（环境工程专业论文）管式膜mbr的研究.pdf

摘要 本文采用浸没式、分体式管式膜m b r 两种工艺分别对苯酚废水和垃圾渗滤 液进行处理实验研究。通过本论文的研究分别考察浸没式管式膜m b r 的运行条 件和分体式管式膜m b r 对垃圾渗滤液的处理效果，为管式膜m b r 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。主要研究结果如下： 1 采用浸没式管式膜m b r 处理含酚废水，对不同操作条件( 膜管内曝气量、 抽吸压力、温度、污泥浓度及连续、间歇出水对比) 下的出水通量进行研究，结 果表明：随着膜管内曝气量的增加膜通量衰减程度降低，能保持较高的膜平均通 量；当初始运行时提高抽吸压力，膜平均通量随抽吸压力增大而增大，当抽吸压 力大于o 4m p a 时，膜平均通量随着抽吸压力的增大反而降低；管式膜m b r 能 够适应较高的污泥浓度，当污泥浓度为1 7 5 2 9 l 时，膜平均通量能保持在4 2 l m 2 h ；通过连续和间歇出水运行实验对比，发现间歇出水运行膜通量相对较高， 通量衰减较慢，开5 m i n 停l m i n 时，膜通量最大，达到6 4 0 6l m 2 h 整个运行 过程中当温度维持在2 7 - 3 0 时，膜通量较高。 2 选择“水解酸化+ 好氧m b r ”工艺处理垃圾渗滤液对c o d 有很好的去除 效果，c o d 总去除率稳定达到8 5 9 5 ( 原水c o d 为4 0 0 0 1 0 0 0 0 m g l ) ；在d o 充足的情况下“水解酸化+ 好氧m b r 对渗滤液中的n h 3 - n 的去除率基本保持 在1 0 0 ；当d o 控制在1 o 2 0 m g l 的情况下，出水中硝氮、亚硝氮可以在较 低水平，t n 去除率可达到9 0 以上，说明该系统对渗滤液中的氨氮有良好的去 除效果；增加m b r 向水解酸化反应器进行清水回流，可以提高c o d 去除率， 当回流比为3 ：1 时出水c o d 较低；采用自制管式膜设备用作m b r 过滤设备， 在整个实验期间，膜过滤性能稳定，在循环流量为1 0 0 0 l h ，进口压力0 4 2 m p a ， 出1 ：3 压力0 0 2 m p a 下，膜通量稳定，平均通量为8 7 l m 2 h 。采用5 0 1 0 0 m g l n a c l 0 溶液对膜进行循环冲洗，清洗效果明显，膜通量恢复良好，每次清洗后通 量基本恢复初始通量。 关键词：管式膜，m b r ，浸没式，分体式，垃圾渗滤液，含酚废水 a b s t r a c t i nt h i sa r t i c l e ，m b rw i t ht w ok i n d so ft h et u b u l a rm e m b r a n ew e r eu s e dt ot r e a t t h ep h e n o lw a s t e w a t e ra n dl a n d f i l ll e a c h a t e ，r e s p e c t i v e l y , o n ei si m m e r s i o n ，t h eo t h e r i ss p l i t - t y p e o p e r a t i o nc o n d i t i o n so fi m m e r s i o nt u b u l a rm e m b r a n em b ra sw e l la s t h et r e a t i n ge f f e c to fs p l i t - t y p et u b u l a rm e m b r a n em b rt ol a n d f i l ll e a c h a t ew e r e s t u d i e dw i t ht h ea i mo fs u p p l y i n gv 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 fm b r w i t ht u b u l a rm e m b r a n e t h em a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： 1 u s i n gi m m e r s i o nt u b u l a rm e m b r a n em b rt ot r e a tp h e n o lw a s t e w a t e r t h e e f f l u e n t f l u xw a si n v e s t i g a t e d b yc h a n g i n go p e r a t i n gc o n d i t i o n s ( a e r a t i o ni n n e r m e m b r a n et u b e ，s u c t i o np r e s s u r e ，t e m p e r a t u r e ，s