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大连理工大学硕士学位论文 c o m b i n e dm b r - r op r o c e s st r e a t i n gl a n d f i l ll e a c h a t e a b s t r a c t ac o m b i n e ds y s t e mc o n s i s t i n go fa n o x i e - a e r o b i em e m b r a n eb i o r e a c t o r ( a o m b r 1a n d r e v e r s eo s m o s i s 限o ) w c r eu s e df o rt r e a t m e n to fh i g hc o n c e n t r a t i o nn i t r o g e na n dc a r b o n a n d l a n d 丘nl e a c h a t e f i r s t ，e x p e r i m e n t so ft r e a t i n gs y n t h e t i cw a s t e w a t e ro fh i g h c a r b o na n d n i t r o g e nw e i c a r r i e do u t t oi n v e s t i g a t en h 4 + - na n dc o d r e m o v a le f f e c t a n dt h ep a t h w a yo f r e m o v a lo fn i t r o g e ni nd i f f e r e n tr a t i oo fc o d ni n t h es y s t e mo fa o m b r s e c o n d l y e x p e r i m e n t so ft r e a t i n gp r a c t i c a ll a n d f i l ll e a c h a t ew e r ec a r r i e do u t t oi n v e s t i g a t en i - 1 4 * - na n d c o dr e m o v a le f f e c t m e a n w h i l er c v c r s co s m o s i so ft r e a t i n gw a s t e w a t e rf r o mm b re m u e n t a n dm e m b r a n ef o u l i n gw a si n v e s t i g a t e d t h er e s u l t sa r ca sf o l l o w s ： ( 1 ) m o s to r g a n i cw a sr e m o v e di nt h ea o - m b ra n dt h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yw a s 9 5 6 t h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yo fo r g a n i cw a sa l m o s tu n a f f e c t e db yc o d n 。b u tt h e p r o c e s so f 如nr e m o v a lw a sa f f e c t e db yc o d n t nr e m o v a lw a sp r i m a r i l yb a s e do n s i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n ( s n d ) p r o c e s so c c u r r e di nt h ea e r o b i cz o n ea n d t h ea v e r a g er e m o v a le f ! f i c i e n c yo ft nw a s8 9 4 w i t ha v e r a g ec o d no f1 0 2 b o t ha e r o b i c s da n dc o n v e n t i o n a lb i o l o g i c a ln i t r i f i c a t i o n d e n i t r i f i c a t i o nc o n t r i b u t e dt on i t r o g e nr e m o v a l t h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yo ft nw a s7 2 。