（环境工程专业论文）垃圾焚烧厂渗滤液处理研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 垃圾渗沥液是一种成分复杂的高浓度有机废水，若不加处理或只经过简单处 理就直接排入水体，将会造成严重的环境污染。本研究以保护环境为目的，通过 对目前同兴垃圾渗沥液处理现状的分析研究，找出同兴渗滤液处理系统存的的问 题，并提出一些有益的建议，希望经过该工艺处理后的系统出水将达到或优于污 水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 一级排放标准的要求。并带来相应的环境效益、 社会效益及经济效益。 本研究主要从三个方面的内容来进行研究：生物处理工艺研究( 含u a s b 工 艺污泥颗粒化问题进行研究；a o 系统废水停留时间研究；反应器中微生物絮体 及菌相观察；h s b 专利产品分析：反硝化前置和硝化液回流等问题分析等) ；膜 处理研究( 主要对膜堵塞问题、膜腐蚀问题进行研究) ；浓液的处理研究( 对采 用碱沉淀对渗滤液浓液进行研究) 。 本研究以同兴垃圾焚烧发电厂垃圾渗滤液的处理为依托，采用实验室研究与 工程实践相结合并分单元研究的方式来进行，尽量利用数据、图表说明问题。 通过本次研究，得到以下结论： 同兴渗滤液微生物絮体和茵群运行较为良好，污泥特征及数据符合正常运 行要求； 目前约有2 2 种细菌作为优势菌群活跃在水体中；针对废水的复杂性和泥 龄，h s b 菌剂中的维氏硝酸杆菌在反应池中起的实际功能需要进一步研究； 如果硝化液断流，出水c o d 和氨氮将会受到较大影响； 污泥回流和硝化液回流在废水脱氮系统中是必需的； u a s b 污泥颗粒化需在前期设计如负荷、升流速度、布水器设计等予以考 虑，应便于检修和维护； 采用反渗透处理渗滤液的工艺目前尚不太成熟： 反渗透浓液采用碱沉淀法去除盐的方式因成本太高而不具有可行性。 总之，生物处理+ 膜处理工艺是目前比较流行的垃圾渗滤液处理工艺，其出水 水质可以稳定达到设计的要求。整个工艺自动化程度比较高，出水氨氮在生物处 理阶段就可以做到达标，但随着时间的推移，膜堵塞严重，系统产水率下降，浓 液产生量上升；运行成本较高。以上两点成了该工艺在渗滤液处理上推广的最大 难题。 关键词：渗滤液，处理，研究 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t w a s t el e a c h a t ec o n t a i n sc o m p l e xo r g a n i c sw i t hh i g hc o n c e n t r a t i o n i tw o u l dc a u s e s e r i o u se n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o ni fd i s c h a r g e di n t ow a t e rw i t hn ot r e a t m e n to rj u s ta s i m p l eo n e f o re n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ss a k e ，t h i sr e s e a r c hi s a i m e dt oi d e n t i f yt h e p r o b l e m s i nt r e a t m e n ts y s t e mo ft o n g x i n gp l a n ta n do f f e rs o m eu s e f u ls u g g e s t i o n s t h r o u g ht h es t a t u sq u oo fl e a c h a t et r e a t m e n ti nt o n g x i n gp l a n t h o p e sa r eg i v e nt om e e t o rb eb e t t e rt h a nt h ef i r s t - c a l s ss t a r d a r di n i n t e g r a t e dw a s t e w a t e rd i s c h a g e s t a n d a r d ”( g b 8 9 7 8 19 9 6 ) a r e rw a s t e w a t e ri st r e a t e di n t h i ss y s t e ma n db r i n ga b o u t c o r r e s p o n d i n ge n v i r o n m e n t a lb e n e f i t s ，s o c i a lb e n e f i t sa n d e c o n o m i cb e n e f i t s t h i ss t u d yi sc a r r i e do u ti nt h r e ea s p e c t s ：b i o l o g i c a lt r e a t m e n tp r o c e s s ( i n c l u d i n g u a s bs l u d g eg r a n u