（环境工程专业论文）垃圾渗滤液处理中应用管式膜mbr技术的研究.pdf

学位论文的主要创新点 嘲 一、本研究主要针对兼氧+ 好氧管式膜m b r 工艺进行研究，对 该工艺处理垃圾焚烧厂渗滤液的前景和适用性进行分析，通过改变工 艺条件能够得到较低的出水c o d 、氨氮，为垃圾焚烧厂渗滤液处理 的可行性提供参考。 二、考察了管式膜m b r 在处理垃圾焚烧厂渗滤液实验中膜性能 及通量的变化，为管式膜的清洗，膜污染的控制提供依据。 一 摘要 本文采用管式膜膜生物反应器( m b r ) 对垃圾焚烧厂渗滤液进行处理。考 察了管式膜m b r 对垃圾焚烧厂渗滤液的处理效果及管式膜性能的变化，为其在 高浓度有机废水的处理应用提供有价值的理论依据和经验。具体的研究结果归纳 如下： l 、采用兼氧+ 好氧t m b r 工艺处理垃圾焚烧厂渗滤液。在进水c o d 为4 2 0 0 0 m g l , 4 8 0 0 0 m g l ，氨氮l1 0 0m g l 2 3 0 0 m g l ，p h 5 3 - 7 4 ，电导6 0 2m s e m 1 0 3 2 m s e r a ，水力停留时间为分别为g d 、1 2 d 的情况下，c o d 的总去除率在 9 6 3 * 0 , - , 9 9 1 之间，氨氮的总去除率大于9 9 * , 4 ，总氮的去除率大于9 0 0 , 4 。增加 m b r 向兼氧池的清水回流，回流比越大，m b r 出水水质越好，但幅度降低。保 证充足的溶解氧含量及适宜的温度，m b r 出水中硝氮含量为1 0 0 m g l - 2 3 3 m g l ， 亚硝氮含量基本上检测不出。实验过程中，系统整体的p h ，电导率有所上升。 2 、采用管式膜m b r 工艺处理垃圾焚烧厂渗滤液，考察了循环流量、温度、 污泥浓度等对膜性能的影响及长时间运行下的膜通量的变化及膜清洗恢复情况。 结果表明，随着循环流量和温度的升高，膜通量也随之升高，污泥浓度对膜通量 影响不大，污泥浓度在3 0 9 l - - 4 0 9 l 时，膜通量仍能维持在7 0 l m 2 h l10 l m 2 h 之间。通过适当的清洗( n a c l o 清洗) ，管式膜能保持在较高的通量 ( 7 0 l m 2 h - 11 0 l m 2 h 以上，温度在2 7 4 0 c - 3 2 1 0 c ) 下长时间稳定运行。 关键词：管式膜；m b r ；垃圾焚烧厂渗滤液；膜通量；膜清洗 a b s t r a c t ，n i et r e a t m e n to ft h ei n c i n e r a t i o np l a n tl e a c h a t ew e r ei n v e s t i g a t e db yt u b u l a r m e m b r a n em b r ( t m b r ) t h i st h e s i s 1 h et r e a t i n ge f f e c to ft m b rt ol a n d f i l ll e a c h a t e a n dt h ec h a n g e so fm e m b r a n ep e r f o r m a n c ew e r es t u d i e dw i t ht h ea i mo fs u p p l y i n g v a l u a b l et h e o r ya n de x p e r i e n c et ot h ef i e l do fh i g hc o n c e n t r a t i o no r g a n i cw a s t e w a t e r w i m1 n m r t h er e s u l t sa r e 邪f o l l o w s ： l 、t h e h y p o x i a + a e r o b i ct m b r p r o c e s sw a ss e l e c t e dt ot r e a tt h ei n c i n e r a t i o n p l a n tl e a c h a t e t h ew a t e rq u a l i t yo f t h i sl e a c h a t ew a s a sf o l l o w s ：c o d 、n h 4 、p ha n d c o n d u c t i v i t yw a s4 2 0 0 0m g l - - 6 8 0 0 0 m g l 、l1 0 0m g l 一2 3 0 0 m g l 、5 3 7 4 、6 0 2 m s e r a - 1 0 3 2 m s c mr e s p e c t i v e l y ，h r tw e r es o , 1 2 d c o dt o t a lr e m o v a lr a t ew a s 9 6 3 旷9 9 1 a n dn