厌氧、好氧膜生物反应器处理垃圾渗滤液毕业论文

本科毕业设计说明书（论文）（ 届）题目： 厌氧/好氧膜生物反应器处理垃圾渗滤液 学生姓名 学 号 指导教师 专业班级 学 院 提交日期 年 月I厌氧/好氧膜生物反应器处理垃圾渗滤液摘 要 垃圾渗滤液具有污染物浓度高、成分复杂、处理困难等特点，对周围环境及地下水构成了严重的威胁，是废水处理领域研究的重点和难点。近年来，垃圾渗滤液的处理工艺发展迅速，其中膜生物反应器(MBR)和其他生物处理方法逐渐成为主流手段。为了充分发挥厌氧与好氧微生物对污染物的的协同降解优势，同时减少曝气的运行成本，本文拟采用厌氧/ 好氧膜生物反应器组合工艺，以实际垃圾渗滤液为处理对象，考察对垃圾渗滤液的处理效果以及处理过程中的膜污染现象。实验表明，在进水 B/C0.2 时，这项组合工艺对渗滤液处理表现出了十分良好的效果，对 COD、氨氮的平均去除率分别为 80.88%、95.11%；对钠离子的去除率仅为 0.26%，对钾离子的去除率为 4.66%，对镁离子、镉离子和铬离子的去除效率分别为 49.12%、25.21% 和 40.97%，对铜离子的去除效果较为理想，在 85%左右，铁离子的去除效果则能达到 98%以上；当运行 20 天对膜进行清洗后，膜通量可以恢复到 95%。关键词：厌氧/好氧膜生物反应器，垃圾渗滤液，微生物，膜污染IITREATMENT OF LANDFILL LEACHATE BYANAEROBIC /AEROBICMEMBRANE BIOREACTORABSTRACTLandfill leachate is characterized by high concentration of pollutants, complex components and difficultly treatment. It would potentially contaminate the city residential environment and the groundwater if not appropriately treated before being discharged into the environment. Thus, it has become the emphasis and difficulty of sewage treatment fields in recent years. Over the years, new technologies for leachate treatment have gained a rapid development. Membrane bioreactor (MBR) and other biological treatment have gradually become the mainstream technology. In order to fully use the co-treating advantages of anaerobic and aerobic microbes and reduce the operational cost of aeration, the study adopts anaerobic integrated technology for the treatment of landfill leachate. Using the actual landfill leachate as treatment object, the study was determined the treatment effect and membrane fouling phenomenon.The experiments show that, when the B/C0.2, the results was good, the average removal rate of COD, ammonia nitrogen are 80.88% and 80.88% IIIrespectively. The removal rate of sodium ions, potassium ion, magnesium ion , cadmium ion and chromium ion are 0.26%, 4.66%, 49.12%, 25.21% and 40.97% respectively. The removal rate