l a t i o n ，w a s t e w a t e rr e t e n t i o nt i m ei na os y s t e m ，o b s e r v a t i o no n m i c r o b ef l o ea n dc o l o n yi nr e a c t o r s ，h s b p a t e n ta n a l y s i s ，p r e - d e n i t r i f i c a t i o n a n d n u t r i f i c a t i o nf l u i dr e f l u x ，e t c ) ；m e n b r a n et r e a t m e n t ( m a i n l yi nm e n b r a n ep l u g g i n ga n d m e n b r a n ec o r r o s i o n ) ；c o n c e n t r a t e dl i q u i d ( t h ei m p a c to f a l k a l i p r e c i p i t a t i o n 0 1 1 c o n c e n t r a t e dl i q u i d ) t h i ss t u d yi sb a s e do nt h et r e a t m e n to fw a s t el e a c h a ti nt o n g x i n gw a s t e ri n c e r a t i o n p l a n t ，w h i c hc o m b i n e sl a b o r a t o r yr e s e a r c ha n dp r o j e c te x p e r i e n c e i nam o d u l e - b a s e d m e t h o d ，e l a b o r a t i n gm a i n l yb yd a t a sa n dg r a p h s m a i nc o n c l u s i o n sa r el i s t e di nt h ef o l l o w i n g ： m i c r o b ef l o ea n db a c t e r i ac o l o n yo p r e a t e ss m o o t h l ya n ds l u d g ec h a r a c t e r i s t i c sa n d d a t a sa r ec o n s i s t e n tw i t hr e g u l a ro p r e a t i o nr e q u i r e m e n t s ； t h e r ea r ea p p r o x i m a t e2 2k i n d so fb a c t e r i aa c t i v e l yi nt h ew a t e r ；f o rt h ec o m p l e x i t y a n ds l u d g er e t e n t i o nt i m e ，t h ef u n c t i o no fn i t r o b a c t e rw i n o g r a d s k y ii nh s bn e e d sf u r t h e rs t u d y t h ee f f l u e n tc o da n da m m o n i an i t r o g e nw i l lb el a r g e l yi n f l u e n c e di ft h et h en i t r i c a t i o nl i q u i d f l o w i sc u t o f f s l u d g ea n dn i t r i f i c a t i o nr e f l u xi sr e q u i r e di nd e n i t r i f i c a t i o ns y s t e m ； u a s bs l u d g eg r a n u l a t i o ns h o u l db er e q u i r e di nd e s i g n ，m a i n l yo nl o a d ，u p f l o w v e l o c i t y , w a t e rd i s t r i b u t o r , w h i c hm a k e s i te a s yt or e p a i ra n dm a i n t a i n r e v e r s eo s m o s i st r e a t m e n to nl e a c h a t ei sn o ty e tw e l ld e v e l o p e d ； c o n c e n t r a t e dl i q u i df r o mr e v e r s eo s m o s i si st r e a t e db ya l k a l ip r e c i p i t a t i o n ，w h i c h p r o v e st ob en o tf e a s i b l ed u e t oh i g hc o