天地人视角-垃圾渗滤液处理中泡沫的产生和消除浅析

2017-09-06

0 引言

垃圾渗滤液处理过程中会出现大量泡沫,不仅影响美观、污染环境,还会造成泵等设备的气蚀等问题。本文旨在分析渗滤液处理过程中泡沫产生的原因,比选消泡工艺,作为消泡设计的参考。

1 泡沫形成的要素

影响泡沫形成的因素很多,但归纳其共性,有三个基本要素,即气液接触、表面活性物质和起泡速度。

1.1 气液接触

不溶性或难溶性气体与液体充分接触是形成泡沫的首要条件。气体的作用是在液体中产生气液界面,为表面活性物质改变界面性质提供基础。气体的来源可以是外部引入的,也可以是液体通过物理化学生物反应产生的。

1.2 表面活性物质

纯液体不会起泡,向纯液体中通入气体,气体会从液体中逸出,即使形成了气泡,一旦接触也即刻破裂,为了真的产生泡沫,液体中必须含有能吸附在气液界面的物质,即表面活性物质。当液体中存在多种表面活性物质相互协同复配后更容易形成稳定的泡沫。

1.3 起泡速度

只有泡沫产生的速度等于大于破灭的速度时,泡沫量才能维持在某一平衡态或不断增加。起泡速度与表面活性物质的类型浓度有关,普通表面活性物质的起泡时间为0.001-0.1S之间。泡沫的湮灭时间除与表面活性物质有关外,还与其热力学性质有关,不同泡沫持续时间差别较大,从几秒至几小时不等。

2 垃圾渗滤液处理过程中泡沫产生的原因

垃圾渗滤液不同的处理工艺产生泡沫的工艺单元和泡沫产生的原因略有差别,本文着重分析预处理+两级DTRO处理工艺和MBR+单级DTRO处理工艺泡沫产生的原因。

2.1 预处理+两级DTRO工艺泡沫产生的原因分析

该工艺产生泡沫的工艺单元为预处理段的高效生物接触脱除器单元和两级DTRO的原水调节单元。

1)高效生物接触脱除器单元  垃圾渗滤液中存在大量表面活性物质,在曝气作用下,表面活性物质吸附在气液界面两侧形成稳定的气泡,气泡从渗滤液中逸出时,相互粘附压缩,形成稳定的泡沫。该泡沫小而密,颜色白,流动性差,稳定性一般。

2) 原水调节单元  该单元气体主要来自水力搅拌带入的空气,如果渗滤液碱度较高,在与酸反应时,会放出二氧化碳,也是该单元气体来源之一。原水调节单元的表面活性物质与高效生物接触脱除器单元的表面活性物质基本相同,均来自垃圾渗滤液原液,二者形成的泡沫也基本相似。

2.2 MBR+单级DTRO工艺泡沫产生的原因分析

该处理工艺泡沫产生单元是MBR生化池。生化池产生泡沫的原因很多,如温度、溶解氧、pH等,但在垃圾渗滤液处理中,泡沫产生的原因主要有三:1)微生物分解产生的表面活性物质。垃圾渗滤液生化池中污泥龄均较长,微生物已进入内源呼吸状态,分解产生多糖、脂蛋白等表面活性物质;2)射流曝气强烈的扰动作用。在射流曝气作用下,空气被粉碎成极其微小的气泡,小气泡比大气泡更有利于产生泡沫;射流曝气强烈的剪切作用容易使菌胶团破碎,菌胶团中的黏液性物质被释放形成表面活性物质;3)丝状微生物影响。污泥龄长、污泥负荷低,丝状微生物异常繁殖且浮在水面上形成网,能捕扫微粒和气泡。被丝网包围的气泡,增加了表面张力,气泡更稳定,不易破碎。

3 消泡工艺选择

泡沫形成的三要素有时候很难被控制或消除,消泡工艺通常是针对已经形成的泡沫。可以通过添加化学物质改变泡沫液膜的表面张力或双电层,也可以使泡沫液膜局部受力,打破液膜原来的受力平衡,前者为化学消泡,后者为物理消泡。

3.1 化学消泡

3.1.1 化学消泡的原理

化学消泡基本原理有三种。1)破坏界面膜的弹性。有的消泡剂在溶液表面能快速铺展,这些易于扩散的分子能迅速形成一个新的表面膜,摧毁产生膜弹性的瞬态表面张力梯度使泡沫破裂。2)降低局部表面张力。凡表面张力低的物质容易被液膜表面吸附,吸附后消泡剂分子取代了起泡剂分子并使液膜局部的表面张力降得非常低,从而可以通过周围高表面张力区的牵引作用使这些区域迅速变薄至破裂点而起到消泡作用。3)降低膜粘度。有的消泡剂在气液界面具有很大的横截面积,他们穿插在界面膜的表面活性物质之间,减弱分子间的内聚力,降低了表面粘度,从而降低了泡沫稳定性。

