（环境工程专业论文）膜生物反应器处理垃圾渗滤液的中试研究.pdf

摘要 卫生填埋是目前国内外垃圾处理的主要方法，在垃圾填埋过程中产生的渗 滤液成分复杂、水质水量波动大，有毒有害物质含量高，氨氮含量高，c n 失 调。垃圾渗滤液的控制和治理已成为当前环保领域内的一项重大研究课题。 膜生物反应器( m b r ) 是废水生物处理技术和膜分离技术有机结合的一项新 工艺。其污泥浓度高，污泥龄长，容积负荷大而污泥负荷低，污泥产率低。由 于膜分离而使s r t 和h r t 完全分离，对有机污染物去除效果好，因此得到同 益广泛的关注。 本文开展了好氧m b r 处理垃圾渗滤液的中试研究，通过考察不同水力停 留时间、有机负荷、溶解氧、p h 值等因素对处理效果的影响，确定了最佳工 艺参数；研究了m b r 对c o d 、n h ：- n 的去除效果与机制；探讨了反应器污 泥特性；分析了膜污染状况。现场的中试研究表明出水满足垃圾渗滤液的三级 排放限值( g b1 6 8 8 9 1 9 9 7 ) ，具体如下： m b r 对c o d 的去除效果很好。当进水c o d ，n h ：n 浓度分别为 3 6 0 0 , - 9 7 0 0 m g l ，2 0 0 6 2 0m l ，最佳h r t 为2 d ，最佳容积负荷、污泥负 荷、d o 、口h 、s r t 分别为1 7 k g c o d m s d ，小于o 2 3 k g c o d k g m l s s 。d ， 2 4 m g l ，7 8 5 ，2 9 3 d ，在此条件下，c o d 的平均去除率为8 9 8 ，上清液 c o d 的平均去除率为8 5 3 ，膜对c o d 的去除有强化作用，经过膜过滤后， 出水水质较稳定，反应器抗冲击负荷能力强。系统对b o d s 的去除效果理想， 接近1 0 0 。 m b r 对n h 4 + - n 的平均去除率为6 1 7 ，但去除效果存在波动。机理分析 表明：垃圾渗滤液中氨氮浓度过高，c n 失调，造成碳源不足；污泥浓度的过 高导致供氧不足，影响硝化进程： m b r 连续运行，在其中不能形成稳定的硝 化反硝化过程，导致脱氮能力不强；反硝化反应最适宜的p h 值范围是 6 5 7 5 ，而系统的p h 值多在8 左右，也会造成n 0 3 一的积累，降低反硝化效 果。 m b r 设备内污泥状态良好，m l s s 介于1 0 0 0 0 1 4 0 0 0 m g l 之间， m l v s s m l s s 的平均值为7 2 6 3 ，s v 3 0 始终很高，但s v i 值大多介于 7 0 1 0 0 之间，体现出良好的污泥凝聚、沉淀性能。s r t 为2 9 3 d ，产生的剩余 污泥量很少，仅为1 2 3 3 l 。 结合物料平衡中的非稳态公式以及以反应器内的污泥增量平衡为依据的微 生物增殖公式进行计算，得到了较为理想的矗：0 6 8 0 5 k g v s s k g c o d ， y 。b s ：0 0 2 6 1k g v s s k g c o d ，k d ：0 0 8 5 5 d 一。 本试验中，连续曝气造成污泥细碎；c a 2 + 、m 聋+ 含量高，是造成膜污染的 主要原因。进行化学清洗后，膜通量恢复到最初的5 0 。 经济比较表明，采用m b r 工艺的垃圾渗滤液吨水处理成本约为6 0 9 元， 较原工艺下降5 5 ，每年可为该厂节省5 6 万元。 关键词垃圾渗滤液；膜生物反应器；污泥活性；c o d ；n h 4 + - n a b s t r a c t n l e m a i nt r e a t m e n tt e c h n o l o g yo fm u n i c i p a lw a s t ei ss a n i t a r yl a n d f i l lc u r r e n t l y c o m p o n e n t so fl a n d f i l ll e a c h a t ep r o c e e di nt h ep r o c e s so fl a n d f i l ld i s p o s a la r e c o m p l e x ，w a t e rq u a l l t y & q u a n t i t yl a r g e l yf l u c t u a t e ，c o n c e n t r a t i o n o f v e n o m o u s n e s s 、i n j u r a n t 、c o n c e n t r a t e dn i t r o g e n o u sc o m p o u n d sa r eh i g h , c ni s u n b a l a n c e d c o n t r o l & a d m i n i s t r a t i o nh a v eb e c o m ea ni m p o r t a n tr e s e a r c hw o r ki n e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o nf