管式膜MBR技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用

1、管式膜MBR技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用城市垃圾是城市環(huán)境治理的一大難題。垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站、焚燒場或填埋場的垃圾滲濾液是由各種化合物和漚化腐爛物質(zhì)生成，含有濃度極高的BOD、COD、含氮化合物、含磷化合物、有機(jī)鹵化物及硫化物、無機(jī)鹽類等，不僅氣味惡臭，而且其中不少是致癌物。若排放地表，污染環(huán)境，溶入地下，污染水源，是城市環(huán)境和人體健康的一大危害。而且垃圾填埋時(shí)間越久，其滲濾液的濃度就越高、危害就越大。近些年來生活垃圾處理越來越受到人們的重視，我國專門制定了GBl6889-1997生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)。膜生物法(MBR)是近些年才出現(xiàn)的一種集膜過濾和生物處理于一體的新型高效生物處理技術(shù)。由于膜的高

2、效截留作用，可以使污泥濃度達(dá)到較高的水平，大大提高污泥負(fù)荷，減少占地面積，出水水質(zhì)好，適合垃圾滲濾液這樣高濃度難降解有機(jī)廢水處理，有很大的應(yīng)用前景。l垃圾滲濾液的特性垃圾滲濾液是一種高濃度有機(jī)廢水，其成分復(fù)雜、水質(zhì)水量變化大。垃圾滲濾液的來源主要有直接降水、地表徑流、地表灌溉、地下水、垃圾自身的水分、覆蓋材料中的水分和垃圾生化反應(yīng)的生成水等。影響垃圾滲濾液成分的因素主要有：垃圾成分、場地氣候條件、場地的水文地質(zhì)降雨條件、填埋條件及填埋時(shí)間等。這就決定了垃圾滲濾液的水質(zhì)水量的變化大，且變化規(guī)律復(fù)雜。CODcr、BOD5、氨氮的含量較高，且隨填埋時(shí)間的延長，垃圾中的有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮，氨氮濃度升高

3、。由于垃圾降解產(chǎn)生的CO2溶解使得垃圾滲濾液呈微酸性，這種偏酸性的環(huán)境加劇了垃圾中不溶于水的碳酸鹽、金屬及其金屬氧化物等發(fā)生溶解，因此滲濾液中含有較高濃度的金屬離子。垃圾滲濾液的難處理還表現(xiàn)為它的變化性。一是產(chǎn)生量呈季節(jié)性變化，雨季明顯大于旱季。二是污染物組成及其濃度的季節(jié)性變化，平原地區(qū)填埋場干冷季節(jié)滲濾液中的污染物組成和濃度較低。三是污染物組成及其濃度隨填埋年限的延長而變化。填埋層各部分物化和生物學(xué)特征及其活動(dòng)方式都不同，“年輕”填埋場(使用5年以內(nèi))的滲濾液pH值較低，BOD、COD、VFA、金屬離子濃度和BOD/COD較高;“年老”填埋場(使用10年以上)的滲濾液pH值近中性，BOD、

4、COD、VFA濃度和BOD/COD較低，金屬離子濃度下降，但氨氮濃度較高。因此在選擇垃圾滲濾液處理工藝時(shí)要適應(yīng)垃圾滲濾液的變化特性，由于垃圾滲濾液的復(fù)雜變化，因此只有穩(wěn)定運(yùn)行，才可以對其進(jìn)行較好的處理。應(yīng)用管式膜MBR處理工藝可以對不同時(shí)間的垃圾滲濾液進(jìn)行處理，都具有較好的處理效果。目前，我國的垃圾滲濾液存在水質(zhì)變化大和可生化性差的問題，而管式膜MBR技術(shù)可以解決這兩個(gè)問題。2垃圾滲濾液的處理方式滲濾液的處理方法一般有物化法和生物法。2.1物化法物化法是指通過物理化學(xué)的方法去除滲濾液中的COD、SS、色度、重金屬等。相對于生物法，物理化學(xué)法不受滲濾液水質(zhì)水量的影響，抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，出水水質(zhì)

