（环境工程专业论文）膜组合技术处理城市垃圾焚烧厂渗滤液运行特性的研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 城市垃圾焚烧厂渗滤液是城市垃圾在运输、堆放过程中经受挤压和厌氧 发酵所形成的一种组成复杂的高浓度有机废水。该渗滤液具有污染物浓度高、 可生化性好、水量大、金属离子含量高、成分复杂等特点，若不加处理而直 接排放，会造成严重的环境污染课题以上海御桥垃圾焚烧厂垃圾渗滤液 m b r + d t r o 高效处理技术为依托，对m b r 和d t r o 系统的运行特性进行 研究，并考察了膜组合技术长期稳定运行的除污效能，为该厂提供了一条现 实可行、高效稳定的技术路线 一 通过实验优化了m b r 系统的运行参数，确定最佳运行参数h r t 为6 d ， d o 值控制在3 4 m g l 之间，p h 保持在7 8 5 之间较适宜，膜操作压力在 4 2 b 甜左右。同时分析了生物反应器运行过程中污泥浓度m l s s 、m l v s s 和 m l v s s m l s s 的变化情况，对活性污泥中微型生物优势种群跟踪监测，确定 优势物种的变化规律。通过超滤清洗实验确定超滤反冲洗周期为1 2 h ，并对 超滤膜的在线清洗进行了考察。 对d t r o 系统的膜通量、脱盐率、运行压力和回收率等参数进行实验研 究，分析了各参数之间的内在联系。对d t r o 膜污染中的碳酸钙、硫酸盐沉 积物、硅结垢和微生物、有机物污染的形成机理进行了理论分析，为判断 d t r o 膜污染类型和优化膜污染清洗方法奠定了理论基础。实验优化了 d t r o 膜污染清洗方法，并通过在线清洗验证了清洗方法和酸洗、碱洗启动 时机的合理性。 对m b r + d t r o 膜组合技术长期稳定运行进行实验研究，分别考察分析 了m b r 、d t r o 和m b r + d t r o 整个系统对渗滤液污染物的去除效能。经考 察各项水质指标均优于上海市污水综合排放三级标准( d b 3 1 1 9 9 1 9 9 7 ) 的设 计要求( c o d 。3 0 0 m g l ；b o d s 1 5 0 r a g l ：s s 3 5 0 m g ：l ；n i t 3 - n 2 5 m l ) 。 关键词：垃圾焚烧厂；渗滤液；膜生物反应器( m b r ) ；碟管式反渗透( d t r o ) ： 超滤( u f ) ；运行特性 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t t h el e a c h a t ef r o mm c m e r a t i o np o w e rp l a n to fm u n i c i p l a lw a s t ei sa h i g h - c o n c e n t r a t e do r g a n i c w a s t e w a t e ri nw h i c hc o m p l e x c o m p o n e n t s a r e c o n t a i n e d i tp r o d u c e si nt h ep r o c e s so ft r a n s p o r t a t i o na n ds t a c k i n g 1 1 1 el e a c h a t e h a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fh i g h c o n t e n to r g a n i cp o l l u t a n t ，c a p a c i t y , a m m o n i aa n d h e a v ym e t a l se t c i f i t d i s c h a r g e d t oe n v i r o n m e n tw i t h o u ta n yt r e a t m e n t s u r r o u n d i n g sw i l lb ep o l l u t e ds e v e r e l y i nt h et h e s i s ，t h ea u t h o ru s e dt h e c o m b i n e dm e m b r a n et e c h n o l o g yc o m p o s e do fm 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 ) a n dd i s ct u b er e v e r s eo s m o s i s ( d t r o ) t ot r e a tt h el e a c h a t ef r o mt h e r e t e n t i o nb a s i n o fy u q i a om 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 np o w