l u d g ec o n c e n t r a t i o n ，c o m p a r e d c o n t i n u o u se f f l u e n t 、析t l li n t e r m i t t e n te f f l u e n t ) t h er e s u l ts h o w st h a tt h ea v e r a g ef l u x c a nb ep r e s e r v e da th i g hl e v e lb e c a u s et h ed e c l i n eo ff l u xd e c r e a s ew i n lt h er a i s eo f a e r a t i o ni n n e rm e m b r a n et u b e ；a n dt h ea v e r a g ef l u xi n c r e a s ew i t hs u c t i o np r e s s u r e r a i s i n ga tt h eb e g i n n i n go fo p e r a t i o n ，b u ti tw o u l dd e c r e a s ew h e ns u c t i o np r e s s u r e r a i s e do v e r0 4 m p a ；t h es y s t e mc o u l dr u n n i n gw e l li nh i g hs l u d g ec o n c e n t r a t i o n ，t h e a v e r a g ef l u xk e p to n4 2l m 2 hw h e nt h es l u d g ec o n c e n t r a t i o nw a s17 5 2 9 l ；t h e i n t e r m i t t e n te f f l u e n tf l u xw a sp r o v e dh i g h e rt h a nc o n t i n u o u se f f l u e n tf l u x ，a n di t r e a c h e dt o pv a l u e6 4 0 6 l m 2 hw h e ns y s t e mo p e r a t i n g5 m i na n d s t o pl m i n ； b e s i d e s ，t h ea v e r a g ef l u xm a i n t a i na th i g hl e v e lw h e no p e r a t e db e t w e e n2 7 - 3 0 c 2 t h e “a c i dh y d r o l y s i s + a e r o b i cm b r p r o c e s sw a ss e l e c t e dt ot r e a tl a n d f i l l l e a c h a t ea n dt h ec o dr e m o v a lo fi tc o u l dr e a c h8 5 9 5 ( c o do ff e e dw a t e r ： 4 0 0 0 10 0 0 0 m g l ) ；t h en h 3 - nr e m o v a lc o u l dk e e pa t10 0 i ft h ea m o u n to fd ow a s e n o u g h ；w h e nd ow a sb e t w e e n1 0 2 0 m e g l ，t h en o s - na n dn 0 2 。- ni ne f f l u e n t w a t e rw e r ep r e s e r v e da tl o wl e v e la n dt h et nr e m o v a lw o u l db e y o n d9 0 a l lt h e s e a b o v ec o n s i s tt h a tt h en h 3 - nr e m o v a le f f e c to ft h i ss y s t e mw a sw e l l ；t h ec o d r e m o v a lw a sr a i s e db yi n c r e a s i n gt h em b rb a c k f l o wt or e a c t o ra n dt h ec o dw a s l o w e rw h e nr e f l u xr a t i ow a s3 ：1 a l le x p e r i m e n t sw e r ea c c o m p l i s h e dv i as e l f - m a d e m b r s y s t e m ，t h ee f f l u e n tf l u xw a ss t a b l ed u r i n gt h er u n n i