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技术论文
MBR管式超滤膜在垃圾渗滤液中的应用
王汉武 箬科(北京)环保技术有限责任公司 2015年3月 摘 要:城市垃圾渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水,若不加处理而直接排放,会造成严重的环境污染。以保护环境为目的,对渗滤液进行处理是必不可少的。分析了渗滤液处理工艺的现状,结合国内外的工程,介绍了本公司管式超滤膜在垃圾渗滤液处理中的应用实例。 关键词:垃圾渗滤液 MBR 管式超滤膜 0概述 城市垃圾填埋场渗滤液的处理一直是填埋场、发电厂设计、运行和管理中非常棘手的问题。渗滤液是液体在填埋场重力流动的产物,主要来源于降水和垃圾本身的内含水。由于液体在流动过程中有许多因素可能影响到渗滤液的性质,包括物理因素、化学因素以及生物因素等,所以渗滤液的性质在一个相当大的范围内变动。一般来说,其pH值在4~9之间,COD在2000~62000mg/L的范围内,BOD5从60~45000mg/L,重金属浓度和市政污水中重金属的浓度基本一致。城市垃圾填埋场渗滤液是一种成分复杂的高浓度有机废水,若不加处理而直接排入环境,会造成严重的环境污染。以保护环境为目的,对渗滤液进行处理是必不可少的。 1 渗滤液处理工艺的现状 垃圾渗滤液的处理方法包括物理化学法和生物法。物理化学法主要有活性炭吸附、化学沉淀、密度分离、化学氧化、化学还原、离子交换、膜渗析、气提及湿式氧化法等多种方法,在COD为2000~4000?mg/L时,物化方法的COD去除率可达50%~87%。和生物处理相比,物化处理不受水质水量变动的影响,出水水质比较稳定,尤其是对BOD5/COD比值较低(0.07~0.20)难以生物处理的垃圾渗滤液,有较好的处理效果。但物化方法处理成本较高,不适于大水量垃圾渗滤液的处理,因此目前垃圾渗滤液主要是采用生物法。 生物法分为好氧生物处理、厌氧生物处理以及二者的结合。好氧处理包括活性污泥法、曝气氧化池、好氧稳定塘、生物转盘和滴滤池等。厌氧处理包括上向流污泥床、厌氧固定化生物反应器、混合反应器及厌氧稳定塘。? 2 渗滤液处理介绍 由于垃圾渗滤液的浓度高和成分复杂,对处理工艺提出了特殊的要求。对垃圾渗滤液进行处理,不能仅考虑某种工艺方法对渗滤液的处理效果,而更重要的是考虑该工艺方法对水质水量变化的高度适应性。 从生态及经济效益双赢的角度考虑,生化工艺是渗滤液处理整套过程中不可省略的预处理阶段,但仅仅依靠生化阶段是无法满足严格的出水要求,必须与其他工艺技术进行合理优化组合。同时也要考虑处理效果、运行的安全可靠性、便于运行管理、节省投资、有利于节能降耗、降低运行费用、具有较强的冲击负荷适应能力等因素。 根据长期的研究和工程经验,为了有效稳定地处理垃圾渗滤液,大部分工程采用厌氧+膜生化反应器(MBR)+纳滤(NF)+反渗透(RO)工艺建处理系统,其中MBR由前置反硝化池、硝化池及外置管式超滤装置组成。 3 膜生化反应器介绍 膜生物反应器(Membrance Bioreacter,MBR)是将膜分离技术和生物反应器的生物降解作用集于一体的生物化学反应系统。膜分离技术是污水处理领域中常用的物理处理技术,其机理主要是筛分效应,根据不同的膜表面孔径大小,可以分为过滤、微滤(MF)、超滤(UF)及纳滤(NF)等。膜生物反应器中通常采用的是微滤和超滤膜,其分离机理主要是筛分效应,因膜结构的不同,截留作用大体可以分为机械截留、吸附截留及架桥作用等。传统的活性污泥法处理流程包括格栅、沉砂池、初沉池、生物反应池、二沉池及消毒池。其中格栅、沉砂及初沉都是为了去除进水中的杂质及较大的颗粒,为之后的生物反应做好铺垫。而污水中绝大部分的有机污染物,包括 COD、BOD,及氮磷等物质都将通过池内微生物自身的新陈代谢过程中得到消耗和降解,而为保证生物反应池的处理效率,对于活性污泥的浓度和状态都有一定的要求。生物反应池出水中还含有大量的微生物,因此需要流入二沉池进行泥水分离,使出水澄清,并将沉淀下来的污泥回 流或处置,二沉池出水经消毒后达标排放。