i - - l it o t a lr e m o v a lr a t ew a sg r e a t e rt h a n9 9 ，r e m o v a lr a t eo f t n w a sg r e a t e rt h a n9 0 t h e r ew a sl i t t l ee f f e c to nt h em b re f f l u e n tw h e ni n c r e a s e dt h e m b rb a c k f l o wt or e a c t o r ，m b rc o dr e m o v a lr a t ew a sl o ww h e nt h ea e r o b i cl r e a c t o rc o dw a sl o w ，b e c a u s ei th a db e e nr e m o v a lo fal a r g en u m b e ro ft h e b i o d e g r a d a b i l i t yo r g a n i c t h en 0 3 。- nc o n c e n t r a t i o nw a s10 0m g l - 2 3 3 m g l ，a n dt h e n 0 2 - nc o n c e n t r a t i o nw a sl e s st h e n0 2 m g li ne f f l u e n tw a t e r a st h ee x p e r i m e n ti i l l a n d f i l ll e a c h a t en 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 np r o c e s sc a r r i e do u ti nt h ed e g r e eo f d e n i t r i f i c a t i o nm o r et h o r o u g h ，r e s u l t i n gi nt h ei n c r e a s eo fp h 2 ，e f e c t so f o p e r a t i n gp r e s s u r e ，c i r c u l a rf l o w ，t e m p e r a t u r e ，m l s so nm e m b r a n e a n dc h a n g e si nm e m b r a n ef l u x 、m e m b r a n ef l u xd e c l i n ea n dt h er e c o v e r yo f m e m b r a n e c l e a n i n gu n d e rt h el o n g r u n n i n gw e r ei n v e s t i g a t e db yt r e a t i n gt h ei n c i n e r a t i o np l a n t l e a c h a t ew i t ht u b u l a rm e m b r a n em b r p r o c e s s 1 h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h em e m b r a n e f l u xw a si n c r e a s e dw i t ht h ep r e s s u r ea n dt e m p e r a t u r e ；m l s sh a sl i t t l ee f f e c to n m e m b r a n ef l u x ； w i t h i n1 1 2 5 h t u b u l a rm e m b r a n ec a l lb em a i n t a i n e da tah i 曲f l u x ( 7 0 l m 2 - h - 110 l m 2 h ) s t a b l eo p e r a t i o no f al o n gt i m et h r o u g ha p p r o p r i a t em e m b r a n e c l e a n i n g k e y w o r d s ：t u b u l a rm e m b r a n e ；m b r ；l a n d f i l ll e a c h a t eo f t h ei n c i n e r a t i o np l a n t ； p e r m e a t i n gf l u x ；l i m 1 4 1 土地处理法。7 1 4 2 生物处理法8 1 4 3 物理化学处理法。