5、比較穩(wěn)定，尤其在廢水可生化性較差的時(shí)候有比較好的處理效果;但是物化法處理成本較高，不適于大量垃圾滲濾液的處理。近年來，用于滲濾液處理的物化法主要有活性炭吸附、化學(xué)沉淀法、吸附法、化學(xué)氧化法、反滲透法、電滲析等多種方法。目前物化法主要用作預(yù)處理或與其他方法聯(lián)合使用。2.2生化法當(dāng)滲濾液的BOD/COD值大于0.3時(shí)，表明滲濾液的可生化性較好，可采用生化法處理，生化處理具有處理效果好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，它是目前應(yīng)用最廣泛的處理方法。但是垃圾滲濾液隨填埋時(shí)間的增加，BOD/COD比值變低，可生化性變差。生物法處理垃圾滲濾液對COD的去除率只有70%左右，當(dāng)進(jìn)水COD較高時(shí)，僅用生物法不能達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)

6、。2.3組合式工藝處理垃圾滲濾液滲濾液成分復(fù)雜，僅采用普通的生物處理工藝難以達(dá)到理想的效果，因此需采用合適的預(yù)處理措施來提高它的可生化性，以改善后續(xù)工藝的運(yùn)行環(huán)境。采用物化和膜生物組合式的處理工藝處理垃圾滲濾液，可以避免這兩種方法的缺點(diǎn)。經(jīng)過超濾膜過濾后的清液使用納濾膜進(jìn)行再過濾和濃縮，納濾膜能脫除高價(jià)金屬離子和色度，納濾膜對有機(jī)污染物CODCr、BOD5和SS的平均去除率分別達(dá)到85.7%、88.6%和100%,出水完全達(dá)到國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)。為了使處理后的出水水質(zhì)達(dá)到一級排放標(biāo)準(zhǔn)，對納濾膜出水中含有的一些小分子有機(jī)物進(jìn)行使用反滲透再濃縮，脫除絕大部分金屬離子和小分子色素及小分子有機(jī)物，從而使

7、出水水質(zhì)達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。MBR+RO工藝可以有效的去除滲濾液中的污染物。MBR工藝可以降解有機(jī)物和去除氨氮，RO工藝可去除無機(jī)離子和難降解的物質(zhì)。經(jīng)過MBR工藝處理后，進(jìn)水COD平均為1017mg/L，出水COD為32mg/L，平均去除率為97%;出水的BOD5平均為9mg/L，去除率為97%左右。MBR工藝作為RO工藝的前處理可有效去除SS，這可以防止反滲透膜孔道堵塞，MBR工藝中硝化產(chǎn)生的NO3-N和NO2-N被后續(xù)的RO工藝去除。由此可見，垃圾滲濾液采用生物法和反滲透膜相結(jié)合的組合工藝進(jìn)行處理，其處理后的出水可以達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。3管式膜MBR工藝介紹膜生物反應(yīng)器(MBR)是膜分離技術(shù)

8、與生物技術(shù)相結(jié)合的新型廢水處理技術(shù)，是廢水處理技術(shù)的一項(xiàng)創(chuàng)新。由于膜的使用，徹底改變了傳統(tǒng)生化的一些基本特性。它利用膜分離設(shè)備將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子物質(zhì)截留住，使得活性污泥濃度大大提高，水力停留時(shí)間(HRT)和污泥停留時(shí)間(SRT)大大縮短，由于活性污泥濃度的較大提高，難降解的物質(zhì)在反應(yīng)器中不斷反應(yīng)、降解。因此，膜生物反應(yīng)器工藝通過膜分離技術(shù)大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)器的功能。由于膜的放置形式不同，膜生物反應(yīng)器分為浸沒式(也叫內(nèi)置式或一體式)和外置式(或分體式)。由于處理垃圾滲透液生化污泥濃度較高，常常是1530g/L，因此浸沒式中空纖維MBR很容易造成堵塞、斷絲和癱瘓。管式膜MBR技術(shù)是外

9、置式形式，通過水泵將污泥打入膜管內(nèi)，在壓力的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行膜分離，出水透過膜進(jìn)入產(chǎn)水箱，而污泥回到生化池繼續(xù)參與生化反應(yīng)，膜過濾原理及管式超濾膜系統(tǒng)的過濾原理見圖1、2。MBR技術(shù)是用膜過濾替代傳統(tǒng)活性污泥法中的二沉池，可使生化反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度從35g/L提高到2030g/L，最高可達(dá)到40g/L，使反應(yīng)效率提高，出水無菌體及懸浮物。并且無須太多考慮污泥沉降和膨化的問題。工藝流程為：滲濾液-預(yù)處理-調(diào)節(jié)池-MBR池(管式超濾膜)-RO-出水。MBR的主要特點(diǎn)：主要污染物COD、BOD和氨氮有效降解，無二次污染;出水無細(xì)菌和固形物;工程占地面積小;剩余污泥量小;無需脫臭裝置;運(yùn)行費(fèi)用較低。垃圾滲濾