e rp l a n t ， s h a n g h a i t h eo p e r a t i n gp a r a m e t e r sa r eo p t i m i z e d t h eb e s to p e r a t i n gp a r a m e t e r sa r e f o u n d ：h r ti s6 也t h ed ov a l u ec o n t r o l s3 - 4 r a g l ，t h ep hk e e p sa t7 - 8 5 ，t h e o p e r a t i n gp r e s s u r eo fm e m b r a n ei sa b o u t4 2b a r s t h ev a r i e t yc i r c u m s t a n c eo f t d i r t ym i r ed e n s i t ym l s s ，m l v s sa n dm l v s s m l s si nb i o r e a c t o rh a sb e e n a n a l y s e d t h eb e s tr e v e r s ew a s h i n gc y c l ei s1 2 ht h r o u g hu l t r af i l t r a t i o nw a s h i n g e x p e r i m e n ta n dd i dar e s e a r c ho f t h em e m b r a n ew a s h i n go n l i n e t h em a i nf a c t o r se f f e c t i n g0 1 1p e r f o r m a n c eo fd t r or e a c t o r sa b o u tt h e r e m o v a lo fo r g a n i cs u b s t a n c ew e r ei n v e s t i g a t e d ，s u c h 笛t h ef l u xo fm e m b r a n e t h er a t eo ft a k i n go f fs a l t , p r e s s u r ea n dt h er e c o v e r yr a t ee r e t h ef o r m i n g m e c h a n i s mo fc a l c i u m c a r b o n a t e ，s u l p h a t es e d i m e n t ，s i l i c o ns e d i m e n t , m i c r o o r g a n i s ma n do r g a n i cm a t t e r s a b o u tt h ep o l l u t i o no fm e m b r a n ea r e a n a l y s e d ，a n di te s t a b l i s h e dt h eb a s i st h e o r yf o rj u d g i n gt h et y p eo fm e m b r a n e p o l l u t i o na n do p t i m i z i n gt h ew a s h i n gm e t h o da b o u tm e m b r a n ep o l l u t i o n t h e r a t i o n a l i t yo fs t a r t u pt i m eo ft h ew a s h i n gm e t h o d , a c i dw a s h i n ga n da l k a l i w a s h i n gh a sb e e nv a l i d a t e db y t h ew a s h i n gm e t h o do f d t r o c o m b i n e dm e m b r a n et e c h n o l o g y ( m b r + d t r o ) w a su s e dt ot r e a tt h e l e a c h a t ef r o mt h er e t e n t i o nb a s i no fy u - q i a om u n i c i f a ls o l i dw a s t ei n c i n e r a t i o n p o w e rp l a n ti nt h es t e a d yc i r c u l a t i o n t h ee m u e n tc 髓a c c o r dw i t ht h et h i r d d i s c h a r g el i m i to fs e w a g ed i s c h a r g i n gi ns h a n g h a i ( d b 3 1 1 9 9 1 9 9 7 ) ( c o d c r 3 0 0 r