7 4 w i t ha v e r a g ec o d n0 f7 1a n d5 6 ( 2 ) w h e nm e m b r a n eb i o r e a c t o r ( a o m b r ) s y s t e mt r e a t i n gt e r m i n a ll a n d f i l ll e a c h a t e ， t h ea v e r a g er e m o v a le f 丘c i e n c yo fo r g a n i cw a sl o wa t3 3 5 b e c a u o fl o wr a t i o b o d c o d ( 0 1 5 ) r u n n i n g f o rs o m ct i m e ，b y a d d i n gs o m cs u g a r t om a i n t a i nb a s i c b i o d e g r a d a b i l i t y ，n o wt h er a t i oo fc o d nw a s3 5 n ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yo fo r g a n i c 7 9 6 、8 7 5 、8 1 4 2 r e s p e c t i v e l yi nd i f f e r e n td i l u t i o nt j m c so f4 ，2 ，1 n ea v e r a g er e m o v a l e f f i c i e n c yo ft n w a s2 3 、3 9 、5 1 3 r e s p e c t i v e l ya n dt h ea v e r a g er e m o v a le 施c i e n c yo f n i r o g e nw a s9 7 6 、9 5 8 、8 9 r e s p e c t i v e l yi nt h i st h r e ep h a s e s m l s si na n o x i c - a e r o b i c z o n ew a sm i x e dw e l l ，d i f f e r e n c eo fn i t r i t en i t r a t ea n dn i t r o g e nw a sl o w e r ( 3 ) t h ew a t e rq u a l i t yo fr 0e m u e n tt r e a t i n gs y n t h e t i c a lw a s t e w a t e rc o u l dm e e tt h e w a t e rq u a l i t yr e q u i r e m e n t sf o rt h et o w nw a s t e w a t e rr e u s e ，劢co p e r a t i o no fs y s t e mw a s s t a b i l i t y i ts h o w st h a tr 0s y s t e mf o rt o cr c j e c t i o n ，t na n dc o n d u c t i v i t i e sr e j e c t i o nw o r e 9 3 2 、8 9 、9 2 9 r e s p e c t i v e l y e v e ni fi tw a so p e r a t i o na tt h ec o n d a t i o no fl o w t e m p e r a t u r e ( 1 3 - 1 4 。c ) a n dh i g hi o nc o n c e n t r a t i o n ( 4 0 0 0u s e r a ) r oy s t e mf o rt o cr c j e c t i o n ， t nr e j e c t i o nw a s9 6 3 、9 0 w h e nr os y s t e mw a su s e df o rt r e a t i n gl a n d f i l ll e a c h a t ea tt h e i i m b r - r o 组合工艺深度处理垃圾渗滤液的研究 o p e r a t i o np r e s s u r eo f0 4 5 m p a ( 4 ) t h em e m b r a n ef o u l i n go fr ot r e a t i n gs y n t h e t i cw a s t e w a t e ri s c h a r a c t e r i z e db y s c a n n i n ge l e c t r i cm i c r o s c o p ya n df o u r i e rt r a n s f o r mi n f r a r e ds p e c t r o s c o p yt e c h n i q u et h e f o u l i n gc a k el a y e rf o r m e do nt h er om e m b r a n es u r f a c ew a so b s e r v e db ys c a n n i