10、液經(jīng)MBR處理，一般能滿足間接排放要求，如出水需達(dá)到直接排放標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同情況，后續(xù)可用RO作深度處理。與傳統(tǒng)生化處理工藝相比，活性污泥通過超濾(UF)系統(tǒng)進(jìn)行固液分離，將粒徑大于0.02 m的顆粒、懸浮物等截留在系統(tǒng)內(nèi)，超濾出水清澈。有單獨(dú)循環(huán)泵以產(chǎn)生較大的過濾通量，流速為3.5m/s，避免膜管堵塞。超濾最大壓力為0.6MPa，膜管由清洗泵沖洗，清洗后的清洗水在膜環(huán)路中循環(huán)回到清洗槽，直到充分清洗，每13個(gè)月加化學(xué)藥劑清洗一次。為了達(dá)到更好的出水水質(zhì)，超濾后出水可再進(jìn)入RO系統(tǒng)，截留那些不易降解的大分子有機(jī)物，使出水降到120 mg/L以下或更低的水平，出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。4膜污染及清洗目前制約膜

11、技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要問題是膜污染，即膜組件運(yùn)行一定時(shí)間后，膜通量下降的現(xiàn)象。目前國外采用的一些管式超濾膜針對膜污染問題已經(jīng)做了很大的改進(jìn)，具有以下特點(diǎn)：具有較高的膜通量，是浸沒式膜的510倍;使用堅(jiān)固耐用的PVDF和PES材質(zhì);膜的使用壽命高達(dá)7年;可以在不同的污泥濃度下穩(wěn)定運(yùn)行(濃度最高可達(dá)40g/L);無須反沖，易于清洗和更換;占地面積小。這種膜在世界各地的應(yīng)用案例已有一千余項(xiàng)，可以用化學(xué)清洗滿足這種管式超濾膜的通量恢復(fù)，使其壽命達(dá)7年以上?；瘜W(xué)清洗時(shí)pH值范圍為111、溫度低于40。使用的化學(xué)試劑有：雙氧水(最大濃度：1000ppm)、氫氧化鈉溶液(pH最大11)、硝酸(pH最小1)、磷酸

12、(pH最小1)、磷酸納、檸檬酸、草酸及EDTA溶液。5結(jié)論滲濾液水質(zhì)是連續(xù)變化的，這與垃圾填埋場所處地區(qū)氣候、降水、水文特點(diǎn)有關(guān)，也與填埋場運(yùn)行時(shí)間密切相關(guān)。所以對滲濾液的處理，不僅要考慮工藝方法對滲濾液的處理效果，而且更要考慮該工藝方法對水質(zhì)、水量變化的適應(yīng)性。物化法控制條件靈活、調(diào)整參數(shù)方便可靠，而生物法則對連續(xù)變化的滲濾液水質(zhì)具有較好的適應(yīng)性，結(jié)合兩者各自特點(diǎn)，采用組合式工藝管式膜MBR與RO組合方式處理垃圾滲濾液，對水質(zhì)水量的變化有很好的適應(yīng)性，在其水質(zhì)水量變化時(shí)均能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，同時(shí)具有較強(qiáng)的可擴(kuò)充性，可根據(jù)需要增加一級、二級RO膜組。管式膜MBR與RO組合工藝是處理垃圾滲濾液的一個(gè)

13、發(fā)展方向，有著廣闊的應(yīng)用前景。二階段浸沒燃燒蒸發(fā)技術(shù)二階段浸沒燃燒蒸發(fā)技術(shù)原理清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系經(jīng)過多年探索研究開發(fā)了二階段浸沒燃燒蒸發(fā)技術(shù)，滲濾液的蒸發(fā)分為兩個(gè)階段執(zhí)行，通過控制工藝條件使大量揮發(fā)性污染物在極短的時(shí)間內(nèi)由第一階段揮發(fā)進(jìn)行焚燒處理;經(jīng)第一階段初步蒸發(fā)的滲濾液進(jìn)入第二階段繼續(xù)蒸發(fā)濃縮，使水與不揮發(fā)性的溶質(zhì)得到較有效的分離，所產(chǎn)生的蒸汽冷凝液視當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求可直接排放或經(jīng)過簡單處理后排放。最終濃縮液含固率可達(dá)25%以上，主要含有鹽類、大分子有機(jī)物和微量重金屬，可采用固化技術(shù)對其進(jìn)行處理。浸沒燃燒蒸發(fā)設(shè)備在浸沒燃燒蒸發(fā)過程中，由于氣流激烈擾動(dòng)和氣泡破裂形成的微小液滴不可避免地隨蒸