9 1 5 管式膜m b r 工艺1 0 1 5 1 膜生物反应器( m b r ) 1 0 1 5 2 管式膜的特点l 1 1 5 3 管式膜生物反应器( t m b r ) 1 2 1 5 4m b r 膜污染和防治1 2 1 6 论文的研究内容与意义1 3 1 6 1 研究内容1 3 1 6 2 研究意义1 3 第二章实验材料与分析方法1 5 2 1 垃圾渗滤液的来源与水质。1 5 2 2 实验仪器15 2 3 检测项目与分析方法1 6 第三章管式膜m b r 处理垃圾焚烧厂渗滤液的工艺研究1 9 3 1 实验装置及操作1 9 3 1 1 实验装置1 9 3 1 2 实验操作2 0 3 2 实验过程中反应器内溶解氧、温度及污泥浓度的变化情况2 2 3 3 实验结果及分析2 4 3 4 管式膜设备性能3 4 3 4 1 实验运行中膜通量衰减变化规律3 4 3 4 2 膜的清洗3 6 3 4 3 小结3 9 第四章结论与建议4 l 4 1 结论4 1 4 2j 目! 议4 l 参考文献4 3 发表论文和参加科研情况4 7 一、攻读硕士学位期间发表论文情况4 7 二、攻读硕士学位期间承担或参与完成科研情况4 7 致谢4 9 第一章绪论 1 1 前言 第一章绪论 随着我国经济的持续发展，城市化进程不断加剧，人民生活水平的不断提高， 我国的城市生活垃圾产生量迅速的增长。据统计，目前我国城市垃圾年产量已超 过1 4 亿吨且每年以8 1 0 的速度增长，人均日产垃圾量已超过l k g ，接近工 业发达国家的水平【l 刃。因此，城市环境卫生事务主要工作对象就是城市生活垃 圾。城市生活垃圾是现在都市重要的污染源，也是尚未被充分利用的可再生资源 【3 】 o 垃圾渗滤液作为城市生活垃圾的附属产物，对环境危害极大。能够使地表水 质恶化，威胁饮用水和工农业用水水源，使地下水质污染从而丧失利用价值。有 机污染物进入到食物链将直接威胁人类健康【4 ，引。 管式膜在高浓度污水、废水的处理中有独特的优势，其与生化反应组成m b r 系统，已成功应用于垃圾渗滤液、焦化废水、纺织废水的处理，并被证明有着显 著的优势。 对垃圾渗滤液的处理，采用膜法处理工艺可以取得良好的处理效果，对渗滤 液的处理，不仅要考虑工艺方法对渗滤液的处理效果，而且更要考虑该工艺方法 对水质、水量变化的适应性。管式膜m b r 工艺对于水质水量的变化有很好的适 应性，在其水质水量变化时均能够稳定的运行，除了有较高的c o d 去除率外， 耐冲击负荷的能力较强，膜通量也较大。 1 2 城市垃圾处理现状 城市垃圾主要分为五类1 6 j ： ( 1 ) 生活垃圾，主要包括食品垃圾和普通垃圾。 ( 2 ) 建筑垃圾，主要包括老旧建筑物在拆除和新建筑物兴建施工中产生的 废弃物。 ( 3 ) 工业垃圾，主要包括在工业生产过程中产生的废物、废渣。 ( 4 ) 危险垃圾或称有毒有害垃圾。 ( 5 ) 清扫垃圾，主要是绿色植物残骸等。 我国大部分城市的生活垃圾呈现以下特点【7 ，阳：有机物组分高，纸张、橡胶等 天津工业大学硕士学位论文 高热值物质含量较少，垃圾热值不高，垃圾的含水量水平较国外要高。除此之外， 目前，我国由于经济、社会水平的发展状况未到达发达国家水平，所以，垃圾收 集依然是未分类状态，因此垃圾中物质的种类较为复杂。目前，我国垃圾处理技 术没有到达较高的水平，但垃圾处理问题日益重要的情况下，所以我们要借鉴国 外的先进技术和经验，引进、消化和吸收国外先进技术，针对我国城市垃圾的复 杂性特点，开发出适合我国的城市垃圾处理方法，并且通过制定相应的法规和标 准，为更好地处理城市垃圾提供良好的环境。这样，才是可行的、有效的处理方 法。 生活垃圾看似没有变化，不对周边环境进行明显的污染与损害，给人一种静 态的感觉。实际上，生活垃圾直接或间接的污染了我们的土地、水资源以及大气 环境。具体表现就是侵占有限的土地资源、污染土壤环境进而对植物等造成危害、 污染水体环境、污染大气环境和影响环境卫生等。 目前，城市生活垃圾处理较普遍采用的方法有填埋法、堆肥法和焚烧法。我 国城市垃圾处理中9 0 以上采用填埋法 9 1 。而随着我国土地资源的减少及城市化 进程不断加剧，焚烧法是未来的技术方向。但目前，各方法都有其各自的优缺点， 见表1 1 ： 表1 1 城市垃圾处理方法比较 t a b 1 1f o r mo f c o m p a r i s o no f u r b a nw a s t ed i s p o s a l 1 2 1 垃圾卫生填埋法 土地填埋是随着城市化的发展，是由最初传统堆放和填埋处置发展起来的最 终处理技术。2 0 世纪3 0 年代，美国开始对传统的土地填埋进行改良，提出了一 套系统化、科学化的填埋方法，称之为卫生土地填埋【l o j 。垃圾卫生填埋有其特 有的优点，主要是对技术要求较低，处理成本相对较低，能够处理大多数的生活 第一。章绪论 垃圾。但是垃圾卫生填埋同样有其自身的缺点：资源浪费，有热燃烧值的物质未 被利用；填埋产生的渗出液技术处理难度大而且处理成本很高；占用大量土地资 源。并且，不是所有城市近郊都能找到合适的填埋场地，而远离城市的填埋场地 将增加更多的运输费用，另外随着填埋处置标准的提高，卫生填埋法的处理成本 也会越来越高。 