i e l dc u r r e n t l y m e m b r a n eb i o r e a c t o r ( m b r ) i san e wt e c h n o l o g yc o m b i n e dw a s t ew a t e r b i o l o g i c a lt r e a t m e n tw i t hm e m b r a n es e p a r a t i o n i th a sb e e nm o s ta t t r a c t i v er e c e n t l y b e c a u s em l s si sh i g h , b i o l o g ys o l i da v e r a g er e t a i nt i m e ( e ) i sl o n g ，v o l u m el o a d i n g i sh i g hw h i l es l u d g el o a d i n gi sl o w , r e s i d u a ls l u d g ei sl i t t l e m e m b r a n es e p a r a t i o n c o m p l e t e l yw i t h h o l dm i c r o o r g a n i s m i nb i o r e a c t o r , i tm a k e sh r ta n ds r t c o m p l e t e l ys e p a r a t e ，e f f l u e n tq u a l i t yi sw e l l ap i l o ts c a l ee x p e r i m e n t 丽t l la e r o b i cs u b m e r g e dm b rw a sc o n d u c t e d ，t h e o p t i r e a lo p e r a t i o n a lp a r a m e t e r sw a so b t a i nb yr e s e a r c h i n go ni n f l u e n c eo fd i f f e r e n t h r t ，o r g a n i cl o a d i n g , d o ，p ho nr e m o v a le f f i c i 髓c y t h ec o d ，n h ：- nr e m o v a l r a t ea n dm e c h a n i s m s ，t h ec h a r a c t e r i s t i e so ft h ea c t i v a t e ds l u d g ei nm b ra n dt h e m e c h a n i s m so fm e m b r a n ef o u l i n gw e r el u e u b r a t e di n 也i st h e s i s t h ee f f u e n tw a t e r q u a l i t ym e tt h ec l a s si i il i m i to fn a t i o n a ls t a n d a r do fd o m e s t i cl a n d f i l lp o l l u t i o n c o n t r o l ( g b1 6 8 8 9 - 1 9 9 7 ) t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h er e m o v a lr a t eo fc o dw i t hm b rw a s v e r yw e l l w h c nt h ec o d ，n h ：- no ft h ei n f l u e n tw a sa b o u t3 6 0 0 9 7 0 0 m g l ， 2 0 0 - - - 6 2 0m g lr e s p e c t i v e l y a v e r a g er e m o v a lr a t eo fc o dw a s8 9 8 t h eo p t i m a l h r tw a s2 da n dt h eo p t i m a lo r g a n i cv o l u m e t r i cl o a d i n gr a t e ，o r g a n i cs l u d g el o a d i n g r a t e ，d o ，p h ，s r tw a s1 7 k g c o d m 3 d ，l e s st h a no 2 3 k g c o d k g m l s s + d ，2 “4 m g l ， 7 8 5 ，2 9 3 dr e s p e c t i v e l y o nt h ec o n d i t i o n ，b i o l o g i ca v e r a g er e m o v a lr a t eo fc o d w a s8 5 3 m e m b r a n ei n t e n s