s t t os u m m a r i z e ，b i o l o g i c a lt r e a t m e n tp r o c e s sa n dm e n b r a n et r e a t m e n tp r o c e s sa r e i i r e g l j l a r l ya d o p t e di nc u r r e n tw a s t el e a c h a t et r e a n t m e n t ，w h i c ha r es t a b l i z e dt om e e tt h e d e s i 呈皿r e q i r e m e n t s ar e l a t i v e l yh i g hd e g r e eo fa u t o m a t i o n i si nt h ep r o c e s sa n dt h e e f f l u e n ta m m o n i an i t r o g e nc a nm e e tt h es t a n d a r di nb i o l o g i c a ls t a g e h o w e v e r , w i t ht h e p a s s a g eo ft i m e ，m e n b r a n ep l u g g i n g a g g r a v a t e s ，w a t e rp r o d u c t i o n r a t ed r o p s 姐d c o n c e n t r a t e df l u i dp r o d u c i n gi n c r e s e s a d d i t o n a l l y ，o p e r a t i o nc o s ti sr e l a t i v e l yh i g h t h e p o i n t sm e n t i o n e da b o v ea r et h eb i g g e s tc h a n l l e n g e so f t h i st r e a t m e n tp r o c e s s k e y w o r d s ：l e a h a t e ，t r e a t e n t b s t u d y i l i 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的工猩亟士学位论文堇拯夔缝 洼选遮处理婴塞是我 个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别 加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 学位论文 导师签名 签字日期：弘叩，7 r 签字日期：矽呷，l ，f 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中 国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程( 以 下简称“章程”) ，愿意将本人的工程亟士学位论文堇拯焚缝 洼选邃处理班 究提交中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社( c n k i ) 在中国博士学位论文全 文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库以及重庆大学博硕学位论文 全文数据库中全文发表。中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学 位论文全文数据库可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版，并同意编 入c n k i 中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文评价数据库中使用和 在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益和承担相应义务。本人授权 重庆大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公开论文的全部或 部分内容。 作者签名：导师签名： 砂叩年f 矿月歹日 备注：审核通过的涉密论文不得签署“授权书一，须填写以下内容： 该论文属于涉密论文，其密级是 公珏 ，涉密期限至年一月一日。 说明：本声明及授权书生逝装订在提交的学位论文最后一页。 重庆大学硕士学位论文l 绪论 1 绪论 1 1 研究结论 同兴渗滤液微生物絮体和菌群运行较为良好，污泥特征及数据符合正常运 行要求； 目前约有2 2 种细菌作为优势茵群活跃在水体中；针对废水的复杂性和泥 龄，h s b 菌剂中的维氏硝酸杆菌在反应池中起的实际功能需要进一步研究； 如果硝化液断流，出水c o d 和氨氮将会受到较大影响； 污泥回流和硝化液回流在废水脱氮系统中是必需的； u a s b 污泥颗粒化需在前期设计如负荷、升流速度、布水器设计等予以考 虑，应便于检修和维护； 采用反渗透处理渗滤液的工艺目前尚不太成熟；浓液建议不回流，同时如 采用不锈钢制作膜管，其材质最好采用3 1 6 而不采用3 0 4 ； 反渗透浓液采用碱沉淀法去除盐的方式因成本太高而不具有可行性。 