1 2 2 垃圾堆肥法 堆肥法是指利用自然界广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生物，在一定的 人为条件控制下，促进生活垃圾中可降解有机物转为稳定的腐殖质的生化转化的 微生物学过程【1 1 1 。根据微生物生长的不同环境，我们可以把堆肥法分为好氧堆肥 和厌氧堆肥两种，通常所说的堆肥一般是指好氧堆肥。好氧堆肥技术指在有氧存 在的状态下，专性和兼性好氧细菌对废物中的有机物进行分解转化的过程，最终 产物主要是c 0 2 、h 2 0 、腐殖质和热量。厌氧堆肥技术指在无氧存在的条件下， 存在专性和兼性厌氧细菌的作用降解有机物的生化过程，最终的产物为c h 4 、 c 0 2 、腐殖质和热量【1 2 】。垃圾堆肥方法是将垃圾进行资源化、减量化的有效、可 行的方法，经过该方法产生的肥量能够作为良好的土壤改善肥料。但由于技术、 市场等条件的限制，很多大城市不采用此方法。而且，垃圾中的石块、灰渣、金 属、玻璃、塑料等废弃物必须进行分选，另行处理【l3 1 。目前，国家鼓励在垃圾 分类的基础上进行高温堆肥处理，但垃圾堆肥不得进入食物链。 1 2 3 垃圾焚烧法 通过高温焚烧的方法处理城市生活垃圾。利用焚烧炉内高温杀灭垃圾中的病 菌及微生物，分解垃圾总可燃烧成分，回收热能用于发电等实现垃圾焚烧的无害 化、减量化、资源化的技术f 1 4 1 ，目前，焚烧法已经被国内外特别是西方发达国 家的广泛重视和应用。相对于其他处理方法，焚烧法具有以下的几个优点： ( 1 ) 大大实现体积和重量的减量化，焚烧后产生的废渣可以进行综合利用； ( 2 ) 垃圾处理周期短，快速实现处理； ( 3 ) 可以实现近距离处理焚烧，节省了运输成本； ( 4 ) 焚烧产生的热值可以进行发电； ( 5 ) 通过调整焚烧状况和调整设计参数，可以实现较好的处理效果，不产 生二次污染【1 5 】。图1 1 为垃圾焚烧发电系统工艺流程图 天津工业大学硕士学位论文 图1 - 1 垃圾焚烧发电系统工艺流程图 f i g u r e1 - 1f l o wc h a r to f w a s t ei n c i n e r a t i o np o w e rg e n e r a t i o ns y s t e m 自2 0 世纪7 0 年代以来，随着烟气出路技术和焚烧设备制造技术的发展，垃 圾焚烧技术正逐步为越来越多的欧美发达国家所采用。目前垃圾焚烧技术以欧 盟、美国、日本等发达国家居世界领先地位【1 6 】。其中日本由于土地资源匾乏。 焚烧技术处理生活垃圾的比例最高，达到了7 5 ，现有大小垃圾焚烧场接近1 9 0 0 座。表1 2 是部分发达国家城市垃圾焚烧的状况【1 1 7 1 8 】。 表l - 2国外生活垃圾焚烧情况表 t a b 1 - 2 f o r mo ff o r e i g nm u n i c i p a ls o l i dw a s t ei n c i n e r a t i o n 垃 圾产生 量( k t a ) 垃 圾焚烧 量( k t a ) 垃 圾焚烧 率( ) 焚 烧设备 ( 座) 平 均设备 处理量 ( t d ) 4 3 5 0 01 2 0 0 03 2 0 02 0 7 0 02 3 2 0 05 0 3 0 0 2 8 0 0l7 0 03 2 9 0 01 2 0 03 8 01 2 2 52 3 5 51 6 5 7 4 5 3l l2 l1 4 81 71 8 6 4 2 0 82 5 58 12 2 47 l2 0 第一章绪论 我国对生活垃圾焚烧技术的研究起步较晚，但目前，我国已有许多城市开始 引进国外先进的焚烧工艺和设备处理城市生活垃圾，深圳、珠海、上海、温州、 天津已建成一批生活垃圾焚烧厂，还有许多城市也把建设垃圾焚烧厂提到了议事 日程。可以发现，垃圾焚烧技术成为未来垃圾处理重要方向是必然的选择。 1 3 垃圾焚烧厂垃圾渗滤液的产生、特点、危害 垃圾焚烧厂渗滤液又称垃圾渗沥水，主要产生于垃圾贮坑，是垃圾在垃圾贮 坑中发酵腐烂后，垃圾内水分排出造成。垃圾焚烧厂渗滤液相对于垃圾填埋场的 渗滤液，虽然二者有一定的联系和相似性，但也存在着明显的差距，因此，研究 垃圾焚烧厂渗滤液，不但要参考垃圾填埋场渗滤液方法，还要考虑到其自身的特 点。 1 3 1 焚烧厂垃圾渗滤液的产生 垃圾渗滤液主要考虑两种堆放、存储条件下的情况，分别为露天和室内两种 状况。在焚烧厂，当采取露天存放的方法时，产生状况基本上和填埋过程产生渗 滤液的途径一样，主要来自以下几个方面：直接降水；地表径流和下渗；蒸发和 蒸腾作用；废物中水分；有机物分解生成水。 而在垃圾焚烧厂采用室内堆放措施的情况下，垃圾渗滤液产生的量则要少很 多。目前，国内大多数的垃圾焚烧厂采用的是室内堆放的方法，这样，产生渗滤 液主要是：清洗等冲洗水和渗入雨水等外在因素和垃圾本身及分解产生的水分的 内在因素。 