i f i e dr e m o v a lo f c o d e v e ni f i m p a c tl o a dh a dc h a n g e d l a r g e l y , t h ee f f l u e n tq u a l i t yw a ss t a b l et h r o u 曲m e m b r a n ef i l t r a t i o n r e m o v a lr a t eo f b o d 5w i t hm b r w a sn e a r l y l 0 0 t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo fn h 4 + - nw i 血m b rw a s6 1 7 b u tr e m o v a l i i i ：一= ：一：一：兰堑些三兰坠兰竺鳖：一：一：， e f f i c i e n c yw a si n s t a b l e t h er e a s o n sa sf o l l o w e d ：n h 4 + 一nc o n c e n t r a t i o no fi n f l u e n t w a sh i 曲，c nw a su n b a l a n c e d ；h i 曲m l s sl e dt od e f i c i e n c yo fd o ，i ti m p a c t e d n i t r a t i o nc o u r s e ；m b rc o n t i n u o u s l yr a n ，s t e a d yn i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o n p r o c e s sw a s n tf o r m e d ；d c n i t r i f i c a t i o n so p t i m a lp hi s6 5 7 5 w h i l et h ep hw a s n e a r l y8i nm b r ，i tr e s u l t e di nn 0 3 a c c u m u l a t i o n t h em l s sw a sa b o u t1 0 0 0 0 1 4 0 0 0 m g l ，a v e r a g em l v s s m l s sw a s7 2 6 3 d u r i n gt h ec o u r s eo fe x p e r i m e n t ，s v 3 0 w a sa l w a y sv e r yh i 曲，b u ts v iw a s b e t w e e n7 0a n d1 0 0 ，i ti n d i c a t e dc o a c e r v a t i o n , p r e c i p i t a b i l i t yc a p a c i t yo fs l u d g ew a s v e r yw e l li nm b r s r tw a s2 9 3 d ，t h ee x c e s ss l u d g ew a sl i t t l e ：1 2 3 3 l t h eb e t t e rk ：0 6 8 0 5 k g v s s k g c o d ，y o 缸：0 0 2 6 1 k g v s s k g c o d ，畅：o ，0 8 5 5 d “ w e r eo b t a i n e dc o m b i n e du n s t e a b yf o r m u l ai nt h eb a l a n c eo fs n b s t r a t e & b i o m a s s w i t hm i c r o o r g a n i s mr e p r o d u c ef o r m u l ad e p e n d i n go ns l u d g ei n c r e m e n tb a l a n c e c o n t i n u o u sa e r a t i o nm a d es l u d g et h i n ，t h ec o n t e n to fc a 2 + ，m + w a sm u c h m o r et h a nt h en e e do f m i c r o b e ，m o s to f t h e mw a sw i t h h e l db ym e m b r a n e ，t h i sw a sa s p e c i a ip o i n t m e m b r a n ef l u xw a s r e c o v e r e db ya b o u t5 0 a f t e rc h e m i c a lc l e a n i n g t h ec o s ti s6 0 9 5 t ，m b rp r o c e s sc a ns a v e5 6 3 3 7 7 5r m b p e ry e a r , w h i c hi s 5 5 o f t h ep l a n t sc o s tf o rw a s t ew a t e rt r e a t m e n t k e y w o r d s c o d ；l e a c h a t e ；m b r ；n h 4 + - n ；s l u d g ea c t i v i t y ； i v 第i 章绪论 1 1 前言 第1 章绪论 随着经济的发展、城市规模的扩大和人民生活水平的提高，固体废物产量 与日俱增，固体废物造成的环境污染日益严重，控制固体废物污染己成为我国 亟待解决的重大环境问题之一。