n ge l e c t r i c m i c r o s c o p y t h em e m b r a n ef o u l i n g w a sc h a r a c t e r i z e db yf o u r i e rt r a n s f o r r n li n f r a r e d s p e c t r o s c o p yt e c h n i q u ew h i c hs h o w e dt h a tt h em a j o rc o m p o n e n t so ft h ef o u l a n t sw e r es o l u b l e m i c r o b ep r o d u c t s t h em e m b r a n ef o u l i n go fr ot r e a t i n gl a n d f i l ll e a c h a t ew a sc h a r a c t e r i z e d b y ( d i s s o l v e do r g a n i cm a t t e r ) d o m t h er e s u l ts h o w s t h a th i ah a sas t r o n gp e r m e a b i l i t ya n d h o nh a sas t r o n gr e t e n t i o nf o rr o m e a n w h i l ei ti m p l y i n gap o r t i o no fh o ni sh i 【g hm w ( m o l e c u l a rw e i g h t ) s u b s t a n c e sl i k ep r o t e i n s k e yw o r d s ：l e a c h a t e ；a o - m b r ；d i s s o l v e do r g a n i cm a t t e r ；r e v e r s eo s m o s i s ；i n f l u e n t c o d nr a t i o ；m e m b r a n ef o u l i n g ； 一i i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任 学位论文题目：丛匦玉望监西透鹰盟! 翌丝虫耋连! 逮盟堡寇 作者签名：压l ! l 一 日期：绰年l 月丝日 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目：丝旦二墨竺幽刍：王蕴f 签亟处丝丝玺递远：遽盟鳓， 作者签名： ；2 刭邑蛋日期：丝丑年- 月日 导师签名：与器蠢乳纽一 日期：4 年4 月j 生日 m b r - r o 组合工艺深度处理垃圾渗滤液的研究 引言 随着经济的发展、城市规模的扩大、人口的增长和人民生活水平的提高，垃圾的产 生量越来越多，成份也越来越复杂。2 0 世纪8 0 年代以来我国城市垃圾以每年1 0 的速 度递增，2 0 0 0 年已接近2 亿吨，而在1 9 9 8 年的时候垃圾堆放量就已累计超过6 0 亿吨。 据预测，按现在垃圾增长的速度，2 0 1 0 年我国城市生活垃圾产生量将达到2 6 4 亿吨， 2 0 3 0 年为4 0 9 亿吨，2 0 5 0 年为5 2 8 亿吨。固体废物产量与日俱增，固体废物造成的环 境污染日益严重，控制固体废物污染已成为我国亟待解决的重大环境问题之一。 城市垃圾的处理方式主要有：堆肥、卫生填埋及焚烧。由于卫生填埋法处理量大、 适应性强、一次性处理、没有残余物、管理方便且运行费用合理，加之我国大多数城市 未实行垃圾分类投放制度，城市生活垃圾成分混杂，因此它已成为我国城市生活垃圾处理 的主要手段。在我国，通过卫生填埋方法处理的城市垃圾约占全部处理量的7 0 。但是 卫生填埋法的缺点是填埋过程中产生的诸如填埋气体和渗滤液等二次污染物，如不妥善 处理，会对周围的水、大气和土壤造成严重污染，并对附近地区的公众健康构成威胁。 垃圾深虑液本身的性质比如高碳高氨氮重金属离子含量高，有毒物多，随着填埋时 间的延长，可生化性越来越低，难降解有机污染物越来越多，其中有2 2 种被列入我国 和美国e p a 环境优先控制污染物的黑名单中。随着水环境污染及公共环境意识的增强， 各国都制定了越来越严格的渗滤液排放标准。传统渗滤液处理工艺无论是生物法还是物 理化学法处理都很难达到理想的处理效果。因此，发展一种具有环境友好的处理工艺十 分必要。 本实验在前人研究的基础上利用缺氧好氧膜生物反应器和反渗透连用处理模拟的 高碳氮废水，条件成熟后再处理垃圾渗滤液，利用缺氧好氧膜生物反应器脱氮除碳，后 续的反渗透进一步优化出水水质，浓水可以通过回灌原来天然的垃圾填埋场进行后续处 理，充分利用了填埋场本身的优势进一步处理有机物和总氮的脱除，同时研究了脱氮的 脱除途径。为垃圾渗滤液的处理提供了一个可靠的参照试验案例。 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 垃圾的来源性质和危害 1 1 1 垃圾渗滤液的常规水质 渗滤液是垃圾经大气降水润湿后和废弃物中的水分在压实时被挤出而产生的。