1 3 2 焚烧厂垃圾渗滤液特点 相对于填埋场的渗滤液，城市垃圾焚烧厂的垃圾渗滤液更加新鲜，具体特性 表现出更高浓度的特性，根据储存周期、垃圾组成及天气条件有所不同，具体特 征的表现在以下几个方面： ( 1 ) 水质复杂，污染物种类多，危害大。 水质极度复杂，有机物含量及种类非常的多。含量较多的有烃类及其衍生物、 酸酯类、醇酚类、酮醛类和酰胺类等，其中，列入我国环境优先控制污染物的有 5 种1 2 1 ，其中，各类有机污染物，如烷烃及烯烃、单环芳烃类化合物、多环芳烃 类化合物、杂环类化合物、卤代物、醇、酚、醛、酮、胶及酸胶等，难于生化降 解，其中有多种物质被列入我国和美国e p a 环境优先控制的污染物黑名单中， 天津工业大学硕士学位论文 毒性大，可在环境中存留相当长时间，具生物积累性，致癌、致畸、致基因突变， 对人体健康和生态环境构成潜在危险协2 4 j 。 ( 2 ) c o d 和b o d 浓度非常的高。 垃圾焚烧厂渗滤液往往含有非常的c o d 及b o d ，c o d 一般在几万m g l ， 最高可以达到8 0 0 0 0 m g l 。由此可知，垃圾渗滤液的c o d 浓度是普通生活污水的 1 0 - 1 0 0 倍【2 5 j ，因此，对焚烧厂垃圾渗滤液的处理难度非常的大，目前的单一技 术难以达到要求，必须要进行技术的联合。 ( 3 ) 金属离子含量高。 金属离子含量高：垃圾渗滤液中含有多种金属离子，其中铁和锌离子含量较 高，超过一般的排放标准，需进行处理，且渗滤液中可能含有多种有毒致癌重金 属，因而是非常复杂的。 ( 4 ) 氨氮含量高：渗滤液中n h 3 - n 的含量一般在1 0 0 0 m g l 以上，随着存 储时间的增加而增加【2 6 】。最高可达2 0 0 0 m g l 以上与城市污水相比，垃圾渗滤 液的n h 3 n 浓度高出数十至数百倍 2 7 1 。 ( 5 ) 微生物营养元素比例失调：一般的渗滤液中b o d t p 大都大于3 0 0 ， 和微生物所需要的磷元素相差较大，不利于微生物的生长。 ( 6 ) 色度深，有恶臭：垃圾渗滤液中存在大量碳水化合物和含氮有机物质， 溶解氧不足，处于厌氧或兼性厌氧环境，会形成多种恶臭物质，如甲烷、氨、硫 醇、硫化氢等。这些挥发出的气体带有强烈恶臭，对人体有危害，能使人产生恶 心、尿血、头晕等症状。 某垃圾焚烧厂垃圾渗滤液的典型指标见表1 3 ： 表1 3 某垃圾焚烧厂渗滤液的典型指标【2 川 t a b 1 - 3t y p i c a li n d e xo fl e a c h a t ei no n em s w ip l a n t 注：单位除p h 和标明的外，皆为m g l 。 1 3 3 焚烧厂垃圾渗滤液的危害 第一4 章绪论 焚烧厂垃圾渗滤液对环境的危害同填埋场垃圾渗滤液相似，可归结为以下三 个主要方面：对地下水和地表水的危害；对土壤和生物影响：对受纳水体的污染。 尤其对地下水的污染和影响更为严重。国内外有关垃圾渗滤液污染地下水和取水 水源地的报道屡有发生【2 9 】。c a l v e r t 刈曾报导距垃圾处理厂的蓄水池塘5 1 2 m 远的 一口井水，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 m i k a c 等 报导，渗滤液对含水层的影响贯穿于达6 0 m 深的垂直截面。我国也发生过类似 事件，赵万有等【3 l 】报导，如果不采取必要的措施，垃圾渗滤液将会直接威胁地 下水的安全，其主要表现为地下水的水质混浊，c o d 、b o d 及含氮化合物都明 显上升，有臭味，含油、酚物质污染严重，微生物指标超标。澳门与珠海市交界 处的茂盛周围因澳门垃圾滤液污染，使当地河流鱼虾绝迹、农田失收。 垃圾渗滤液对地表水、地下水、土壤和生态产生的污染和影响往往延缓的时 间很长，少则几年，多则几十年甚至几百年，人工处理和修复都将要付出高昂的 代价。因此，我国也制定了更加严格的排放标准，要求必须对垃圾渗滤液进行合 理有效处理，将对环境的影响降至最低。 1 4 垃圾渗滤液处理的国内外研究状况 由于垃圾渗滤液的复杂性和巨大的危害性。因此，国外的研究人员已经对垃 圾渗滤液进行了大量的科学研究，研究成果日益增多，部分技术已经应用到实际 的工程当中了。而在我国，由于经济、科技发展的相对滞后，从而对垃圾渗滤液 的研究也相对滞后，总体来看，属于起步晚，起点低。纵观国内外关于垃圾渗滤 液的处理现状，我们发现，目前没有一种特别完善的处理工艺可以较好的处理垃 圾渗滤液。一般都是根据当地的具体情况采用具体的技术方法。而目前采用较多 的方法主要有：土地法、物化法、生物法以及各种方法的联合使用。而采用管式 膜m b r 技术处理焚烧厂垃圾渗滤液较少的见诸于文献报道之中。 1 4 1 土地处理法 土地处理法，即利用土壤一微生物一植物系统的陆地生态系统的自我调控机 制和对污染物的综合净化功能来处理垃圾渗滤液，使渗滤液得到净化。目前应用 于渗滤液的土地处理法主要有回灌法和人工湿地法。 