硝化設(shè)計(jì)進(jìn)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(yīng)器是一種帶頂蓋的高效生化好氧反應(yīng)容器，反應(yīng)器內(nèi)廢水依靠微生物的作用來(lái)降解高濃度的有機(jī)物與氨氮。生化降解過(guò)程中，有機(jī)物、氨氮的氧化過(guò)程中部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，反應(yīng)器內(nèi)溫度高;同時(shí)由于鼓風(fēng)空氣溫度較高以及各循環(huán)水泵的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，生化反應(yīng)放熱較大;在夏季運(yùn)行過(guò)程中生化反應(yīng)器的溫度有可能超過(guò)生化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)溫度。在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，生化反應(yīng)的速率加快，增殖速率也加快;細(xì)胞的組成物如蛋白質(zhì)、核酸等對(duì)溫度很敏感，溫度突升或突降并超過(guò)一定限度時(shí)，會(huì)有不可逆的破壞[6]。

經(jīng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)論證，生化反應(yīng)過(guò)程中，硝化菌最佳的反應(yīng)溫度范圍為25～35 ℃。低于5 ℃或高于45 ℃將會(huì)抑制硝化菌的增長(zhǎng)，從而抑制硝化反應(yīng)。反硝化菌最適宜溫度為34～37 ℃，低于15 ℃其生化反應(yīng)速率將大為降低。在滲濾液處理過(guò)程中，高效的膜生化反應(yīng)器一般需要設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)維持生化反應(yīng)溫度為32～35 ℃。在生化溫度高于38 ℃時(shí)，不利于活性污泥的生長(zhǎng)，需通過(guò)冷卻系統(tǒng)對(duì)活性污泥進(jìn)行冷卻，以保證生化系統(tǒng)活性菌種的正常增長(zhǎng)，使生化處理系統(tǒng)正常運(yùn)行[7]。筆者現(xiàn)將垃圾滲濾液處理生化冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行進(jìn)行闡述，以期為其工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1冷卻系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)

MBR生化系統(tǒng)熱量來(lái)源主要包括：進(jìn)出水溫差、生化反應(yīng)放熱、機(jī)電設(shè)備溫升、射線、散熱等，其中生化反應(yīng)放熱約占總放熱量的80%，因此，冷卻系統(tǒng)主要針對(duì)曝氣劇烈的硝化池進(jìn)行冷卻降溫。冷卻系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示。

生化系統(tǒng)中的活性污泥通過(guò)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(guò)冷卻水泵輸送至板式換熱器。熱態(tài)的活性污泥與來(lái)自冷卻塔的冷卻水通過(guò)板式換熱器內(nèi)的金屬板進(jìn)行傳導(dǎo)換熱，冷卻后的活性污泥回流進(jìn)入生化反應(yīng)池，通過(guò)板式換熱器換熱后的活性污泥已經(jīng)滿足活性污泥的生長(zhǎng)溫度要求。冷卻水回流至冷卻塔，利用冷卻塔對(duì)換熱后的冷卻回流水進(jìn)行冷卻循環(huán)利用，冷卻塔中的蒸發(fā)量通過(guò)補(bǔ)充自來(lái)水的方式進(jìn)行補(bǔ)充。

在垃圾滲濾液處理工藝中，夏天連續(xù)高溫的情況下，高濃度的活性污泥將會(huì)生化放熱，生化池內(nèi)溫度極易超過(guò)38 ℃，不利于活性污泥的生長(zhǎng)，必須通過(guò)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，降低生化系統(tǒng)內(nèi)的溫度以滿足活性污泥的生長(zhǎng)需要。

2冷卻系統(tǒng)設(shè)備選型

冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一套冷卻系統(tǒng)主要配置冷卻污泥泵1臺(tái)、冷卻水泵1臺(tái)、冷卻塔1座、板式換熱器1座。為便于現(xiàn)場(chǎng)觀察冷卻效果與設(shè)備的正常運(yùn)行，一般在冷卻水泵與冷卻污泥泵后設(shè)有壓力表與溫度表。因管道結(jié)垢等因素導(dǎo)致管道堵塞時(shí)，可以從壓力表的數(shù)值觀察出設(shè)備運(yùn)行狀況，便于檢查。也可以在現(xiàn)場(chǎng)觀察出冷卻效果，以便于調(diào)整冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行。