而膜生物反应器的介入点便是用超滤或微滤膜组件替代传统活性污泥法中的二沉池实现泥水分离。该工艺具有处理能力强、固液分离效率高、出水水质好、占地空间小、运行管理简单等特点。目前,MBR 工艺技术处理生活污水和工业废水已突显成效。膜组件是 MBR 的核心部分,目前垃圾渗滤液工程化应用中主要采用外置管式超滤膜、中空纤维膜组件和平板膜组件。外置管式超滤膜、平板膜、中空纤维膜具有不同的特点,适用范围也有区别,外置管式超滤膜具有水力学条件易于控制、通量高、抗污染能力强和清洗更换方便等特点,能够在更高污泥浓度条件下保持高通量稳定运行;平板膜和中空纤维具有装填密度大、价格便宜等优点。 4 MBR 与传统活性污泥法工艺相比有以下明显优势 4.1 污染物去除率高,出水水质好 MBR 既可以用于高浓度、难降解有机工业废水处理,又可以用于生活污水和一般工业废水的净化。在 MBR 中,由于膜组件对于反应池中的微生物,尤其是对于世代周期较长的硝化反硝化菌种,及存在于小污泥颗粒中的微生物具有相当好的截留作用;同样由于膜的存在,MBR 体系中活性污泥可以高达(MLSS)8000-15000mg/L,远远高于传统活性污泥法(约 3000-4000mg/L),对污染物去除效率高,处理出水水质好,不仅对悬浮物(SS)、有机物去除效率高,出水的悬浮物(SS)和浊度可以接近零,而且可以去除细菌、病毒等可以作为污水深度处理及资源化技术。基于其高效的生物反应,及膜本身良好的分离截留作用,通常膜生物反应器的 COD、BOD、和 SS 的去除率分别可达到 95%、98%、99%,膜生物反应器的出水可以作为中水直接回用。 4.2 负荷变化适应强,耐冲击负荷 膜生物反应器由于膜的高效截留作用,可以完全截留活性污泥,使得反应器内污泥浓度很高,实现了反应器内水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)的完全分离,即使进水量突然增大,整个反应器内部的生物性状也能保持在一个比较稳定的状态;同时,由于污泥浓度的提高,强化了活性污泥的吸附作用;而且,在膜的截留作用下,来不及被生物降解的污染物也不会随着出水排除。基于以上几点,整个反应器运行控制将会更加灵活稳定。因此,膜生物反应器系统克服了当系统水力负荷和有机负荷发生变化时传统水处理工艺出现污泥膨胀等问题。 4.3 污泥排放量小 膜生物反应器水处理技术除了作为污水深度处理及资源化技术之外,还可以作为一种污泥减量的重要技术和避免常规污水厂大量剩余污泥处置难题的一种有效手段。膜生物反应器的污泥排放量很小,甚至可以做到不产泥。污泥自降解和污泥水解可降低传统水处理系统的效率,但对膜生物反应系统却非常有益。传统的活性污泥法通常采用的是稳定期末尾至衰亡期初始时的活性污泥,而由于膜生物反应器中的高污泥浓度,有机物被大量消耗,同时会有相当一部分处于衰亡期的微生物依靠自身的内源呼吸进行代谢分解,在保持出水污染物低浓度的同时,消耗了污泥生长过程中的剩余量。膜分离使得污水中的大分子难降解物质,在体积有限的膜生物反应器内有足够的停留时间,大大提高了难降解物质的降解效率。反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄的情况下运行,完全可以实现较长周期内(如 6 月或者更长时间)不排泥或者排泥量很小,剩余污泥排放量很小,甚至不产泥。 4.4 工艺流程短,系统设备简单紧凑,占地省 由于膜生物反应器无需在好氧污泥系统产生絮体以便之后二沉池的泥水分离,因此生物反应器内污泥浓度可以比传统工艺高许多,而生化反应速率又与反应物浓度有关。反应物浓度越高,反应速率越大,因此膜生物反应器的容积负荷可高达 5kgCOD/(m3d),而传统工艺通常只有 0.4~0.9kgBOD/(m3d),处理生活污水时水力停留时间(HRT)可减至2h,生物反应池的容积可以大大减小,根据国外研究资料显示,相同规模的污水量,膜生物反应器好氧池体积为传统处理工艺好氧池体积的三分之一。同时膜生物反应器省去了二沉池、滤池及污泥回流系统等辅助设备,甚至污泥处理设备及费用。