1 1 1 课题的提出 垃圾焚烧厂渗滤液特性 垃圾焚烧厂的渗滤液主要来源于垃圾本身的内含水以及垃圾在堆酵过程中厌 氧发酵产生的水份。因为中国城市生活垃圾的含水率高，有机物含量高，且多采 用混合收集的管理方式，所以焚烧厂的生活垃圾在贮仓中短暂停留几天也会产生 数量可观的渗滤液。资料显示渗滤液产生量约占垃圾总量的0 1 0 t l 2 1 ，根据本 人的实际经验及全国各地垃圾焚发电厂的考察，中国特别是南方地区垃圾渗滤液 的产生量可达到垃圾总量的2 0 以上。在雨季渗滤液产生量可达冬季的两倍以上， 这是由于夏季果皮较多，其含水量较高，以及夏季地表水影响造成的。垃圾焚烧 厂贮仓中污染物的溶出是在水分萃取和厌氧微生物的分解作用下实现的。因此， 凡是影响垃圾层中厌氧微生物生长特性的因素都将成为影响渗滤液水质的主要因 素。焚烧厂贮仓中垃圾渗滤液的产生及其影响因素如图1 1 所示。 由图1 1 可见，对于垃圾焚烧厂，渗滤液的水质特征与当地的气温、湿度等气 象水文因素有关，也与垃圾的性质、垃圾本身的含水率等因素有关，且这些作用 大部分是通过对微生物生长特性的影响而体现的，所以说垃圾层厌氧微生物的特 性与渗滤液中水质变化有紧密的联系【3 1 。 焚烧场垃圾渗滤液属原生渗滤液，由于在贮仓中停留时间很短，通常不超过 三天，大多是当天渗滤液，渗滤液中的挥发性脂肪酸没有经过充分的厌氧发酵、 重庆大学硕士学位论文1 绪论 水解、酸化，b o d c o d 高于填埋场，即此类渗滤液的可生化性较高。焚烧场渗滤 液内含苯、萘、菲等杂环化合物、多环芳烃、酚、醇类化合物、苯类化合物等难 降解有机物【2 7 】。垃圾焚烧厂渗滤液的水质有以下主要特点1 4 ： 1 ) 水质复杂：渗滤液中含有多种污染物，且浓度变化往往很大。垃圾渗滤液 中不仅含有好氧有机污染物，还含有金属和植物营养素( 氨氮等) ，一般还会有 有毒有害有机污染物，水质十分复杂； 2 ) c o d 和b o d 浓度极高、毒性大、难处理等，通常会含有大量的有机污染 物、高浓度的含氮化合物和多种金属，同时总溶解性固体含量也很高。 3 ) 较之填埋场渗滤液，焚烧厂贮仓渗滤液的有机氮浓度高，氨氮浓度低( 但 其绝对值仍然较高) 。 4 ) 垃圾成分变化较大，尤其是其c o d 变化可从3 0 0 0 0 m g 1 多到7 0 0 0 0 m g l 多。 图1 1垃圾焚烧厂渗滤液产生影响机制 f i g 1 1i m p a c tm e c h a n i s mo fl e a c h a t ei nw a s t e ri n c i n e r a t i o np l a n t 焚烧厂贮仓渗滤液中的低分子量可溶性脂肪酸较多，以乙酸、丙酸和丁酸为 主，这类物质容易降解；其次还有大量难以降解的高分子和溶解性腐殖质，以及 较多的芳香族羧基的灰黄霉酸【5 一，这些化合物中含有已被确认的可疑致癌物、促 癌物、辅助致癌物以及被列入中国环境优先污染物“黑名单”的有机物等【3 1 1 。 依托项目同兴垃圾焚烧厂垃圾渗滤液处理情况 同兴渗滤液处理设施的建设及运行与主体设施同步，由深圳威曼承建。该渗 滤液处理设施建成后一直未正常运行，为此同兴垃圾焚烧发电厂委托三峰科技公 司完成同兴垃圾渗滤液处理二期工程的设计、建设、调试工作，这为本次研究提 供了绝佳的机会。 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 1 2 研究的意义 垃圾渗沥液是目前世界上最难处理的高浓度有机废水之一，渗滤液成分复杂， 不但含高浓度的c o d 、n h 3 - n ，而且含有众多的重金属等物质，若不加处理或只 经过简单处理就直接排入水体，将会造成严重的环境污染。 由于重庆地处三峡库区，其污染物的治理好坏直接影响到中下游地区人民的 生存环境，这就使同兴垃圾渗滤液的处理尤为必要。 但目前垃圾渗滤液的处理特别是垃圾焚烧厂的渗滤液处理还没有成熟的工艺 技术，也不能直接照搬其它污水处理工艺，所以如何找到一种适合垃圾焚烧厂渗 滤液处理的工艺就非常重要。 本研究以保护环境为目的，通过对目前国内外垃圾同兴渗沥液处理现状的分 析研究，找出同兴垃圾渗滤液处理工艺中存在的问题，提出一些合理化的建议， 为以后垃圾渗滤液处理工艺的设计提供有益的参考。以期能产生相当的环境效益、 社会效益及经济效益。 1 2 同兴垃圾焚烧发电厂渗滤液概况 同兴垃圾焚烧发电厂设计垃圾处理能力为1 2 0 0 吨天，实际处理能力超过1 5 0 0 吨天。垃圾渗滤液的量及成分变化非常大，在冬季时垃圾渗滤液相对较少，只有 一百多吨天，但在雨季时，渗滤液的产生量可达4 0 0 吨天。其污染因子变化也非 常大，高时c o d 可达7 0 0 0 0 m g 1 以上，氨氮达2 0 0 0 m g l 以上，低时c o d 只有 4 0 0 0 0 m g l ，氨氮1 0 0 0m e , l 多。由于同兴焚烧厂垃圾渗滤液以上特点，使其处理难 度相当大。 