h e v a y em 3 2 采用表面回灌技术以泥炭床处理垃圾渗滤液，在气温1 0 以上 的条件下，发现在外加碳源的条件下可以获得更高的脱氮效率。赵庆良f 3 3 】等的 实验证明在寒冷地区回灌处理可以减量8 7 0 5 的渗滤液，显著降低渗滤液的s s 、 c o d 、氨氮等浓度，提高p h ，改善渗滤液水质。r e i n h a r tdr 【3 4 ，c h u g hs 3 5 1 和 天津工业大学硕士学位论文 d i m a d a 和d i a m a d o p o u l o s 蚓等的研究都表明回灌法不但由于增加了垃圾填埋层 的含水率从而增加了垃圾中的微生物活性，而且改善了原水水质。斯洛文尼亚的 b u l c 一3 7 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 0 m 2 的人工潜流 湿地处理垃圾渗滤液，在进水c o d 为1 2 6 4 m g l ，b o d s 为6 0 m g l ，n i - 1 3 - n 为 8 8 m g l 条件下，取得c o d 、b o d s 和n h 3 - n 的去除率分别为6 8 、4 6 和8 1 。 1 4 2 生物处理法 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。 ( 1 ) 好氧处理法 好氧处理法可以有效地去除垃圾渗滤液中的c o d 、b o d 和氨氮等，还可以 去除一些金属离子，是应用最为广泛的技术。好氧处理主要包括活性污泥法、曝 气氧化池、好氧稳定塘、生物转盘和滴滤池等【3 ”9 】。 a l b c r 等m 】学者的试验结果表明，在低负荷下运行的活性污泥系统，能去除 渗滤液中8 0 9 0 的c o d ，出水b o d s 2 0 m g l 。孙召强等【4 l 】利用c a s s 工艺 处理高浓度垃圾渗滤液，其去除率为：c o d 为8 4 9 l ，b o d 为9 8 8 3 ，n h 3 - n 为9 0 9 6 。b o r z a c c o n i 等【4 2 1 研究发现生物转盘具有9 0 的脱氮效率。j o k e l a 等【4 3 】 在现场利用生物滴滤池技术，获得了9 0 的c o d 和氨氮去除率。国内同济大学 的徐迪民等】研究的低氧一好氧两阶段活性污泥法处理渗滤液，其脱p 率达 9 0 5 ，t n 去除率为6 7 5 。加拿大b r i t i s hc o l u m b i a 大学的p e d d i e 和a t w a t c r 4 5 j 用直径0 9 m 的转盘处理c o d c r l o o o m g l ，n h 3 - n 5 0 m g l 的弱性渗滤液，其 出水b o d 5 2 5 m g l ，当温度回升，微生物的硝化能力随即恢复。 ( 2 ) 厌氧处理法 厌氧生物处理是通过制造厌氧环境，以厌氧菌为主的微生物对大分子物质进 行降解，转化为简单的物质，并且释放能量的技术。厌氧处理法有其独特性：运 行费用低、能耗低、负荷高、剩余污泥量少并且产生热量等。可以应用到多个领 域，尤其对难处理的高浓度有机废水。目前，对于处理垃圾渗滤液，采用的厌氧 方法主要有：普通厌氧池、上流式厌氧污泥床、厌氧生物滤池等。 b o l y e 和h a m 4 6 用普通厌氧消化法处理垃圾渗滤液，在污泥负荷为 0 0 8 - 4 ) 1 5 9 c o d ( g v s s d ) ，水力停留时间1 2 5 d 时，出水c o d 为6 0 0 m g l ，b o d 为9 5 m g l ，去除率分别达到9 4 5 和9 8 8 。加拿大t o r o n t o 大学的h e n r y 等人 4 7 】在室温条件下采用厌氧滤池( a f ) 进行了处理研究，结果表明：当容积负荷 为0 2 6 1 4 5 k g c o d m 3 d 、水力停留时间为2 4 , - , 9 6 h 时，可达9 0 以上的c o d 去 第一章绪论 除效果。但随着负荷的提高，处理效果则急剧下降。b o r z a c c o n i 等畔】用u a s b 处理c o d 平均浓度为3 0 0 0 0 m g l 的渗滤液，获得1 0 , - 6 0 的c o d 去除率和 3 0 - 6 0 的氮去除率。国内徐竺等【4 9 】采用u a s b 过滤器对垃圾渗滤液的研究结 果表明该法对垃圾渗滤液的处理效果良好，在中温消化时，高浓度( 3 0 0 0 m g l 。8 0 0 0 r a g l ) 进水c o d 的去除率达9 5 左右，常温消化c o d 去除率可达9 0 左右。 ( 3 ) 厌氧好氧组合法 虽然厌氧、好氧法都尤其独特的优点，但对于处理垃圾渗滤液这样复杂的废 水，还是不能够完全满足。所以厌氧好氧组合方法应运而生。这样，可以结合 二者的优势，充分发挥，既经济合理，又能够达到较好的处理效果。 