a g l ；b o d s 1 5 0 r a g l ；s s 3 5 0 m g l ；n h 3 - n 2 5 r a g l ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 ii 页 i n c i n e r a t i o np o w e rp l a n to f m u n i c i p a lw a s t e ； l e a c h a t e ；m e m b r a n eb i o l o g i c a lr e a c t o r m r ) ； d i s ct u b er e v e r s eo s m o s i s ( d t r o ) ；u l t r af i l t r a t i o n ( u f ) ； o p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i c 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 贾 1 1 前言 第1 章绪论 随着我国城市化进程的加快，城市数量的增多、规模的扩大和人口的不 断增加，我国城市生活垃圾产量和堆存量都在迅速增长。自1 9 8 0 年以来，我 国城市生活垃圾以每年8 1 0 的速度增长，由1 9 8 0 年的3 1 3 2 万吨猛增 至1 9 9 0 年的6 5 6 8 万吨，增加了2 1 0 。1 9 9 1 年我国城市垃圾清运总量约为 7 0 0 0 万吨，到2 0 0 1 年已达1 5 亿吨，增长了2 1 5 。2 0 0 5 年城市垃圾产量 已达2 亿吨，占世界总量的1 4 以上【l 】。同时，由于垃圾处置设施严重不足， 目前全国6 6 0 多座城市中约有1 3 陷入垃圾包围之中。历年城市生活垃圾的 累计堆存量已超过6 0 亿吨，占地5 4 亿平方米【2 】。城市生活垃圾在产量和堆 存量迅速增长的同时，成分也发生了很大的变化，具体表现为有机物的增加、 可燃物的增多( 热值增加) 和可利用价值增大等。目前，我国城市生活垃圾 成分一般为厨余3 0 5 5 、灰土l o 5 0 、水份4 0 6 0 、热值 3 3 4 9 6 2 8 0 k 1 k g i 引。因此，如何对城市垃圾进行科学有效地处理已是摆在我 们面前的一项严峻而紧迫的任务。 我国在对城市垃圾管理体系进行研究后，提出了以“资源化”、“无害化”、 “减量化”作为控制城市垃圾污染的技术控制政策，在一段时问内以“无害化” 为主，随着经济，技术和管理体制的发展，逐步从“无害化”向“资源化”过渡。 1 2 城市生活垃圾处理技术简介 目前，国内外较成熟的城市生活垃圾处理技术主要有：卫生填埋、堆肥、 焚烧发电等。 1 。2 1 卫生填埋法 卫生填埋法是目前应用最广泛的垃圾处理技术。它是在传统垃圾简易填 埋技术的基础上发展起来得，通过采取有效的技术措施，防止渗滤液及有害 气体对水体和大气的污染，并将垃圾压实减容至最小，消除了简易填埋带来 的各种安全、卫生和环境污染问题【4 】。与其他垃圾处理技术相比，该法的优 点是处理能力大，投资小，能较有效地达到垃圾无害化处理的目的，缺点是 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 占地面积大，垃圾渗滤液容易造成二次污染等。 1 2 2 堆肥法 堆肥技术是使垃圾中的有机质在微生物的作用下进行生物化学反应，最 后形成类似腐殖质土壤的物质，可作肥料或土壤改良剂i 扪。堆肥包括好氧发 酵和厌氧发酵两种方式。由于各国工业化发展程度不同，所采用的堆肥工艺 也有差异。亚洲和非洲国家多是采用人工或半机械化堆肥，而欧洲国家( 如 法国、瑞士、荷兰等) 和美国均采用成套机械进行堆肥作业。堆肥法工艺简 单、技术要求低、适宜于高有机质含量垃圾的处理。目前我国的垃圾堆肥生 产机械化水平低，堆肥质量差，肥效低，从而限制了堆肥产品的发展。 1 。2 3 焚烧法 垃圾焚烧是_ 种高温热处理技术，即以一定的过剩空气量与被处理的有 机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，垃圾废物中的有害有毒物质在 8 0 0 1 2 0 0 ( 3 的高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现垃圾无害化、 减量化和回收能量的处理技术【6 】。图1 1 是垃圾焚烧技术工艺流程图。 图1 1 垃圾焚烧技术工艺流程图 焚烧法具有如下优点【7 】：工程占地面积小，选址难度低；运行稳定 可靠，不受天气影响、污染轻、对周围环境影响小：垃圾减容、减量效果 明显，垃圾减容率可达9 0 以上；垃圾资源化效益高，热能回收可用来发 电、供热，焚烧灰渣可综合利用；焚烧技术集成度高，自动化程度高，二 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 次污染小。