n gt i m ea n dt h ea v e r a g e f l u xw a s8 7 l m 2 hw h e nt h ec i r c l ef l o w , i n t a k ep r e s s u r ea sw e l la so u t l e tp r e s s u r e w e r el0 0 0 l h ，0 4 2 m p aa n d0 0 2 m p a ，r e s p e c t i v e l y 5 0 一lo o m g ln a c l 0w a ss e l e t e d t oc l e a ns y s t e ma n dt h ef l u xc o u l dr e c o v e rt oi n i t i a lv a l u ea f t e rc 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 ，s u b m e r g e d ，s p l i t ，l a n d f i l ll e a c h a t e ，p h e n o lw a s t e w a t e r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果：除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得云洼工业太堂或其他教育机构的学位或 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。 学位做作者签名帮毒 签字日期：为哆年月廖日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权云洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者虢丰皤 签字日期：x 即年j 月fe t 导师签名：木毛之云 签字日期：卫，哆年1 月f 日 学位论文的主要创新点 一、采用浸没式管式膜m b r 处理高浓度有机废水，初步探讨管 式膜m b r 运行过程中的通量影响因素，得出最佳运行条件。 二、采用“水解酸化+ 好氧m b r ”工艺处理某垃圾填埋场的垃圾 渗滤液，通过改变工艺条件能够得到较低的出水c o d 、氨氮，为垃 圾渗滤液处理的可行性提供参考。 第一章绪论 1 1 前沿 第一章绪论 近年来随着膜技术的普及，管式膜在应用方面进展很大，广泛应用于果汁澄 清、乳品加工、电泳漆回收、含油废水除油处理、垃圾渗滤液处理等诸多领域， 对应用领域的节能降耗和环保难题的解决起到关键作用，应用前景广阔。 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，垃圾填 埋场因所处地区气候( 降水) 、水文特点，同时因填埋场运行时间的不同，渗滤 液水质是连续变化的；所以对渗滤液的处理，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，膜通量较大。 1 2 管式膜m b r 工艺 1 2 1 膜生物反应器( m b r ) 膜生物反应器( m b r ) 是以酶，微生物或动、植物细胞为催化剂，进行化 学反应或生物转化，同时凭借微滤、超滤分离膜不断的分离出反应产物并截留催 化剂而进行连续反应的装置。它最早使用于生物化工行业中的连续发酵工艺，但 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。 膜生物反应器作为将生物反应器技术和膜分离技术结合而成的一种新型污 水处理与回用工艺，其主要由生物反应器和膜组件两个单元设备组成。污水首先 进入生物反应器，污染物在生物反应器中被微生物同化和异化，异化产物多为无 害的c 0 2 和h 2 0 ，同化物质成为微生物的组成部分。膜组件主要用于截留微生 天津丁业大学硕士学位论文 物和过滤出水，由于膜的截留过滤作用，微生物可以被有效地截留在反应器中， 从而控制微生物在反应器中的停留时间( 污泥龄) 以及有效地对出水进行消毒。 由于膜生物反应器对污水同时进行降解和过滤作用，所以出水水质较好，通 常有机污染物( c o d 或b o d ) 和悬浮物的去除率可以达9 5 以上。由于膜的良 好的截留作用，解决了传统工艺中污泥停留时间和水力停留时间难以协调的问 题，从而优化生物处理工艺，提高其可行性和灵活性。对于垃圾渗滤液这种高氨 氮、高浓度有机废水来说，膜生物反应器中污泥龄和污泥浓度的有效控制，可以 使难以生存的生长周期长的硝化细菌得以存在，满足处理高浓度含氮废水的要 求，膜单元可以承受更高的污泥负荷，具有结构紧凑和占地面积少的优点。 我国对膜生物反应器污水处理工艺的研究起步较晚，目前多处于实验室的研 究阶段，工程应用仍较少。研究主要集中在城市废水及生活污水的回用，同时也 开始涉及工业废水处理研究，其中主要是高浓度有机废水及难降解废水的研究， 主要是采用膜生物反应器处理巴西基酸生产废水【l j 、造纸废水郾】、石油化工污水 【4 】、调味品厂高浓度有机废水 5 1 、中药废水【6 j 。 