根据同兴对垃圾渗滤液的长期监测，同兴垃圾焚烧厂渗滤液的主要污染指标 如下： 表1 1 垃圾渗滤液监测污染指标 t a b l e1 1p o l l u t i o np a r a m e t e r so fm o n i t o r i n gw a s t e rl e a c h a t e 根据业主提供的资料，同兴垃圾处理公司垃圾渗滤液的产生量最大为 4 0 0 m 3 d ，由于渗滤液处理一期工程处理量为1 0 0 m 3 d ，故三峰科技所承建部分即 二期处理设施能力为：q = 3 0 0 m 3 d 。 3 重庆大学硕士学位论文l 绪论 1 3 渗滤液处理工艺的发展 受到经济发展水平的限制，我国垃圾处理起步较晚，真正意义上的垃圾处理 项目从2 0 世纪8 0 年代末才开始建设。渗滤液处理项目的建设就更晚，从时间上 看，渗滤液的处理经历了三个阶段。 第一阶段 表1 2 垃圾渗滤液的排放标准 t a b l e1 2 d i s c h a r g es t a n d a r d sf o rw a s t el e a c h a t e 此阶段在9 0 年代初期，处理工艺主要参照城市污水的处理方法，代表性的工 程实例有杭州天子岭、北京阿苏卫等。 1 ) 杭州天子岭渗滤液处理厂简介： 渗滤液处理厂处理量为3 0 0 m 3 d ，采用三沉二曝活性污泥法工艺。 设计进水指标：c o d 为6 0 0 0 m g l ，b o d 为3 0 0 0 m g l ；出水标准：c o d 为3 0 0 m g l ，b o d 为6 0m g l ，s s 为1 0 0m g l ，p h 为6 9 。 工艺特点为：采用两段式活性污泥法，对d o 与m l s s 的浓度控制要求不一 样，一段利用细菌和低级霉菌占优势的混合种群，二段培养原生动物占优势。 渗滤液处理厂从1 9 9 1 年开始投产，在填埋初期，由于渗滤液的有机物、氨氮 浓度较低、可生化性较好，因此可以满足排放要求。随着填埋时间的延长，垃圾 渗滤液的浓度越来越高、成分越来越复杂、可生化性降低，且变化幅度大、变化 规律复杂，使得处理难度越来越大。 2 ) 北京阿苏卫渗滤液处理厂简介： 渗滤液处理厂处理量为1 0 0 0 m 3 d ，工程投资为7 0 0 万，采用厌氧+ 氧化沟的 处理工艺。 设计进水指标为：c o d 为5 0 0 0 m g l ，b o d 为2 0 0 0 m g l ，出水标准为二级排 放标准。 阿苏卫渗滤液处理厂的运行情况与天子岭情况类似。 4 重庆大学硕士学位论文l 绪论 在此阶段，由于渗滤液处理厂主要参照城市污水处理厂进行建设，没有考虑 到渗滤液水质特性，因此都存在不能稳定运行的状况，出水也不能稳定达标，以 生物处理为主的处理工艺处理成本一般为3 - 5 元m 3 。 第二阶段 此阶段在9 0 年代中后期，研究人员考虑到渗滤液的水质独特性，如高浓度的 氨氮、高浓度的有机物等，采取了脱氨措施，采取的处理工艺一般为氨吹脱+ 厌氧处理+ 好氧处理，代表性的工程实例有深圳下坪、香港新界西等。 1 ) 深圳下坪渗滤液处理厂简介 该工程工艺历经了多次调整，渗滤液处理厂处理量为8 0 0 m 3 d ，目前采用氨吹 脱+ 厌氧复合床+ s b r 的处理工艺。 设计进水指标为：c o d 为5 0 0 0 , - - - , 1 0 0 0 0m g l ，b o d 为1 0 0 0 , 、, 6 0 0 0m g l ，n h s - n 为2 0 0 0 - - 3 0 0 0 m g l ，出水标准为三级标准。 该工程投资1 5 0 0 万，工程于2 0 0 2 年投入使用，设备运行良好、出水稳定达 标，处理成本1 2 元m 3 。 工艺特点：采用了填料塔，有效地解决了渗滤液的脱氨问题，出水的氨氮保 持在1 0 m g l 左右。 2 ) 香港新界西渗滤液处理厂简介 渗滤液处理厂处理量为1 8 0 0 m 3 d ，采用氨汽提+ s b r 的处理工艺。 设计进水指标为：c o d 为10 0 0 0m g l ，b o d 为4 0 0 0m 叽，n h 3 - n 为3 0 0 0 m g l ： 出水标准为：c o d 1 0 0 0 m g l ，n h 3 - n 2 5 m g l 。 该工程投资7 0 0 万美元，工程于1 9 9 8 年投入使用，处理成本为4 3 5 美元m 3 。 工艺特点：采用了汽提吹脱塔，将渗滤液的水温提高到6 0 , - - , 7 0 ，用蒸汽进 行汽提，减少了气量，同时不需要对渗滤液进行p h 调整，另外，该渗滤液处理厂 采用了脱氨尾气的分解装置，利用高温焚烧炉，操作温度在8 5 0 ，用催化燃烧的 方法将脱氨尾气的氨气分解成氮气，有效地解决了脱氨尾气二次污染的问题。 第三阶段 2 0 0 0 年以后，由于经济的飞速发展，新建的渗滤液处理厂一般远离城区，渗 滤液没有条件排入城市污水管网，因此处理要求也相应提高，一般需要处理到二 级甚至一级排放标准。此时的渗滤液若仅靠生物处理无法达到处理要求，一般采 取生物处理+ 深度处理的方法；代表性的工程实例有广州新丰、重庆长生桥等。 广州新丰渗滤液处理厂采用的是u a s b + s b r + 反渗透处理工艺，处理规模为 5 0 0 m 3 d ，工程投资约6 0 0 0 万，处理成本约2 5 元m 3 。重庆长生桥渗滤液处理厂采 用的是反渗透的处理工艺，处理规模5 0 0 m 3 d ，工程投资约3 7 0 0 万，处理成本约 1 0 元m 3 ，但长生桥渗滤液处理工艺运行不到一年系统就瘫痪了。 