（环境工程专业论文）uasbmbr组合工艺处理垃圾填埋场渗滤液的调试研究.pdf

东南大学学位论文独创性声明 iyiiiiiiilliiiiil71t11161t1111111111171111m 8 i i o i i 瑚y 1 7 6 1 7 8 0 本人声明所呈交的学位论文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 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 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。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名： 期： 东南大学硕士学位论文 摘要 垃圾卫生填埋是目前国内外城市垃圾的主要处理方法之一，由此产生的垃圾 渗滤液是一种难处理的高浓度有机废水，其特点是水质水量变化大、成分复杂、 有毒有害污染物浓度高。垃圾渗滤液直接排放会对周围环境造成极大的危害，因 此对其进行处理已经成为当前今后相当长的时期内环境污染控制的一项重大课 题。 毫州市城市垃圾处理场，总占地面积为3 2 5 亩，生产初期设计处理规模为 3 0 0 吨日，填埋区工程土建和辅助性生产建筑一次建成。全场使用寿命2 0 年， 建设期2 年计2 2 年。毫州市垃圾处理工程内容主要包括防渗工程，渗沥液收集 工程，渗沥液处理工程，雨水排放工程，导气工程，场内道路工程和附属建筑物 等。 本课题以毫州市城市垃圾卫生填埋场产生的渗滤液为研究对象，采用“调节 池一初沉池一上流式厌氧污泥床反应器( u a s b ) 一膜生物反应器( 船r ) + 纳滤 ( n f ) ”的处理工艺进行研究，主要结论如下： 1 、厌氧生物处理法具有有机负荷高、能耗少、污泥产率低和提高污水可生化性 等优点，非常适合于处理有机物浓度高、磷含量低、可生化性差的垃圾渗滤液。 u a s b 反应器处理垃圾渗滤液时采用出水回流的方式控制水力负荷，启动效果较 好。至u 5 0 d 时，反应器污泥负荷达n o 6 k g c o d c r k g m l s s d ，反应器中有颗粒污泥 产生，c o d c r 去除率稳定在4 5 左右，启动结束。整个启动阶段耗时6 1 d 。 2 、m b r + n f 工艺中，m b r 的生化降解和过滤作用大大降低了废水的有机物浓度， 为n f 提供了良好的前处理条件：而纳滤工艺则能够滤除船r 所不能去除的不可生 化降解有机物，对高价重金属离子也有较好的净化效果。m b r n f 工艺组合实 现了高效生化技术和高效物理分离技术的完美融合。分置式m b r 采用的膜组件形 式一般为平板式和管式，本处理工艺采用的为管式膜。 3 、纳滤系统产水率受温度影响很大，冬季水温较低的情况下，纳滤工艺前必须 有升温措施，以满足污水进入纳滤系统的温度要求，保证其产水率。 关键词：垃圾填埋场渗滤液u a s b + m b r 工艺达标排放验收污泥负荷容积 负荷 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t l a n d f i l ld i s p o s a li so n eo ft h em a i nm e t h o d so fm u n i c i p a lg a r b a g e t r e a t m e n tn o w a d a y s ，b u tt h el e a c h a t ep r o d u c e di nt h ep r o c e s so fl a n d f i l l d i s p o s a l i sak i n do fh i g hc o n c e n t r a t i o n ， o r g a n i cw a s t e w a t e rw i t ht h e f o l l o w i n gc h a r a c t e r i s t i c s ：v a r i a b l eq u a n t i t ya n dq u a l i t y ，c o m p l e x i n g r e d i e n t sa n df u llo fp o ll u t a n t t h es u r r o u n d i n gw o u l db eg r e a t l yh a r m e d i fi tf l o w so u td i r e c t l y s oh o wt od e a lw i t hi ti sac r i t i c a ls u b j e c t o fc o n t r o l l i n gt h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nf o ral o n gp e r i o do ft i m ei n t h ef u t u r e w it hat o t a