（环境工程专业论文）mbr及后续工艺处理垃圾渗滤液的试验研究.pdf

中文摘要 本论文采用膜生物反应器( m b r ) 对垃圾渗滤液进行处理，m b r 进水为经 厌氧好氧工艺处理的垃圾渗滤液。在进水c o d 为6 1 2 1 4 6 7 m g l ，b o d 5 为 1 5 2 2 m g l ，氨氮为o 4 2 1 3 1 6 9m g l ，色度为“6 1 1 2 0 m g l ，水力停留时 间为8 1 2 h 的条件下，对c o d 的平均去除率达2 2 3 3 ，对b o d 5 的平均去除 率达9 0 ，对氨氮的平均去除率达7 5 9 ，对色度的平均去除率达3 6 4 。试验 结果表明m b r 对生化工艺出水仍有一定的降解能力，但由于生化工艺出水中难 生物降解或不可生物降解的物质较多，所以m b r 对这些有机物的降解能力是有 限的。另外该进水的含有高盐度，它会强烈抑制污泥的活性，从而影响m b r 的 去除效果。由于含有生色基团的有机物以小分子溶解态的有机物居多，所以m b r 对渗滤液色度的去除能力也有限。 本试验尝试了投加粉末活性炭、补充活性污泥以及将两者结合起来的方式改 善m b r 反应器处理效果。比较这三种方式，投加活性炭和补泥投炭相结合的方 式对c o d 的去除效果较好，c o d 去除率从1 6 5 3 增加到3 3 左右，但这三种 方式都没有使c o d 去除率长时间维持在较高水平，对于投加活性炭和补泥投炭 相结合的方式，经过1 0 天左右，c o d 去除率降至改善之前的水平。 针对m b r 处理垃圾渗滤液出水c o d 浓度仍较高的问题，尝试采用活性炭吸 附、臭氧氧化、臭氧一活性炭联合工艺处理m b r 出水，以提高出水水质。在臭 氧投量为1 1 5 m g l ，活性炭投量为5 9 l ，活性炭吸附时间为4 5 m i n 的条件下，臭 氧氧化对c o d 的去除率为2 8 1 2 ，对u v 2 ”的去除率为6 6 6 7 ，对色度的去 除率为9 5 4 。活性炭吸附后对c o d 的总去除率为4 2 9 6 ，对u v 2 s 4 的总去除 率为8 9 5 8 ，对色度的总去除率为1 0 0 。 关键词：垃圾渗滤液，膜生物反应器，臭氧氧化，活性炭吸附，高盐度 a b s t r a c t t h et f e a t m e n to ft h el a n d f i l ll e a e h a t eb ym b rw a ss t u d i e di nt h i s1 1 l e s i s t h e i n f l u e n to fm b rh a db e e nt r e a t e db ya n a e r o b i c - a e r o b i ct e c h n o l o g y d u r i n gt h e e x p e r i m e n t ，t h er a n g eo fc o d ，b o d s ，a m m o n i a - n i r t o g e na n dc h r o m ai ni n f l u e n tw e r e 6 1 2 1 4 6 7 m g l ，1 5 2 2m g l ，o 4 2 1 3 1 6 9m g l ，6 4 6 1 1 2 0 m g l ，r e s p e c t i v e l y 1 1 1 er e m o v a lo f c o d ，b o d 5 ，a m m o n i a - n i r t o g e na n dc m o m aa ta no v e r a l lh r to f8 1 2 ha c h i e v e d2 2 3 3 ，9 0 ，7 5 9 a n d3 6 4 ，r e s p e c t i v e l y 1 1 l er e s u l t ss h o w e dt h a t m b rs t i l lh a ds o m ed e g r a d a b i l i t yt o o r g a n i cc o m p o u n do fe f f l u e n tt r e a t e db y b i o c h e m i c a lt e c h n o l o g y b u tt h ee f f l u e n tt r e a t e db yb i o c h e m i c a lt e c h n o l o g yh a dl o t s o fn o n b i o d e g r a d a b l eo r g a n i cc o m p o u n d ，s ot h ea b i l i t yo fm b rt od e g r a d et h e o r g a n i cc o m p o u n di sl i m i t e d h i g hs a l i n i t yo fe f f l u e n tt r e a t e db yb i o c h e m i c a l t e c h n o l o g ys t r o n g l ys u p p r