焚烧法相对于卫生填埋法、堆肥法而言，在减量化、无害化、资 源化等方面具有很大优势，尤其是在人口高度密集、土地资源紧张、垃圾热 值较高的大中城市和沿海经济发达地区一般来说，在幅员辽阔、人口稀少 的国家，卫生填埋应用较多，例如美国、加拿大、澳大利亚的国家城市生活 垃圾填埋的比例较大；而瑞士、日本、丹麦、新加坡等国家土地资源宝贵， 大多采用焚烧发电的方式处理城市生活垃圾；对于堆肥法，各国采用的比例 都相对较少。表1 1 【8 】为发达国家城市生活垃圾处理状况比较。 表1 - 1 发达国家城市生活垃圾处理状况比较 我国垃圾焚烧技术起步较晚，近年来随着国民经济及城市建设的发展， 在我国许多经济比较发达的沿海城市，新建垃圾填埋场选址受到诸多限制， 同时垃圾中可燃物增加很多，垃圾热值明显提高，垃圾焚烧发展非常迅速。 国家环保总局在有关城市垃圾处理的文件中也确定在经济较发达、垃圾热值 较高的地区推广焚烧法处理城市生活垃圾1 9 1 深圳市市政环卫综合处理厂的 垃圾焚烧厂，是我国引进国外关键技术及其主要设备建成的第一座现代化焚 烧厂，1 9 8 8 年投运，日处理量3 0 0 吨，并配有3 0 0 0 k w 发电设备。上海市浦 东垃圾焚烧厂引进法国的焚烧工艺，日处理生活垃圾1 0 0 0 吨，拥有两套 8 5 0 0 k w 的气轮发电机组，工程投资6 7 亿元。2 0 0 4 年3 月，我国最大的生 活垃圾焚烧处理工程在大连开工建设，日处理垃圾量为1 5 0 0 吨，生活垃圾减 容9 0 ，减量8 0 ，垃圾无害处理率达1 0 0 1 0 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 3 垃圾焚烧厂渗滤液的产生及水质特征 目前，北京、深圳、上海、广州、宁波、温州、杭州、苏州等经济发达 城市已纷纷开始建设垃圾焚烧厂，使得这项技术得到了快速的推广。然而垃 圾焚烧除了烟气、灰渣等污染需要进行控制和处置以外，同样也存在着垃圾 渗滤液的污染问题。 1 3 1 垃圾焚烧厂渗滤液的产生 垃圾焚烧厂渗滤液又称沥滤液，主要是指垃圾在贮坑堆放过程中受挤压 作用而排出的水份及垃圾中的有机组分在贮坑内经厌氧发酵而生成的水分所 形成的一种组成复杂的高浓度有机废水。此外，在雨季垃圾运输过程中常常 遭到雨水淋浴、冲刷，垃圾运输车在将垃圾倾倒入垃圾贮坑的同时往往带入 大量的雨水，也构成了焚烧厂垃圾渗滤液的一个来源。 垃圾渗滤液产生量主要受进厂垃圾的成分、水份和贮存天数的影响，其 中厨余和果皮类垃圾含量是影响渗滤液质和量的主要因素。由于地域差异， 国内各地垃圾的成分和含水率差别较大，一般垃圾含水率在2 0 5 0 左 右，过水垃圾甚至达到7 0 以上。在垃圾压实、降解过程中，垃圾持水能力 降低，导致部分初始含水释放而形成了焚烧厂渗滤液的一个主要来源。焚烧 厂渗滤液产生量一般为处理垃圾量的o 1 0 ，北方由于气候干旱而偏低， 南方瓜果成熟季节，渗滤液产生量可达到垃圾量的1 5 。 1 3 2 垃圾焚烧厂渗滤液的水质特征 由于我国城市生活垃圾的厨余物多，含水率高，热值较低，焚烧法处理 垃圾时必须将新鲜垃圾在垃圾储坑中储存3 5 天进行发酵熟化，以达到沥出 水份，提高热值的目的，才能保证后续焚烧炉的正常运行。所以焚烧厂垃圾 渗滤液的性质与垃圾填埋场运行初期的渗滤液性质有许多相似之处，都具有 污染物浓度高、可生化性好、水量大、成分复杂等特点。表1 2 为某垃圾焚 烧厂渗滤液的典型指标【6 】 表1 2 某垃圾焚烧厂渗滤液的典型指标 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 垃圾焚烧厂渗滤液具体特征表现在以下几方面： 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且呈非周期 性。张兰英1 监测到的渗滤液中有机物种类共9 3 种有机化合物，其中2 2 种 被列为我国和美国e p a 环境污染物的黑名单中【1 2 】。除有机物外，渗滤液还含 有l o 多种金属和氨氮等，水质十分复杂。 2 ) c o d 和b o d 浓度高：与城市污水相比，垃圾焚烧厂渗滤液中的c o d 和b o d 极高：c o d c r 可达9 0 0 0 0 m g l ，b o d 可达3 s o o o m g m ，具有c o d 、 b o d 浓度极高、毒性大、难处理等特点。 3 ) 金属离子含量高：垃圾焚烧厂垃圾渗滤液中含有大量的金属离子，其中 铁的浓度可达2 0 5 0m g l ，锌浓度可达1 3 01 1 1 g l ，钙的浓度甚至达到4 3 0 0 m g l t ”】，远远大于一般的排放标准，对微生物有强烈的抑止作用。 4 ) 氨氮含量高：氨氮浓度随时间的延长而升高，最高可达1 7 0 0 m g l 。渗 滤液中的氮多以氨氮形式存在，约占t n k 4 0 5 0 。 5 ) 微生物营元素比例失调：对于生化处理，一般而言，污水适宜的营养元 素比例是b o d 5 ：n ：p = 1 0 0 - 5 ：l ，由于氨氮含量高，c n 的比值经常失调， 并且p 元素缺乏，b o d 5 p 常大于3 0 0 。