la r e ao f3 2 5a c r e s ，t h ep l a n to ft h es o lidw a s t et r e a t m e n t i n c l u d i n gc i v i lc o n s t r u c t i o na n da u x i l i a r yp r o d u c t i o nb u i l d i n g sw i l lb e c o m p l e t e dw i t h i n2y e a r s ，a n di tc o u l dw o r kf o r2 0y e a r sw i t ht h e p r o d u c ti o ns c a l eo f3 0 0t o n s d a yi nt h ei n iti a ld e s i g n f u r t h e r m o r e ， t h er e l a t i v ef a c i l i t i e sw o u l db eb u i l t ，s u c ha s ，a n t i s e e p a g ee n g i n e e r i n g ， l e a c h a t ec o l l e c t i o n ，l e a c h a t et r e a t m e n t ，s t o r m w a t e rd r a i n a g e ，g u i d e d g a s ，r o a da n da u x i l i a r yb u i l d i n g si n s i d e t h et h e s isf o c u so nh o wt od e a lw i t ht h el e a c h a t ei nb o z h o uw a s t e l a n d f i l ls i t e ，a n dt h ef o l l o w i n gp r o c e d u r e sa r ea d o p t e di nt h i ss t u d y ： r e g u l a t i n gr e s e r v o i r p r i m a r ys e d i m e n t a t i o nt a n k - u p - f l o wa n a e r o b i c s l u d g eb e d b l a n k e t ( u a s b ) - - m e m b r a n eb i o l o g i c a lr e a c t o r ( m b r ) + n a n f i l t r a t i o nm e m b r a n e ( n f ) n o wt h em a i nc o n c l u s i o n sa r et h ef o l l o w i n g s ： 1 t h ea n a e r o b i cb i o l o g i c a lt r e a t m e n tm e t h o dh a st h e a d v a n t a g eo fh i g h o r g a n i cl o a d ，l o we n e r g yc o n s u m p t i o n ，l e s s g e n e r a t i o no fm u da n di m p r o v i n g b i o d e g r a d a b i l i t yo ft h ew a s t e w a t e r ，s u i t a b l et od e a lw i t hw a s t el e a c h a t e w i t hh i g hc o n c e n t r a t i o n so fo r g a n i cm a t t e r ，l o wp h o s p h o r o u sc o n t e n ta n d l o wb i o c h e m i c a ld e g r a d a t i o n t h eu a s br e a c t o rt r e a t st h el a n d f i l l l e a c h a t eb ya d j u s t i n gr e t u r n e df l o wt oc o n t r o lh y d r a u l i cl o a d i n g ，w h i c h h a sag o o ds t a r te f f e c t a t5 0 d ，t h er e a c t o rs l u d g e l o a d i n ga c h i e v e d 0 6 k g c o d c r k g m l s s d ，w i t hg r a n u l e si ni t w h e n t h ec o d c rr e m o v a lr a t e s t a b ili z e da ta b o u t4 5 ，t h es t