of copper ion is more ideal, about 85%, while iron ion removal efficiency can reach more than 98%. After running 20 days, when cleaned the membrane, the membrane flux can be measure up to 95%.Key words: anaerobic / aerobic membrane bioreactor, landfill leachate, microbial, membrane fouling目录摘 要 .IABSTRACT.II第一章 绪论 .11.1 前言 .11.2 垃圾渗滤液危害、水质特点、特征 .21.2.1 垃圾渗滤液污染的危害 .21.2.2 垃圾渗滤液的水质特点 .21.2.3 垃圾渗滤液的特征 .31.3 垃圾渗滤液的处理方法概述 .51.3.1 与城市污水合并处理 .51.3.2 垃圾渗滤液的单独处理 .61.4 膜生物反应器在垃圾渗滤液中的作用 .91.4.1 膜生物反应器工作类型 .91.4.2 膜材料与膜组件 .101.4.3 膜污染 .101.4.4 膜生物反应器在垃圾渗滤液处理中的作用 .10第二章 实验材料及方法 .122.1 实验用水 .122.2 实验装置及运行方式 .132.3 分析项目与测试方法 .142.2.1 试验分析仪器 .142.2.2 分析方法 .14第三章 结果与讨论 .163.1 污泥体积指数（SVI）的变化 .163.2 膜通量随时间变化 .163.3 对 COD 的去除效果 .183.4 对氨氮的去除效果 .193.5 对金属离子的影响 .213.6 膜污染状况 .213.7 小结与建议 .22第四章 展望未来 .24参考文献 .25致谢 .281第一章 绪论1.1 前言自 1979 年以来，中国的城市垃圾年增长率达 8.89%，少数城市如北京的增长率达到 15%20%，人均垃圾年产量在 550600 公斤。19861995 这十年间，我国生活垃圾维持在一个较高的增长速度，增长率为 8%10%1。人口的增加、城市规模的扩大和生活水平的提高使得垃圾产量的不断增加，我国城市生活垃圾总量已经进入世界垃圾高产的行列。根据世界银行的报告，2004 年中国固体废弃物年产 1.9 亿吨，已经取代美国，成为了全世界第一的垃圾生产大国 2。到 2012 年，据中国城市建设统计年鉴的统计，全国的城市垃圾总量已经增加到了 2.39 亿吨。尽管垃圾生产量如此巨大，却并未因其太多人的注意或许更多时候，人们甚至将其当作一个发展指标。但不可轻视的是，垃圾已经构成了中国环境治理和城市管理的一个严峻挑战。近年来，我国城市生活垃圾已对城市及其周围的生态环境造成日趋严重的威胁。对全国 298 个城市的调查结果表明，对城市垃圾不适当的处理使得环境卫生遭受严重恶化，而且造成大量土地被占用。因此，我国各级城市垃圾管理部门和环境保护专家相继对城市垃圾的处理和污染控制技术进行了研究与开发 3。城市垃圾的处理方法主要有焚烧处置法、堆肥处置法和卫生填埋法三种。由于卫生填埋法具有处理费用较为低廉、适用范围广、技术成熟和管理方便等特点，因此成为我国城市垃圾的主要处理方式。但是在城市垃圾的卫生填埋存在一个无法避免的难题，即在其转运和填埋过程中会产生大量危害极大的垃圾渗滤液，对周边环境和地下水造成严重污染。垃圾渗滤液的来源主要分三种：一是外来水分，包括直接降水（包括和降雪，主要来源） 、地表径流和渗入地下水：二是固体废物中的原有水分及覆盖材料中的水分：三是垃圾有机物降解过程中的产水。垃圾渗滤液是一种成分复杂，含较多的有机物、氨氮、重金属离子以及致病菌等有毒有害物质的高浓度有机废水，其水质水量受物理、化学、2生物等诸多影响，变化幅度较大。1.2 垃圾渗滤液危害、水质特点、特征1.2.1 垃圾渗滤液污染的危害垃圾渗滤液作为一种成分极其复杂的高浓度有机废水，其对周围环境的污染主要体现在低下和地表双重水体的污染，且其对地下水体的污染具有其他污染源所无法比拟的不宜察觉和持久的特点。自从 20 实际 60 年代以来，垃圾渗滤液对自然水体的污染受到世界各国逐渐重视，并对其展开相应的研究。渗滤液的氨氮含量和 CODcr 浓度高，能使地面水体缺氧，水质恶化；氮磷等营养物质是导致水体富营养化的诱因，还可能严重影响饮用水水源；一般而言，COD cr、BOD 5、BOD 5/CODcr 会随填埋场的“年龄”增长而降低，碱度含量则升高。