王宝贞等人1 5 用a ( 缺氧活性污泥) b ( a o 淹没式生物膜) 复合系统处理 苏州七子山城市垃圾填埋场的渗滤液，经该系统处理后，出水c o d 、n h 3 - n 和 i n 分别降至9 7 9 m g l ，8 3 m g l 和4 9 5 m g l ，相应的去除率分别为9 4 2 ，9 5 1 和7 3 9 。华南理工大学的李平等人【5 1 1 厌氧好氧生物流化床耦合工艺处理垃圾 渗滤液。系统的出水c o d 、n h 3 - n 达到生活垃圾填埋污染控制标准 ( g b16 8 8 9 19 9 7 ) 一级排放标准。o s m a nn u r ia g d a g i s 2 采用u a s b 和c s t r 组 合，处理效果显著，c o d 去除可达8 0 ，氨氮去除率可达9 9 6 。韩国的i m jh 掣5 3 】采用厌氧滤池活性污泥法系统处理“年轻 的填埋场渗滤液，试验结果表 明，在厌氧滤池内，有机负荷为1 9 k g c o d ( m 3 d ) 时，c o d 的去除率为8 0 ； 在活性污泥反应池内，n h 3 - n 最大去除率为8 0 。 1 4 3 物理化学处理法 物理化学方法相对于生物处理法和土地处理法有其独特的优势，主要是受水 质、水量变化的影响较小，出水水质较为稳定，尤其对生化性差的水质也能较好 的完成处理。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， 物理化学方法主要包括：吸附法、混凝沉淀法、化学氧化法和膜分离法。 ( 1 ) 吸附法 吸附法中最常用的是活性炭，还包括沸石、木炭、粉煤灰、高岭土、膨润土 和活化铝等。吸附就是利用吸附材料巨大的吸附表面和不规则的网孔结构，使垃 圾渗滤液中的难降解有机物吸附在表面而被去除。希腊的d i a m a d o p o u l o se 3 6 1 用 粉末活性炭处理渗滤液原水和混凝处理出水( c o d = 5 0 2m g l 1 1 4 1m g l ) ，在 p h 为7 ，吸附时间4 h ，活性炭用量6 9 l 时，c o d 的去除率可达7 3 。 ( 2 ) 混凝沉淀法 混凝沉淀法指在废水中投加一定量的混凝剂，使废水中的胶体颗粒与混凝剂 天津工业大学硕士学位论文 发生吸附架桥作用，结团后通过重力分离后沉淀。混凝处理一般用作渗滤液的预 处理和深度处理。常用于垃圾渗滤液处理的混凝剂有石灰、硫酸铁、聚合氯化铝 和聚合氯化铁等。可有效地去除浊度、色度和重金属离子，对c o d 也有很好的 去除效果。洪俊明等l ) 斗j 采用c a ( o h ) 2 作为混凝剂预处理深圳市三个生活垃圾焚 烧场渗滤液，研究表明，投加6 9 l c a ( o h ) 2 ，可将渗滤液的p h 调到1 0 5 ，混凝 后可去除8 0 9 0 的总磷和s s 。l o i z i d o n 5 5 】等以c o d ( 4 0 0 0 8 0 0 0 ) m g l 、 b o d j c o d 为0 1 0 o 2 0 的渗滤液做实验水样，当用石灰和硫酸亚铁作为混凝剂 时，c o d 的去除率为3 9 ，当用石灰和聚合铝铁盐作为混凝剂时，c o d 的去除 率为3 1 。 ( 3 ) 化学氧化法 化学氧化法主要包括f e n t o n 氧化法、光催化氧化法、电解氧化法、臭氧氧 化法等。化学氧化可以分解水中的有毒物质、大分子物质、从而降低水中的c o d 、 b o d 等。王琳【5 6 】等报导了深度氧化法在处理渗滤液中的应用，s o o m k i m t 5 7 1 等 则以经典的f e ( i i ) + h 2 0 2 反应与紫外光结合，进行渗滤液处理的研究，c o d 的去 除率低于7 0 。s t e e n e nm 1 5 8 j 用0 3 处理垃圾渗滤液，结果表明，当0 3 消耗量为 1 2 2 2 k g m 3 时，渗滤液的c o d 从1 0 0 0 m g l 降至3 0 0 m g l ，c o d 去除率达7 0 。 s t e e n s e n i s 9 在1 9 9 7 年用化学氧化法研究了德国三个垃圾填埋场的渗滤液的生化 处理后出水，结果发现，紫外灯照射强度为4 0 0 w g 7 0 0 w g c o d 的情况下，在 h 2 0 2 消耗量为2 9 g c o d 去除时，c o d 的去除率达到了5 0 ，而在h 2 0 2 消耗量 为4 9 g c o d 去除的去除率达到了8 0 ，而且显著的改善了可生化性。 ( 4 ) 膜分离法 膜分离方法由于其造价高等特点，目前，在欧美等发达国家，其应用在垃圾 渗滤液方面较为广泛。膜分离技术主要包括：m f 、u f 、n f 和r o 等。膜分离 法的特点是分离过程中是物理变化，能量的转化损失小，可以在室温下正常进行， 不需要额外的工序，根据膜的选择透过性和孔径的大小，可将不同粒径的物质分 开。