a r t u pi s o v e r 2 i nt h ep r o c e s so fm b r + n f ，b i o c h e m i s c a ld e g r a d a t i o na n df i l t r a t i o no f m b rg r e a t l yr e d u c et h eo r g a n i cc o n c e n t r a t i o no fw a s t e w a t e r ，p r o v i d i n gt h e f i n ep r e t r e a t m e n tc o n d i t i o nt on f ，w h i l et h en a n o f i l t r a t i o np r o c e s si s a b l et of i l t e rn o n - b i o l o g i c a ld e g r a d a t i o no fo r g a n i cm a t t e rt h a tc a n n o t r e m o v e db ym b ra n dh a sag o o de f f e c to np u r i f y i n gp o l y v a l e n th e a v ym e t a l i o n s m b r n fp r o c e s sa c h i e v e sa np e r f e c ti n t e g r a t i o no fh i g he f f i c i e n t b i o c h e m i c a lt e c h n i q u e sa n dp h y s i c a ls e p a r a t i o nt e c h n o l o g yo fh i g h e f f i c i e n c y m e m b r a n em o d u l e su s e d i nt h es p li t m b ra r ei nt h ef o r mo f f l a t - p l a t ea n dt u b u l a rw h i l et h i st r e a t m e n tp r o c e s su s e st u b u l a r m e m b r a n e 3 w a t e rp r o d u c t i o nr a t eo nn a n o f i l t r a t i o ns y s t e mi sg r e a t l ya f f e c t e db y t e m d e r a t u r e u n d e rt h ec o n d i t i o n so fl o ww a t e rt e m p e r a t u r ei nw i n t e r t h e r em u s tb ew a r m i n gu pb e f o r et h en a n o f i l t r a t i o ns y s t e mt om e e t t h e s e w a g ei n t ot h et e m p e r a t u r er e q u i r e m e n t so nn a n o f i l t r a t i o ns y s t e ma n dt o e n s u r ew a t e rp r o d u c t i o nr a t eo fi t k e vw o r d s ：l a n d f i l ls i t e ，w a s t el e a c h a t e ，p r o c e s so f u a s b m b rt r e a t m e n t ， d i s c h a r g et or e a c hs t a n d a r d ，a c c e p t a n c e ，s l u d g e l o a d ， v o 】u m e t r i cl o a d i i i 东南大学硕士学位论文 目录 摘要l 目萄之。i v 第一章绪论。l 1 1 研究背景1 1 2 国内外研究现状l 1 3 研究的内容5 1 4 研究目的和意义6 第二章主体工艺及选择依据7 2 1 建设规模。7 2 2 工艺简介7 2 3 反应机理及工艺选择依据8 第三章u a s b 调试运行1 3 3 1u a s b 反应器概述13 3 2u a s b 反应器的启动1 4 3 3 调试结果及分析1 6 3 4 本章小结2 3 第四章搿缺氧+ 好氧”m b r 处理垃圾渗滤液的调试2 5 4 1 腿r + n f 系统简介2 5 4 2m b r 启动与调试用水2 6 4 3 调试结果与分析2 7 4 4 本章小结。3 7 第五章m b r 运行中膜污染与防治研究3 9 5 1 膜生物反应器污染理论分析3 9 5 2 膜污染的类型4 0 5 3 膜污染的主要影响因素和污染物4 0 5 4 膜污染防治措施4 1 5 5 本章小结。