天地人視角-垃圾滲濾液處理中泡沫的產生和消除淺析

2017-09-06

0 引言

垃圾滲濾液處理過程中會出現大量泡沫,不僅影響美觀、污染環境,還會造成泵等設備的氣蝕等問題。本文旨在分析滲濾液處理過程中泡沫產生的原因,比選消泡工藝,作為消泡設計的參考。

1 泡沫形成的要素

影響泡沫形成的因素很多,但歸納其共性,有三個基本要素,即氣液接觸、表面活性物質和起泡速度。

1.1 氣液接觸

不溶性或難溶性氣體與液體充分接觸是形成泡沫的首要條件。氣體的作用是在液體中產生氣液界面,為表面活性物質改變界面性質提供基礎。氣體的來源可以是外部引入的,也可以是液體通過物理化學生物反應產生的。

1.2 表面活性物質

純液體不會起泡,向純液體中通入氣體,氣體會從液體中逸出,即使形成了氣泡,一旦接觸也即刻破裂,為了真的產生泡沫,液體中必須含有能吸附在氣液界面的物質,即表面活性物質。當液體中存在多種表面活性物質相互協同復配后更容易形成穩定的泡沫。

1.3 起泡速度

只有泡沫產生的速度等于大于破滅的速度時,泡沫量才能維持在某一平衡態或不斷增加。起泡速度與表面活性物質的類型濃度有關,普通表面活性物質的起泡時間為0.001-0.1S之間。泡沫的湮滅時間除與表面活性物質有關外,還與其熱力學性質有關,不同泡沫持續時間差別較大,從幾秒至幾小時不等。

2 垃圾滲濾液處理過程中泡沫產生的原因

垃圾滲濾液不同的處理工藝產生泡沫的工藝單元和泡沫產生的原因略有差別,本文著重分析預處理+兩級DTRO處理工藝和MBR+單級DTRO處理工藝泡沫產生的原因。

2.1 預處理+兩級DTRO工藝泡沫產生的原因分析

該工藝產生泡沫的工藝單元為預處理段的高效生物接觸脫除器單元和兩級DTRO的原水調節單元。

1)高效生物接觸脫除器單元  垃圾滲濾液中存在大量表面活性物質,在曝氣作用下,表面活性物質吸附在氣液界面兩側形成穩定的氣泡,氣泡從滲濾液中逸出時,相互粘附壓縮,形成穩定的泡沫。該泡沫小而密,顏色白,流動性差,穩定性一般。

2) 原水調節單元  該單元氣體主要來自水力攪拌帶入的空氣,如果滲濾液堿度較高,在與酸反應時,會放出二氧化碳,也是該單元氣體來源之一。原水調節單元的表面活性物質與高效生物接觸脫除器單元的表面活性物質基本相同,均來自垃圾滲濾液原液,二者形成的泡沫也基本相似。

2.2 MBR+單級DTRO工藝泡沫產生的原因分析

該處理工藝泡沫產生單元是MBR生化池。生化池產生泡沫的原因很多,如溫度、溶解氧、pH等,但在垃圾滲濾液處理中,泡沫產生的原因主要有三:1)微生物分解產生的表面活性物質。垃圾滲濾液生化池中污泥齡均較長,微生物已進入內源呼吸狀態,分解產生多糖、脂蛋白等表面活性物質;2)射流曝氣強烈的擾動作用。在射流曝氣作用下,空氣被粉碎成極其微小的氣泡,小氣泡比大氣泡更有利于產生泡沫;射流曝氣強烈的剪切作用容易使菌膠團破碎,菌膠團中的黏液性物質被釋放形成表面活性物質;3)絲狀微生物影響。污泥齡長、污泥負荷低,絲狀微生物異常繁殖且浮在水面上形成網,能捕掃微粒和氣泡。被絲網包圍的氣泡,增加了表面張力,氣泡更穩定,不易破碎。

3 消泡工藝選擇

泡沫形成的三要素有時候很難被控制或消除,消泡工藝通常是針對已經形成的泡沫。可以通過添加化學物質改變泡沫液膜的表面張力或雙電層,也可以使泡沫液膜局部受力,打破液膜原來的受力平衡,前者為化學消泡,后者為物理消泡。

3.1 化學消泡

3.1.1 化學消泡的原理

化學消泡基本原理有三種。1)破壞界面膜的彈性。有的消泡劑在溶液表面能快速鋪展,這些易于擴散的分子能迅速形成一個新的表面膜,摧毀產生膜彈性的瞬態表面張力梯度使泡沫破裂。2)降低局部表面張力。凡表面張力低的物質容易被液膜表面吸附,吸附后消泡劑分子取代了起泡劑分子并使液膜局部的表面張力降得非常低,從而可以通過周圍高表面張力區的牽引作用使這些區域迅速變薄至破裂點而起到消泡作用。3)降低膜粘度。有的消泡劑在氣液界面具有很大的橫截面積,他們穿插在界面膜的表面活性物質之間,減弱分子間的內聚力,降低了表面粘度,從而降低了泡沫穩定性。