， 一， 6 ) 色度深，有恶臭：渗滤液呈黄褐色或灰褐色，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。 1 4 垃圾渗滤液处理技术综述 近几十年，国内外学者就垃圾渗滤液的处理技术进行了许多卓有成效的 科学研究，取得了很大的成功，特别是经济发达的国家，将研究成果付诸生 产实践，积累了一定的运行经验。由于渗滤液的水质水量波动大，成份复杂， 目前尚无十分完善的处理工艺，大多根据不同填埋场的具体境况及其他经济 技术要求提出有针对性的处理方案和工艺。常用的垃圾渗滤液处理方法有生 物处理法、物理化学处理法、土地处理法和膜分离法等。而对于生活垃圾焚 烧厂渗滤液处理的系统工艺研究目前尚未见到文献记载。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 1 4 1 生物处理法 生物处理具有处理效果好、运行成本低等优点，是目前垃圾渗滤液处理 中采用最多的方法，包括好氧处理、厌氧处理、好氧一厌氧结合等三种类型。 1 4 1 1 好氧生物处理法 好氧处理包括活性污泥法、曝气氧化塘、生物滤池、生物转盘和生物流 化床等工艺，能够有效降低渗滤液中的b o d 、c o d 和n i - 1 3 - n ，还可去除铁、 锰等金属离子。好氧法反应速度快，反应时间较短，处理过程中基本没有臭 气，出水也可达到较好的水质。 活性污泥法处理垃圾渗滤液效率高，而且费用较低，因而得到较广泛的 应用。k a e r a v 研究发现，活性污泥法能去除渗滤液中9 9 的b o d 。m e r i s 研 究发现，对于c o d 为4 0 0 01 3 0 0 0 m g l 、b o d 为1 6 0 0 11 0 0 0 m g l ，n h 3 - n 为8 7 5 9 0m g l 的渗滤液，混合式好氧活性污泥法对c o d 的去处率可稳定 在9 0 以上。p i r b a z a r i 等人对众多实际运行的垃圾渗滤液处理系统调查后指 出，活性污泥法比化学氧化法等其它方法的处理效果更佳。 曝光氧化塘体积大，有机负荷低，工程简单，缺点是占地面积大，有机 负荷低，降解速度较慢，但若经过人工强化，也可取得与活性污泥法相近的 渗滤液处理效果。英国b r y n d o s t e g 垃圾填埋场建立了一座1 0 0 0 m 3 的曝气氧 化塘处理垃圾渗滤液，经氧化塘处理后c o d 、b o d 和n h 3 一n 的平均去除率 分别高达9 7 2 ，9 9 5 和9 2 8 0r 1 4 l 。此外美国、加拿大、澳大利亚和德国 的小试与中试生产规模的研究都表明，采用曝气氧化塘能获得较好的垃圾渗 滤液处理效果 与活性污泥法相比，生物膜法具有抗水量、水质冲击负荷的优点，而且 生物膜上能繁殖世代较长硝化菌，具有较好的脱氮效果。加拿大的p e a d i ec 和a t w a t c rj 用直径0 9 m 的生物转盘处理c o d 1 0 0 0 m g l ，n i t 3 - n 5 0 m g l 的垃圾渗滤液，其出水b o d 2 5 m g l ，n h 3 - n 1 0 0 0 0 m g l 的渗滤液，当容积负 荷为3 6 1 9 7 k g c o d ( m 3 - d ) ，平均污泥龄为l 4 3 d ，温度为3 0 时，c o d 和b o d 的去除率分别为8 2 和8 5 。 1 4 1 3 厌氧一好氧组合处理法 厌氧一好氧组合处理法结合好氧生物法和厌氧生物法的优点，既经济合 理，又提高了处理效果。常见的工艺有：s b r 法、厌氧池s b r 法、a b 法、 厌氧滤池一活性污泥法、厌氧好氧生物流化床等。 希腊的d i a m a d o p o u l o se 【1 7 1 用缺氧一好氧运行的s b r 法处理垃圾渗滤液 和城市污水的混合物，进水平均c o d 为1 0 9 0 m g l ，b o d 为4 3 0 m e j l ， t k n l 3 3 m g l ，n i - 1 3 - n 为1 0 6 m g l ，结果表明处理较成功，出水b o d 和c o d 都较低，系统的b o d 去除率超过了9 5 ，缺氧段硝酸盐的去除接近9 9 ， 而总氮的去除率约5 0 。深圳市五龙坑生活垃圾填埋场渗滤液的处理采用了 厌氧一吹脱一缺氧一好氧一混凝沉淀流程，当渗滤液c o d 为2 5 0 0 0 m g l ， b o d 为1 5 0 0 0m e d l 、n h 3 - n 为1 0 0 0m e l 时，出水各项指标低于排放标准。 王宝贞【ls 】等人报道了a b 法处理垃圾填埋场渗滤液，结果表明c o d 、n h 3 - n 除率分别为9 4 2 、7 3 9 。福州市1 9 9 5 建成了全国最现代化的垃圾渗滤液 处理厂，其工艺为：u a s b 一氧化沟活性污泥一生物稳定塘，试运行效果良 好。 