4 5 第六章结论与建议4 6 6 1 结论4 6 6 2 问题与建议4 6 参考文献4 8 致谢5 0 读硕士期间发表的论文5 l i v 东南大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 毫州市是2 0 0 2 年新设立的地级市，市城区是毫州市委、市政府机关所在地，它不 仅是市域范围内的行政中心，还承担着保证全市政治稳定、社会进步、经济发展等领导 和行政管理职能，也是市域范围内的政治、经济、文化中心，肩负着带动市域”三县一 区”经济和社会发展的职能。近年来随着人口和经济的发展，其城市化进程进一步加快， 成为皖西北又一颗闪亮的明珠。但毫州市的环卫设施已远远落后于城市建设的发展，现 有的卫生垃圾堆放场只是简单的堆置些垃圾，堆放场既无覆盖又无围墙，也无渗沥液防 渗和处置系统，沼气导排更无从谈起。对地下水体污染严重，垃圾散发臭味，滋生蚊蝇 和鼠类，传播疾病，且安全性差。目前卫庄垃圾堆放场也只能用至2 0 0 7 年底。2 0 0 8 年 以后的垃圾出路问题已成为毫州市政府的当务之急，必须兴建新的垃圾处理场，以解决 毫州市2 0 0 8 年以后生活垃圾消纳问题。 生活垃圾处理工程的建设是提升毫州市城市发展水平的需要。现有的垃圾处理方式 已不能适应毫州市社会经济与城市建设的发展需要，更不能适应环保和可持续发展的要 求。所以为保证市民健康，优化投资环境，提高垃圾处理能力显得尤为迫切。 毫州市垃圾处理工程内容主要包括防渗工程，渗沥液收集工程，渗沥液处理工程， 雨水排放工程，导气工程，场内道路工程和附属建筑物等。 毫州市城市垃圾处理场，总占地面积为3 2 5 亩，生产初期设计处理规模为3 0 0 吨 日，填埋区工程土建和辅助性生产建筑一次建成。一期工程主要内容包括垃圾坝、防渗 工程、污水收集处理系统、生产辅助设施等；二期工程增加垃圾焚烧工程等，全场使用 寿命2 0 年，建设期2 年计2 2 年，如二期工程增加垃圾焚烧，焚烧垃圾5 0 0 吨天，场 地使用寿命将会更长。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 垃圾渗滤液的特性 1 2 1 1 垃圾渗滤液的产生 垃圾渗滤液主要有四个主要来源：垃圾自身含水、垃圾生化反应产生的水、地下潜 东南大学硕士学位论文 水的反渗和大气降水，其中大气降水具有集中性、短时性和反复性，占渗滤液总量的 大部分，是工程设计的主要依据。这些水分渗过成分复杂的垃圾时，使垃圾发生分解、 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 隆3 。城市垃圾渗滤液污染物含量典型值如表l - 1 所示。 1 2 1 2 垃圾渗滤液的特点 垃圾渗滤液的水质有以下特点：( 1 ) 水质复杂，危害性大。渗滤液中含有机化合物、 金属和氨氮等几十甚至上百种物质；( 2 ) c o d c r 和b o d 。浓度高。最高可达几万，远远高 于城市污水；( 3 ) 垃圾渗滤液中有机污染物种类多，其中有难以生物降解的萘、菲等非 氯化芳香族化合物、氯化芳香族化合物、磷酸酯、邻苯二甲酸酯、酚类化合物和苯胺类 化合物等；( 4 ) 氨氮含量高，c n 比例失调，给生物处理带来一定的难度；( 5 ) 垃圾渗滤 液中含有1 0 多种金属离子，其中的重金属离子会对生物处理过程产生严重抑制作用；( 6 ) 水质变化大。一般填埋初期( 5 年以内) ， c o d c r 、b o d 。浓度高，可生化性强；到中后 期c o d c r 和b o d 。浓度有所降低而可生化性差，氨氮浓度增加脚。渗滤液水质受多种因 素的影响，变化规律较难确定。渗滤液的污染物浓度高、变化范围大等特性， 突出了 处理和处理工艺选择的难度。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。 表1 - 1 国内部分城市生活垃圾填埋场渗滤液水质 t a b l e 1 1t h ec h a r a c t e r i s t i c so fl e a c h a t ef r o ms o m em u n i c i p a ll a n d f i l l s 1 2 1 3 垃圾渗滤液处理存在的问题 目前，渗滤液处理主要存在以下几个问题： 1 ) 渗滤液高浓度氨氮的问题。高浓度的氨氮是渗滤液的水质特征之一，与城市污水相 比，垃圾渗滤液的氨氮浓度高出数十至数百倍。而氨氮对生物法处理过程中的微生物活 性有抑制作用，氨氮浓度越高，抑制性越强，因此，在高氨氮浓度渗滤液处理工艺流程 2 第l 章绪论 中，一般先采用氨吹脱，再进行生物处理的工艺流程。 2 ) 渗滤液可生化性差的问题。随着填埋场填埋时间的延长，渗滤液的生化性逐渐降低， 在填埋后期，b o d 。c o d c r 值小于o 1 ，此时的渗滤液很难经过处理使其达标。 3 ) 地下径流和地表水渗入严重致使渗滤液的量过大。