3.1.2 消泡劑的選擇

垃圾滲濾液處理中選擇的消泡劑應能滿足以下基本條件;1)價格低廉,易于儲存;2)消泡劑能力強,使用極少量時就能有效消除泡沫;3)能生化降解,不會增加出水COD值;4)不會對生化系統及后續處理工藝產生影響,特別是不能在反滲透膜濃縮過程中產生結垢。 綜上所述,垃圾滲濾液處理過程常選用醚類、醇類或酯類消泡劑,而不選用有機硅類消泡劑。

為了能使消泡劑更快的發揮作用,應適當增加消泡劑的投加點數,消泡劑投加分散而均勻。

3.2 物理消泡

常用的物理消泡方式有水力消泡、機械消泡等。

3.2.1 水力消泡

水力消泡是通過水流產生的強烈剪切和沖擊作用促使泡沫破裂。水力消泡分為原位消泡和移位消泡。原位消泡是指在產生泡沫的反應器內將泡沫消除(圖3.2-1),污水處理中生化池水力消泡多采用此種形式。移位消泡是指將泡沫轉移出其生成的容器后消除(圖3.2-2),此種方式一般要單獨設置消泡反應器,增加投資,但可以有效減少水力循環泵與氣泡的接觸,保護泵。

     

圖3.2-1原位消泡流程圖圖                                                                               3.2-2移位消泡流程圖

0.1.4 機械消泡

機械消泡是通過機械裝置引起的強烈剪切和沖壓作用促使泡沫破裂。機械消泡多用發酵工業中,垃圾滲濾液處理也可參照。常用的機械消泡裝置可以分為罐內消泡裝置和罐外消泡裝置。罐內消泡裝置最簡單的是在攪拌軸上加一個消泡槳,通過轉動產生的剪切力打碎泡沫(圖3.2-3),也有利用泡沫旋轉產生的離心力破泡的形式(圖3.2-4)。罐外消泡裝置是將泡沫引到罐外,依靠噴嘴產生的加速作用或者離心力來消除泡沫(圖3.2-5,圖3.2-6)。

     

圖3.2-3變徑孔式消泡槳                 圖3.2-4旋轉圓板式消泡裝置

                 

圖3.2-5轉葉片機械消泡裝置               圖3.2-6離心力消泡裝置

3.3 消泡工藝比選

通過表3.3-1的比較可以看出,預處理+兩級DTRO處理工藝中的高效生物接觸脫除器和原水調節產生的泡沫應以物理消泡為主,因為該處理工藝生物降解作用較弱或沒有生物降解作用,過多的投加消泡劑易增加滲濾液的COD值和電導率,增加后續污水處理難度。而物理消泡則不會增加滲濾液中污染物含量,且水力消泡和機械消泡工藝成熟,操作維護簡單,消泡效果明顯,能夠滿足該處理工藝段的消泡要求。

表3.3-1不同產泡工藝單元消泡工藝選擇

序號

產泡工藝單元

消泡工藝

選擇原因

1

高效生物接觸脫除器單元

物理消泡,必要時輔以化學消泡

生物降解作用較弱,不易過多引入化學物質

2

原水調節單元

物理消泡,必要時輔以化學消泡

無生物降解作用,不易過多引入化學物質

3

MBR生化池單元

物理消泡和化學消泡并用

泡沫穩定性好,物理消泡效果不明顯時增加化學消泡

MBR+單級DTRO工藝中的生化池單元消泡應采用水力消泡和消泡劑消泡并用的原則。因為生化單元的泡沫量大且穩定性好,水力消泡有時難以滿足消泡要求。通過投加消泡劑改變泡沫的性質并輔以水力剪切和沖擊作用,可以起到很好的消泡效果。消泡劑的選擇和投加方式應滿足化學消泡的要求。

0 小結及展望

綜上所述,不同的滲濾液處理工藝泡沫產生的原因和特點不用。預處理+兩級DTRO工藝起泡物質來源于滲濾液原液,泡沫流動性差,穩定性一般。MBR+單級DTRO工藝起泡物質來源于微生物自身的分解,又因泡沫外包裹著絲狀微生物,泡沫穩定。前者產生的泡沫可通過物理消泡消除,后者產生的泡沫可通過水力消泡和消泡劑消泡共同消除。

定量分析消泡參數的設計將是未來的重點,如水力消泡淋水密度、淋水強度和水滴大小的確定,機械消泡設備直徑和轉速參數的選擇等。


參考文獻

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