e s s e dt h ea c t i v i t yo fs l u d g e ，w h i c hl e dt ol o wr e m o v a lo f c o d o r g a n i cc o m p o u n dt h a tc a l lc a u s ec l l r o m am a i n l yc o n s i s to fd i s s o l v a b l el o w m o l e c u l a rw e i g h to r g a n i cc o m p o u n d s ot h ea b i l i t yo fm b rt oe l i m i l a t ec 1 1 r o m ai n 1 a n d f i l l l e a c h m ei sl i m i t e d p u t t i n gp o w d e ra c t i v ec a r b o na n da c t i v es l u d g ei n t om b rr e s p e c t i v e l y , a l s o c o m b i n i n gt h e mt o g e t h e ri n t om b rw e r eu s e df o ri m p r o v i n gt h er e m o v a lo fc o d c o m p a r e d 、；l ，i t l lt h et h r e em e t h o d s p u t t i n gp o w d e ra c t i v ec a r b o ni n t om b ra n d c o m b i n i n gt h e mt o g e t h e rw e r eb e t t e ra n dt h er e m o v a lo fc o dh a di n c r e a s e df r o m 1 6 5 3 t o3 3 b u tt h er e m o v a lo f c o dc o u l dn o tm a i n t a i nh i g hl e v e lb yt h r e ew a y s f o ral o n gt i m e t h er e m o v a lo fc o d g r a d u a l l yd e s c e n d e dt ot h ei n i t i a ll e v e la f t e rt e n d a y sb yp u t t i n gp o w d e ra c t i v ec a r b o ni n t om b r a n dc o m b i n i n gt h e m i th a db e e ns t u d i e da b o u to z o n a t i o n 、a c t i v ec a r b o na d s o r p t i o na n do z o n e - a c t i v e c a r b o np r o c e s st oi m p r o v et h eq u a l i t yo fe f f l u e n t ，b e c a u s ec o do fe f f l u e n tf r o mt h e m b rw a ss t i l lh i g h w h e nt h eo z o n ed o s ei sll5 m g l ，t h ea c t i v ec a r b o nd o s ei s5 9 l a n dt h ea d s o r p t i o nt i m ei s4 5 m i n ，a f t e ro z o n a t i o nt h ec o dr e m o v a lr a t ei s2 8 12 ， t h eu v 2 5 4r e m o v a lr a t ei s6 6 6 7 a n dt h ec h r o m ar e m o v a lr a t ei s9 5 4 ，a f t e r a d s o r p t i o nt h et o t a lc o d r e m o v a lr a t ei s4 2 9 6 ，t h et o t a lu v 2 5 4r e m o v a lr a t ei s 8 9 5 8 a n dt h et o t a lc h r o m ar e m o v a lr a t ei s 】o o k e yw o r d s ：l a n d f i l ll e a c h a t e ，m e m b r a n eb i o r e a c t o r ( m b r ) ，o z o n a t i o n ，a c t i v e c a r b o na b s o r p t i o n ，h i g hs a l i n i t y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得盘鲞盘茎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 