虽然膜分离法有其特点，但由于其处理费用很高；而且膜处理前一般都要有 良好的预处理，否则膜很容易被污染而导致处理效率下降。所以应用情况有一定 的局限性。而近年来，膜分离技术与好氧、厌氧等生物技术的结合成为热点，应 用最广泛的就是膜生物反应器( m b r ) 。 1 5 管式膜m b r 工艺 1 5 1 膜生物反应器( m b r ) 第一章绪论 膜生物反应器( m b r ) 是膜分离技术与生物处理技术有机结合之新型态废 水处理系统。是一种由膜分离单元与生物处理单元相结台的新型水处理技术，以 膜组件取代二沉池在生物反应器中保持高活性污泥浓度减少污水处理设施占地， 并通过保持低污泥负荷减少污泥量。自从美国的s m i t h 于1 9 6 9 年创造性地把 m b r 引进到废水处理中以来，世界上又开发出各种各样的m b r 法，用在城市 生活污水和可生物处理的工业废水处理工艺中。膜组件根据不同的分类方法有不 同的分类方式，分别是按放置方式分：浸没式和分体式；按膜材料种类分：无机 和有机m b r ；按是否需要氧气分：厌氧和好氧m b r ：按膜形式分：管式，卷式， 帘式，板式等m b r 。 1 5 2 管式膜的特点 不同形式的膜具有不同的特点，根据几何形状膜可以分成以下几类：平板式、 管式、卷式和中空纤维式。不同膜特点见表l - 4 。 表1 4 各种膜组件的优点、缺点 t a b l e1 - 4a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fd i f f e r e n tm e m b r a n em o d u l e 相比于其他形式的膜，管式膜有以下优点： 天津工业大学硕二l 学位论文 ( 1 ) 流道宽，料液在管内湍流流动，对料液的预处理没有太高的要求； ( 2 ) 管式膜相比于其他形式的膜更加利于清洗，除了直接运用机械方法外， 还可以利用化学试剂方法，清洗较为简单； ( 3 ) 管式膜组件相比于其他形式膜组件要求简单，并且过滤效率高； ( 4 ) 管式膜组件构造相对简单，维修方便，简单； 目前管式膜形式主要有：有机、金属、陶瓷管式膜等几种。陶瓷膜和金属管 式膜工艺复杂，成本相对较高，售价相对较对，所以推广较难。而有机管式膜生 产工艺相对简单，易于生产加工，而且生产品种较多，如：微滤、超滤、纳滤等； 膜材质较多，如p v d f 、p s f 、p e s 。p a n 以及复合膜等。产品规格多样化，膜 组件可长可短，从l m 到4 m 或更长，都可以生产。 管式膜可以应用在多个领域，包括：果汁厂浓缩果汁，汽车厂电泳漆回收， 冷轧钢厂、石化行业处理含油废水等，目前应用比较广泛的是管式膜m b r ( 即 n 皿r ) 技术，其应用也在在垃圾渗滤液的处理当中起到非常大的作用。 1 5 3 管式膜生物反应器( t m b r ) 管式膜m b r 在国外已经进入实际应用的阶段，而在国内目前也在开发、应 用。管式膜m b r 的应用在不同的领域不断扩展，除粪便污水、中水回用处理以 外，管式膜m b r 在工业废水处理中的应用也得到了广泛关注，如石油化工废水、 食品废水、水产废水、印染废水、化妆品废水、染料废水，均获得了良好的处理 效果。而在垃圾渗滤液中的应用也有相关报道。北京特里高膜技术有限公司，采 用外置式管式膜m b r 对垃圾渗滤液处理，效果良好。江苏盐城工学院柏云彬等 m 采用好氧管式膜生物反应器处理不同含盐浓度的有机废水，研究结果出水 c o d 在1 7 9 m g l - 2 2 3 m g l 之间，c o d 平均去除率在8 9 5 以上；同时系统对高 盐度有机废水有较强的抗冲击负荷，出水水质稳定。 1 5 4m b r 膜污染和防治 膜污染是指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化 学相互作用或机械作用而引起的，在膜表面或膜孔内吸附、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 m j 。关于m b r 中的膜污染现象已有大量研究，一般的共识认为，污染物组分主 要来源于生物污泥上清液。许多研究者采用标准化学方法对这些组分进行了分 析，确定造成膜污染的主要物质是细菌细胞所产生s m p s 中的碳水化合物组分 ( s m p c ) ，而不是悬浮固体物质【6 2 。 第一章绪论 在实际应用中膜污染的防治方法主要有以下5 种： ( 1 ) 对进水进行适当的预处理。采用细格栅等对污水进行预处理，去除污 水中的毛发和其它碎片，以减轻其对膜的堵塞。 ( 2 ) 采用适当的物理或化学清洗方案。物理清洗较为简单，且成本低廉， 因此在实际运行中应用较为广泛，一般作为定期清洗的方法使用。化学清洗一般 配合物理清洗使用，但要考虑化学清洗对膜的二次污染和损坏。 ( 3 ) 降低通量。降低通量可以减轻膜污染，但会明显增加膜面积。 ( 4 ) 适当的增加曝气量。通过增加