浸沒式平片膜組件在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用

1、浸沒式平片膜組件在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用梁國明* 任鶴云* 陸嘉竑* 樓福樂* 童國英*中國科學院上海應(yīng)用物理研究所 201800 *上海市政工程設(shè)計研究院 200092自1969年Smith首次報道了美國Dorr-oliver公司把活性污泥法和超濾工藝結(jié)合處理城市污水的方法，數(shù)十年來，膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用獲得長足發(fā)展1。膜生物反應(yīng)器（Membrane Bioreactor, MBR）相比于其他生物處理工藝具有明顯的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在：能夠高效地進行固液分離，出水懸浮物和濁度接近于零，可以直接回用；膜的高效截流作用，使微生物被完全截流在反應(yīng)器內(nèi)，實現(xiàn)了反應(yīng)器水利停留時間（HRT）和污泥停留時間（S

2、RT）的完全分離；反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度高，耐沖擊負荷；通過運行方式的改變可有脫氮和除鱗功能；用膜組件代替了傳統(tǒng)活性污泥法( CAS)中的二沉池使占地面積大幅降低，工藝設(shè)備集中；易實現(xiàn)自動化控制。膜生物反應(yīng)器主要分為分置式膜生物反應(yīng)器和一體式膜生物反應(yīng)器。相比于分置式膜生物反應(yīng)器，浸沒式膜生物反應(yīng)器的最大特點是運行能耗低，因此近年發(fā)展迅速。在浸沒式膜生物反應(yīng)器中目前采用最多的組件形式是平片式和中空纖維式。浸沒平片式膜組件具有浸沒放置、低壓(抽吸或重力)出水、氣液兩相流擾動、長時間穩(wěn)定運行、不易污染、清洗頻率低、清洗操作方便、運行能耗低、膜片可單張更換等特點。生活垃圾填埋場的滲濾液成份復(fù)雜，污染濃

3、度高，處理困難。雖然有許多方法可用于處理，但生物處理法是經(jīng)濟有效的首選方法，所以國內(nèi)外生活垃圾填埋場的滲濾液幾乎都以生物處理為主體工藝，并輔以物理化學的方法。生活垃圾滲濾液的污染濃度是生活污水的10100倍，甚至更大。通常需要在生物處理前采用氨吹脫、混凝沉淀等預(yù)處理。為了達到排放標準，往往還需要在生物處理后再采用混凝沉淀、炭濾、膜濾、化學氧化等后處理方法，才能達到較好的出水水質(zhì)。本文介紹了浸沒式平片膜組件的基本情況及在垃圾滲濾液處理中應(yīng)用的最新進展。1 浸沒式平片膜元件1.1 平片膜膜生物反應(yīng)器所用的浸沒式膜元件通常需要的濾膜孔徑介于超濾和微濾之間，我們研究了不同膜材質(zhì)及孔徑對MBR運行性能的

4、影響，結(jié)果表明，不同材質(zhì)的濾膜在處理特定的污水時，性能會有較大差異，見圖1-1。在處理洗衣廢水時，輻照改性PVDF膜呈現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。圖1.1洗衣廢水處理過程中改性PVDF膜與其他膜的比較(圖中的通量F值為不同HRT運行過程中每天在10kPa抽吸壓力下測得的膜通量)1.2浸沒式平片膜元件的結(jié)構(gòu)在一體浸沒式濾膜組件中，膜元件結(jié)構(gòu)是影響MBR性能的重要因素。國外平片式和中空纖維式都有較多的應(yīng)用，而國內(nèi)采用的濾膜元件大都為中空纖維型。平片式濾膜元件由于表面平整，膜面不易被污泥污染，過濾通量大，并且好氧反應(yīng)池混合液的活性污泥濃度可以進一步提高234。鑒于平片式濾膜元件的前述特點，我們研制、開發(fā)了浸沒

5、平片式濾膜元件。膜元件的結(jié)構(gòu)見圖1-2，圖1-3為濾膜元件照片。圖1-2 平片膜元件的示意圖 圖1-3 膜元件的照片1.3 主要性能指標浸沒式膜元件的主要性能指標見表1。表1 浸沒式平片膜元件的性能指標型號（元件）SMBR150SMBR80SMBR25有效膜面積（m2）1.500.80.25外形尺寸（mm）51018001051010001038050010組件面積（m2）75105405635濾膜公稱孔徑0.30m濾膜材質(zhì)PVDF或改性PES增強板框ABS溫度（）535壓力（KPa）-40-5過濾產(chǎn)量400450（m3/m2d）2浸沒式平片膜組件浸沒式平片式膜組件包括三部分：浸沒式平片膜元件