1 4 2 物理化学处理法 同生物处理法相比，物理化学方法处理成本较高，不适于大量的渗滤液 的处理，但是物化方法不受水质水量变动的影响，对可生化性较差的渗滤液 ( b o d c o d ：0 0 7 0 2 0 ) 有较好的处理效果，通常作为渗滤液的预处理或 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 深度处理工艺。物化法处理垃圾渗滤液主要有吸附法、混凝沉淀、化学氧化、 离子交换、密度分离、汽提及湿式氧化等多种方法。 1 4 2 1 吸附法 吸附法主要是利用多孔性固体物质，使废水中的一种或多种物质被吸附 在固体表面而去除的方法。常用的吸附剂有活性炭、沸石、焦炭、矾土、焚 烧炉底灰等，应用较广泛的是颗粒状和粉末状的活性炭。r o d r i g u e zj 等【1 s 】 以颗粒活性炭对渗滤液进行深度处理，c o d 从1 1 0 0 m l 可以降到2 0 0 m g l 以下郑红等l 9 】以蒙脱石处理渗滤液，发现含蒙脱石中的高价金属阳离子 ( c r 3 + ) 对苯酚和c o d 的吸附能力较高，分别达6 7 5 和6 0 3 1 4 2 2 混凝沉淀法 混凝沉淀法可有效地去除浊度、色度和重金属离子，对c o d 也有一定的 去除效果。目前采用的混凝剂多为a 1 2 ( s 0 4 ) 3 、f e s 0 4 、f e c l 3 以及聚铁、聚铝 盐等。郭玉华2 0 1 等利用聚铁混凝和h 2 0 2 - f e 2 + 催化氧化二级串联法对某危险废 物安全填埋场渗滤液进行了处理试验，使其c o d 和色度的去除率可分别达到 8 8 3 和9 8 ，砷可以达到检不出水平 1 4 2 3 化学氧化法 化学氧化法主要用来去处垃圾渗滤液中的腐殖质、芳香族化合物等多种 生物方法难以降解的有机物，化学氧化法能氧化这些难降解的物质，提高渗 滤液的可生化性。化学氧化法主要有f e n t o n 、光化学氧化、电化学氧化、臭 氧氧化法等。德国k i m s m 等人【2 1 】用h 2 0 2 f e 2 机处理垃圾渗滤液，在p h 为3 ，光照功率为8 0 k w m 3 ，f e ”用量l m m o i l ，c o d 与h 2 0 2 质量比为l ：1 ， c o d 容积负荷 9 6 ，n i l 3 - n 的去除率 8 8 。b i l s t a n d 等用反渗透法处理垃圾渗滤 液的研究表明：反渗透法的产品水可直接排放到任何水体，f e 、c u 、c r 、z n 的去除率可达9 9 ，悬浮固体的去除率可达1 0 0 ，浓缩倍数达1 3 倍。p e t e r st a1 2 9 1 报道，德国i h l e n b e r g 垃圾填埋场用两级反渗透装置处理渗滤液，处理能 力3 6 m 3 h ，c o d 去除率超过9 9 2 ，重金属去除率超过9 8 ，氨氮去除率为 9 9 9 。反渗透膜在运行过程中也同样遇到膜污染问题，根据不同的膜污染 类型，通常通过加强预处理、投加絮凝剂、化学清洗和物理清洗、优化运行 参数等方法控制膜污染。 1 5 课题研究背景、内容和意义 1 5 1 研究背景 。 本课题以上海御桥垃圾焚烧厂垃圾渗滤液m b r 十d t r o 高效处理技术为 依托。上海御桥垃圾焚烧厂位于上海市浦东新区北蔡镇御桥工业小区内，占 地面积8 2 1 6 5 平方米( 1 2 3 亩) ，每日处理垃圾量1 0 0 0 吨，采用法国的焚烧 技术和关键设备，按欧洲气体排放标准设计，计算机控制全自动生产，总投 资6 7 亿元，于2 0 0 1 年1 2 月点火运行，是我国第一座千吨级现代化垃圾焚 烧发电厂。焚烧厂采用的生产模式为垃圾全量焚烧，热能发电，拥有三座焚 烧炉，两台8 5 0 0 千瓦汽轮发电机组，每天可处理1 2 0 1 5 0 万城市居民产生 的生活垃圾，发电3 0 3 5 万千瓦时。焚烧厂的建成缓解了浦东新区生活垃圾 出路严重困难的问题，为实现垃圾处理的减量化、资源化和无害化提供可靠 的途径。 御桥垃圾焚烧厂的生活垃圾在堆放过程中会产生垃圾渗滤液，垃圾渗滤 液中所含各类污染物是正常水质的千倍左右，如不能有效处理将对周围环境 构成严峻的威胁。该厂每天要产生2 4 0 吨的垃圾渗滤液，相当于一座1 5 万吨 的污水厂。由于焚烧厂垃圾渗滤液具有c o d 。和b o d s 浓度高，金属含量高， 电导率高，营养比例失调等特点，无论是生化法还是物化法都不能对其进行 有效的处理。为此，浦东新区政府投入2 0 0 0 万元，于2 0 0 5 年5 月开始建设 碟管式反渗透垃圾渗滤液处理系统( d t r o ) ，对渗滤液作深度处理，彻底解 决垃圾焚烧厂的水污染问题。这是国内第一次将m b r + d t r o 膜组合技术应 用于垃圾焚烧厂渗滤液的处理。