几乎所有的MBR 工艺都对病菌有较好的去除作用,出水中肠道病毒、总大肠杆菌、粪链球菌、粪大肠杆菌等都低于检测限,这表明如果 MBR 出水直接排放或无余氯要求回用的话甚至可以省去消毒设施,因此膜生物反应器结构简单紧凑。 4.5 易实现自动化控制,维护简单,节省人力 在传统活性污泥法中,由于运行中经常出现波动和不稳定,为了确保良好的出水水质,必须对运行管理投入大量的人力、财力和物力。而膜生物反应器采用膜分离技术,做到了稳定的出水水质,同时省去了泥水分离设施,因此用微机可以很容易的实现膜生物反应器系统从进水到出水的全程自动化控制。 4.6 系统启动速度快,水质可以很快达到处理要求 由于可以很好的保持水中的污泥浓度,在反应池启动期,不同于传统曝气池需要通过沉淀排除上清液来提高污泥浓度。由于膜分离作用对污泥颗粒的完全截留,能够在曝气及营养物质的共同作用下迅速的提高系统内的污泥浓度,使整个膜生物反应器系统快速启动,水质可以很快达到处理要求。 5 外置管式超滤膜在垃圾渗滤液处理MBR系统中的应用 在垃圾渗滤液中通常用的是错流管式超滤膜,错流超滤技术是膜技术的一种。错流过滤技术,部分进水推向膜的进水侧,这与全流技术,所有进水推向膜进水侧不同。 因为全流过滤技术所有进水都透过膜,而全部悬浮物截留在膜表面,导致膜管很快堵塞,所以不能够处理含高浓度悬浮物的给水,例如活性污泥。但是,此类水可以使用错流过滤技术处理。使用错流技术,仅有部分进水透过膜进入净水侧,悬浮物、细菌和病毒保持悬浮状态,并不断地从膜表面移除。 因为错流技术能够处理含高浓度悬浮物的给水,因此该技术通常用于膜生物反应器(MBR),将微生物从被处理的污水中分离。微生物回流至生化池,而透过液可以再生利用或排放。 与将微生物从被处理的污水中分离的传统的方法相比,膜处理污水有很多优点。例如与二沉池相比。UF是微生物与悬浮物的绝对的屏障,其优势如下: 因为UF膜对微生物形成一个绝对屏障,因此它可以阻止生物量流失,这不仅对净水有利,对保持生化池中的生物量、防止污泥膨胀也有利。 因为UF膜是微生物的绝对屏障,MBR的生物量浓度能够比传统污泥处理厂的高很多,因此生化池的占地面积要小的多。 UF膜同样是悬浮物的绝对屏障。因为悬浮物吸附许多种类污染物(例如重金属、PAH等),因此膜的综合出水水质好。在排放法规越来越严格的今天,这是绝对有利的。 如果透过液作为再生水回用,不需要过多的精力作进一步处理。 7 结论和建议 通过对上述处理工艺和外支管式超滤膜的分析比较可得以下结论,并提出水质、水量等方面的建议和意见: (1)垃圾渗滤液具有成分复杂,水质水量变化巨大,有机物和氨氮浓度高,微生物营养元素比例失调等特点,因此在选择垃圾渗滤液生物处理工艺时,必须详细测定 垃圾渗滤液的各种成分,分析其特点,以便采取相应的对策。还应通过小试和中试,取得可靠优化的工艺参数,以获得理想的处理效果。 (2)多种方法应用于渗滤液的处理是可行的。在有条件的地方修筑生物塘,同时采用水生植物系统处理渗滤液,不仅投资省,而且运行费用低。土地处理也受到人们的重视,但在渗滤液的处理中选用尚少。生物膜法和活性污泥法有成熟的运行管理经验,近年来结合采用厌氧?好氧工艺生物处理渗滤液较多。但修建专用的渗滤液处理厂投资大,运行管理费用高,而且随着填埋场的关闭,最终使水处理设施报废,故应慎重选用。 (3)我国目前真正能满足卫生填埋标准的填埋场并不多,许多填埋场因为投资所限无法按设计要求建造能达到环境保护要求的渗滤液收集系统。因此,宜发展投资省,效果好的渗滤液处理技术。垃圾填埋场渗滤液向填埋场回灌,利用土地吸附,土壤生物降解及垃圾填埋层的厌氧滤床作用使渗滤液降解,具有投资省、效果好,无需专门处理设施投资等特点。而且渗滤液的回灌可使垃圾保持湿润,加速填埋场的稳定。回灌法目前采用较少,可作深入研究,以明确回灌法的使用条件,处理效率及回灌处理的工程设计参数。 (4)对垃圾填埋场渗滤液进行处理是问题的一个方面,另一方面应当考虑减少渗滤液产生量。宜发展可减少渗滤液产生量的填埋技术,如好氧填埋或准好氧填埋。 (5)对垃圾渗滤液的处理,我国尚处于研究探索阶段,为了建设标准化的城市垃圾卫生填埋场,对其渗滤液的处理应作更深入的研究。
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