1 2 2 管式膜的发展与特点 分离膜可看作是分离两相和作为选择性传递物质的屏障。它可以是固态、液 态或气态的，目前使用的分离膜绝大多数是固态膜。膜可以存在于两流体之间或 附着于支撑体或载体的微孔隙上。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1 1 。 表1 1 各种膜组件的优点、缺点 t a b l e1 1a 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 第一章绪论 1 9 6 1 年美国h e v e n s 公司首次提出管式膜组件的制造方法。在诸多的膜品种 中，管式膜有以下优点： 1 流道宽，料液在管内湍流流动，对料液的预处理精度要求低： 2 管式膜易于清洗，除可用化学试剂清洗外，还可以用机械方法进行清洗； 3 管式膜组件的压力损失小，因此其流道长，过滤效率相对可以提高。 目前管式膜有陶瓷管式膜、金属管式膜和有机管式膜几种。陶瓷膜和金属管 式膜价格昂贵，加工相对困难，设备成本高，不容易推广使用。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。 目前，许多厂家使用管式膜，例如果汁厂、汽车厂等诸多厂家。每2 3 年 换一次膜，每次需更换的膜组件量很大。果汁厂采用管式膜用于果汁澄清，汽车 厂用管式膜处理电泳漆，进行电泳漆回收。含油污水处理，如油田采出水，经过 管式膜过滤，可以作为油田回注水回灌；冷扎钢厂含乳化油废水，可以用管式膜 浓缩处理，浓缩到一定浓度后，经过乳化油破乳，进行油水分离，透过液进一步 处理后，即可达标排放。垃圾渗滤液处理，主要由于垃圾渗滤液成分复杂，生物 降解较困难，采用m b r 技术处理，可以提高生化处理系统污泥浓度，提高系统 的处理效率和效果；但污泥浓度高、成分复杂，对膜造成的污染较严重，由于管 式膜的耐污染特性，更适合垃圾渗滤液m b r 处理技术。另外，由于管式膜的特 点，还可以用于较高浓度物料的分离、纯化，如大豆蛋白的分离等。 1 2 3 管式膜生物反应器( t m b r ) 进入9 0 年代中后期，管式膜一生物反应器在国外已进入了实际应用阶段。 加拿大z e n o n 公司首先推出了超滤管式膜一生物反应器，并将其应用于城市污 水处理。管式膜生物反应器的处理对象不断拓宽，除中水回用、粪便污水处理以 外，管式膜一生物反应器在工业废水处理中的应用也得到了广泛关注，如处理食 品工业废水、水产加工废水、养殖废水、化妆品生产废水、染料废水、石油化工 废水，均获得了良好的处理效果。 北京特里高膜技术有限公司张保成，采用管式膜m b r 技术处理垃圾渗滤液 取得了很好的处理效果。其管式膜m b r 采用外置式处理方法，用泵循环，污泥 浓度为1 5 3 0 9 l ，最高可到4 0 9 l 。由于污泥浓度高，停留时间大大缩短，提高 了渗滤液的处理效率；江苏盐城工学院柏云彬等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，研究结果表明进水c o d 浓度在2 0 0 0 3 0 0 0 m g l 时， 出水c o d 在1 7 9 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 天津工业大学硕士学位论文 盐度有机废水有较强的抗冲击负荷，出水水质稳定【7 j 。 1 2 3 1 分体式管式膜生物反应器 分置式m b r ，膜组件和生物反应器分开设置，生物反应器中的混合液由泵 增压后进入膜组件，在压力作用下膜过滤液成为系统处理出水，活性污泥、大分 子物质等则被膜截留，并回流到生物反应器中。分置式m b r 的特点是：运行稳 定可靠，操作管理容易，易于膜的清洗、更换和增设，而且膜通量普遍较大。但 为了减少污染物在膜面的沉积，由循环泵提供的料液流速很高，为此动力消耗较 高，并且泵的高速旋转产生的剪切力会使某些微生物菌体产生失活现象【8 1 。 分体式管式膜生物膜反应器，膜组件是由管式膜制作而成。与其他膜组件类 型的分体式膜生物反应器相比管式膜生物反应器具有突出的优点。较宽的流道相 对于较高的污泥浓度时，仍能保持较大的循环流量，提高膜的抗污染性，还能有 较高的膜通量。但相对于中空纤维膜，管式膜的装填密度较低，同等膜面积的组 件，管式膜组件要比中空纤维组件大很多。 1 2 3 2 浸没式管式膜生物反应器 近年一些研究者提出一种新型工艺是将膜组件置于生物反应器中，通过工艺 泵的负压抽吸作用得到膜过滤出水，即浸没式膜生物反应器( s u b m e r g e d m e m b r a n eb i o - r e a e t o r ，s m b r ) 。由于不需要混合液的循环系统，能耗低，另 外，s m b r 易于从现有的活性污泥工艺进行改造，由此在污水处理与回用的技术 研究中倍受关注。 浸没式膜生物反应器( s m b r ) 对有机物去除的强化机理有2 个方面。