此外，随着堆放年限的增加，新鲜垃圾逐渐变成陈腐垃圾，渗滤液中的有机含量有所下降 4，但氨氮含量增加，且可生化率降低，因此处理难度非常大。垃圾渗滤液中的有机污染物非常多，高达 77 种，其中促癌物、辅致癌物 5种，被列入我国环境优先控制污染物“黑名单”。垃圾渗滤液中含有 10 多种金属离子，这些金属离子会对生物处理过程产生严重的抑制作用 6。1.2.2 垃圾渗滤液的水质特点垃圾渗滤液的水质变化受垃圾组成、垃圾含水率、垃圾体内温度、垃圾填埋时间、填埋规律、填埋工艺、降雨渗透量等因素的影响，尤其是降雨量和填埋时间的影响。渗滤液的水质有以下几个特点：（1）有机物质量浓度高，其中腐殖酸为小分子有机物和氨基酸合成的大分子产物，是渗滤液长期性的最主要污染物，通常有 2001500mg/L 的腐殖酸不能生物降解 7。（2）氨氮质量浓度高，一般小于 3000mg/L，在 5002400mg/L 之间居多，其3在厌氧垃圾填埋场内不会被去除，是渗滤液中的长期性的最主要无机污染物 8。（3）渗滤液水质波动大，COD、BOD、可生化性随填埋场时间的增长而下降并逐渐维持在较低水平。下表 1.1 是一般垃圾渗滤液的主要成分：表 1.1 一般垃圾渗滤液的主要成分（mg/L）项目 变化范围 项目 变化范围颜色 黄褐色 有机酸 4624600嗅觉 恶臭 氯化物 1893262pH 值 3.78.5 Fe 50600总残渣 235635703 Cu 0.11.43总硬度 300010000 Ca 200300CODcr 120045000 Mg 501500BOD5 20030000 Pb 0.12.0NH3-N 207400 Cr 0.012.61总磷 170 Hg 00.0321.2.3 垃圾渗滤液的特征垃圾渗滤液是一种较为特殊的有机废水，国内外的研究表明，由于垃圾填埋场所处的地理环境、垃圾的成分、填埋的时间、垃圾的降解速度、卫生填埋时的操作条件、垃圾的稳定化程度以及当地自然条件和社会条件等复杂因素的影响，在不同的城市，其垃圾卫生填埋场中产生的垃圾渗滤液之间性质差别很大，特别由于国内外垃圾的分类、收集途径的不同，造成国内外渗滤液水质没有一定的可比性。相比较来说，国内的垃圾渗滤液的成分更为复杂 9。在广泛的调研和资料收集中，发现垃圾渗滤液有如下四个特征：（一） 污染物浓度高垃圾经过卫生填埋后，在其内微生物的作用下，垃圾中的有机物经过厌氧/4好氧双重化学反应下产生降解，在垃圾的生物降解过程中，垃圾中本身自含的污染物及降解后产生的大量有毒有害物质进入渗滤液中，致使垃圾渗滤液中具有极高浓度的污染物。而且，由于垃圾在其降解过程中会产生较为可观的CO2，CO 2 溶于垃圾渗滤液中使其 pH 呈偏酸性，垃圾中含有的金属以及金属氧化物会加速溶解于渗滤液中，这样会造成垃圾渗滤液中会含较比较多的金属离子 10。（二） 持续时间长填埋场中垃圾内含有机物的持续降解使得垃圾渗滤液在不间断的产生，对垃圾中的有机物降解，可用一级的反应动力学方程式对其进行表示：C t=C0e-kt。在此方程式中， t 为降解反应时间，k 为垃圾中有机物的降解速率常数，C 0表示 t=0 时垃圾中初始有机物浓度，C t 是 t 时刻有机物的浓度。降解速度常数是垃圾中内含各种有机物的降解反应速率的集体反映，它与降解反应过程中的温度、垃圾的成分等因素息息相关。下表（表 1.2）是研究者们所获得垃圾中有机物降解过程中的 k 值和与其对应的半衰期 t1/2。表 1.2 垃圾中有机物的降解速率常数 K 以及半衰期 t1/2时间 研究者 代表性物质 k(a-1) t1/21973 年 Farguha 和 Rovers 0.365 1.891974 年 Chen 0.0120.788 0.8855.751983 年 Hoeks 食物类垃圾 0.693 1.001992 年 Suflita 纤维类垃圾 0.0550.087 7.9612.601995 年 Dean K.Wall 和Chris Zeiss 0.3120.048 2.514.50注：半衰期按 t1/2=0.693/K 来计算由表 1.2 可知：垃圾中有机物降解极其缓慢，产生的垃圾渗滤液时间持久，一般在2030a。5（三） 流量不均匀垃圾渗滤液的流量与其内含和覆土的含水量有关、垃圾所承受压力密度、地表水和地下水以及直接降雨的渗透量有相当大的关系。若卫生填埋场采取了阻水措施，则渗滤液的量主要受降雨大小的影响