管式膜MBR技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用

1、管式膜MBF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 GBI6889-1997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)。

2、由于膜的高效截留作用，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'I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。CODc、BOD5氨氮的含 量較高，且隨填埋時間的延長，垃圾中的有

3、機(jī)氮轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮，氨氮濃度升高。由于垃圾降解產(chǎn)生的 C02容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。For personal use only in study and research; not for commercial use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

4、活動方式都不同， “年輕”填埋場 （使用 5 年以內(nèi)）的滲 濾液pH值較低，BODCODVFA金屬離子濃度和BOD/CO較高；“年 老”填埋場（使用10年以上）的滲濾液pH值近中性，BOD COD VFA 濃度和BOD/CO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 MBF技術(shù)可以解決這兩個問題。2 垃圾滲

5、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 CODSS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)比較穩(wěn)定， 尤其在廢水可生化性較差 的時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/C0值大于0.3時，表明滲濾液的可生化性較好， 可采用生化法處理，生化

6、處理具有處理效果好、成本低等優(yōu)點，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間的增加， BOD/COI比值變低，可生化性變差。生物法處理垃圾滲濾液對COD勺去除率只有70%左右，當(dāng)進(jìn)水COD較高時，僅用生物法不能達(dá)到國家 排放標(biāo)準(zhǔn)。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。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 能脫除高價金屬離子和色度，納濾膜對有機(jī)污染物C

7、ODCr BOD僑口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， 從而使出水水質(zhì)達(dá)到國家一級排放 標(biāo)準(zhǔn)。MBR+R工藝可以有效的去除滲濾液中的污染物。MBRT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MBRE藝處理后，進(jìn)水CODP均為1017mg/L,出水CO為32mg/L, 平均去除率為97%出水的BOD異均為9mg/L,去除率為97%r右。 MBRE藝作為RO工

8、藝的前處理可有效去除SS這可以防止反滲透膜 孔道堵塞，MBRT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MBRE藝介紹膜生物反應(yīng)器(MBR是膜分離技術(shù)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 間(HRT)和污泥停留時間(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

9、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艮容易造成堵塞、 斷絲和癱瘓。管式膜MBF技術(shù)是外置式形式，通過水泵將污泥打入膜 管內(nèi)，在壓力的驅(qū)動下進(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2030

10、g/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）-R0-出水。MBR勺主要特點：主要污染物 COD B0併口氨氮有效 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；運行費用較低。垃圾滲濾液經(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乍深度處理。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)，

11、超濾出 水清澈。有單獨循環(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技術(shù)發(fā)展的一個重要問題是膜污染， 即膜組件運行一 定時間后， 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： 具有較高的膜通量，是浸沒式膜的 51

12、0倍； 使用堅固耐用的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， 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 pH值范圍為111、溫度低于40C。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（pH最小1）、磷酸納、檸檬酸、草酸及 EDTA容液。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、 水文特點有關(guān)，也與填埋場運

13、行時間密切相關(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，采用組合式工藝管式膜 MBF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)水量變化時均能 夠穩(wěn)定的運行，同時具有較強(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MBF與R0組合工藝是處理垃圾滲濾液的一個發(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

14、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， 由于氣流激烈擾動和氣泡破裂形成的微 小液滴不可避免地隨蒸發(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

15、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：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)器各自獨立，系統(tǒng)控制方便，自動化程度高 ; 系統(tǒng)適應(yīng)性和抗變負(fù)荷能力強(qiáng)

16、，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， 可滿足

17、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)的巨額投資和運行費用。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)，CO刖氨氮去除率高于95%出水可以直接回用。對 MBRE藝進(jìn)行的經(jīng)濟(jì)分析 表明：與傳統(tǒng)的三級處理相比，MBRT藝的基建費用低，但運行費用 較高（目前MBRT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

18、的工業(yè)廢水也非常有效。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。試驗期間內(nèi)，進(jìn)水氨氮濃度為10 20mg/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、 運行管理簡單、 占地面積 小等優(yōu)點，是污水回用的適用技術(shù)。本研究對一個規(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，同時進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析和比較。 經(jīng)

19、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，工藝2出水的濁度、SS CO刖NH3-N優(yōu) 于工藝1,但是出水中的NO3-N會劣于工藝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，更換膜組件的費用占了運行費用的約50%，如果膜組件的費用可以減低 20%，工藝 2 的運行費用與工藝 1 的基本持平。由 于工藝 2 的基建費用低，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，

20、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、 運行和管理中非常棘手 的問題。由于液體在流動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)在一個相 當(dāng)大的范圍內(nèi)變動。一般來說，其 pH值在49之間，COD在 2000 62000mg/L的范圍內(nèi)，BOD5在 6045000mg/L 范圍內(nèi)，NH4-N在 50 1000mg/L 范圍內(nèi)，

21、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：B0D5和CO敢度高、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 得不單獨處理

22、。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，膜分離也使 微生物被完全被截流在生物反應(yīng)器內(nèi)， 使得 系統(tǒng)內(nèi)能夠維持較高的微生物濃度， 不但提高了反應(yīng)裝置對污染物的 整體去除效率，保證了良好的出水水質(zhì)，同時反應(yīng)器對進(jìn)水負(fù)荷 (水 質(zhì)及水量 )的各種變化具有很好的適應(yīng)性，耐沖擊負(fù)荷，能夠穩(wěn)定獲 得優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)。2 剩余污泥產(chǎn)量少該工藝可以在高容積負(fù)荷、 低污泥負(fù)荷下運行， 剩余污泥產(chǎn)量低（理論上可以實現(xiàn)零污泥排放 ） ，降低了污泥處理費用。3 占地面積小，不受設(shè)置場合限制 生物反應(yīng)器內(nèi)能維持高濃度的微生物量，處理裝置容積負(fù)荷高， 占地面積大大節(jié)省 ; 該工藝流程簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積省，不受 設(shè)置場所限制，適合于任何場合，可做成地面式、半地下式和地下式。4 可去除氨氮及難降解有機(jī)物 由于微生物被完全截流在生物反應(yīng)器內(nèi)， 從而有利于增殖緩慢的 微生物如硝化細(xì)菌的截留