卫生填埋是雹前国内外广泛采用的一种垃圾处 理处置技术，也是垃圾处理中必不可少的一种方法。随着城市垃圾卫生填埋技 术的不断应用，渗滤液处理方法和技术的研究也日益受到重视。渗滤波水质复 杂、变化大，污染物浓度高，因此渗滤液的处理一直是一个世界性的难题。虽 然各国开展研究的时间已较长，但迄今尚无比较切实有效的处理方法【1 1 ，大多 根据不同填埋场的具体情况及其他经济技术要求提出有针对性的处理方案和工 艺。 1 2 垃圾渗滤液处理综述 1 2 1 垃圾渗滤液特点 垃圾渗滤液主要来自三个方面：( 1 ) 填埋场内的自然降雨和径流，包括大气 降水、地表水和渗入的地下水。( 2 ) 二是垃圾受到挤压后部分初始含水的释放。 ( 3 1 在垃圾卫生填埋后由于厌氧及兼氧微生物分解而产生的水、二氧化碳和甲烷 等所释放的内含水。其中填埋场内的降水为主要部分，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【”。垃圾渗滤液的水 质有以下特点：( 1 ) 渗滤液水质十分复杂，不仅含有耗氧有机污染物，还含有各 类金属和植物营养素( 氨氮等) ，如果工业部门使用垃圾填埋场，渗滤液中还会 有有毒有害有机污染物；( 2 ) c o d 和b o d s 浓度高，最高可达几万，远远高于 城市污水：( 3 1 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 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 合物和苯胺类化合物等；( 4 ) 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；( 5 ) 氨氮含量高，c n 失调，给生 物处理带来一定的难度 3 1 。( 6 ) 垃圾渗滤液中b o d 5 ，r p 的比值相对较大，与微 生物生长所需的磷元素相差较大，因此在渗滤液处理中往往缺乏磷元素，需要 加以补给。 还应注意的一个问题是垃圾渗滤液的成分随填埋时间而发生变化，填埋龄 3 5 年的填埋场的渗滤液称为早期渗滤液，其特点是呈黑色、有恶臭、s s 高、 p h 值较低、且由于p h 值低而金属离子浓度较高。其中易生物降解的挥发性脂 肪酸含量较高，一般可占总有机碳的6 0 7 0 ，b o d s c o d 比值较高，一般 在o 4 o 8 ，氨氮浓度为1 0 0 0 m g l 左右。填埋龄超过3 5 年后，渗滤液易生 物降解的有机物比例会明显下降，称为晚期渗滤液。其b o d 5 c o d 比值一般 为0 1 o 2 ，氨氮浓度反而增高，此时的处理目标以氨氮的去除为主 4 】 卯。 国外的研究表明【6 】，由于垃圾填埋场所处的地理环境、垃圾的成分、填埋 的时间等复杂因素的影响，各个垃圾填埋场的渗滤液组成是各不相同的。特别 由于国内外垃圾的分类、收集等途径的不同，造成国内外渗滤液水质没有一定 的可比性。相比较来说，国内垃圾渗滤液的成分更为复杂。表1 1 列出了国内 部分城市垃圾渗滤液的主要水质成份： 表l l 部分城市垃圾渗滤液的主要水质成份 t 曲l e l - lq u a l i t yo f l e a c h a t ei ns o m ec i t i e s 项目 c o d ( m g l )b o d s ( m g l )t n ( m g l )s s ( m g l ) n h 。w p h 值 ( m g l ) 北京 1 7 3 1 1 7 2 3 24 0 0 1 4 0 0 01 2 9 3 2 1 6 41 1 7 8 1 9 7 88 8 5 上海 1s o o 8 0 0 02 0 0 , - 4 0 0 01 0 0 0 0 03 0 - 5 0 06 0 4 5 05 6 ，5 杭州 1 0 0 0 5 0 0 0 4 0 0 - 2 5 0 0 8 0 8 0 06 0 6 5 05 0 5 0 06 - 6 5 广扑i 1 4 0 0 5 0 0 04 0 0 - - 2 0 0 01 5 0 9 0 02 0 0 6 0 01 6 0 ，5 0 06 5 7 8 深圳 5 0 0 0 0 - - 8 0 0 0 02 0 0 0 0 3 5 0 0 04 0 0 - 2 6 0 02 0 0 0 7 0 0 05 0 0 - 2 4 0 06 2 6 6 台湾 4 0 0 0 - 3 7 0 0 06 0 0 2 8 0 0 02 0 0 - - 2 0 0 05 0 0 2 0 0 01 