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 1 5 2 研究内容 本课题的研究主要是针对上海御桥垃圾焚烧厂渗滤液处理工程中的 m b r 和d t r o 部分进行的，课题的主要研究内容有以下几点： 1 ) 对垃圾焚烧厂渗滤液的水质进行监测，分析焚烧厂垃圾渗滤液特点； 2 ) 掌握m b r 超滤部分和d t r o 的工作原理和工艺特点，能熟练操作仪 器设备，能对现场故障进行分析、处理； 3 ) 研究m b r 的运行特性，优化运行参数，分析生物反应器的污泥特性： 4 ) 通过超滤实验对超滤膜膜通量变化特性进行分析，确定反冲洗周期并 考察超滤在线清洗效果，为工程实践清洗提供参考； 5 ) 研究d t r o 的运行特性，对影响系统运行的各因素进行分析； 6 ) 分析d t r o 膜污染的类型和形成机理，确定d t r o 膜污染清洗方法， 考察d t r o 膜的在线清洗效果； 7 ) 对m b r 和d t r o 的进出水水质进行监测分析，分别研究m b r 、d t r o 和膜组合技术的除污效能。 1 5 3 研究意义 上海御桥垃圾焚烧厂垃圾渗滤液处理工程是国内第一次将m b r 和 d t r o 技术相结合应用于渗滤液处理的工程实例。垃圾渗滤液的二次污染问 题长期困扰着该厂，本课题的研究将为该厂寻求一条现实可行、高效稳定的 技术路线，并且能为其它垃圾焚烧厂渗滤液的就地场内处理提供技术借鉴。 同时其研究思路和研究结果对其它高浓度有机废水的处理也具有一定的借鉴 作用。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 第2 章膜分离技术理论基础 膜分离是通过膜对混合物中各组分的选择渗透作用的差异，以外界能量 或化学位差为推动力对双组分或多组分混合物的气体或液体进行分离、分级、 提纯和富集的方法。膜分离现象广泛存在于自然界中，它的历史最早可以追 溯至u 1 7 4 8 年法国学者a b b e n o l l e t p o 】发现水能自然地扩散到装满酒精溶液的 猪膀胱内，首次揭示了膜分离现象。2 0 世纪中叶以后，随着高分子技术的发 展，膜材料和制膜技术得到快速发展，各种膜分离技术相继出现，形成了多 种新的污水处理方法，它包括微滤( m f ) 、超滤( u f ) 、电渗析( e d ) 、纳 滤( n f ) 和反渗透( r o ) 等【”。j 。1 9 6 0 年l o 曲和s o u r i r a j a n 教授制成了第一 张高通量和高脱盐率的醋酸纤维素膜，为反渗透和超滤奠定了基础。目前， 膜分离技术已取得了令人瞩目的巨大发展，在含油废水、脱脂废水、纤维工 业废水、造纸工业废水、放射性废水和垃圾渗滤液等各类污水处理中得到了 广泛的应用。表2 1 归纳了几种主要的膜分离特点。 表2 1 貘分离的特点比较 膜类型微滤( m f )超滤( u f )纳滤( n f )反渗透( r o ) 翼豫瑟纂微熟秽 膜结构结构和不对称”= = 0 三“ 结构； ”。” 聚丙烯( p p ) 膜材料和聚四氟乙烯 ( p t e e ) 等： 微銎里径 o 0 8 1 0 悃j p s 和p e 聚偏氟 乙烯p v d f 等；氧 化锆和氧化铝 ( 无机膜) 等； 溶解扩散膜， 多层不对称结 构或复合膜； 芳香聚酰胺 ( p a ) 和醋酸 纤维紊( c a ) 等； 致密型溶解扩散 膜，多层不对称结 构或复合膜； 醋酸纤维素( c a ) 和芳香聚酰胺( p a ) 等； 0 0 0 8 0 2 0 0 0 8 0 0 0 90 伽l o l 0 0 0 4 渗透爹机然簪舔篡娑篓熊黧嚣 8 对流的传质； 对流的传质；“。轰荔襄；“47 并茅霰翟鬻釜4 截曼字嘎直 o 0 8 1 00 0 0 8 0 20 0 0 8 0 0 0 9 o 0 0 0 1 o 0 0 4 往i m ) 组件一组件鬻：，赫碟蒜哆囊嚣嚣 适用膜组件管式膜组件毛细管、平板式”5 ：? = 5 “8式、卷式、板框式 膜组件； 4 ” 膜组件； 糍产0 - 1 吨3 0 3 1 o0 1 8 3 o 3 0 2 0 0 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 2 1 膜生物反应器 膜生物反应器( m e m b r a n eb i o l o g i c a lr e a c t o r ，简称m b r ) 是将生物处 理技术与膜分离技术相结合而形成的一种新型、高效的污水处理技术。通常 m b r 由生物反应器和膜组件两部分构成，生物反应器是污染物降解的主要场 所，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，使污染物能得到较充分的降 解；膜组件代替传统的二沉池，膜的分离作用将微生物截留在生物反应器内， 以维持较高的活性污泥浓度，并能对污水进行高效的固液分离。m b r 技术解 决了传统活性污泥工艺出水水质不稳定、污泥易膨胀等问题，具有许多其它 生物处理工艺无法比拟的明显优势【3 3 8 】。 2 1 1m b r 的分类 m b r 通常是由微滤膜、超滤膜或纳滤膜组件和生物反应器组合而成，其 分类有多种：根据膜组件在生物反应器中的作用不同，可分为膜曝气生物反 应器、萃取膜生物反应器、膜分离生物反应器三类：按照膜组件构型可分为 管式、板框式、卷式及中空纤维式；根据膜材料不同可以分为有机膜和无机 膜两大类：按照膜组件与生物反应器的组合位置，可分为一体式( 浸没式) 、 分置式( 循环式) 和复合式；按照膜过滤的驱动方式可分为压力式和抽吸式 【3 9 】。