14、發(fā)尾氣上升并最終可能被夾帶出蒸發(fā)裝置，因此霧沫夾帶控制是提高浸沒燃燒蒸發(fā)技術(shù)凈化功能的另外一條重要的技術(shù)途徑。為了有效抑制蒸發(fā)過程霧沫夾帶、提高處理過程的去污性能，專有浸沒燃燒蒸發(fā)器，極大地提高了蒸發(fā)器氣液分離效果，確保蒸發(fā)冷凝液的良好水質(zhì)。工藝流程二階段浸沒燃燒蒸發(fā)工藝流程如圖所示。由兩級浸沒燃燒蒸發(fā)器組成，一級蒸汽在二級蒸發(fā)器的填埋氣體燃燒室焚燒去除有害污染物，二級蒸發(fā)器產(chǎn)生的尾氣主要為水蒸汽，可用于進(jìn)料的預(yù)熱。該工藝具有如下優(yōu)點(diǎn)：工藝流程短、設(shè)備投資遠(yuǎn)低于國外產(chǎn)品;兩級蒸發(fā)器協(xié)同作用，分別實(shí)現(xiàn)污染物揮發(fā)焚燒和滲濾液蒸發(fā)濃縮功能，分工明確，處理效率高;控制上兩級蒸發(fā)器各自獨(dú)立，系統(tǒng)控制方便

15、，自動(dòng)化程度高;系統(tǒng)適應(yīng)性和抗變負(fù)荷能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，適用范圍廣;焚燒銷毀污染物的熱量作為第二級蒸發(fā)器的能量來源，冷凝液用于對滲濾液進(jìn)料進(jìn)行預(yù)熱，能量利用科學(xué)而高效;與現(xiàn)有浸沒燃燒蒸發(fā)工藝相比，能耗極低，同等處理規(guī)模，填埋氣體用量最多可削減50%以上;可使?jié)B濾液濃550倍以上，冷凝液水質(zhì)能夠達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn)以上，可有效控制填埋場滲濾液的污染。隨著我國環(huán)保投資力度的不斷加大以及環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，在出現(xiàn)有效替代技術(shù)之前反滲透將在滲濾液處理領(lǐng)域獲得越來越多的應(yīng)用，對反滲透濃縮液的高效處理技術(shù)的需求也將越來越迫切，因此二階段浸沒燃燒蒸發(fā)技術(shù)在滲濾液處理領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。如果填埋場集氣量相對較大，可滿

16、足全部滲濾液蒸發(fā)的需要，那么二階段浸沒燃燒蒸發(fā)技術(shù)亦可直接用于滲濾液經(jīng)生物處理后出水的蒸發(fā)濃縮，從而節(jié)省膜系統(tǒng)的巨額投資和運(yùn)行費(fèi)用。MBR工藝出水懸浮物為零，細(xì)菌總數(shù)優(yōu)于飲用水標(biāo)準(zhǔn)，COD和氨氮去除率高于95%，出水可以直接回用。對MBR工藝進(jìn)行的經(jīng)濟(jì)分析表明：與傳統(tǒng)的三級處理相比，MBR工藝的基建費(fèi)用低，但運(yùn)行費(fèi)用較高(目前MBR工藝的電耗為1.0 kW.h/m3)。膜生物反應(yīng)器是將膜分離技術(shù)和生物處理技術(shù)直接相結(jié)合，幾乎能將所有的微生物截留在生物反應(yīng)器中，這使反應(yīng)器中的生物污泥濃度極高，理論上污泥泥齡可以無限長，使出水的有機(jī)污染物含量降到最低，極有效地去除氨氮，對難降解的工業(yè)廢水也非常有效