书欠 签字日期：冲6 年，月，p 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨鲞盘茔有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁垄表堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 穆汝 签字日期：口 年1 月l o 日 导师签 签字日月c ) 日 天律大学硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 垃圾渗滤液的产生及特点 城市垃圾卫生填埋因其技术成熟、处理费用相对较低、便于管理，目前己成 为国内外广泛采用的处理城市固体废弃物方法之一。而在垃圾填埋过程中产生的 大量渗滤液，可以污染水体、土壤、大气等，使地面水体缺氧、水质恶化、富营 养化，威胁饮用水和工农业用水水源，使地下水丧失利用价值，而且其有机污染 物会进入食物链，将直接威胁人类健康。可见，以保护环境为目的，对渗滤液进 行处理是必不可少的。从垃圾填埋场的运行到封场后的管理，都需要对渗滤液的 产生进行有效控制，对排出的渗滤液进行妥善处理。 1 1 1 垃圾渗滤液的产生 在垃圾填埋场中，当水分渗入并穿过填埋层时，其中的原有可溶物及生物降 解反应产生的可溶物，以及由此引起的化学反应所产生的可溶物均会进入渗滤液 中；某些亲水性的毒性有机物会从垃圾的空隙中进入渗滤液，有些疏水性的、被 吸附在空隙中细小颗粒上的这类有机物，也可能被吸入渗滤液中；某些重金属在 酸化阶段即p h 值下降时，会溶解进入渗滤液。 垃圾渗滤液产生的主要来源有：( 1 ) 降水的渗入。降水包括降雨和降雪；( 2 ) 外部地表水的流入。包括地表径流和地表灌溉；( 3 ) 地下水的渗入；( 4 ) 垃圾本 身含有的水分；( 5 ) 垃圾在降解过程中产生的水分。 垃圾渗滤液的产生量与垃圾填埋工艺，垃圾和覆土的含水率，垃圾压密程度， 地表水和地下水以及降雨的渗透量有关。其中填埋场内的降水是渗滤液产生的最 主要来源。 1 1 2 垃圾渗滤液的特点 垃圾渗滤液是一种有机污染负荷较高、水质极为复杂的废水。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，随着填 天津大学硕士学位论文第一章绪论 埋时间和降雨量的增加，渗滤液的浓度会逐渐下降。由于上述影响因素随机性很 大，所以渗滤液的化学组成也变化很大1 1 1 。我国典型城市垃圾渗滤液水质指标见 表1 1 1 2 。 表1 1 我国典型城市垃圾渗滤液水质 项目上海 杭州广州深圳台湾某市 c o d b o d s t n s s 氨氮 1 5 0 0 8 0 0 0 2 0 0 - 4 0 0 1 0 0 7 0 0 3 0 5 0 0 6 0 - 4 5 0 1 0 0 0 5 0 0 0 4 0 0 2 5 0 0 8 0 8 0 0 6 0 6 5 0 5 0 5 0 0 1 4 0 0 5 0 0 0 4 0 0 2 0 0 0 1 5 0 一9 0 0 2 0 0 6 0 0 1 6 0 5 0 0 5 0 0 0 0 8 0 0 0 0 2 0 0 0 0 - 3 5 0 0 0 4 0 0 2 6 0 0 2 0 0 0 7 0 0 0 5 0 0 2 4 0 0 4 0 0 0 - 3 7 0 0 0 6 0 0 2 8 0 0 0 2 0 0 2 0 0 0 5 0 0 2 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 p h 值 5 6 56 - 6 5 6 5 7 86 2 - 6 65 6 7 5 注：除p h 值以外，表中所列项目的单位均为m e , 。 垃圾渗滤液的性质取决于垃圾成分、填埋时间、气候条件和填埋场设计等多 种因素。一般来说，垃圾渗滤液的水质有以下特点： ( 1 ) 污染物浓度高，变化范围大。垃圾渗滤液中的c o d 和b o d 5 高达几万 m g l ，是城市污水的1 0 1 0 0 倍，这一特性是其它污水无法比拟的，因此增加了 处理工艺选择的难度。 ( 2 ) 污染物种类繁多。有机污染物包括单环芳烃类、多环芳烃类、杂环类、 烷烃及烯烃类、醇及酚类、酮类、羧酸及酯类、胺等。张兰英等人【3 】采用g c - m s d s 联用技术鉴定出垃圾渗滤液中有9 3 种有机化合物，其中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。 ( 3 ) 金属离予含量高。由于垃圾降解产生的c 0 2 溶于垃圾渗滤液中使其呈微 酸性。这种偏酸性的环境加剧了垃圾中不溶于水的碳酸盐、金属及其金属氧化物 等发生溶解，因此垃圾渗滤液中含有较高浓度的金属离子1 4 。垃圾渗滤液中含有 的金属离子可达十多种i ”。 4 ) 氨氮含量高。根据填埋场的填埋方式和垃圾成分的不同，垃圾渗滤液中 氨氮的质量浓度一般从数百至几千r a g t 不等，且随着填埋时间的延长，氨氮的 质量浓度升高。因此常出现c ，n 值失调的情况，增加了生物处理的难度。 ( 5 ) 营养元素比例失调。垃圾渗滤液中b o d 5 p 大都大于3 0 0 ，与微生物所需 的磷元素相差较大。 ( 6 ) 色度深，有恶臭。垃圾渗滤液通常呈淡茶色或暗褐色。 2 天律大学硕士学位论文第一章绪论 ( 7 ) 水量、水质变化大。垃圾渗滤液的产生量呈季节性变化，雨季明显大于 旱季。垃圾渗滤液的水质通常可根据填埋场的“年龄”分为两类：一类是填埋时 间在5 年以下的“年轻”渗滤液，其特点是p h 值较低，b o d 5 和c o d 浓度高而且 b o d s c o d 的值也较高，可生化性好，v f a 浓度高，各类金属离子的浓度也较高； 另一类是填埋时间在5 年以上的“年老”渗滤液，其特点是p n 值接近中性，c o d 和b o d 5 浓度下降，b o d 5 c o d 的比值较低，可生化性差，金属离子浓度下降， 氨氮浓度较高。c h i a n f 6 1 和s c o t t l 7 等对渗滤液中主要污染物指标随填埋场“年龄” 而变化的规律进行了研究，得出了相同的结论。 1 2 膜生物反应器 1 2 1 膜生物反应器简介 膜生物反应器( 简称m b r ) 是一项膜分离技术与生物反应器相结合的新型 污水处理技术。它把两者的优点结合起来，以超滤或微滤膜组件代替了传统生物 处理系统的二沉池，从而得到高效的固液分离效果。生物反应器内的微生物利用 污水中的有机物进行生长繁殖，并逐渐开始在系统内形成适合有机污染物降解的 微生物链，而膜的分离作用将微生物截留在生物反应器内，使污染物得到比较充 分的氧化分解，最终出水得到了净化。 m b r 的优势主要有以下几点： ( 1 ) 微生物完全被截留在生物反应器中，实现了水力停留时间( h r t ) 和污 泥停留时间( s r t ) 的彻底分离。 ( 2 ) 生物反应器内保持较高的污泥浓度，污染物去除效率高，而且可以去除 细菌、病毒等，出水水质好。 ( 3 ) 反应器在低f m 条件下运行，剩余污泥量少，污泥处置费用低。 ( 4 ) 反应器内的微生物浓度高，耐冲击负荷。 ( 5 ) 有利于增殖缓慢的硝化细菌的截留、生长和繁殖，使系统的硝化效率得 以提高。 ( 6 ) 设备占地面积小，系统易于实现自动化控制和操作，管理方便。 1 2 2 膜生物反应器的分类 根据膜生物反应器中膜组件的作用，膜生物反应器一般分为三类：膜分离生 物反应器；无泡曝气膜生物反应器；萃取膜生物反应器。其中以膜分离生物反应 器的应用最为广泛，即为通常所说的膜生物反应器。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 膜生物反应器按照生物反应器与膜组件组合的方式和位置分为分置式和一 体式；按照生物反应器中微生物生长的需氧情况分为好氧和厌氧两大类；按照膜 组件中膜孔径的不同分为纳滤膜、超滤膜、微滤膜；按膜材料的不同可分为有机 膜、无机膜和天然膜；按膜形状的不同可分为平板膜、管式膜、卷式膜和中空纤 维膜等；根据泵与膜组件的相对位置分为加压式和吸压式两类。 1 2 3 膜生物反应器在垃圾渗滤液处理中的应用 自1 9 6 9 年，美国的s m i 也首次报道了美国d o r r - o l i v e r 公司把活性污泥法和超 滤工艺结合处理城市污水的方法以来，膜生物反应器技术在水处理中的应用研究 取得了显著的成效。从1 9 8 3 1 9 8 7 年日本已有1 3 家公司采用好氧m b r 工艺处理 大楼废水作为中水回用【8 】。美国在m a n s f i l e d0 h i 建造了一套处理规模为1 5 1 m 3 d 的 膜生物反应器系统，用于处理某汽车制造厂的工业废水1 9 。英国也有用膜生物反 应器处理有毒工业废水的实例u o ! 。 我国对m b r 的研究起步较晚，但发展十分迅速，膜生物反应器己应用在城 市污水处理及回用、工业废水处理及回用、垃圾填埋渗滤液处理及回用、净水厂 进水预处理及后续处理工艺的泥水分离和清洁生产工艺等领域。 天津大学的李征川对膜生物炭反应器( m b a c ) 处理经u a s b 处理的垃圾渗 滤液和m b a c 单独处理垃圾渗滤液进行了研究，在u a s b 出水c o d 为8 5 0 1 9 0 0 m g l ，b o d 5 为5 2 2 7 8 m g l 时，m b a c 对c o d 的平均去除率为4 5 ，对b o d s 的 平均去除率为9 1 ；采用单独的m b a c 处理时，垃圾渗滤液进液c o d 浓度为2 0 4 6 2 9 7 6m e , l ，水力停留时间为1 4 1 6 h ，对c o d 的平均去除率为6 9 ，而与同样 条件下u a s b + m b a c 对c o d 的去除效果相差无几。 申欢i l2 】等采用m b r 对垃圾渗滤液g 空u a s b 预处理的出水进行了降解试验，当 m b r 进水c o d 为8 0 0 - - 1 7 0 0 m g l ，氨氮为5 0 4 3 0 r n g l 时，对c o d 的去除率为7 0 8 5 ，对氨氮的去除率为9 0 9 9 8 ，对总氮的去除率为5 0 6 7 。 