垃圾 填埋场渗沥液的产生来源于通过各种途径进入并渗透至垃圾堆体内的水量。其主要途径 为：大气降水，包括降雨和降雪；场外地表水的侵入，包括地表径流水和灌溉水；地下 水的侵入；进入填埋场的垃圾自身所含的水分；已填埋垃圾由于微生物作用，在降解过 程中产生的水分。 其中填埋场内的降水为主要部分，这些水分渗过成分复杂的垃圾时，和垃圾本身发 生的水解、酸化、产甲烷阶段、溶出、发酵等反应，从而使渗滤液中含有大量有机污染 物、氮、磷和种类繁多的重金属类物质。垃圾渗滤液水质的变化受垃圾组成、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【圳。 如表1 1 所示，我们可以总结出垃圾渗滤液的特征；有机物浓度高、金属离子含量 高、水质变化大、氨氮含量高、营养元素比例失调。垃圾中的易降解有机物的转化非常 复杂，在填埋场运行初期( 5 年以下) ，渗沥液的特点为含有高浓度的有机酸，c o d 和b o d 值最高可达几万，n h 3 n 浓度不高，p h 值较低，所以重金属很容易溶解在渗沥液里， 但可生化性较好。随着时间的推移( 3 5 年以上) ，填埋场中产甲烷菌开始占优势。这些细 菌将大部分的有机酸转化成了甲烷( c h 4 ) 和二氧化碳，此时c o d 和b o d 值下降，n h 3 n 浓度升高可达几千，p h 值回升，重金属浓度降低，b o d c o d 值较低，可生化性变差【5 叫。 总体来说，垃圾渗滤液是一种高氨氮、高浓度难降解有机物、成分复杂多变、污染能力 强、水量波动大的极难处理的废水。 张兰英【7 】等人采用色谱质谱联用技术鉴定出长春市的垃圾渗滤液中有9 3 种有机污 染物，多为芳烃、杂环化合物、卤代物、烷烃、烯烃、醇、酚、醛、酮、羧酸、酯类及 胺类等，其中2 2 种被我国和美国e p a 列入环境优先控制污染物的黑名单。r u g g eh 等 在丹麦的g r i n d s t e d 垃圾填埋场垃圾渗滤液中检出多种杀虫剂和农药，如m c p p ，m c p a 、 二氯苯酚、二氮杂苯等 8 - 9 。据报道，日本的许多垃圾填理场垃圾渗滤液中发现二恶英【枷。 在我国兰州，垃圾渗滤液的污染使东盆地雁滩水源地废弃，西盆地马滩水源地部分水井 报废；在澳门与珠海市交界处的茂盛围，垃圾渗滤液使当地河流鱼虾绝迹、农田失收。 一2 一 m b r - r o 组合工艺深度处理垃圾渗滤液的研究 表1 1 垃圾填埋渗沥液水质随填埋时间变化表 t a b 1 1l e a c h a t ec h a r a c t e r so fd i f f e r e n tl a n d f i l la g e s 同济大学的刘疆鹰，赵由才【1 l 】等对试验场渗滤液c o d 质量浓度进行长达3 5 年的 测定( 1 2 周测定一次) ，建立了填埋场渗滤液c o d 质量浓度随时间变化的数学模型，通 过模型预测了渗滤液c o d 质量浓度通过自然衰减达到不同排放标准所需时间，提出填 埋场的规划和设计可以由传统的渗滤液及时外排处理式转变为不及时外排，使其在填质 量浓度大幅度自然衰减后抽出处理。这样可以大量节省费用，简化工艺。 1 1 2 垃圾渗滤液的危害 垃圾渗沥液的危害体现在填埋场周边土壤、地下水以及地表水三个方面。垃圾渗沥 液对土壤的污染，主要是通过渗沥液渗入土层所致。渗沥液污染物在土壤中产生上系列 物理、化学和生物化学作用，如过滤、吸附、沉淀，或者为植物根系吸收或被微生物降 解和合成吸收，从而使污染物截留在包气带土体内，或通过土壤孔隙水携带迁移。垃圾 堆放场对地下水的影响则主要是垃圾污染组分随渗沥液渗入含水层，其次为受垃圾污染 的河湖坑塘再渗入补给含水层。根据美国环保局的统计，美国己有的7 5 0 0 个垃圾填埋 场，7 5 对周边的土壤和水体造成了污染【1 2 1 。c a l v e r t 1 3 l 曾对距渗沥液蓄水池5 1 2m 的一 口水井进行长期观察分析，发现其硬度、钙镁浓度、总固体量和c 0 2 都有增加。 n e v e n k a 1 4 j 等报导，渗沥液对含水层的污染不仅仅在于表层，而且贯穿于6 0m 深的 垂直截面。在约旦，研究者a b u r u k a h 和k o f a h i 1 5 j 也观测到了渗沥液对于周边水体 的污染。国内填埋场渗滤液污染地下水或地表水的情况更为严重。在上海浦东，如江镇、 三林塘、珊璜等，垃圾堆放场附近地表水池、鱼池以及黄浦江水受到污染，一些化学组 分浓度超出生活饮用水卫生标准1 0 0 0 倍以上。 大连理工大学硕士学位论文 1 2 国内外研究进展 国外有关垃圾渗滤液的处理技术已有较多的研究报道【1 6 1 。垃圾卫生填埋技术在我国 得到广泛的应用，虽然应用起步的较晚，但对垃圾渗滤液处理方案、方法及工艺的研究， 已作为垃圾填埋场环境污染防止的重要内容之一而受到普遍的重视，有关的研究报道近 几年也日趋增多，取得了一定的进展。目前垃圾的处理法主要有3 种方式，即卫生填埋、 堆肥和焚烧。