3.1.2 消泡剂的选择

垃圾渗滤液处理中选择的消泡剂应能满足以下基本条件;1)价格低廉,易于储存;2)消泡剂能力强,使用极少量时就能有效消除泡沫;3)能生化降解,不会增加出水COD值;4)不会对生化系统及后续处理工艺产生影响,特别是不能在反渗透膜浓缩过程中产生结垢。 综上所述,垃圾渗滤液处理过程常选用醚类、醇类或酯类消泡剂,而不选用有机硅类消泡剂。

为了能使消泡剂更快的发挥作用,应适当增加消泡剂的投加点数,消泡剂投加分散而均匀。

3.2 物理消泡

常用的物理消泡方式有水力消泡、机械消泡等。

3.2.1 水力消泡

水力消泡是通过水流产生的强烈剪切和冲击作用促使泡沫破裂。水力消泡分为原位消泡和移位消泡。原位消泡是指在产生泡沫的反应器内将泡沫消除(图3.2-1),污水处理中生化池水力消泡多采用此种形式。移位消泡是指将泡沫转移出其生成的容器后消除(图3.2-2),此种方式一般要单独设置消泡反应器,增加投资,但可以有效减少水力循环泵与气泡的接触,保护泵。

     

图3.2-1原位消泡流程图图                                                                               3.2-2移位消泡流程图

0.1.4 机械消泡

机械消泡是通过机械装置引起的强烈剪切和冲压作用促使泡沫破裂。机械消泡多用发酵工业中,垃圾渗滤液处理也可参照。常用的机械消泡装置可以分为罐内消泡装置和罐外消泡装置。罐内消泡装置最简单的是在搅拌轴上加一个消泡桨,通过转动产生的剪切力打碎泡沫(图3.2-3),也有利用泡沫旋转产生的离心力破泡的形式(图3.2-4)。罐外消泡装置是将泡沫引到罐外,依靠喷嘴产生的加速作用或者离心力来消除泡沫(图3.2-5,图3.2-6)。

     

图3.2-3变径孔式消泡桨                 图3.2-4旋转圆板式消泡装置

                 

图3.2-5转叶片机械消泡装置               图3.2-6离心力消泡装置

3.3 消泡工艺比选

通过表3.3-1的比较可以看出,预处理+两级DTRO处理工艺中的高效生物接触脱除器和原水调节产生的泡沫应以物理消泡为主,因为该处理工艺生物降解作用较弱或没有生物降解作用,过多的投加消泡剂易增加渗滤液的COD值和电导率,增加后续污水处理难度。而物理消泡则不会增加渗滤液中污染物含量,且水力消泡和机械消泡工艺成熟,操作维护简单,消泡效果明显,能够满足该处理工艺段的消泡要求。

表3.3-1不同产泡工艺单元消泡工艺选择

序号

产泡工艺单元

消泡工艺

选择原因

1

高效生物接触脱除器单元

物理消泡,必要时辅以化学消泡

生物降解作用较弱,不易过多引入化学物质

2

原水调节单元

物理消泡,必要时辅以化学消泡

无生物降解作用,不易过多引入化学物质

3

MBR生化池单元

物理消泡和化学消泡并用

泡沫稳定性好,物理消泡效果不明显时增加化学消泡

MBR+单级DTRO工艺中的生化池单元消泡应采用水力消泡和消泡剂消泡并用的原则。因为生化单元的泡沫量大且稳定性好,水力消泡有时难以满足消泡要求。通过投加消泡剂改变泡沫的性质并辅以水力剪切和冲击作用,可以起到很好的消泡效果。消泡剂的选择和投加方式应满足化学消泡的要求。

0 小结及展望

综上所述,不同的渗滤液处理工艺泡沫产生的原因和特点不用。预处理+两级DTRO工艺起泡物质来源于渗滤液原液,泡沫流动性差,稳定性一般。MBR+单级DTRO工艺起泡物质来源于微生物自身的分解,又因泡沫外包裹着丝状微生物,泡沫稳定。前者产生的泡沫可通过物理消泡消除,后者产生的泡沫可通过水力消泡和消泡剂消泡共同消除。

定量分析消泡参数的设计将是未来的重点,如水力消泡淋水密度、淋水强度和水滴大小的确定,机械消泡设备直径和转速参数的选择等。


参考文献

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