0 0 - 1 0 0 05 6 7 5 沈阳 1 9 2 0 0 2 2 5 0 09 0 0 1 4 0 05 6 5 7 66 - - 6 5 厦门 1 4 0 08 8 03 0 0 - 5 5 04 0 0 - - 5 0 08 石家庄 2 4 0 0 一3 3 0 01 2 0 0 - - 1 6 0 04 0 0 5 0 09 76 _ 8 7 4 1 2 2 我国垃圾渗滤液处理发展状况 我国卫生填埋起步较晚，渗滤液处理厂的建设就更晚，从时间上看，渗滤 液的处理经历了三个阶段：1 ) 9 0 年代初期，由于此阶段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其处理成本 一般为3 5 元m 3 。代表性的工程实例有杭州天子岭、北京阿苏卫等。2 ) 第二 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，增加了脱氨措施，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。3 ) 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，凶此处理要求也相应提高，一般需要处理到二级甚至 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兴丰、重庆长胜桥等”j 。 1 2 3 垃圾渗滤液处理方法 目前，针对垃圾渗滤液的处理方法主要有各种生物处理法、物化处理法及 土地处理法等。其中生物处理法很有应用前景。 1 2 3 1 垃圾渗滤液的生物处理方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。好氧生物处理中的 活性污泥法、生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法等都有用于垃圾渗滤液处 理的报道。此法可有效地降低b o d 5 、c o d 和n h 4 4 - - n ，还可去除一些如铁、 锰等金属。其中尤以延时曝气法用得最多，还有用曝气塘和氧化沟及生物转盘 等。近年来发展的厌氧生物处理方法有：厌氧生物滤池、r 流式污泥床反应 器、厌氧折流板反应器等。但是，在处理垃圾渗滤液方面，单独运用厌氧生物 法的还比较少嘲。在现行的渗滤液处理工艺中，大多采用厌氧一好氧组合处理 系统。实践证明，采用该工艺既经济合理，处理效率又较高，不仅可以较有效 地去除c o d 和b o d 5 ，还可较好地去除氯和磷等。 1 好氧工艺可有效降低b o d 5 、c o d 和氨氨，同时去除铁、锰等金属。 ( 1 ) 传统活性污泥法因其费用低、效率高而得到广泛的应用。但是，由于传 统活性污泥法有机负荷较低，易发生污泥膨胀等问题，国内应用于渗滤液的处 理并不多见。美国和德国的几个活性污泥法污水处理厂的运行得到了令人满意 的垃圾渗滤液处理效果。例如美国宾州f a l lt o w n s h i p 污水处理厂其垃圾渗滤液 中b o d 5 的去除率可达到9 2 - - 9 7 。 中b o d 。的去除率可达到9 2 9 7 。 哈尔滨t 业大学工学硬i | 学位论文 ( 2 ) 间歇式活性污泥法又称序批式活性污泥法，简称s b r 法。它是将均匀 水质、曝气氧化、沉淀排水等功能集于一体的周期循环活性污泥法。它不仅工 艺系统组成简单，而且有其优越的工艺特征：1 ) s v i 值低，污泥易于沉淀，在 一般情况下，不产生污泥膨胀现象；2 ) s b r 池集多种功能于一体，占地少、建 设费用和运行费用都较低；3 ) 通过对运行方式的适当调节，有利于脱氮除磷。 s b r 法的这些特点正满足处理垃圾渗滤液的需要。 谢可蓉等【9 】采用s b r 法作为二级生物处理对汕头市油麻埠2 0 0 v d 垃圾渗滤 液进行治理，结果表明：s b r 法对垃圾渗滤液中c o d 和b o d s 的去除有显著 效果。当曝气时间为4 1 2 h ，c o d 、b o d s 、氨氮浓度分别为2 0 0 0 0 2 5 0 0 0 m e , l 、1 0 0 0 0 1 5 0 0 0m g c l 、5 0 0m g l 时，其去除率分别为8 5 9 5 、 9 0 9 5 、6 5 8 0 。 ( 3 ) c a s s 生物处理法是周期循环活性污泥法的简称，是在s b r 基础上改 进而来的。两者的区别在于：1 ) c a s s 工艺在反应器的前端设置预反应区，通 过维持预反应区的缺氧状态，可有效防止污泥膨胀，同时通过主反应区污泥回 流到预反应区，进行反硝化过程，达到生物脱氮的目的，对难生物降解有机物 的去除效果也更好；2 ) c a s s 法每个周期的排水量一般不超过池内总水量的 1 3 ，而s b r 法则为3 4 ，所以c a s s 法比s b r 法的抗冲击能力更好。 孙召强等 1 0 】利用c a s s 工艺处理盘锦市垃圾处理厂渗滤液，设计c a s s 池 工作周期为2 4 h ，其中进水5 h ，曝气2 2 h ( 含进水5 h ) ，沉淀l h ，排水l h 。