17、。膜過濾作用使出水清澈透明，無懸浮物，可直接回用。在膜生物反應(yīng)器中，由于污泥泥齡長，而且溶解氧充足，有利于硝化菌生長，因此氨氮去除良好。試驗(yàn)期間內(nèi)，進(jìn)水氨氮濃度為1020mg/L，其平均值為16mg/L，出水氨氮濃度<1mg/L，氨氮去除率在97%以上。膜生物反應(yīng)器的經(jīng)濟(jì)分析膜生物反應(yīng)器技術(shù)具有出水水質(zhì)良好、運(yùn)行管理簡單、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，是污水回用的適用技術(shù)。本研究對一個(gè)規(guī)模為806m3/d居住區(qū)污水回用工程分別采用厭氧好氧絮凝沉淀過濾消毒工藝(以下簡稱工藝1)和膜生物床工藝(以下簡稱工藝2)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析和比較。經(jīng)濟(jì)分析和比較依照有關(guān)手冊進(jìn)行5。就出水水質(zhì)而言，工

18、藝2出水的濁度、SS、COD和NH3-N優(yōu)于工藝1，但是出水中的NO3-N會(huì)劣于工藝1。經(jīng)濟(jì)分析比較的主要結(jié)論：兩種污水處理工藝的經(jīng)濟(jì)比較比較項(xiàng)目工藝1工藝2工藝1的總基建投資是工藝2的2.78倍。由于目前國產(chǎn)膜組件的成本較高且工作壽命較低，更換膜組件的費(fèi)用占了運(yùn)行費(fèi)用的約50%，如果膜組件的費(fèi)用可以減低20%，工藝2的運(yùn)行費(fèi)用與工藝1的基本持平。由于工藝2的基建費(fèi)用低，它的企業(yè)內(nèi)部收益率高于工藝1。隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展和城鎮(zhèn)人口數(shù)量的增長，城市垃圾已經(jīng)成為全球性環(huán)境污染的主要因素之一。目前，國內(nèi)外廣泛采用的城市垃圾處理方式主要有綜合利用、焚燒、堆肥和衛(wèi)生填埋四種處理方式。衛(wèi)生填埋是世界范圍

19、內(nèi)垃圾處理的主要方式。而填埋過程中由于垃圾發(fā)酵和降水，地下水和地表水浸泡，將產(chǎn)生大量的垃圾滲濾液。城市垃圾填埋場滲濾液的處理一直是填埋場設(shè)計(jì)、運(yùn)行和管理中非常棘手的問題。由于液體在流動(dòng)過程中有許多因素可能影響到滲濾液的性質(zhì)，包括物理因素、化學(xué)因素以及生物因素等，所以滲濾液的性質(zhì)在一個(gè)相當(dāng)大的范圍內(nèi)變動(dòng)。一般來說，其pH值在49之間，COD在200062000mg/L的范圍內(nèi)，BOD5在6045000mg/L 范圍內(nèi)，NH4-N在501000mg/L 范圍內(nèi)，SS在302000mg/L范圍內(nèi)，TN在1002000mg/L 范圍內(nèi)。重金屬濃度和市政污水中重金屬的濃度基本一致。城市垃圾填埋場滲濾液是

20、一種成分相當(dāng)復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水，若任其排放將嚴(yán)重污染周圍農(nóng)田及水系，特別是會(huì)造成地下水或周圍環(huán)境污染，后果更為嚴(yán)重。以保護(hù)環(huán)境為目的，對滲濾液進(jìn)行處理是尤為必要的?；鴿B濾液具有不同于一般城市污水的特點(diǎn)：BOD5和COD濃度高、金屬含量較高、水質(zhì)水量垃變化大、氨氮的含量較高，微生物營養(yǎng)元素比例失調(diào)等 。在滲濾液的處理方法中，如將滲濾液與城市污水合并處理很容易破壞微生物的活性，另外填埋場通常遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)，因此其滲濾液往往不得不單獨(dú)處理。目前成熟而適用的工藝是：生化法+膜分離法，該工藝不但生產(chǎn)成本低，而且出水水質(zhì)好，符合國家新頒布的一級排放標(biāo)準(zhǔn)。與傳統(tǒng)活性污泥法污水處理工藝相比，MBR的優(yōu)點(diǎn)很明顯：1 出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定由于膜的高效分離作用，分離效果遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)沉淀池，處理出水極其清澈， 懸浮物和濁度接近于零，細(xì)菌和病毒被大幅去除 ，出水水質(zhì)優(yōu)于建設(shè)部頒發(fā)的生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)( CJ25.1-89 )，可以直接作為非飲用市政雜用水進(jìn)行回用。同時(shí)，膜分離也使 微生物被