卫生填埋是目前世界范围内城市垃圾处理的主要方式。与其它方法相比 垃圾的卫生填埋处理具有技术成熟、运行费用低、管理方便等优点，尤其适应我国这样 一个地域广阔、资金不足的发展中国家。但目前我国绝大多数城市垃圾未实行分捡，填 埋法所产生的渗滤液中污染物成分更加复杂。在无防渗或防渗处理不好的填埋场附近， 已发现地表水、地下水和土壤被污染的现象【1 7 1 。随着城市垃圾卫生填埋技术的不断应用， 渗滤液处理方法和技术的研究也日益受到重视。渗滤液水质复杂、变化大，污染物浓度 高，而现在的工程污染控制技术尚不成熟，垃圾渗滤液的处理一直是一个世界性的难题。 据中国城市建设研究院对全国2 9 2 家大中型填埋场的调查显示：现有垃圾填埋场中，具 有渗滤液处置工艺的占6 1 ，其中4 9 的处理工艺未达到相关排放标准，剩余的1 2 的处理出水，也只达到基本排放标准。由于渗滤液水质水量的复杂多变住，目前尚无十 分完善的处理工艺，目前渗滤液的处理方案主要有场外综合处理和场内单独处理两大 类。具体有4 种方案，( 1 ) 收集后直接排入城市污水处理厂合并处理；( 2 ) 预处理后汇 入城市污水处理厂合并处理；( 3 ) 向填埋场的循环喷洒处理；( 4 ) 建设污水处理系统进 行独立处理。如果将渗滤液和城市污水直接合并处理，可能会出现活性污泥膨胀、铁的 沉淀及重金属毒性等一系列问题，这将严重影响污水厂的稳定运行。因此，目前一般都 将渗滤液进行现场独立处理，主要处理工艺有生物处理法、物化法、土地法以及上述方 法的综合【1 8 l 。 生物法： 生物处理是垃圾渗滤液的一种主体处理方法。按废水生物处理系统中起主要作用的 微生物的呼吸类型，可分为好氧处理、厌氧处理和兼性处理( 即厌氧好氧组合处理) 三种 系统。好氧生物处理中的活性污泥法、生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等都有用 于垃圾渗滤液处理的报道。此法可有效地降低b o d 5 、c o d 和n i - h + - n ，还可去除一些 如铁、锰等金属。近年来发展的厌氧生物处理方法有：厌氧生物滤池、上流式污泥床反 应器、厌氧折流板反应器等。但是，在处理垃圾渗滤液方面，单独运用厌氧生物法的还 比较少1 1 9 1 。在现行的渗滤液处理工艺中，大多采用厌氧一好氧组合处理系统。实践证明， m b r - r o 组合工艺深度处理垃圾渗滤液的研究 采用该工艺既经济合理，处理效率又较高，不仅可以较有效地去除c o d 和b o d s ，还 可较好地去除氮和磷等。 a g d a g 和s p 0 北a l 冽利用两段u 峪b + 好氧全混活性污泥反应器( a e r o b i cc o m p l e t e l y s t i r r e dt a n kr e a c t o r ，c s 删处理垃圾渗沥液，厌氧好氧段的水力停留时间( h y d r a u l i c r e t e n t i o nt i m e ，h r t ) 分别是1 2 5d 和4 5d ，有机负荷( o r g a n i cl o a d i n gr a t e ，o l r ) 为 1 6k gc o d m 3 d 时，c o d 的最大去除率为踟，n h 4 + - n 的去除效率接近9 9 6 。 哈尔滨工业大学的陈升等1 2 1 j 利用好氧厌氧移动床生物膜反应器阻r o b i c _ a n m b i c m o v i n gb i o f i l mb e dr e a c t o r ， a - om b b r ) 处理填埋期4 年的垃圾渗沥液，实验结果表 明，有机负荷4 0 8 1 5 7 0k gc o d m 3 d ，总的c o d 去除效率是9 2 - 9 5 ；其中厌氧的 m b b r 起主要作用( 8 0 9 2 ) ，好氧的m b b r 仅去除了3 1 2 的有机物。好氧m b b r 水 力停留时间大于1 2 5d ，9 7 的氨氮被硝化，小于1 2 5d ，硝化效率迅速下降。 彭永臻等【捌利用两段u a s b + a o 用来处理垃圾渗沥液，进水的c o d 浓度波动范围 是黯5 0 - 1 2 5 0 0m g l ，u a s b l ，u a s b 2 和o 反应器有机负荷分别为6 6 - 1 6 2 ，2 3 6 1 和o 禾2 7k gc o d m 3 d ，两段u a s b 处理后c o d 浓度低于3 5 0 0m g l ，最终出水c o d 浓度为8 0 0 1 4 0 0m g l ，系统c o d 去除率8 3 9 3 。a o 反应器氨氮负荷o 2 0 7k g n 吼+ - n m 3 d ，n h 4 + - n 的去除率高于9 9 5 ，出水n i - 1 4 + - n 浓度小于1 5m g l ，9 0 - 9 9 的n h 4 + n 被氧化为n 0 2 n 。n 0 2 - n 在u a s b i 及缺氧段被反硝化生成氮气，反硝化效 率接近1 0 0 。进水总氮( t o t a ln i t r o g e n ，n d 浓度为1 4 5 0 - 2 4 5 0m 比出水浓度为1 7 0 - 2 5 0 m g l ，系统 i n 去除率8 0 9 3 。 