重庆大学硕士学位论文1 绪论 第三阶段处理工艺的长足发展是引入了膜处理工艺，但膜处理工艺在给水处 理中是成熟技术，用于垃圾渗滤液处理却有难以克服的困难；故人们正积极寻求 其它替代处理工艺，如电化学方式、人工湿地氧化塘处理工艺等。 1 4 本论文研究内容 针对垃圾焚烧发电厂垃圾渗滤液的特点，本次研究主要集中在以下几点： 生物处理工艺研究： 含u a s b 工艺污泥颗粒化问题进行研究； a o 系统废水停留时间研究； 反应器中微生物絮体及菌相观察； h s b 专利产品分析； 反硝化前置和硝化液回流等问题分析等； 膜处理研究： 主要对膜堵塞问题、膜腐蚀问题进行研究； 浓液的处理研究： 对采用碱沉淀对渗滤液浓液进行研究。 6 重庆大学硕士学位论文2 工艺设计 2 工艺设计 2 1 原水水量、水质 根据同兴提供资料，本装置在正常生产工况下原水水质指标见表2 1 ： 表2 1 原水水质指标 t a b l e2 1i n f l u e n tw a t e rp a r a m e t e r s 根据业主提供的资料，同兴垃圾处理公司正常生产过程中垃圾渗滤液的产生 量为4 0 0m 3 d ，渗滤液处理一期工程处理量1 0 0 m 3 d ，本次二期处理设施能力为： q = 3 0 0 m 3 d 。 2 2 出水水质要求 填埋场已经有了填埋场垃圾渗滤液处理后的排放标准，垃圾焚烧厂渗滤液处 理后的排放标准目前还没有专门的标准，而是引用污水综合排放标准居多，根据 市、区环保部门要求，同兴垃圾焚烧厂垃圾渗滤液处理后的废水污染物需达到污 水综合排放标准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 中一级排放标准要求，具体指标见表2 2 ： 表2 2 出水水质指标 t a b l e2 2e x f l e n tw a t e rp a r a m e t e r s 2 3 工艺流程 7 原水 重庆大学硕士学位论文 2 工艺设计 上清液回流 图2 1 污水处理系统工艺流程图 f i g 2 1 p r o c e s sf l o wc h a r to fw a s t e w a t e rt r e a t m e n ts y s t e m 2 4 工艺流程说明 垃圾贮坑内的垃圾渗滤液利用原有废水管加压进入格栅沉砂池进行预处理， 废水在该池中去除较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固体颗粒物质，以减轻后 续处理构筑物的负荷，保证后续处理构筑物的正常运行。经过预处理后的污水自 流进入调节池，进行水质、水量的调节，而后泵入u a s b 反应器，该工艺段可去 除6 3 c o d ，5 0 - 7 0 b o d ，经过u a s b 三相分离器分离后产生的沼气导入垃圾 坑处理( 焚烧炉检修时就地燃烧处理) ，混合液自流进入中间水池，该池污水5 7 倍回流至u a s b 池，以保证u a s b 反应器的上升流速。中间水池废水泵入兼氧池， 兼氧池内设水下搅拌器，使污水充分搅拌水解，而后自流进入曝气池，废水中的 有机物在曝气池中微生物的作用下充分降解，硝化液回流至兼氧池，完成硝化反 硝化生物脱氮过程，后自流进入沉淀池，在该池中进行泥水分离，分离后的上清 液自流入超滤进水罐，污泥回流至兼氧池及曝气池，剩余污泥泵入污泥浓缩池进 行再次泥水分离，浓缩后的污泥加压送至离心式污泥脱水机脱水，污泥浓缩池上 清液及脱水机产生的废液回流至调节池进行再处理，离心污泥脱水机产生的泥饼 运至厂内焚烧炉焚烧处理。 经过生化处理后的垃圾渗滤液，通过超滤进水罐加压进入超滤膜处理系统， 该系统可以将大部分悬浮物截留在系统内，以确保后续反渗透处理的顺利进行。 超滤系统回收率为8 0 ，浓液回流至调节池。为确保系统废水达标排放，在超滤 8 重庆大学硕士学位论文 2 工艺设计 系统后设置反渗透系统，经过反渗透系统的深化处理，可使出水污染物指标达到 排放要求。反渗透系统产生的浓液送至厂内石灰浆制备系统。 经过生化处理及膜处理后的废水中各项污染物指标将达到污水综合排放标 准( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 一级标准的要求。 2 5 工艺说明 2 5 1u a s b 反应器 来自垃圾贮坑的垃圾渗滤液经过格栅沉砂池处理后进入调节池，而后用水泵 抽送到u a s b 反应器。为保护后续处理系统的正常运行，调节池前设置格栅沉砂 池，以去除原水中的小颗粒物、绳子、头发等，此外，为了使u a s b 反应器在环 境气温较低的时候维持一定的反应温度，在反应器进水前设置一套换热装置，用 于加热进入u a s b 反应器的污水，使反应器水温保持3 0 - - 一3 5 。 本方案所采用的厌氧反应器为u a s b 厌氧反应器，它是2 0 世纪8 0 年代发展 起来的技术，目前该技术已成功应用在各行业的生产污水处理中，具有处理容量 高、投资少、占地省、运行稳定等优点，是第三代厌氧反应器的代表工艺之一。 本次设计进水由泵提升进入反应器底部，废水以一定流速自下向上流动，在 厌氧过程产生的大量沼气的搅拌作用下，废水与污泥充分混合，有机物被吸附分 解；产生的沼气经由u a s b 上部三相分离器的集气室导出，含有悬浮污泥的废水 进入三相分离器的沉降区，沉淀性能良好的污泥经沉降面返回反应器主体部分， 含有少量较轻污泥的废水从反应器上部排出。 