闫志明【1 3 等对厌氧污泥复合床( u a s c b ) 一序批式膜生物反应器( s m b r ) 串联工艺处理垃圾渗滤液进行了试验研究，并与单纯的s m b r 工艺进行了对比。 当进液c o d 浓度为2 5 0 0 m g l ，氨氮浓度为3 8 0 m g l ，c o d 总容积负荷为0 1 8 0 k g c o d m d 时，组合工艺出水c o d 浓度为9 0 2 2 0 m g ，l ，出水氨氮浓度为5 0 7 0m g l ，c o d 去除率达至1 j 9 2 以上，氨氮的去除率在8 0 以上，其中u a s c b 对 氦氮几乎没有去除。s m b r 对c o d 的去除率为8 7 9 4 。 许宜平1 1 4 j 等采用固相萃取前处理和气相色谱质谱联用的方法，分析厌氧一 膜生物反应器处理垃圾渗滤液中多环芳烃的去除效果。结果表明，对多环芳烃的 总去除效率超过8 0 ；大部分三环、四环和五环的芳烃可在处理过程中被厌氧降 4 天津大学硕士学位论文第一章绪论 解。多环芳烃的主要降解反应发生在厌氧滤池工艺段，然而s c o d ( 溶解性化学 耗氧量) ，b o d 5 和t o c 的主要去除工艺段则是膜生物反应器。 陈少华【l5 】等利用凝胶层析方法分析了垃圾渗滤液中有机物分子量的分布情 况，并考察了利用膜生物反应器( m b r ) 处理垃圾渗滤液系统中有机污染物分 子量的分布以及水溶性腐殖质( a h s ) 含量的变化。研究发现，垃圾渗滤液中的 有机物主要由两部分组成，即分子量大于6 0 0 0 的大分子物质和分子量小于1 5 0 0 的小分子物质。大分子物质主要是水溶性腐殖质，而小分子物质主要由挥发性有 机酸及水溶性腐殖质组成。大分子的a h s 难以被微生物降解，但能被微滤膜截留。 大部分小分子的a h s 既难以被微生物降解，又不能被膜截留，是构成m b r 处理 出水c o d 的主要成分。 1 3 膜污染 膜的污染是指与膜接触的料液中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存 在物理、化学、生物或机械作用，而引起的膜面或膜孔内吸附、沉积以及微生物 在膜水界面的积累，造成膜孔径变小或堵塞，使膜通量变小与分离特性变差的现 象。一般地，污染膜的有两大类物质：一类是溶解性的大分子物质，如溶解性微 生物产物( s m p ) 和胞外聚合物( e p s ) ，随着膜分离的进行，这类物质会被吸附到 膜表面形成凝胶层，污染一般是不可逆的，但发展较为缓慢，称为不可逆污染。 另一类物质是颗粒物质，如污泥絮体，这类物质在膜表面沉积形成污泥层，污染 是可逆的，称为可逆污染，这类污染在闭端过滤中占有很大的分量( 通常为8 0 9 0 ) ，且发展迅速，它也是膜污染水动力学控制的主要对象。 1 3 1 膜污染的影响因素 1 3 1 1 膜的性质 现在大部分研究者认为膜孔径存在着一个合适的范围。研究结果显示，截留 分子量小于3 0 0 0 0 0 时，随着截留分子量( 孔径) 的增加，膜的通水量也增加；大 于该截留分子量时，通水量变化不大；当截留分子量增大到微滤范围，细菌会在 膜通道内形成不可逆的堵塞【l6 】，膜的通水量反而减小。 膜表面粗糙度的增加使膜表面吸附污染物的可能性增加，但同时也增加了膜 表面的扰动程度，阻碍了污染物在膜表面的积累，因此粗糙度对膜通量的影响是 两方面效果的综合体现。可通过在膜表面形成动态膜来改变膜表面粗糙度，从而 改善膜污染。 膜材料的亲永性对膜抗污染性能具有很大影响。由于亲水性的膜材质中通常 天津大学硕士学位论文第一章绪论 含有亲水基团，借助它与污水水体间的电荷排斥作用，可以使膜界面处所形成的 凝胶层变得疏松，不易形成膜孔径内部的不可逆污染，从而保证了膜使用的长期 稳定。另外亲水性的膜材料本身具有较好的柔韧性，可以更好地克服外界环境的 影响。疏水性膜面则更容易吸附溶解性物质，表现出更大的污染趋势。 水体中一般都有带负电荷的胶团，当膜表面呈负电性时，由于负电荷胶体微 粒与膜表面间存在较强的电性斥力，使界面凝胶层疏松，故此时膜不易被污染。 1 3 1 2 料液的。 生质 膜生物反应器的一大特点就是活性污泥的浓度非常高。试验结果表明，污泥 浓度过高或过低对膜通量均有不利影响。当污泥浓度( 即污水中固形物质浓度) 很低时，污泥对溶解性有机物的吸附和降解能力减弱，使污水中溶解性的有机物 浓度增加，从而容易被膜表面吸附，导致过滤的阻力增大，膜的通量下降；而当 污泥浓度很高时，污泥会沉积在膜的表面，形成较厚的污泥层，也会导致过滤的 阻力增大，膜的通量下降。 胞外多聚物( e p s ) 和溶解性微生物产物( s m p ) 是微生物细胞在代谢过程中 产生的高分子粘性物质，主要成分是多糖、蛋白质和核酸等高分子物质。许多研 究表明，它们是影响膜污染的重要因素。e p s 在活性污泥混合液中絮体的形成发 挥了重要作用。i s c h a n g 等研究发现，各种生物状态的活性污泥中，e p s 含量 和膜污染之间存在线性关系f 1 7 1 。e p s 不仅在曝气池中积累，而且会在膜上积累， 引起混合液粘度和过滤阻力的增加。