王坚【2 3 l 采用上流式厌氧污泥床( u a s b ) 与膜生物反应器( m b r ) 组合工艺对城市垃圾 填埋场渗滤液进行处理试验研究。当渗滤液c o d c r 为1 4 9 1 2 9 6 5 m g l ，该组合工艺对 c o d c r 、b o d s 、n h 3 一n 的平均去除率分别达到7 3 、9 8 3 和6 1 7 。文中还对渗滤液 c o d o 的降解性能、厌氧好氧工艺的合理组合等问题进行了讨论分析。 物化法： 物理化学方法主要有活性炭吸附、蒸干法、混凝沉淀、密度分离、化学氧化、化学 还原、离子交换、膜渗析等多种方法。和生物处理方法相比，物理化学方法不受水质、 水量变化的影响，出水水质稳定，能较好地适应渗滤液水量、水质的变化。对b o d c o d 介于0 0 7 0 2 0 之间及含有毒、有害的难以生化处理的渗滤液，物理化学方法处理效果 较好。由于物化法运行成本高，多用于垃圾渗滤液的预处理和深度处理。 在物化法中，膜分离工艺因其高效性、模块化和易于自动控制等优点，应用得越来 越广泛。由于反渗透膜分离过程可在常温下进行，且无相变，低能耗，可有效地去除无 机盐和有机小分子杂质，具有较高的水回用率，c h i a n 2 4 1 1 9 7 7 年提出将反渗透技术应用 大连理工大学硕士学位论文 到垃圾渗沥液处理中，以降低其净化出水的c o d 。a n g e l oc h i a n e s e 等【2 8 j 学者发现应用 反渗透工艺处理垃圾渗沥液时，c o d 的去除效率与进水浓度无关，但是随操作压力升 高而变大。运行压力为5 3a t m 时，c o d 的去除效率高于9 8 。c o d 浓度与大部分金 属离子的截留效果无关，但是进水c o d 浓度升高，z n 离子的去除效率明显下降。 h u l d 等【冽选用3 种低压聚酰胺反渗透膜处理t r a i l r o a d 垃圾填埋场渗沥液的实验结 果表明：膜通量取决于操作压力大小及t o c 的浓度，当操作压力 1 0 3m p a 时，膜通量 为2 6 m 5 4 0l m 2 h ，t o c 和a 。的去除率 9 6 ，n h 3 - n 的去除率 8 8 。 土地法： 土地处理渗滤液主要是通过土壤中的微生物作用使渗滤液中有机物和氨发生转化， 通过蒸发作用减少渗滤液的产生量。它包括慢速渗透系统、快速渗透系统及地表漫流等 多种土地处理方法。用土地法处理渗滤液的主要形式有渗滤液回灌技术和人工湿地。垃 圾渗滤液回灌是将收集后的垃圾渗滤液再次回灌入填埋场，利用填埋场堆体内的微生物 对垃圾渗滤液进行处理的一种技术。m o s h e 产6 l 等人的研究表明，垃圾渗滤液回灌喷洒处 理不仅缩短了填埋场的稳定化进程及沼气的产生时间，而且增加了填埋场的有效库容 量，促进了垃圾中有机化合物的降解，是垃圾渗滤液管理的一种有效方法。目前在国外 已得到广泛应用。据估计，英国5 0 的填埋场进行了渗滤液回灌吲。人工湿地污水处理 系统是对自然湿地的模拟，它是以污水处理为目标，经人工设计、建造的工程化的湿地 系统，根据生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，在促进废 水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的再生潜力，防止环境的再污染，获得 污水处理与资源化的最佳效益，是一种较好的生态废水处理方式。k a d l e c 2 s 认为无论是 地表漫流还是地下径流式的构建湿地系统，对于垃圾渗沥液处理来讲，都是具有发展潜 力的。2 0 0 7 年，n i v a l a 等1 2 9 j 研究者利用曝气慢速地下径流的构建湿地处理垃圾渗沥液， 结果表明，有机物及氨氮的去除效果良好。斯洛文尼亚的b u l c ，i 3 0 1 等人对人工湿地处理 渗滤液作了中试研究。他们采用4 5 0m 的人工潜流湿地处理垃圾渗滤液，在进水c o d 为1 2 6 4m g l ，b o d 5 为6 0m g l ，n h 3 一n 为8 8m g l 条件下，取得c o d 、b o d 5 和n h 3 - n 的去除率分别为6 8 、4 6 和8 1 。 1 3 膜生物反应器( m b r ) 1 3 1 膜生物反应器的发展历程 随着科学技术的发展，“膜 这种物质已经越来越多的应用到生产和生活中。所谓 膜( m e m b r a n e ) ，指的是在一种流体相( f l u i dp h 弱e ) 内或者在两种流体相之间，有一层薄 m b r - r o 组合工艺深度处理垃圾渗滤液的研究 的凝聚相( c o n d e n s e dp h a s e ) 物质把流体相分割为互不相通的两部分，并能使这两部分之 间产生传质作用。这一薄层物质就是“膜 。膜可以是固态的，也可以是液态或者气态 的。可以是均匀的单一相，也可以由两相以上的凝聚态构成复合体。无论怎样的膜，它 都有两个界面，且界面和被分割的两侧流体相接触。