该厌氧反应器有一个很大的特点，就是能使反应器内的污泥颗粒化，且有良 好的沉降性能和很高的产甲烷活性。这使反应器内的污泥浓度更高，泥龄更长， 大大提高了c o d 容积负荷，实现了泥水之间的良好接触。由于采用了高的c o d 负荷，所以沼气产量高，使污泥处于膨胀流化状态，强化了传质效果，达到了泥 水充分接触的目的。 这种上流式污泥床反应器，具有如下特点： 自动平衡c o d 负荷冲击：当c o d 负荷增加，沼气的产量和速度随之增 加，泥水混合更快、更充分，c o d 去除也加快；当c o d 负荷减少，沼气的产量 和速度随之降低，从而泥水混合减慢，c o d 负荷随之降低； 厌氧反应器所形成的颗粒污泥可以在停机后放置一年以上，不丧失其活性 与沉降性能。因此，即便停机后再次运转也很容易再启动； 反应器内由于产沼气造成的强烈的搅动与进水充分混合，反应器内不会发 生常见的污泥床沟流现象； 污染物去除率高：c o d 去除达5 0 - - - , 8 0 。 9 重庆大学硕士学位论文2 工艺设计 经厌氧反应器处理后的出水，进入a o 及膜系统进行进一步处理，处理 后的废水达标排放，剩余污泥排入污泥浓缩池。 u a s b 反应池的设计 温度( t ) ： 污泥浓度( m l s s ) ： 最大污泥负荷q n i 设计去除率r ： c o d 日去除量x c o d ： 3 5 4 5 0 0 0 m g l o 3 5 k g c o d k g m l s s d r c o d = 6 3 x c o d = ( 3 0 0 m d x 6 0 k g m 3 ) x 6 3 = 1 13 4 0 k g c o d d 需要的有效容积v d i ： v d i = x c o d ( q n i x m l s s x 5 0 ) = 1 4 4 0 m 3 设安全系数为1 2 ，则v = 1 7 4 0 m 3 2 5 2 兼氧及好氧处理 经过u a s b 反应器处理后的污水与硝化回流液进入反硝化反应器( 兼氧池) ， 在液下搅拌器的作用下与反硝化污泥充分混合。硝化回流液由于已通过高活性好 氧微生物的硝化作用，使氨氮和有机氨氮氧化为硝酸盐和亚硝酸盐，在兼氧池缺 氧环境中、反硝化污泥的作用下还原成氮气排出，达到脱氮的目的。 兼氧池的出水直接进入曝气池( 硝化反应器) ，污水、空气、活性污泥充分 混合，通过高活性的好氧微生物作用，污水中含有碳、氮和磷等元素的有机物得 到有效去除，并使氨氮和有机氨氮氧化为硝酸盐和亚硝酸盐。曝气池采用微孔曝 气提供溶解氧，穿孔曝气搅拌。 生化系统设计 硝化池、反硝化池的设计： 温度( t ) ： 3 5 污泥浓度( m l s s ) ： 1 2 0 0 0 m g l b o d 污泥负荷f a = 0 1 0 k g b o d k g m l s s d 进水b o d 浓度l a - - 12 0 0 0 m g 1 生化段所需的有效容积( v a e r ) ： v = q k l a f a x = 3 0 0 x 1 0 x 1 2 0 0 0 + 0 1 0 1 2 0 0 0 = 3 0 0 0 m 3 a ：o 段比例为3 ：7 兼氧池所需的有效容积( v a n ) ： v a = r lx v = 3 10 x 3 0 0 0 = 9 0 0 m 3 曝气池所需的有效容积( v a n ) ： v o = r i x v = 7 1 0 x 3 0 0 0 = 2 1 0 0 m 3 1 0 重庆大学硕士学位论文 2 工艺设计 生化段总有效容积v 总= 2 1 0 0 + 9 0 0 = 3 0 0 0 m 3 , 停留时间1 0 d 。 需氧量的计算 r = a 7 q l r + b 7 v x v 式中r 曝气池混和液需氧量，k g d ； a7 氧化每千克b o d 所需氧的千克数； b7 污泥自身氧化率( 1 d ) ，即每千克污泥每天所需氧的千克数； q i r _ 有机物降解量( k g d ) ，l r = l a - - l e ； 卜污水日流量，m 3 d ； v x r 混和液挥发性悬浮固体量，k g ； v 二曝气池有效容积，m 3 ； x v - 一军发性悬浮固体浓度。 渗滤污水的a7 、b7 值为a7 = 0 4 2 ，b7 = 0 1 1 由于氧转移效率( e a ) 值是根据不同的扩散器在标准状态下脱氧清水中测定 出的。因此，需要供给曝气池混和液的充氧量( r ) 必须换成相应于水温为2 0 c ， 气压为一个大气压的脱氧清水的充氧量( 凡) ： r c s ( 2 0 ) r n 一 。0 【 p p c s 0 3 - - c l 】1 0 2 4 t 一2 0 式中c s ( 2 0 ) 、c s ( t 卜- 2 0 c 和实际温度t 时的氧饱和浓度，m g l ； c i 水中实际溶解氧浓度，r a g l ； t _ 水温，； a 、p 、p 修正系数，其值分别表示为 污水中的k l a w 清水中的k l 0 【 式中k l a w 为污水中氧的总转移系数，k l a 为清水中氧的总转移系数； 污水中的c s w 。 