x h u a n g 等研究发现s m p 在反应器中积 累，对膜的渗透性有负面影响，t o c5 0 m g l 的积累将造成7 0 的通量下降i l g 】。 污泥颗粒大小及分布对膜污染也有影响。一般颗粒尺寸越小，颗粒越易在膜 面沉积，形成的沉积层也越致密，透水性越小。d y k w o n 等认为较大粒子在 膜上的沉积不会影响膜的过滤特性。只有尺寸与膜孔径差不多的颗粒沉积才会引 起严重的膜污染【1 9 1 。y s h i m i z u 等研究了活性污泥颗粒尺寸分布对一体式膜生物 反应器通量的影响，结果表明尺寸范围在8 1 5 啪的颗粒控制着膜通量【2 0 】。 1 3 1 3 操作条件 一般认为特定的膜存在临界膜通量，当实际采用的膜通量低于临界膜通量 时，可以达到小的或没有不可逆污染。在接近临界通量时，系统可以在低污染率 下稳定运行一段时间，操作压力线性缓慢增长，最终变的迅速1 2 1 1 。对于压力一般 认为存在临界压力，当操作压力低于临界压力时，膜通量随操作压力的增加而增 加，膜的污染情况不会有明显变化，而高于此值时，通量随压力的变化不大，但 会加剧膜污染。 6 天津大学硕士学位论文第一章绪论 在m b r 中，曝气的目的除了为微生物供氧以外，还使上升的气泡及其产生 的紊动水流清洗膜表面，使得悬浮杂质和污泥不易在膜表面粘附，从而减小了过 膜阻力，有利于膜组件长时间保持较高的通量。一体式m b r 膜通量在一定范围 内随着曝气量的增大而增加，当曝气量增大到一定程度时，膜通量不再变化瞄】。 这说明m b r 内的曝气量存在最佳值，超过此值时，能耗增加却不能提高膜通量， 因此在实际设计时，应该通过试验合理地确定最佳的曝气量。 膜面的错流速度是减轻膜污染的一个重要的方法。错流速度可以增加膜面水 流紊动程度，从而可以减少污水中颗粒物质在膜面的沉积，以此来减缓膜的污染。 但并非错流速度越大越好，过大的错流速度不但不会使膜的过滤性能有明显改 善，反而对污泥絮体产生破坏，使污泥絮体的粒径减小，并且有可能破坏絮体中 微生物、无机颗粒和胞外多聚物质问的相互联系，促使菌胶团解体，释放胞外多 聚物质到上清液中增加溶解性物质的浓度，加剧膜污染。 通常情况下，提高温度有利于膜的分离。因为温度的变化会引起料液粘度的 变化，还会改变膜面上污泥层的厚度和膜的孔径，从而减轻膜污染。但升高温度 会直接影响膜的寿命，同时对微生物的生长也不利。因此，膜生物反应器应尽量 在常温下运行。 膜污染是由于污染物附着和沉积的速率和脱离速率不同引起的。采用间歇抽 吸操作模式可以通过定期地停止过滤，使沉积在膜表面上的污泥脱落，过滤性能 得以恢复。一般抽吸时间越长，悬浮固体在膜表面的积累程度越大；间歇时间越 长，膜过滤性能恢复也就越多。 此外，h r t 与s r t 通过改变活性污泥的特性间接影响膜污染。 1 3 2 膜污染防治 从以上的膜污染影响因素的分析可以看出，有很多因素导致了膜污染。因此， 我们可以从以上因素入手来对膜污染进行防治。从总体上来说膜污染的防治分为 “防”与“治”。 膜污染的“防”包括三个方面：第一，增加膜本身的抗污染能力。即要选用 合适污水处理的膜组件。通过膜本身的性质来减缓膜的污染；第二，改变污泥混 合液的特性，这主要是从以上所提出的各个角度改变反应器中污泥的特性，使其 不但保持高的处理效率，而且可以使膜污染减至最轻；第三，优化膜过滤的运行 条件，也就是要改变膜生物反应器的运行参数使之可以在膜生物反应器正常运行 的情况下，将膜污染减至最低。具体措施包括：( 】) 进行反应器与膜的优化组合。 应充分考虑膜组件的放置方式与水力形态的关系，减少在反应区中的死区，并避 免膜较高的充实度；( 2 ) 选择合适的操作压力、流量、曝气强度，并在最高温度 7 天津大学硕士学位论文第一章绪论 时可以维持较高流量；( 3 ) 反应器内能产生较大的污泥絮凝物，使膜上滤饼层的 渗透性更高；( 4 ) 维持良好的生物条件，防止e p s 和丝状微生物的形成；( 5 ) 通过 提高湍流程度或控制低通量运行来抑制浓差极化的现象。湍流程度的提高可通过 适当加宽膜组件的渠道宽，将膜置于反应器外部或提高错流速度来实现；( 6 ) 间 歇进行空曝气，同时用出水进行反冲洗；( 7 ) 通过投加粉末活性炭( p a c ) 等助滤 剂，改变污泥的理化性质。( 8 ) 采取高效的预处理措施，去除污水中的颗粒物、 有机或无机的胶体、无机盐等。可降低反应器的污染负荷，有利于改善膜分离的 水力条件和减轻膜面污染。 膜污染的“治”则是指膜的物理清洗、化学清洗、超声波清洗及组合清洗。 对于不同的水质，膜清洗的方法亦不相同。 物理清洗是用机械方法从膜面上或膜孔内去除污染物，包括多种方法，如正 方向冲洗，变方向清洗，透过液反压冲洗，振动，排气冲水法，空气喷射，自动 海绵球清洗，水力方法，气一液脉冲和循环洗涤等1 2 3 j 当膜面附着的污泥层对膜过 滤阻力造成的影响很大时，空曝的效果也比较显著【2 4 1 。 对于膜孔堵塞和形成凝胶层的清洗采用化学清洗是最有效的方法。按化学清 洗剂的种类分为碱洗剂清洗、酸洗剂清洗、酶洗剂清洗、表面活性剂清洗、络合 剂清洗、消毒剂清洗和复合型清洗剂清洗七大类，并且各分类之间叉存在交叉。 超声波清洗主要是利用超声波在液体中空化作用达到清洗目的，与此同时， 超声波在液体中还能起到加速溶解和乳化作用。