利用天然或者人工合成的、具有选 择透过性能力的薄膜，以使外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分溶质和溶 剂进行分离、分级、提纯或富集的方法，称为膜分离。膜分离技术的产生与发展，为膜 生物反应器的提出与发展奠定了技术基础。 目前，常用的几种膜分离方法主要有：微孔过滤( m i c r o f i l t r a t i o n ，m n 、超滤 ( u l t r a - f i l t r a t i o n ，旧、纳滤( n a n o f i l t r a t i o n , 旧、反渗透( r e v e r s eo s m o s i s ，r o ) 、渗析 ( d i a l y s i s ，d ) 、电渗析( e l e c t r o d i a l y s i s ，e d ) 、渗透蒸发( p e r v a p e r a t i o n ，p v ) 、液膜 ( l i q u i d m e m b r a n e ，l m ) 等。 膜生物反应器( m b r ) 是膜分离技术和传统活性污泥法相结合的一种新型废水处理 技术阱j 。m b r 最先应用于微生物发酵工业，在废水处理领域中的应用研究始于2 0 世纪 6 0 年代的美国。美国的s m i t h 于1 9 6 9 年首次报道了活性污泥法和超滤结合处理城市污 水的方法。2 0 世纪7 0 年代以后，厌氧m b r 技术相继开始研究。1 9 7 8 年，g r e t h l i c n 进 行了厌氧m b r 处理生活污水的研究。与此同时，日本根据本国国土狭小、地价高的特 点，对膜分离技术在废水处理中的应用进行大力的研究，使m b r 开始走向实际应用。 8 0 年代以后，随着膜质量的提高和造价的降低、膜分离工艺的完善、膜清洗方法的 改善和污水处理厂出水水质要求的提高，国际上对m b r 的研究更深入。1 9 8 9 年，日本政 府联合许多大公司共同投资进行了为期6 年的9 0 年代水复兴计划( a q u ar e n a i s s a n c e p r o g r a m m e 9 0 ) 科研项目，其目的是寻求满足中长期水量需求，解决水污染问题和从污 染物中获取能量。特别是开发一种膜技术与生物反应器相结合来处理工业和城市污水， 省能省地，出水水质好，适用于污水回用的工艺。日本学者y a m a m o t o 等在1 9 8 9 年首 次开发了一体式m b r 。 9 0 年代，各国对m b r 投入了大量的精力，从各个方面提高了m b r 的实用性。m b r 已不再局限于生活污水和城市污水处理1 3 2 1 ，开始向特种废水处理方向延伸，处理对象扩 展到工业废水、石化废水、发酵废水，甚至堆肥、填埋场沥滤液等的废水处理方面。 近1 0 年来，随着膜技术的飞速发展，日本、欧洲等膜制造技术发达的国家广泛开 展了m b r 新工艺的研究。日本率先将这一技术用于中水道系统并取得成功。国外污水 m b r 已进入实用阶段。 特别是m b r n e t w o r k 研究计划的提出和实施，几乎囊括了m b r 的所有研究领域 如：新型膜材料的开发、新型m b r 工艺的开发、膜组件的标准化、膜污染的控制、操 大连理工大学硕士学位论文 作参数的优化控制、膜组件清洗方法、污泥处置及污泥减量化、m b r 案例分析、m b r 过程的数学模拟、计算流体力学和活性污泥数学模型在m b r 中的应用、m b r 通量数据 分析、m b r 在相关领域的应用等等。近年来，m b r 技术已被从传统污水处理拓展到中 水回用1 3 3 】、脱氮除磷、饮用水净化等。2 0 0 2 年，c h e t t i y a p p a nv i s v a n a y h a f l 等为减少反 渗透法用于脱盐海水中的操作和维护，改进了r o 系统的运作情况。同一年，a l p e r n u h o g l u a 等用m b r 对饮用水进行脱氮的实验，实验反应器为一个搅拌釜，利用m b r 可使n h 3 n 去除率上升到9 8 5 。2 0 0 3 年，h i d e a k in o m a 等将膜技术应用于菲律宾一 旅游胜地海岛的废水处理，出水用于冲厕及灌溉。 1 3 2 膜组件的分类 按膜组件的作用方式，m b r 可分为内压式和外压式两种。按膜分离技术与生物反 应器的组合方式，可为分置式和一体式俘匿没式) 两种m b r 按膜组件在生物反应器中的 作用不同可分为三种：固液分离m b r ；无气泡膜曝气生物反应器( m a b r ) 和萃取膜生物 反应器( e m b r ) 。其中固液分离m b r 是最常用的。 r e g l r c u f a t e ds t r e a m o u t ( a ) 分置式膜生物反应器( b ) 一体式膜生物反应器 ( a ) r e - c i r c u l a t e dm e m b r a n eb i o - r e a c t o r( b ) s u b m e r g e dm e m b r 蛆eb i o - r e a c t o r 图1 1 分离膜生物反应器简图【蚓 f i g 1 1d i a g r a mo fb i o m a s ss e p a r a t i o nm e m b r 锄eb i o r e a c t o r 1 3 3m b r 工艺的特点 ( 1 ) 结构紧凑，占地面积小。 