混合 液浓度( m l v s s ) 4 5 0 0m g l ，排出比1 ：10 ，b o d 5 负荷0 。17 k g ( k g m l s s d ) 时， 经c a s s 稀释后进行处理，c o d 为1 2 8 2m e , l ，b o d s 为9 6 8m e r l e ，氨氮4 2 m l 时，其去除率分别为8 4 9 1 、9 8 8 3 、9 0 9 6 ，达到设计出水水质。 ( 4 ) 与活性污泥法相比，曝气稳定塘体积大，有机负荷低，尽管降解速度较 慢，但由于其工程简单，在土地价格不高的地方，垃圾渗滤液好氧生物处理方 法比较合适。 英国在b r y np o s t e gl a n d f i l l 的曝气氧化塘，容积为1 0 0 0 m 3 ，进水c o d 为 2 4 0 0 0m e d l ，b o d 5 为1 8 0 0 0m 牡，水力停留时问大于1 0 c l ，容积负荷小于 1 7 5 k g b o d ，( m 3 d 1 ，f m 为0 0 5 0 3 d 时，曝气氧化塘全年运行良好， c o d 、b o d ，和氨氮的去除率分别为9 7 、9 9 和9 1 l l “。 2 与好氧法相比，厌氧生物处理有许多优点，最主要的是能耗少、操作简 单，因此投资及运行费用低廉；而且由于产生的剩余污泥量少，所需的营养物 质也少，其b o d 5 p 只需4 0 0 0 ：1 ，适合垃圾渗滤液含磷少的特点；对许多在 好氧条件下难于处理的高分子有机物在厌氧时可以被生物降解。但是，厌氧处 理出水中的c o d 浓度和氨氮浓度仍比较高，溶解氧很低，不宜直接排放到河 流或湖泊中，一般需要进行后续的好氧处理。另外，世界上大多数垃圾渗滤液 多是偏酸性的( p h 值一般在5 5 7 o ) ，p h 在7 以下，产甲烷菌将会受到抑制 甚至死亡，不利于厌氧处理。再者，厌氧反应对温度的要求较高，厌氧处理的 最适温度是3 5 ，低于这个温度时，处理效率迅速降低。 ( 1 ) 陈石等【i 列对深圳市下坪固体废弃物填埋场渗滤液的中试研究表明：在 低负荷运行期( h r t = 2 0 d ) ，厌氧滤池对c o d 和b o d 5 均有较高的去除效率，为 7 0 8 0 。出水c o d 和b o d 5 均较低，分别为3 0 0 0m g l 和1 0 0 0m g l 左 右。在高负荷运行期( h r t = 1 0 d ) ，出水的c o d 和b o d 5 均较高，分别为4 5 0 0 m g l 和2 5 0 0m e l 左右。c o d 去除率较高，约为7 0 ，b o d ，的去除率较 低，只有4 0 6 0 。 ( 2 ) 英国的水研究中心用上流式厌氧污泥床处理c o d 1 0 0 0 0m g l 的渗滤 液，当负荷为3 6 1 9 7 k g c o d ( m 3 d ) ，平均泥龄为1 o 4 3 d ，温度为3 0 时，c o d 和b o d 5 的去除率各为8 2 和8 5 e 。 ( 3 ) 沈耀良等f i 那采用a b r 处理城市污水与垃圾填埋场渗滤液混合废水，表 明a b r 可有效地改善混合废水的可生化性，进水b o d s c o d 为0 2 o _ 3 时， 出水可提高到o _ 4 o 6 。混合废水经a b r 的预处理后，大大促进了废水进一 步好氧处理的运行稳定性。 3 目前对垃圾渗滤液处理的主体工艺大多采用厌氧好氧组合工艺。对 高浓度的垃圾渗滤液采用厌氧好氧处理工艺既经济合理，处理效率又高。 r 1 1 广州市李坑垃圾填埋场污水处理厂选用的工艺流程为：厌氧氧化沟 兼性塘一一絮凝沉淀。进水b o d s 为2 5 0 0 m e d l 、c o d 为4 0 0 0m l 、 n h 4 + - n 为1 0 0 0m g l ，出水b o d 5 为3 0m g l 、c o d 为8 0m g r l 、n h 4 + - n 为 1 0 m g l 。 f 2 1 大田山垃圾卫生填埋场渗滤液处理采用的是：厌氧( 上向流式厌氧污泥 床反应器卜一气浮好氧工艺( 生物接触氧化法卜一化学混凝沉淀生物 氧化塘。目前深圳下坪垃圾填埋场的设计也采用厌氧气浮好氧工艺处 理渗滤液。 f 3 1 武进夹山垃圾卫生填埋场渗滤液处理采用厌氧、氧化沟处理工艺，经过 3 年多的实际运行，发现该工艺设计存在诸多问题，其改进方案：氨吹脱 厌氧8 b r 混凝法相结合的渗滤液处理工艺，效果良好，s b r 及混凝处 理的c o d 最大降解率分别达4 2 5 、6 3 0 。 f 4 1 北京市政设计院1 9 9 8 年进行了城市垃圾卫生填埋场渗滤液技术的研 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 究，得出以下结论【1 4 ：对高浓度的垃圾渗滤液采用生化处理法是有效的，采用 厌氧一好氧相结合工艺既经济，处理效果又高，c o d 和b o d ，的去除率分别达 到8 6 8 和9 7 2 。 1 2 3 2 垃圾渗滤液的物化处理方法物化法常见于渗滤液的预处理中，它常与 其他方法如生物法联合应用。