防渗措施不到位，也没有必要的 措施排除地下径流，致使大量的地下水和地表水进入垃圾填埋场，导致垃圾渗滤液量大 大增加，此外，填埋厂的封顶覆盖层往往不被人们重视，大量的大气降水进入填埋场， 这也是渗滤液产生量过大的一个主要原因。 4 ) 渗滤液处理费用高，难以达到排放标准。高浓度的渗滤液即使经过一系列的生物处 理后也很难达到排放标准，况且渗滤液处理投资大、费用高，很多填埋场由于资金短缺 而无法按设计要求对渗滤液进行必要的处理。 5 ) 渗滤液对水体及周边地区环境污染严重。高浓度的渗滤液对填埋场附近的地下水及 地表水污染较为严重，渗滤液散发出的臭气和孳生的蚊蝇也对周边环境造成严重的污 染。 1 2 2 渗滤液处理技术及应用现状 垃圾渗滤液有机污染物负荷高，有毒有害物质含量高，而且渗滤液的水质随填埋场 年龄的变化而有较大的变化，因此其处理难度大。目前垃圾渗滤液的处理方案可分为场 内处理和场外处理两大类。 场外处理就是把垃圾渗滤液直接排入城市污水处理厂进行合并处理。这种方法可以 节省大额费用，降低处理成本。但是由于垃圾卫生填埋场往往远离城市污水处理厂，渗 滤液的输送将造成较大的经济负担；另一方面，由于渗滤液所特有的水质及其变化特点， 易造成对城市污水处理厂的冲击负荷，影响甚至破坏城市污水处理厂的正常稳定运行。 场内处理可分为渗滤液向填埋场的循环喷洒处理和在填埋场内建设污水处理站进 行独立处理。循环喷洒可降低渗滤液的污染物浓度，减少渗滤液的产量，对水量和水质 起到稳定化的作用，有利于废水处理系统的运行，节省费用。但它不能完全消除渗滤液， 循环喷洒处理后的渗滤液仍需进行处理后才能排放；还会导致诸如氨氮等成分的积累， 给渗滤液的后续处理带来麻烦。国内目前尚没有完全成功的场内独立处理垃圾渗滤液的 实例，这主要是因为垃圾渗滤液的处理难度大，要么很难实现达标排放，要么处理成本 过高而无法承受。 目前，国内外研究垃圾渗滤液处理方法的专家学者颇多，采用的方法也是多种多样。 归纳起来主要有以下三种：生物处理、物化处理和土地处理以及上述方法的综合“1 。 东南大学硕士学位论文 l 、生物处理法是依靠处理系统中微生物的新陈代谢作用以及微生物絮体对污染物 的吸附作用来去除废水中有机污染物的一种废水处理方法。用于垃圾渗滤液处理的方法 有活性污泥法、生物转盘、好氧生物滤池、厌氧折流板反应器、上流式厌氧污泥床、厌 氧生物滤池等。生物处理法是一种有选择性的废水处理方法。也就是说，对于易生物降 解的废水( 如生活污水、食品加工废水、酿造废水等) ，生物法可以有效地去除废水中 的有机污染物，且运行费用低廉；对于难生物降解的有机废水( 如焦化废水、印染废水、 石化废水等) ，常规的生物法就难以达到令人满意的处理效果，更有甚者微生物就根本 无法在某些废水中生存。垃圾卫生填埋场本身就是一个利用微生物对垃圾中的有机成分 进行降解的生物反应系统，在垃圾稳定化的过程中流出的渗滤液中表现的尤为明显，因 此垃圾渗滤液属于难降解有机废水。这些物质不仅生物难降解甚至还可能会对生物处理 系统中的微生物有毒害作用。常规的生物法难以在这方面获得令人满意的效果，这也就 是国内大多数垃圾填埋场渗滤液处理系统运行状况不好的主要原因之一。 2 、物化处理法是利用各种物理和化学手段来处理废水中的各种污染物。用于渗滤 液处理的方法有混凝沉淀或气浮、吹脱、电解氧化、光催化氧化、化学药剂氧化、吸附、 膜分离法等等。理论上讲，物化法可以去除废水中的所有污染物，并且它还有不受水质 水量变化波动的影响，出水水质较稳定的优点。但由于物化法运行成本高，国内外的研 究和应用多集中在采用物化法对垃圾渗滤液进行预处理和深度处理两个方面。 德国奥古斯丁垃圾填埋场渗滤液采用撞击式臭氧反应器工艺，渗滤液的c o d c r 为 1 0 7 0 m g l ，h o x ( 可吸附的有机卤化物) 为7 2 0l ag l ，总氮6 7 m g l ，在经过4 2 h 的反应后， c o d c r 的去除率为6 7 ，a o x 的去除率为6 2 嘲。h u r d 等嘲选用3 种低压聚酰胺r o 膜处理t r a i l r o a d 垃圾填埋场渗滤液，试验结果表明：透过液的流量取决于操作压力大小及t o c 的浓 度，当操作压力 1 0 3 m p a 时，透过液的流量为2 6 o l ( m 2 h ) - 5 4 o l ( m 2 - h ) ，t o c 和 c l 一的去除率 9 6 ，n h 4 + - n 的去除率 8 8 。程洁红等口1 运用f e n t o n 一混凝法对城市垃圾 渗滤液进行预处理，c o d c r 去除率达6 8 2 ，色度去除率为9 8 ，可使原水c o d c r 从 2 6 0 2 0 m g l 降至8 2 7 4 4 m g l ，为后续的厌氧好氧生化处理提供准备。李小明等阳1 用电 化学氧化法对垃圾渗滤液作深度处理，在p h 为4 ，c 1 一浓度为5 0 0 0 m g l ，电流密度为 l o a d m 2 ，s p r 为三元电极，电解时间为4 h ，进水c o d c r 和n 吖一n 分别为6 9 3 m g l 和2 6 3 m g l 时，c o d c r 和n h , + 一n 的去除率分别为9 0 1 6 和1 0 0 。 