6、、出水抽吸管路、曝氣管，見圖2-1。圖圖2-1 平片式膜組件外形圖浸沒式平片膜元件的主要作用是截留微生物絮體為主的活性污泥；經(jīng)過濾膜過濾的處理水由出水抽吸管路從反應(yīng)器中抽出；曝氣系統(tǒng)有兩個作用5：在組件底部排出的空氣向上運動，形成的氣液流沖刷膜表面，有效的防止膜面的濃差極化和泥垢的形成，保持濾膜有較穩(wěn)定的抽吸通量；其次，空氣中的氧溶入污泥混合液，維持好氧反應(yīng)的需氧量。我們設(shè)計的穿孔曝氣管路系統(tǒng)散氣孔呈斜下45o排列，基本實現(xiàn)了上述二個目的。3垃圾滲濾液的處理3.1 基本情況上海松江垃圾填埋場每天產(chǎn)生150m3/d的滲濾液，雖已建有處理廠，但建成后運行多年，出水總不能達標（原有處理流程如圖3-1

7、），需要進行改建。已建工程的基本情況是：設(shè)計處理能力為100m3/d，未設(shè)預(yù)處理，滲濾液經(jīng)調(diào)節(jié)池后直接用SBR工藝處理，出水要求達到生活垃圾衛(wèi)生填埋場污染控制標準的三級指標后，接入城市污水管網(wǎng)，進入已建的松江東部污水處理廠處理。但滲濾液處理后的出水水質(zhì)長期達不到要求，所以需要對原有設(shè)施進行改造。圖3-1 原有滲濾液處理流程3.2 水質(zhì)情況滲濾液的有機濃度，經(jīng)測定，CODcr 7500 mg/L，BOD5 4500 mg/L，NH3-N 1600mg/L，SS 1900 mg/L，pH 7.5，改建后的處理能力，業(yè)主要求達到150m3/d。處理后的出水水質(zhì)，由于出水接入污水廠進口，所以要求達到三

8、級標準即可，即CODcr 1000mg/L，BOD5 600mg/L，SS 400mg/L，NH3-N未作規(guī)定。3.3 改造工程處理工藝的選擇垃圾滲濾液中不可生物降解的COD，即NBCOD比例較高，SS亦較高，為了保證生物處理的效果，所以進水先作沉淀處理，部分去除SS，也去除一部分NBCOD，為了改善滲濾液BOD5/CODcr的比例，設(shè)置了厭氧酸化水處理單元，降低NBCOD。然后進入好氧生物處理階段。改建工程的處理流程如圖3-2。圖3-2 滲濾液處理改造工程工藝流程由于滲濾液的濃度高，為了控制好氧生物處理的有機負荷，需要保持生物反應(yīng)池內(nèi)的高濃度混合液，使之達到1015g/L的濃度，所以混合液的

9、固液分離就選用了膜的分離方法。分離膜內(nèi)置于活性污泥池中，膜元件用國產(chǎn)的平板微濾膜組件?？讖?.30，每片膜有效面積為1.5m2，60片膜組成1套。3.4 各設(shè)施的主要設(shè)計參數(shù)和對原工程的改造利用進水格柵利用已建的設(shè)施，以阻攔較大浮渣或雜物進入沉淀池。初沉池的停留時間為1天，酸化池采用厭氧濾池的形式，池內(nèi)置填料，水力停留時間9天，出水用水泵回流，回流量200%。為了均衡好氧反應(yīng)池的水力負荷和有機負荷，厭氧酸化池后設(shè)調(diào)節(jié)池，有效容積為1450m3。定時用空氣攪拌。經(jīng)調(diào)節(jié)后污水用泵提升進入好氧池。好氧池由原來的SBR池子改建，缺氧段（A段）與好氧段（O段）分開設(shè)置。A段的容積為48m3，內(nèi)置攪拌機，

10、O段的容積為223m3，好氧段用鼓風機曝氣，供氣量10m3/min。內(nèi)回流用液下式離心泵完成。由于改建原有SBR池為氧化池尚不能滿足處理要求。另建A/O池。A段容積85m3，O段容積324m3，A段內(nèi)設(shè)攪拌機，O段鼓風機曝氣，供氣量15m3/min，回流量600900%。冷卻循環(huán)回流量200400%。圖3-3 內(nèi)置平板膜組件好氧池內(nèi)置國產(chǎn)平板微濾膜（見圖3-3），每片1.5m2 ，60片膜組成1套組件，過濾通量為9.25L/m2h，改建后的氧化池設(shè)3組，新建池設(shè)5組，即處理量為60m3/d及90m3/d。膜分離的出水，由2臺管道離心泵控制，q=6.3m3/hr，H=20m，N=1.1kw。出水