一8 一 m b r - r o 组合工艺深度处理垃圾渗滤液的研究 m b r 仅用一个膜分离装置就完全实现了在常规生物处理中需要用较大的二沉池和 沙滤系统才能实现的功能，使系统变得较为紧凑，减小了占地面积。特别是s m b r 在一 个反应器中同时实现了生物降解和泥水分离。相比于传统活性污泥法水处理工艺，采用 m b r 工艺，占地面积能节省一半以上。 ( 2 ) 处理效果高，出水水质好，出水可以直接作为回用水，并且解决了活性污泥膨 胀引起的二沉池泥水分离和水质恶化问题。 ( 3 ) 使生物反应器能保持高浓度的微生物。膜分离装置能阻止高分子量的有机物和 悬浮物向系统外流失，使参与反应的微生物完全保持在生物反应器内，这对于截留世代 期较长的微生物尤其有利，如硝化细菌在反应器中的停留时间，有利于系统硝化效率。 ( 膜可以阻留许多分解速度较慢的大分子难降解物质，通过延长其停留时间而提 高对它的降解效率；容积负荷高，抗负荷冲击能力强。m b r 实现了水力停留时间( 哪 和污泥停留时间( s r t ) 的完全分离，可以同时实现很短的h r t 和很长的s r t 。因而能够 在反应器中保留足够高的污泥浓度，好氧膜生物反应器处理城市生活污水时污泥浓度一 般为1 0 - 2 0g l - 1 ，最高可达5 0g l 0 1 ；处理工业废水时，污泥浓度为2 - 4 0g l - 1 ，大部分 高于2 0g l 1 。m b r 中较高的污泥浓度不仅使m b r 所能达到的容积负荷大大提高，还 使系统抵抗冲击负荷和有毒有害物质的能力得到了加强，并使系统运行的稳定性得以提 高。 ( 5 ) 剩余污泥产量小，污泥处理费用少； m b r 中较高的污泥浓度可以实现在容积负荷很高的同时，污泥负荷保持很低，因 此，进入m b r 的基质将主要用于维持微生物的最低营养要求，而污泥的增殖量则很少， 大大减小了剩余污泥的产量 ( 6 ) 易于实现自动化，操作管理方便。 m b r 由于构筑物少，系统结构紧凑，非常容易加工为成套设备，便于运输和安装， 可大大缩短施工期。另外，自动化程度高，可实现无人值班看守，因此大大节约了人工 费。 但是，膜生物反应器也有不足之处，主要在以下几个方面：( 1 ) 膜造价较高，使得 膜生物反应器的基建投资较高；( 2 ) 容易出现膜污染，给操作管理带来不便，使运行费 用提高。 总之，膜生物反应器具有许多其它污水处理方法所不具有的优点，特别是在高浓度 难降解有机废水和污水回用上具有无可比拟的优势。但是废水和污泥对膜的污染使膜的 通量难以保持稳定，这就促使人们不断改进反应器的形式以减轻膜污染或增大膜面积以 维持所需的透过水量。就目前的研究结果，膜污染问题仍没有得到彻底的解决，这就极 大连理工大学硕士学位论文 大地限制了m b r 在实际工程中的应用。另外，由于m b r 系统通常需要专门的泵为膜 组件提供膜分离所需要的压力，并由于反应器内较高的污泥浓度和满足对膜面的冲刷作 用而采用较大的曝气量。因此，通常能耗较高，尤其是对于分体式m b r 系统，其每立 方米出水的能耗甚至高达普通生物处理的十倍以上，这也限制了m b r 系统的推广。 目前国内采用m b r 工艺处理城市垃圾填埋场渗滤液的研究正在逐渐开展，但尚不 多见，且研究的规模多限于小试。国外关于m b r 工艺处理城市垃圾填埋场渗滤液的研 究已有相当的进展。在韩国的y u n g i 垃圾渗滤液处理场，由于填埋场老化，可生物降 解的有机物含量下降，氨氮浓度上升，生物脱氮难度加大。尽管渗滤液中c 小严重失调 ( 以b o d 5 和t n 计只有0 1 6 ) ，但采用m b r 和r o 的组合工艺达到了稳定的去除效果。 从经济角度分析，其运行费用$ 3 t ，只占传统处理法的6 0 | 3 5 1 。目前在国外，垃圾填埋 场渗滤液膜分离技术处理工艺相当成熟，而在我国这一新技术还未得到实际应用和推 广。早在1 9 7 6 年c h i a n l 2 4 1 就提出，降低渗滤液c o d 的最有效方法是反渗透限o ) 技术。 后经k r u g 等0 6 1 研究证明了r o 膜处理渗滤液的可行性。荷兰、瑞士的几个渗滤液处理 厂也先后使用了膜分离技术。国内袁维芳p 7 】等对广州市大田垃圾填埋场渗滤液预处理出 水进行了反渗透实验研究，这是国内首次采用反渗透法处理城市垃圾填埋场渗滤液，效 果理想。任鹤云【弼j 等人用m b r 法为主的工艺处理某填埋场垃圾渗滤液，规模为2 0 0 m 3 d ， 取得了c o d 、氨氮去除率分别为9 0 、9 9 的效果。王宝贞【3 9 j 等人采用n 缺氧活性污 泥) b ( a o 淹没式生物膜) 复合工艺处理苏州七子山填埋场的渗滤液，c o d 、n i - 1 3 - n 和 t n 去除率分别为9 4 2 ，9 5