3 、垃圾渗滤液的土地处理主要是通过土壤颗粒的过滤、交换、吸附、沉淀以及生 物等作用去除其中的悬浮固体和溶解成分；通过土壤的微生物作用使渗滤液中的有机物 4 第1 章绪论 和氨氮发生转化，通过蒸发作用减少渗滤液的产生量。土地处理投资省，运行费用低， 但会受到气候条件和自然地理条件的限制。目前，国内外用于渗滤液处理的土地法主要 有回灌法和人工湿地法。斯洛文尼亚的b u l ct 等人四1 建造一个4 5 0 m 2 的人工湿地对渗滤液 处理进行研究，平均水力负荷0 0 3 m 3 ( m z d ) ，在进水c o d c r 为1 2 6 4m g l ，b o d 。为6 0 m g l ， n h 4 + 一n 为8 8 m g l 条件下，结果发现c o d c r 去除率为6 8 ，b o d 。去除率为4 6 ，n h 。+ - n 去除率为 8 1 。 1 3 研究的内容 u a s b 由污泥反应区、气液固三相分离器( 包括沉淀区) 和气室三部分组成。在底部 反应区内存留大量厌氧污泥，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥 层。要处理的污水从厌氧污泥床底部流入，与污泥层中污泥进行混合接触，污泥中的微 生物分解污水中的有机物，把它转化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出，微小气泡 在上升过程中，不断合并，逐渐形成较大的气泡，在污泥床上部由于沼气的搅动形成一 个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入三相分离器，沼气碰到分离器下部的反射板 时，折向反射板的四周，然后穿过水层进入气室，集中在气室的沼气，用导管导出，固 液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区，污水中的污泥发生絮凝，颗粒逐渐增大， 并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内，使反应区内积 累大量的污泥，与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢出，然后排出污泥床。 基本要求有： ( 1 ) 为污泥絮凝提供有利的物理、化学和力学条件，使厌氧污泥获得并保持良好的沉 淀性能； ( 2 ) 良好的污泥床常可形成一种相当稳定的生物相，保持特定的微生态环境，能抵抗 较强的扰动力，较大的絮体具有良好的沉淀性能，从而提高设备内的污泥浓度； ( 3 ) 通过在污泥床设备内设置一个沉淀区，使污泥细颗粒在沉淀区的污泥层内进一步 絮凝和沉淀，然后回流入污泥床内。 膜一生物反应器( m b r ) 是膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术，也 称膜分离活性污泥法。它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质 截流住，水力停留时间( h r t ) 和污泥停留时间( s r t ) 可以分别控制，而难降解的物质 在反应器中不断反应、降解。一方面，膜截流了反应池中的微生物，使反应池中的活性 污泥浓度大大增加，使降解污水的生化反应进行得更迅速更彻底，另一方面，由于膜的 5 东南大学硕士学位论文 高过滤精度，保证了出水清澈透明从而省掉二沉池。因此，膜一生物反应器工艺通过膜 分离技术大大强化了生物反应器的功能。与传统的生物处理方法相比，具有生化效率高、 抗负荷冲击能力强、出水水质稳定、占地面积小、排泥周期长、易实现自动控制等优点， 是目前最有前途的处理新技术之一。 纳滤( n f ) 届于反渗透和超滤之间，其膜表面分离皮层一般可具有纳米级的分离微孔 结构，相对于反渗透膜对n a c l 的脱除率在9 5 以上，一般将对n a c l 脱除率在9 0 以下 的膜均可称为纳滤膜。 纳滤具有两个特性：一是其截流的分子量为百量级，分子大小约为一个纳米左右的 溶解组分，对水中的葡萄糖、蔗糖等小分子有机物具有一定的分离作用；二是进料水的 电荷性、离子价数和浓度对纳滤膜的分离效应影响很大。 本课题的研究内容主要有： 研究上流式厌氧污泥床的处理机理和处理效果； 研究m b r 池对上流式厌氧污泥床出水的处理效果，膜的清洗方法； 上流式厌氧污泥床( u a s b ) 的调试研究； m b r 的调试研究； ( 亘) u a s b + m b r 组合工艺处理垃圾渗滤液的效果研究。 1 4 研究目的和意义 目前我国已建数量众多的垃圾填埋场，而且还有一批正在规划筹建的垃圾填埋场， 渗滤液的污染问题日益严重。因此渗滤液的治理已经成为当前和今后相当长时期内环境 污染控制的重要课题。本课题以毫州市垃圾填埋场渗滤液处理工程为依托，以垃圾填埋 场渗滤液达标排放为研究目的，研究垃圾填埋场渗滤液生物处理调试为目的，着重研究 其处理垃圾渗滤液的规律和机理。