渗滤液经预处理后，可降低c o d 、b o d ，的浓 度，除去大部分n h 4 + - h l 、重金属离子和s s 等污染物，提高b o d 5 c o d 比值 以改善渗滤液的可生化特性和尽量减少重金属离子和n h 4 + n 等对微生物的抑 制作用 1 ”，降低负荷，以促进后续生化处理的运行稳定性。常见的物化方法 有：活性炭吸附、混凝沉淀、吹脱、膜技术、光催化氧化及电化学技术【l ”，以 及密度分离、离子交换、气提及湿式氧化法等多种方法。具体如下： 1 活性炭吸附法处理程度高，对水中绝大多数有机物都有效，可适应水质 水量和有机负荷的变化，设备紧凑，管理方便。但存在易堵塞、运费高的缺 点。 方士等m 用回流式两级s b r 活性炭吸附混凝工艺处理高氨氮、 低碳氮比的垃圾渗滤液，粉末活性炭和铝盐投加量分别为i ( w v ) 和0 4 ( 、，v ) ，吸附时间为1 0 0 m i n ，总的水力停留时问为8 2 h ，c o d 的去除率可以稳 定在9 0 以上，氨氮去除率可以达到9 5 以上，出水中c o d 3 0 0 m g l 、氨氮 2 0m g l 。 2 在垃圾渗滤液处理技术与方法中，混凝的方法是最常用、最省钱和最重 要的方法。但是，化学沉淀法处理垃圾渗滤液的工艺仍有待于进一步完善。 沈耀良等【碍】采用聚合氯化铝作为混凝剂，焦炭作为吸附剂，当聚合氯化铝 的用量为4 0 0m g l 、焦炭为8 1 0 l 时，c o d 去除率为8 9 。 刘东等 9 】用曝气絮凝法处理武汉市流芳垃圾场的渗滤液，其色度、 c o d 、总磷的去除率均可达8 0 以上，氨、氮的去除率在6 0 以上。 3 化学氧化法可以分解渗滤液中难降解的有机物，从而提高废水的可生化 降解性。其中的高级氧化技术( a d v a n c e do x i d a t i o np r o c e s s e d ，a o p s ) 因其能够产 生极强氧化性的o h 自由基而被认为是处理渗滤液的一种有效方法。f e n t o n 法作为其中的一种，由于它费用低廉、操作简便而受到人们的重视。其他的氧 化剂主要有臭氧、氯和氯化物，后者由于残留产物的高毒性，不适合采用。渗 滤液的化学氧化处理研究在国内刚刚起步，在国外也基本处于实验阶段。 国内张晖等1 2 0 介绍了f e n t o n 法处理垃圾渗滤液的中型试验。试验表明， 当双氧水与亚铁盐的总投加比一定( h 2 0 2 f e 2 + = 3 0 ) 时，c o d 的去除率随双氧水 投加量的增加而增加。当双氧水的总投加量为o 1 m o l l 时，c o d 的去除率可 达6 7 5 ，这一结果同样适用于其他垃圾填埋场的晚期渗滤液处理。 4 光催化氧化是一种刚刚兴起的新型水处理技术，具有工艺简单、能耗 低、易操作、无二次污染等特点，尤其对一些特殊污染物的处理比其他氧化法 有更显著的效果。因此，该方法在垃圾渗滤液的深度处理方面有很好的应用前 景。 谭小萍等 2 ”对影响垃圾渗滤液的光催化处理的因素进行了研究。试验结果 表明：一般来说光强越大，最佳t i 0 2 投量就越小：最佳反应时间一般宜在 1 5 2 5 h ；波长为2 5 3 7 r i m 的紫外线杀菌灯价格低廉、使用广泛、处理效果好， 一般c o d 去除率可达4 0 5 0 。 罗建中等【”】用光催化氧化法处理垃圾渗滤液，其c o d 的去除率达8 0 ， 色度去除率达8 5 以上。 总之，与生物法相比，物化法有不受水质水量变动的影响，出水水质稳 定。尤其对b o d s c o d 比值较低( o 0 7 - 4 ) 2 0 ) 难以生物降解的垃圾渗滤液有较好 的处理效果，一般老的垃圾填埋场多增设物化法，但其缺点是造价高。 1 2 3 3 垃圾渗滤液的其他处理方法1 回灌处理法是土地处理应用于渗滤液处 理中较为典型的种。它实质是把填埋场作为一个以垃圾为填料的巨大的生物 滤床。渗滤液滤经覆土层和垃圾层，发生一系列的生物、化学和物理作用而被 降解和截留，同时使渗滤液由于蒸发而减少。国外对回灌处理的研究较多， d i a m a d o p o u l o s 等 2 3 】通过渗滤液的回灌处理，得到了比较稳定的出水，其中 c o d 和b o d 5 的平均值为1 1 4 1m g l 和8 5n l g l ，其可生化性降低，因此可以 用混凝活性炭吸附等处理方法作为后续处理。p o h l a n d 等在研究渗滤液回灌后 重金属的变化时指出，由于渗滤液中含有大量的氯化物、硫化物；硫酸赫、以 及氨氮，再加上填埋场的厌氧环境，有利于重金属离子以硫化物沉淀的形式去 除，这种去除率会随着由于回灌、垃圾稳定化的进程的加快而提高。从上可 知，回灌法具有定的开发潜力，可作为渗滤液的初级处理。目前国内回灌法 应用于垃圾渗滤液的处理较少，尚缺乏成熟的工艺设计和运行经验，而且有待 于进一步研究和实践。 2 人工湿地法在英国和德国应用较广。我国上海老港垃圾填埋场采用的就 是氧化塘人工湿地法处理垃圾渗滤液，效果良好。 3 减量处理法是通过适宜的手段减少垃圾渗滤液的数量从而改善水质的处 理方法，是一种源头治理技术。垃圾滤液的减量化处理还可以通过滤液蒸发， 蒸馏、回灌来处理。