清水中的c s 实际气压( p a ) u 一 一 o 1 0 1 3 1 0 3 ( p a ) 对于鼓风曝气池，c s 值应取扩散器出口和曝气池混和液表面两处溶解氧饱和 浓度的平均值c 。m ： c 。m = c s ( p b 2 0 2 6 x1 0 + o t 4 2 ) 式中c s 大气压力下水中氧饱和浓度，m g l ； p b - 耐散器出口处绝对压力，p a ； o 广气泡离开池面时氧的百分比，； 重庆大学硕士学位论文 2 工艺设计 2 l ( 1 一e a ) o t = = 一1 0 0 o , 4 7 9 + 2 1 ( 1 一e a ) e a 扩散器的氧转移系数。 带入各项参数，算得r o = 9 5 0 0 k 9 0 2 d 供气量的计算 鼓风曝气所需的供气量g s 用下式计算： 凡 g s = = - 一1 0 00 3 e a 经上式计算，曝气池所需的供气量为：8 8 m 3 m i n 。 2 5 3 膜处理系统 超滤 垃圾渗滤液经过生化处理后，由超滤装置进行过滤处理。超滤可以将沉淀池 出水的悬浮物拦截，提高出水质量。 超滤是一种从溶液中分离出大粒子溶质的膜分离过程，其分离机理是机械筛 分原理，超滤膜具有选择性分离的特点。 超滤过程如下：在压力作用下，料液中的溶剂及各种小的溶质从高压料侧透 过超滤膜到达低压侧，从而得到透过液；而尺寸比膜孔大的溶质分子被膜截留成 为浓缩液。 本方案使用的超滤膜组件主要由不对称陶瓷膜元件构成。陶瓷膜是一种无机 膜，是将金属与非金属氧化物、氮化物或碳化物结合构成。相对于聚合物材料而 言，无机材料具有较好的化学和热稳定性。已有的聚合物材料膜耐受酸碱及有机 溶液的能力是有限的，而无机材料的化学稳定性更优越，通常可以用于任何p h 值 范围及任何有机溶剂。这个优点也使陶瓷膜便于清洗。超滤过程很容易形成污染 而导致通量大幅衰减，因此需要定期清洗。无机膜清洗时可以选用强酸强碱作清 洗剂，也可以进行反向冲洗。 这种不对称陶瓷膜不对称的目的是要构成一种无缺陷的分离层，同时又减少 膜的液压阻力，并保障膜的机械强度。其载体是由颗粒的陶瓷粉末烧结而成。将 载体浸入含有精细分散微粒的聚合态悬浮液中，使分离层涂覆在载体上，干燥后， 再将它煅烧成氧化物层。悬浮液采用溶液一凝胶法由金属盐制备。 本方案超滤处理工艺采用膜孔径0 0 5 9 m 的管式陶瓷超滤膜，错流过滤方式， 其内外表面为致密层，层面密布微孔，中间是多孔支撑层。通过超滤膜分离净化 水和菌体，超滤的浓缩液带着活性污泥直接返回生化系统，由于其中的难降解有 机物也在生化处理系统中的相对停留时间延长，微生物得到有效驯化，难降解有 机物也能部分转化为可降解成分。 1 2 重庆大学硕士学位论文2 工艺设计 超滤后出水无菌、无悬浮物。 超滤的主要特点： 1 ) 1 0 0 生物菌体分离； 2 ) 出水无菌和固体悬浮物； 3 ) 集成度高，占地面积小。 超滤的技术参数： 膜过滤形式 流量( q h ) 设计过滤通量( j u f ) 膜需要总面积( s i r ) 单位膜面积( s 。，u f ) 需要膜管数( n u f ) u f 一组数( l t w ) 每组膜管( n l ，u f ) 总膜管数( n u t , t ) 膜总过滤面积( s u f t ) 反渗透系统 错流式 q h - 1 5 6 m h j t w = 7 5 l h m z s u f = q h j u r = 2 0 8 m z s a ，u f = 6 6 5 m z n u f = s i r s a ，u f = 3 2 l t w = 2 n l ，u f = 1 6 n u f , t = l t w n l ，u f = 3 2 s u f , t = n u f , tx s a ，u f = 2 1 3 m z 反渗透是一项高效节能技术。它是将进料中的水( 溶剂) 和离子( 或小分子) 分离，从而达到纯化和浓缩的目的。该过程无相变，能耗低，操作和控制容易， 应用范围广泛。 反渗透膜主要分为两大类：一类是醋酸纤维素膜，如通用的醋酸纤维素一三 醋酸纤维素共混不对称膜和三醋酸纤维素中空纤维膜；另一类是芳香族聚酰胺中 空纤维膜。醋酸纤维膜的p h 值范围窄，易水解，操作压力偏高，性能衰减较快， 因此本次设计拟采用芳香族聚酰胺中空纤维膜；芳香族聚酰胺中空纤维膜的优点 是脱盐率高，通量大，应用p h 值范围宽，耐生物降解，操作压力要求较低。经过 反渗透系统进一步深化处理，可使污水处理系统出水达标排放。 本方案选用的陶氏f i l m t e c t m b w 3 0 4 0 0 f r 膜元件采用了陶氏专有抗污染膜 技术进行化学及物理改性，专门针对有较严格的预处理，但原水仍富含生物和有 机物等污染物的应用领域，它表现出了卓越的抗污染能力和可清洗特性。它是陶 氏f i l m t e cb w 3 0 3 6 5 f r 产品的延伸，b w 3 0 3 6 5 f r 已在世界各地大量客户的使 用中显示出了优秀的抗污染能力和系统运行经济性。b w 3 0 4 0 0 f r 具有如下特点： 1 ) 高有效膜面积( 4 0 0 铲) ，在不提高运行通量的前提下，获得更高的产水量； 2 ) 高脱盐率的f i l m t e cr o 膜是世界上清洗p h 范围最宽( p i l l 1 2 ) 的元件， 能对无机盐垢、有机物和微生物实现有效的