用超声波清洗，质量好，速度快， 尤其对于采用一般常规清洗方法难以达到要求、几何形状比较复杂的被清洗物， 超声波效果更为明显。但还需对具体的操作参数作进一步的研究。 在实际的操作过程中，针对不同材质和形式的膜组件，不同的分离对象，将 上述几种清洗方法联合使用，这样不但可以使膜恢复膜通量，而且可以节省化学 清洗剂，节省污水厂的运营费用。 1 4 臭氧氧化及活性炭吸附技术 垃圾渗滤液是一种成分十分复杂的高浓度有机废水，仅用生物法处理很难实 现垃圾渗滤液的达标排放，特别是对于“老化”的垃圾渗滤液。此时，通常采用 以物化为主的深度处理技术处理。以下介绍了臭氧氧化法、活性炭吸附法和臭氧 一活性炭联合法这三种垃圾渗滤液的深度处理方法。 1 4 1 臭氧氧化处理技术 臭氧具有极强的氧化性，可以和许多有机物或官能团发生反应，有效地改善 8 天津大学硕士学位论文第一章绪论 水质。臭氧能氧化分解水中造成的色、嗅、味的各种杂质及有机物，且脱色效果 比活性炭还好。从1 9 5 0 年起，臭氧开始在水处理方面得到应用，发展速度很快， 但主要集中在饮用水的处理上阱】。近年来，随着公共用水污染日益严重，要求进 行深度处理，国际上再次出现以臭氧作为氧化剂的趋势。臭氧净化废水之所以如 此引入注意，在于它有如下特点： ( 1 ) 与废水中存在的大多数有机物和微生物以及无机物迅速发生反应； ( 2 ) 处理后，臭氧及沉淀物不会留在水中，不会给水留下嗅和味； ( 3 ) 不生成氨的络合物，且受水温和p h 值的影响不大； ( 4 ) 臭氧的制备在现场进行，不必储存和运输。 目前公认的臭氧与水中有机物的反应历程是由h o i g n e 和b a d e r 在1 9 7 7 年提 出：臭氧通过两条途径与水中有机物进行反应，一条是有机物与臭氧直接反应， 称为d 反应；另一条途径是有机物与臭氧分解过程中产生的羟基自由基进行的 间接反应，称为r 反应。其中d 反应较慢，而r 反应则相当快1 2 q 。 在低p h 值时，臭氧反应是以溶解于水中的臭氧本身为主要氧化剂，臭氧直 接反应具有高度选择性和专一性，特别是对芳香族、不饱和脂肪族及某些特定官 能团有非常高的反应性1 2 7 1 ，其产物不是c 0 2 和h 2 0 ，而是一些中间产物，主要 是羧酸类和醛类，这类物质会严重阻碍反应的进一步进行【2 研；在高p h 值时，则 是以臭氧氧化过程中生成的羟基自由基为主要氧化剂1 2 9 】，羟基自由基能广泛地同 水中的有机物和无机物发生反应，反应产物以碳酸盐类为主。由此可见，臭氧在 氧化有机物的过程中将生成一系列的中间产物，这些中间产物的c o d 可能比原 反应物更高。 武汉科技大学的江举辉【3 0 】采用臭氧单独氧化法处理垃圾填埋场渗滤液，试验 结果表明，p h 值对反应有较大的影响。当p h 值在7 9 的范围内具有较好的c o d 去除效率，并且在p h 值为9 时，具有较高的c o d 去除率和臭氧利用率。在臭 氧投加量为2 7 0 0 m g l 时，c o d 去除率达到8 2 ，臭氧利用率为5 0 ，0 3 c o d 为2 4 0 。c o d 的降解在试验条件下呈现一级动力学的反应特征。采用臭氧作为 氧化剂在不同p h 值时都具有较高的脱色效率，臭氧投加量达到4 0 0 m g l 时，色 度去除率大于8 0 。但臭氧对氨氮的去除效果不甚理想，在p h 值为1 0 ，臭氧 投加量达到2 0 0 0 m g l 时，氨氮的去除率小于2 0 。 加拿大f w a n g i 引】等对埃德蒙顿的c l o v e rb a r 垃圾填埋场的“年老”渗滤液 采用臭氧氧化法进行处理。垃圾渗滤液原液c o d 为1 0 9 0 m g l ，b o d 5 为3 9 m g l ， 色度为1 1 3 0t c u ，氨氮为4 5 5 m g l ，p h 值为8 3 0 ，臭氧投加量为1 2 1 2 5g l 时，随臭氧投加量的增加，c o d 去除率也不断增加，当臭氧投加量超过8 9 l 时， c o d 去除率变化不大；而出水b o d 5 不断升高，当臭氧投加量为2 6 9 l 时，b o d 5 9 天津大学硕士学位论文第一章绪论 增加了1 4 1 ，达到最大值。臭氧对色度的去除效果较好，当臭氧投加量为1 2 9 l 时，色度去除率已达9 0 。 d a n i e l em b i l a l 3 2 1 等用臭氧预处理含盐量高、可生化性差( b o d 5 c o d 为 0 0 5 ) 的垃圾垃圾渗滤液，经臭氧处理后可生化性有很大改善，且随臭氧投加量 的增加，c o d 去除率也不断增加，当臭氧投加量为3 9 ；l 时，b o d d c o d 为o 3 ， c o d 去除率为3 0 左右。 m s t e e n e nm 谰臭氧处理垃圾渗滤液，结果表明，当0 3 消耗量为1 2 2 2 9 l 时，渗滤液的c o d 从1 0 0 0m g l 降至3 0 0 m g l ，c o d 去除率达7 0 。但实际运 行证明【3 4 j ，每去除1 k g c o d 需要1 3k 9 0 3 ，而每产生l k 9 0 3 需要2 0 3 0k w h 的电，这使得臭氧氧化处理渗滤液的费用过高。