蒸发蒸馏应用最多的国家是德国和瑞士，德国巴伐利弧 分别用碱性蒸发，酸性蒸发及二级蒸发3 种工艺处理浓度不同的垃圾渗滤液的 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 试验表明，蒸发处理c o d 去除率可达9 2 9 4 ，但是出现起泡和结垢问 题，还有待进一步改进和完善2 4 1 。 1 3 膜生物反应器综述 1 3 1 膜生物反应器发展状况 m b r 在污水处理领域中的应用研究始于6 0 年代的美国。1 9 6 9 年美国 s m i t h 首先报道了活性污泥法和超滤结合，处理城市污水的方法。同年，d o r r - o l i v e ri n c 进行了膜生物反应器处理生活污水的研究，并申报了专利。7 0 年代 后期，日本研究者根据本国国土狭小、地价高的特点对膜分离技术在废水处理 中的应用进行了大力开发和研究，使膜生物反应器开始走向实际应用【2 5 j 。自 8 0 年代以来，该技术愈来愈受到人们的重视，成为研究的热点之一。法国、美 国、澳大利亚等国对膜生物反应器的研究也投入了很大力量。使膜生物反应器 的研究内容更加全面而深入，为9 0 年代的进一步推广应用奠定了技术基础。 随着膜的开发，膜生物反应器更具实用价值，研究也有了很大的进展，其内容 大致可分为以下几方面：1 ) 探索新的膜生物反应器形式，扩大其适用范围；2 ) 探求合适的操作条件和工艺参数，尽可能提高膜组件的性能；3 1 降低处理工艺 的动力消耗；4 ) 进行机理及数学模型描述的研究；5 ) 实用化装置的研制。 膜生物反应器有的已进入实用阶段。自1 9 8 3 1 9 8 7 年，在日本已有1 3 家 公司采用膜生物反应器处理大楼废水，经处理后的水可回用，处理水量达5 0 2 5 0 m 3 d 。美国在m a n s f i e l do h i 建造了一套处理规模为1 5 lm 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。英国也有用膜生物反应器处理有 毒工业废水的实例。 我国对膜生物反应器的研究起步较晚，华东理工大学林哲( 1 9 9 4 ) 等，进行 了完全混和曝气池与p e 微孔过滤管系统处理模拟废水的研究。清华大学钱 易、黄霞等( 1 9 9 5 1 9 9 7 ) ，研究了平板超滤组件、无机陶瓷膜组件与活性污泥 系统构成的膜生物反应器，以及中空纤维一体式膜生物反应器，处理生活污水 的性能。中科院生态环境研究中心樊耀波( 1 9 9 7 ) 等，进行了膜生物反应器净化 石油化： 废水的研究。 进入2 1 世纪，国内外对膜生物反应器的研究有了较大的进展，并逐渐进 入中试和生产性应用研究阶段。m b r 工艺在城市污水处理、中水回用、高浓 度有机废水处理以及垃圾渗滤液处理等方面的应用实践经验表明，m b r 工艺 具有常规污水处理工艺无法比拟的优势，其在污水处理与回用事业中的应用前 景非常广阔【姗。 1 3 2 膜生物反应器工作原理及分类 膜生物反应器( m b r ) 是废水生物处理技术和膜分离技术有机结合的一项新 工艺。它可以大幅度提高生物反应器中混合液浓度，使泥龄增长、剩余污泥量 减少、出水水质显著提高。处理后出水的悬浮物含量可降到很低，无污泥流失 现象，曝气池内具有高浓度活性污泥，使曝气池容积负荷增大，增强了对有机 物的去除效率。而且对于难降解有机废水，由于膜生物反应器中泥龄长，富集 了大量难降解有机物分解菌和硝化菌等增殖速度慢的微生物，从而大大提高了 难降解有机物的去除率。膜分离可使微生物完全截留在生物反应器内，实现反 应器水力停留时间和固体停留时间的完全分离，使运行稳定。 随着膜材料的制造和再生技术的发展，m f u f 膜组件代替了常规生物处 理工艺中的二沉池，利用膜组件进行固液分离，从而省去了污泥回流设施，使 污水处理设施结构紧凑，节省了占地投资和设备投资，n f 膜还可以将有机物 和高价盐截留。目前在我国的回用水处理工艺中具有极强的竞争优势。 通常提到的膜生物反应器实际是三类反应器的总称f 2 8 1 ，分别是：曝气膜生 物反应器( m e m b r a n 9a e r a t i o nb i o r e a e t o r , m a b r ) 萃取膜生物反应器( e x t r a c t i v e m e m b r a n eb i o r e a c t o r , e m b 鼬；膜分离生物反应器( b i o m a s ss e p a r a t i o n m e m b r a n eb i o r e a c t o r , b s m b r ，简称m b r ) 。 按膜组件和生物反应器的相对位置，膜分离生物反应器又可分为一体式膜 生物反应器、分置式膜生物反应器、复合式膜生物反应器三种。根据微生物的 状态又可分为好氧m b r 和厌氧m b r 。 1 分置式 分置式膜生物反应器的示意图见图1 1 。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 污泥回流 图1 - 1 分置式膜生物反应器 膜 膜组件一般采用加压的