希望通过该项研究为垃圾渗滤液处理的实际应用工艺 的选择提供有力的理论依据和技术支持，用于指导和改进现有垃圾渗滤液的生物处理工 艺，寻找一种高效稳定、经济合理、且能适应我国国情的垃圾渗滤液处理技术。 6 第2 章绪论 第二章主体工艺及选择依据 2 1 建设规模 毫州生活垃圾卫生填埋场渗滤液处理工程设计处理规模为6 0 m 3 d ，即2 5 m 3 h 。经 调试过程中实际监测，发现实际水质与设计原水水质相差很大，其具体数值如表2 - 1 所 示，设计的出水排放水质要求应达到生活垃圾填埋污染控制标准( g b l 6 8 8 9 一1 9 9 7 ) 二级标准，具体指标如下表2 2 。 表2 1 工程设计原水水质与实际水质 t a b l e 2 1r a ww a t e rq u a l i t yo fe n g i n e e r i n gd e s i g na n da c t u a lw a t e rq u a l i t y 表2 2 生活垃圾填埋污染控制标准( g b l 6 8 8 9 - 1 9 9 7 ) t a b l e 2 2s t a n d a r df o rp o l l u t i o nc o n t r o lo nt h el a n d f i l ls i t eo fm u n i c i p a ls o l i d w a s t e ( g b l 6 8 8 9 1 9 9 7 ) 注：三级标准是排市政管网的标准，二级和一级标准分别是排地表水的标准。 2 2 工艺简介 本工程污水处理设计根据垃圾渗滤液高c o d c r 、高氨氮的特点，主体采用“上流式 厌氧污泥床反应器( u a s b ) + 膜生物反应器( m b r ) + 纳滤( n f ) 处理工艺。 渗滤液通过潜污泵从调节池提升至初沉池去除废水中s s ，处理后出水自流进入储 水箱，再由泵抽送至u a s b 厌氧反应器，进行厌氧反应去除废水中部分c o d c r ，减少后 续处理负荷；u a s b 反应器出水自流进入m b r 反应器，去除废水中大部分有机物及氨 氮，出水经膜截留，经泵送至纳滤处理间；过滤后出水排入厂区截洪沟。 厂区排水由集水井回收，潜污泵送至u a s b 反应器。 初沉池污泥、u a s b 反应器污泥及m b r 池剩余污泥均用泵抽送至污泥均合池，调 7 东南大学硕士学位论文 匀后用螺杆泵送至带压机脱水，泥饼外运。 m b r 膜生物反应器共分3 个部分：反硝化( a 段) 、硝化( o 段) 、膜分离( m 段) ， 膜分离采用的是超滤膜技术，a o 采用的是前置反硝化a o 工艺。 工艺流程框图如下图2 1 所示： 6 调节池 图2 1 毫州垃圾渗滤液处理工艺流程框图 主要构筑物尺寸见下表2 3 ： 躯厂区 排水沟 定期回淋至 卫生填埋场 表2 3 毫州市垃圾处理场主要构筑物尺寸 t a b l e 2 - 3s i z e o ft h em a i l ls t r u c t u r e so fb o z h o uw a s t el a n d f il ls it e 2 3 反应机理及工艺选择依据 2 3 1 生物脱氮机理 污水生物处理过程中氮的转化包括氨化、同化、硝化和反硝化作用。 氨化作用：污水中的有机氮主要以蛋白质和氨基酸形式存在。氨基酸是羧酸分子中 羟基上的氢原子被氨基( 一n h 。) 取代后的生成物，蛋白质是氨基酸通过肽键结合的高分 子化合物。目前已知构成蛋白质的天然氨基酸有2 0 余种。蛋白质可以作为微生物的基 8 第2 章绪论 质，在蛋白质水解酶的催化作用下，蛋白质水解为氨基酸。蛋白质水解可以在细胞内进 行，也可以在细胞外进行。氨基酸在脱氨基酶作用下产生脱氨基作用，即从氨基酸分子 上去除- n h 。原子团。脱氨基后的氨基酸可以进入三羧酸循环。由此可以说明污水中的蛋 白质和氨基酸在生物稳定化处理过程中通过氨化作用转化为氨氮。 硝化作用：氨氮可以在有氧存在的情况下被自养型亚硝酸菌氧化为亚硝酸盐并进一 步被硝酸菌氧化为硝酸盐，这一过程称为生物硝化过程。其反应式如式2 1 、式2 2 ： 2 n h 4 + 3 q 吗2 d 2 一+ 2 h 2 0 + 4 h + ( 2 1 ) 2 n o ，一d 塑堕哼2 n o ，一 ( 2 2 ) 反硝化作用：硝酸盐可以被异养型微生物作为最终电子受体，在缺氧条件下，通过 生物异化还原转化成气态氮( n 。) ，从水中逸出，或通过生物同化还原转化为氨氮进入生 物合成过程。硝酸盐的这种还原反应称为反硝化作用。生物反硝化过程可以用式1 3 、 式l4 表示： 1 n 0 2 一3 日( 电子供体有机物) 啼2 日2 d o 日一 ( 2 3 ) 二 1 n 0 3 一5 日( 电子供体有机物) 一寺2 日2 d 伽一 ( 2 4 ) 二 同化作用：在生物处理过程中，污水中的一部分氮( 氨氮或有机氮) 被同化成微生 物细胞的组成成分。按细胞干重计算，微生物细胞中氮的含量约为1 2 5 。虽然微生物 的内源呼吸和溶菌作用会使一部分细胞中的氮又以有机氮和氨氮的形式回到污水中，但 仍存在于微生物细胞及内源呼吸残留物中的氮可以在二次沉淀池中以剩余污泥的形式 得以从污水中去除。 