因此臭氧处理应根据实际情况确 定臭氧投加量。 1 4 2 活性炭吸附技术 活性炭是以含炭为主的物质，如煤、木材、骨头、硬果壳等做原料，经高温 炭化和活化而成的多孔性吸附剂。它具有良好的吸附性能，化学稳定性好，可耐 强酸及强碱，能经受水浸、高温、高压的作用，是水处理技术中的重要吸附剂。 由于活性炭具有多孔、细孔结构和巨大的比表面积，因而对酚类、芳烃化合 物、杂环化合物、洗涤剂和合成染料等常规处理难以去除的有机物有极强的吸附 作用。另外，吸附法还可以脱色、除臭味、脱除重金属离子( 如a g + 、c d 2 + 等) 。 研究还表明：活性炭吸附对水中的大多数金属如锑、砷、铋、锡、汞、钴、铅、 镍、铁等有很强的吸附能力，对水中的卤族分子也有一定的吸附能力【3 5 3 6 】。 当含有有机污染物等杂质的水与活性炭接触时，水中溶解的有机物先扩散到 活性炭的外表面，然后通过活性炭内部的细孔扩散到吸附表面，在表面作用下与 吸附表面发生吸附结合，使水质得到净化。 活性炭对有机物的吸附是物理吸附、化学吸附和交换吸附综合作用的结果。 活性炭的吸附性能是由它的表面基团类型、比表面积和孔径的分布几个因素决定 的。 活性炭吸附技术一般是用来去除水中的溶解性有机物，对分子量在5 0 0 3 0 0 0 的有机物去除效果最好，大部分比较大的有机物分子、芳香族化合物、卤代 烃等都能够牢固吸附在活性炭表面上或孔隙中，并且腐殖质、合成有机物也能被 活性炭吸附去除。但活性炭对有机物的去除也受有机物特性的影响，同样大小的 有机物，活性炭对溶解度小、亲水性差、极性弱的有机物具有较强的吸附能力。 天津大学的李征】采用粉末活性炭深度处理经u a s b + m b r 组合工艺的出 水，出水c o d 为8 3 2 m g l ，投加活性炭的浓度分别为2 0 0 啦、4 0 9 ，l 、3 0 9 l 、2 0 9 l 、 1 0 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 l o g a 一、2 9 l 、2 9 l 、l g l 、o 5 9 l 、0 2 9 l ，当投加活性炭低于2 9 , l 时，c o d 去 除率下降不到1 0 ，随投加的活性炭浓度逐渐升高至2 0 9 l 时，c o d 去除率升高 到5 6 ，此后在增加活性炭的投加浓度，c o d 去除率不再变化。 洛阳大学的姚郡【3 7 l 等以洛阳市某垃圾填埋场垃圾渗滤液为研究对象，其水质 范围为：p h 值为8 0 1 8 6 6 ，水温为1 9 3 2 6 o ，c o d 为1 2 0 0 1 5 0 0 m g l ，b o d 5 为4 7 0 6 2 0 m g l ，s s 为1 9 4 2 2 0 m g l 。经间歇式活性炭吸附，确定了在p h 值为 9 5 、活性炭投加量为0 5 9 2 0 0 m l 、吸附时间为7 0 r a i n 时，c o d 去除率达到最高， 为4 1 s 。当垃圾渗滤液生物处理之后再进行活性炭吸附，出水c o d 可达到2 1 0 6 2 6 3 3 m g l a 北京科技大学的张富韬口町等采用活性炭对垃圾渗滤液中甲醛、苯酚和苯胺进 行了吸附试验研究。在吸附温度为2 0 ( 2 ，活性炭加入量为2 6 7 9 l ，吸附时问为 3 0 r a i n ，p h 值为8 6 8 的条件下，渗滤液中甲醛( 含醛类) 的含量从6 3 5 m g l 降到 2 8 6 m g l ，苯酚( 含酚类) 的含量从4 2 6 m g l 降到1 7 5 m g l ，苯胺( 含胺类) 的含量 从4 5 1 m g , y 降到1 5 8 m g l ，去除率分别为5 5 o 、5 8 9 和6 5 o 。 天津大学的孟玢1 3 9 】采用活性炭吸附处理经生化处理的垃圾渗滤液，确定了最 佳操作条件：活性炭投加量为8 9 l ，p h 值为4 ，振荡时间为1 0 小时。在最佳操作 条件下，c o d 由原水的1 1 5 0 m e l 降至5 1 2 3 3 m g l 、浊度由原水的5 8 6 n t u 降至 1 9 0 8 n t u 、色度由原水的1 2 5 0 ( 倍) 降至1 0 0 ( 倍) ，c o d 的去除率、色度的去 除率、浊度的去除率分别为5 5 4 5 、6 7 5 5 、9 2 。 在渗滤液的处理中，吸附法主要去除水中难降解的有机物、重金属离子和色 度。e v a nd i a m a d i p o u l o s 用絮凝、活性炭吸附、氨氮吹脱组合工艺处理c o d 为11 4 1 m g l 的难生物降解的垃圾渗滤液，其c o d 的去除率达7 3 左右。s a m u a lh o 的垃 圾渗滤液活性炭吸附试验显示，渗滤液的c 0 d 去除率为5 5 ，色度基本上可以 完全去除f 删。 1 4 3 臭氧一活性炭联用技术 1 9 6 1 年在德国的a m a t a r d 水厂首先使用了臭氧一活性炭联用工艺。水处理中 使用的活性炭能较有效地去除小分子有机物，但对大分子有机物的去除很有限， 当水中大分子有机物含量较多，势必会使活性炭的吸附表面加速饱和，得不到充 分地利用而缩短使