表2 2 比较了不同构型膜组件的优缺点【柏】。 表2 - 2 不同构型膜组件的优缺点 图2 1 和图2 - 2 分别为一体式m b r 和分置式m b r 示意图。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 图2 - i 一体式m b r 水 生物反应器循环泉膜组件 图2 - 2 分置式m b r 表2 3 比较了一体式m b r 和分置式m b r 的优缺点【4 l 】。 表2 - 3 一体式m b r 和分置式m b r 的特点比较 2 1 2m b r 的特点 m b r 工艺作为一种新兴的高效水处理技术，与常规生化法相比，具有以 下特斜4 1 】： 染物去除效率高，不仅能高效的进行固液分离，还能有效的去除细菌、 病毒等病原微生物。 生物反应器内活性污泥浓度高，m l s s 一般为1 0 2 0 9 ：l ，最高可达 4 0 9 l 。 实现了s r t 和h r t 彻底分离，使运行控制更加灵活稳定。可在h r t 很短，s r t 很长的条件下运行，使世代周期长的微生物充分生长，对 某些难降解有机物的生物降解非常有利。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 污泥发生量小。f m 很小，在限制基质的条件下，生物反应器内营养 物质仅能维持微生物的生存，其比增长率与衰减率相当，剩余污泥量 很小或为零。 由于采用膜过滤截留作用对固液进行分离，所以消除了活性污泥膨胀 对出水水质的影响。 结构紧凑，易于实现一体化的自动控制；模块化设计使工艺安装、操 作具有较大的灵活性和适应性。 2 1 3i d b r 的发展应用 1 9 6 6 年，美国的d o r r - o l i v e r 公司首先将活性污泥法和超滤工艺结合在一 起用于城市污水的处理以来，m b r 技术在水处理中的应用研究取得了显著的 成效。到8 0 年代，随着膜技术的发展和完善，m b r 开始在城市垃圾渗滤液 的处理中得到应用【4 2 1 。w o n y o u n ga h n 等【4 3 】采用m b r 法处理早期垃圾渗滤 液，出水b o d 5 可降至9 m g l ，去除效率高于9 7 ，但对于t n 的去除效果 一般。任鹤云，李月中m 】利用m b r 法处理2 0 0 m 3 d 规模的垃圾渗滤液，生 化部分采用硝化一反硝化工艺，膜分离部分采用超滤一纳滤工艺。出水 c o d 6 0m g l ，s s 5 0m g l ，n i 1 3 - n 1 8 8 m g l ，锌 o 0 6m g l ，六价铬 o 0 1 2 m g l ，重金属等未检出。近年来国内清华大学的刘正雄、汪诚文等，天津大 学的顾平、同济大学的李红兵以及西安建筑科技大学的申欢等对m b r 处理 垃圾渗滤液技术做了很多实质性的研究，为m b r 的在城市污水处理上的应 用前景作出了积极的工作。但对于m b r 法处理垃圾焚烧厂渗滤液这一领域 的研究目前还处于空白状态。 2 2 超滤 2 2 1 超滤原理 超滤是一种在静压差的推动力作用下进行的膜分离技术，其主要分离单 元为多孔性不对称超滤膜，用于溶液中物质大分子级别的分离，以使有用物 质得到分级、浓缩和纯化。它的分离性能介于微滤和纳滤之间，操作压力通 常为0 1 0 5m p a ，筛分孔径从l m n 0 1 z m ，截留分子量范围从5 0 0 到1 0 0 万左右。 超滤膜对溶质的分离过程主要有：在膜表面及微孔内吸附( 一次吸附) ； 在孔中停留而被去除( 阻塞) ；在膜面的机械截留( 筛分) 。被分离的溶 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 液借助外界压力的作用，以一定流速沿着具有一定孔径的超滤膜表面流动， 让溶液中的无机离子、低分子量物质透过膜表面，把溶液中的高分子、大分 子物质、胶体颗粒及微生物等截留下来，从而实现分离的目的。超滤的过滤 速率在稳定状态下可达到一平衡值而不致连续衰减，整个过程可长期持续进 行。超滤过程示意图如图2 3 所示。 原料液 图2 3 超滤示意图 2 2 2 理想超滤模型( 微孔模型) 在理想情况下，即膜上均匀的分布着大小均匀的膜孔，膜面与膜孔没有 沉积污染物质时，通过超滤膜的膜通量可由d a r c y 定律描述，膜通量正比于 所施加静压力：，= 二匕( 2 1 ) ，正r 。 式中：卸表示膜两侧的压力差；代表液体的绝对粘滞系数；r 。代表 纯净膜的水力学阻力，足与膜的空隙率、孔径等结构因素有关。 当溶液存在渗透压时，上式改写为： ，3 - - 塑掣( 2 - 2 ) ，吠。 式中：以为经验常数，表征渗透压对操作压力和通量的影响；n 代表 膜的渗透压，由膜截留物决定，一般与截留物分子量的大小成反比，对于大 分子和胶