随着理论研究的不断发展，脱氮机理中又出现了同时硝化反硝化( s n d ) 机理、好 氧反硝化机理、亚硝酸型生物脱氮机理、厌氧氨氧化( a n a 蹦o x ) 原理、氧限制自养硝 化反硝化( o l a n d ) 原理和好氧反氨化( a e r o b i cd e a m m o n i f i c a t i o n ) 原理等n 们。 2 3 2u a s b 反应器的去除机理 升流式厌氧污泥床u a s b ( u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb e d ，u a s b ) 工艺由于 具有厌氧过滤及厌氧活性污泥法的双重特点，作为能够将污水中的污染物转化成 再生清洁能源沼气的一项技术。对于不同含固量污水的适应性也强，且其结构、 运行操作维护管理相对简单，造价也相对较低，技术已经成熟，正日益受到污水处理业 界的重视，得到广泛的欢迎和应用。 废水厌氧生物处理是指在无分子氧的条件下通过厌氧微生物( 包括兼氧微生物) 的 9 东南大学硕士学位论文 作用，将废水中各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程。在厌氧生物 处理的过程中，复杂的有机化合物被分解，转化为简单、稳定的化合物，同时释放能量。 其中，大部分的能量以甲烷的形式出现，这是一种可燃气体，可回收利用。同时仅少量 有机物被转化而合成为新的细胞组成部分，故相对好氧法来讲，厌氧法污泥增长率小得 多。好氧法因为供氧限制一般只适用于中、低浓度有机废水的处理，而厌氧法既适用于 高浓度有机废水，又适用于中、低浓度有机废水。同时厌氧法可降解某些好氧法难以降 解的有机物，如固体有机物、着色剂蒽醌和某些偶氮染料等。 在厌氧处理过程中，废水中的有机物经大量微生物的共同作用，被最终转化为甲烷、 二氧化碳、水、硫化氢和氨等。在此过程中，不同微生物的代谢过程相互影响，相互制 约，形成了复杂的生态系统。对高分子有机物的厌氧过程的叙述，有助于我们了解这一 过程的基本内容。 高分子有机物的厌氧降解过程可以被分为四个阶段：水解阶段、发酵( 或酸化) 阶段、 产乙酸阶段和产甲烷阶段。 ( 1 ) 水解阶段 水解可定义为复杂的非溶解性的聚合物被转化为简单的溶解性单体或二聚体的过 程。 高分子有机物因相对分子量巨大，不能透过细胞膜，因此不可能为细菌直接利用。 它们在第一阶段被细菌胞外酶分解为小分子。 ( 2 ) 发酵( 或酸化) 阶段 发酵可定义为有机化合物既作为电子受体也是电子供体的生物降解过程，在此过程 中溶解性有机物被转化为以挥发性脂肪酸为主的末端产物，因此这一过程也称为酸化。 在这一阶段，上述小分子的化合物发酵细菌( 即酸化菌) 的细胞内转化为更为简单 的化合物并分泌到细胞外。发酵细菌绝大多数是严格厌氧菌，但通常有约1 的兼性厌氧 菌存在于厌氧环境中，这些兼性厌氧菌能够起到保护像甲烷菌这样的严格厌氧菌免受氧 的损害与抑制。这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、 氨、硫化氢等，产物的组成取决于厌氧降解的条件、底物种类和参与酸化的微生物种群。 与此同时，酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质，因此，未酸化废水厌氧处理时产 生更多的剩余污泥。 l o 第2 章绪论 在厌氧降解过程中，酸化细菌对酸的耐受力必须加以考虑。酸化过程p h 下降到4 时可以进行。但是产甲烷过程p h 值的范围在6 5 7 5 之间，因此p h 值的下降将会减 少甲烷的生成和氢的消耗，并进一步引起酸化末端产物组成的改变。 ( 3 ) 产乙酸阶段 在产氢产乙酸菌的作用下，上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及 新的细胞物质。 ( 4 ) 甲烷阶段 这一阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇被转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物 质。 甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、二氧化碳和氢气等转化为甲烷的过程由两种生理上不同 的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲 烷，前者约占总量的1 3 ，后者约占2 3 。 上述四个阶段的反应速度依废水的性质而异，在含纤维素、半纤维素、果胶和脂类 等污染物为主的废水中，水解易成为速度限制步骤；简单的糖类、淀粉、氨基酸和一般 蛋白质均能被微生物迅速分解，对含这类有机物的废水，产甲烷易成为限速阶段。虽然 厌氧消化过程可分为以上四个过程，但是在厌氧反应器中，四个阶段是同时进行的，并 保持某种程度的动态平衡。该平衡一旦被p h 值、温度、有机负荷等外加因素