11、管上設(shè)量程010m3 /h的流量計2套，分別控制A/O池的出水流量。出水泵的啟閉由PLC控制。初沉污泥和剩余污泥排入單獨設(shè)置的污泥井，然后用泥漿泵排入填埋場的作業(yè)區(qū)。3.5 工程的運行培菌時從城市污水處理廠取來有較豐富硝化菌的活性污泥投入A/O反應(yīng)池，起始時MLSS濃度約6g/L，并按進水水質(zhì)調(diào)整進水水量，使污泥負荷保持在0.2 kgCODcr/kgMLSSd左右。根據(jù)滲濾液的含磷濃度和氨氮情況，投加一些磷（如磷酸三鈉）和硝化菌劑。經(jīng)一個多月培馴，污泥濃度達到10g/L以上，完成了污泥培養(yǎng)，系統(tǒng)投入正常運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)膜的出水方式呈脈沖出水，泵每次開5分鐘，停1分鐘，根據(jù)運行實際情況，也可開3分鐘停

12、2分鐘，或開4分鐘停2分鐘，可按照處理量的大小作調(diào)整。3.6 主要結(jié)果（1） 經(jīng)初沉池和厭氧酸化處理，CODcr 去除率可達到45%以上，說明該兩個階段是必要的、有效的。（2） 生物氧化池內(nèi)的MLSS濃度平均分別為13.3g/L和11.2g/L，說明用膜分離方法代替沉淀可以提高污泥濃度。（3） 控制泥齡，并適當投加一些硝化菌劑，硝化和反硝化作用良好，出水NH3-N大多在100mg/L以下，TKN去除95%。只要操作得當，適當投些硝化菌劑，NH3 N25mg/L是完全有可能的。（4） 經(jīng)檢測，污水水質(zhì)情況如下*（4個月平均值）。項目進水水質(zhì)（mg/L）出水水質(zhì)（mg/L）CODcr1197341

13、5BOD53222160SS2905114TKN1948/NH3-N164756pH7.697.60*水質(zhì)測定期間的氣溫：最高3035，最低1827，相應(yīng)反應(yīng)池中的混合液溫度為2137，進水中的TP為42mg/L。從出水水質(zhì)反映，滿足了三級出水標準。即CODcr1000mg/L，BOD5600mg/L，SS400mg/L的要求。（5） 進水中磷含量不足，堿度變化大，需投加磷酸鹽補充微生物生長所需的磷，并調(diào)節(jié)pH值，防止在微濾膜表面結(jié)垢。（6） 膜的清洗至為重要，連續(xù)曝氣沖洗可利用設(shè)在膜底部的曝氣管進行，供氣量為0.50.8m3/臺min。定期用化學藥劑（可用鹽酸或磷酸鹽）清洗，周期為2060天

14、一次。（7） 生物氧化池接受的是高濃度污水，由于生物能及機械能的關(guān)系，池內(nèi)水溫比調(diào)節(jié)池水溫平均高26，為了保持水溫在正常溫度下，采用了將污水提升回流跌落冷卻而降溫，當水溫正常時可以不使用。（8） 運行費用包括人工費、藥劑費、硝化菌劑費、電費、日常維護費用等，折算成運行單價為12.14元/m3。4結(jié)語垃圾滲濾液的有效處理，以生物處理為主要手段，輔以必要的沉淀，投加一定的硝化菌劑，采用膜分離代替二沉池，不但可以提高生物反應(yīng)池內(nèi)的混合液濃度，將大分子難降解的有機物截流在生物反應(yīng)池內(nèi)，隨剩余污泥排出系統(tǒng)，由于生物能、機械能的提高水溫，對發(fā)生硝化的環(huán)境有利，反應(yīng)速度加快，污染物降解效率提高，生物反應(yīng)器容

15、積減少，運行能耗下降。國產(chǎn)浸沒式平片膜組件置放于好氧生物反應(yīng)池中，用于處理垃圾滲濾液是適用的、有效的。當出水水質(zhì)要求更嚴時，在平片膜后串聯(lián)納濾膜，甚至于反滲透工藝，可以達到更高的水質(zhì)標準。參考文獻1 顧國維等，膜生物反應(yīng)器在污水處理中的應(yīng)用，化學工業(yè)出版社2 S.Rosenberger, et al. Operation of different membrane bioreactors experimental results and physiological state of the micro-organisms. Water Science and Technology. 2000,41(10-11):251-258.3 W.J.Ng ,et al. Study on a sequencing batch membrane bioreactor for wastewater