冷卻污泥泵輸送介質(zhì)主要為生化反應(yīng)器內(nèi)的活性污泥，介質(zhì)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(zhì)為冷卻塔內(nèi)的自來(lái)水，通常選擇離心式鑄鐵清水泵。板式換熱器中的板片根據(jù)需要選用SUS304或SUS316不銹鋼材質(zhì)，板片厚度在0.5～0.7 mm，傳熱效率高。冷熱介質(zhì)流經(jīng)各自的通道，通過(guò)相鄰板片進(jìn)行換熱，傳熱板片上設(shè)計(jì)人字形波紋，介質(zhì)在板面流動(dòng)形成湍流，從而獲得較高的傳熱效率并產(chǎn)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(jié)構(gòu)，逆流冷卻效果較其他形式的冷卻塔更好。

3冷卻系統(tǒng)工藝控制設(shè)計(jì)

滲濾液處理時(shí)，膜生化反應(yīng)器硝化反應(yīng)需要維持生化反應(yīng)溫度為32～35 ℃。在生化溫度高于38 ℃時(shí)，需啟動(dòng)冷卻系統(tǒng)對(duì)活性污泥進(jìn)行冷卻，冷卻系統(tǒng)中冷卻塔降溫幅度在華東地區(qū)取3.5 ℃，在華北地區(qū)和中部取4.0～4.5 ℃。由于冷卻換熱通過(guò)板式換熱器進(jìn)行熱交換，經(jīng)過(guò)換熱后的熱介質(zhì)與冷介質(zhì)分別為冷卻水泵出口的自來(lái)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(shè)溫度表進(jìn)行控制。運(yùn)行時(shí)控制冷卻污泥泵出口冷卻污泥溫度為32 ℃，利用溫度計(jì)顯示溫度作為指標(biāo)。冷卻水泵與冷卻污泥泵可變頻控制，通過(guò)控制水泵的流量進(jìn)行控制冷卻污泥出口溫度。冷卻污泥泵設(shè)計(jì)液位6 m，低于設(shè)計(jì)液位嚴(yán)禁運(yùn)行;冷卻水泵在冷卻塔內(nèi)水位不足時(shí)嚴(yán)禁運(yùn)行。

4冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響因素

冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選擇合適的換熱量非常重要。影響換熱量計(jì)算的因素包括活性污泥進(jìn)水溫度、出水溫度、生化放熱量、鼓風(fēng)曝氣的熱傳導(dǎo)、泵類等機(jī)械熱效應(yīng)、熱輻射、熱傳導(dǎo)等。冷卻塔降溫幅度主要受當(dāng)?shù)丨h(huán)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(duì)冷卻效果影響也較大?；钚晕勰酀舛仍酱螅艧崃吭酱?，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(huì)在冷卻系統(tǒng)中結(jié)垢，降低熱傳導(dǎo)的效率，從而影響換熱效果，同時(shí)由于管道中結(jié)垢會(huì)降低冷卻流量，影響換熱量。

5運(yùn)行問(wèn)題及解決

在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)的主要問(wèn)題為水泵故障、換熱器堵塞和管道堵塞。當(dāng)冷卻污泥泵與冷卻水泵在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)水泵振動(dòng)異常、異響應(yīng)及時(shí)停機(jī)并檢查原因，排除異常現(xiàn)象后方可繼續(xù)運(yùn)行。當(dāng)板式換熱器運(yùn)行時(shí)超過(guò)設(shè)計(jì)壓力，冷端或熱端的壓力超過(guò)0.25 MPa時(shí)，應(yīng)對(duì)板式換熱器進(jìn)行拆卸清洗。當(dāng)冷卻塔進(jìn)出水管及噴頭出現(xiàn)堵塞時(shí)，需對(duì)進(jìn)出水管道、水池進(jìn)行全面沖洗，清除全部雜物。

6結(jié)論

(1)滲濾液處理過(guò)程中，生化系統(tǒng)由于污泥濃度高，生化放熱以及設(shè)備的熱傳導(dǎo)效應(yīng)導(dǎo)致生化溫度升高，在夏季高溫環(huán)境中，生化溫度高于活性污泥生長(zhǎng)環(huán)境適宜溫度，甚至超過(guò)微生物生長(zhǎng)的極限溫度，因此必須設(shè)計(jì)生化冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。

(2)通過(guò)板式換熱器對(duì)活性污泥進(jìn)行冷卻，冷卻水利用冷卻塔進(jìn)行循環(huán)冷卻，輔以適當(dāng)?shù)睦鋮s水補(bǔ)充，可以滿足生化冷卻的需要，適合在滲濾液處理中進(jìn)行生化冷卻。

(3)合理的換熱量計(jì)算以及正確的設(shè)備配置可以達(dá)到生化冷卻的效果。

(4)控制好生化冷卻系統(tǒng)的結(jié)垢、清洗與保養(yǎng)有利于生化冷卻系統(tǒng)的正常運(yùn)行。