摘要:從冷卻系統(tǒng)工藝流程設計、冷卻系統(tǒng)設備選型、冷卻系統(tǒng)工藝控制設計、冷卻系統(tǒng)設計影響因素及冷卻系統(tǒng)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(tǒng)進行闡述，以期為其工程設計和實踐提供技術(shù)基礎(chǔ)。


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(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(nèi)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(zhuǎn)化為熱能，反應器內(nèi)溫度高;同時由于鼓風空氣溫度較高以及各循環(huán)水泵的機械能轉(zhuǎn)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(tǒng)的設計溫度。在一定范圍內(nèi)，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(zhì)、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(jīng)實踐經(jīng)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(tǒng)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(tǒng)對活性污泥進行冷卻，以保證生化系統(tǒng)活性菌種的正常增長，使生化處理系統(tǒng)正常運行[7]。筆者現(xiàn)將垃圾滲濾液處理生化冷卻系統(tǒng)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(shù)基礎(chǔ)。

1冷卻系統(tǒng)工藝流程設計

MBR生化系統(tǒng)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(tǒng)主要針對曝氣劇烈的硝化池進行冷卻降溫。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(tài)的活性污泥與來自冷卻塔的冷卻水通過板式換熱器內(nèi)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(jīng)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(huán)利用，冷卻塔中的蒸發(fā)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(xù)高溫的情況下，高濃度的活性污泥將會生化放熱，生化池內(nèi)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(tǒng)進行冷卻，降低生化系統(tǒng)內(nèi)的溫度以滿足活性污泥的生長需要。

2冷卻系統(tǒng)設備選型

冷卻系統(tǒng)設計中，一套冷卻系統(tǒng)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(xiàn)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(jié)垢等因素導致管道堵塞時，可以從壓力表的數(shù)值觀察出設備運行狀況，便于檢查。也可以在現(xiàn)場觀察出冷卻效果，以便于調(diào)整冷卻系統(tǒng)的運行。

冷卻污泥泵輸送介質(zhì)主要為生化反應器內(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，通過相鄰板片進行換熱，傳熱板片上設計人字形波紋，介質(zhì)在板面流動形成湍流，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(tǒng)對活性污泥進行冷卻，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 ℃。由于冷卻換熱通過板式換熱器進行熱交換，經(jīng)過換熱后的熱介質(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6 m，低于設計液位嚴禁運行;冷卻水泵在冷卻塔內(nèi)水位不足時嚴禁運行。

4冷卻系統(tǒng)設計影響因素

冷卻系統(tǒng)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?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(tǒng)中結(jié)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(jié)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(fā)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)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(fā)現(xiàn)水泵振動異常、異響應及時停機并檢查原因，排除異常現(xiàn)象后方可繼續(xù)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0.25 MPa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(xiàn)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(jié)論

(1)滲濾液處理過程中，生化系統(tǒng)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(huán)境中，生化溫度高于活性污泥生長環(huán)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(tǒng)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(huán)冷卻，輔以適當?shù)睦鋮s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(tǒng)的結(jié)垢、清洗與保養(yǎng)有利于生化冷卻系統(tǒng)的正常運行。