一是 生物反应器对有机物的降解作用：由于膜组件浸没在生物反应器内，膜表面积聚 了高浓度的活性污泥絮体，生物降解作用相对于传统的活性污泥法大大增强。 同时，在传统的活性污泥法中，由于受二沉池对污泥沉降特性的影响，当生物处 理达到一定程度时，要继续提高系统的处理效率很困难，往往需要延长水力停留 时间，而在s m b r 中，由于膜分离作用延长了生物反应器的固体停留时间，降 低了污泥产率，提高了容积硝化及有机物去除能力，因此一体化膜生物反应器比 传统的活性污泥法能够在更短的时间内达到更好的去除效果。但是过长的s r t 和过高的污泥浓度会导致f m 值太低，进水c o d 不足以维持反应器中污泥微生 物的生长需要，使细菌比活性降低，种类单一，甚至大量微生物死亡，而死亡微 生物细胞壁的某些组分和粘液物质很难降解，这样就会导致生物处理效果降低。 s m b r 去除污水中有机物的另一个方面是膜对有机大分子物质的截留作用 即膜的筛滤作用对溶解性有机物的去除。溶解性c o d 的去除效果取决于膜的截 留作用，膜孔和膜表面的吸附作用以及膜面沉积层的筛滤和吸附作用。常用于 第一章绪论 m b r 处理工艺的膜有微滤膜( m f ) 和超滤膜( u f ) ，其孔径为0 。1 o 4 9 m ，可 以截留大部分微生物絮体。 当s m b r 中的膜组件采用管式膜组件时，由于管式膜内径较大，污泥混合 液在其中流动的过程中阻力相对较小，加上湍流流动，增加了膜表面的剪切力。 同时由于膜组件下方的曝气，混合液伴随空气在管式膜内自下而上流动，对膜起 到了一定的清洗作用。与中空纤维膜s m b r 相比，管式膜s m b r 更适合处理高 浓度的有机废水，更适合较高的污泥浓度。 1 3 垃圾渗滤液处理综述 1 3 1 垃圾渗滤液的特点 垃圾渗滤液主要是指超过垃圾覆盖土层持水容量及表面蒸发潜力的雨水进 入填埋场地后，历经垃圾层和覆土层而产生的高浓度污水。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 ) 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t 9 1 。城市垃圾渗滤液污染物含量典型值如表1 2 所示【1 0 1 。 表1 - 2 一般垃圾渗滤液的主要成分( m g l ) t a b l e1 - 2t h em a i ni n g r e d i e n to fc o m m o nl a n d f i l ll e a c h a t e ( m g l ) 天津工业大学硕士学位论文 对于同一填埋场，其渗滤液的性质会随着填埋场使用时间的长短而变化。一 般来讲，对于填埋场运行3 - 5 年以下的渗滤液，其特点是低p h 值、高b o d 和 c o d ，高b o d c o d 值；对于填埋场运行3 5 年以上的渗滤液，其特点是b o d 、 c o d 较低，b o d c o d 值也较低，p h 值通常为7 5 左右，n h 3 一n 浓度高，此 时的处理目标以氨氮的去除为主。我国垃圾填埋场晚期渗滤液的水质数据如表 1 3 1 1 1 1 。 表l - 3 我国垃圾填埋场晚期渗滤液典型的水质浓度( r a g l ) t a b l el 一3t h et y p i c a lc o n c e n t r a t i o no fa f t e r n o o nl a n d f i l ll e a c h a t ei nc h i n a ( r a g l ) 总体来看，渗滤液一般具有如下特征： ( 1 ) 有机物浓度高：垃圾渗滤液中的c o d 和b o d 浓度最高可达几万m g l ， 可见其浓度是非常高的。 ( 2 ) 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。 ( 3 ) 水质变化大：垃圾渗滤液的水质会随季节、气候、填埋年数的长短及 其垃圾的种类和数量的变化而变化。 ( 4 ) 氨氮含量高：渗滤液的氨氮浓度有时可高达2 0 0 0 3 0 0 0 m g l ，在其浓 度过高的情况下会影响微生物的活性，降低生物处理的效果。 ( 5 ) 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。 可见，垃圾渗滤液是一种高氨氮、高有机物浓度、成分复杂多变、污染能 力强、水量波动大的极难处理的废水。 1 3 2 垃圾渗滤液的危害 垃圾填埋场垃圾渗滤液呈红棕色或深黑色、恶臭，成分复杂多变。垃圾渗滤 液中c o d 浓度值为1 0 0 0 8 0 0 0 0 m g l ，含各类有机污染物，如烷烃及烯烃、单环 6 第一章绪论 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，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【1 2 。1 丌。张兰英【1 8 1 等人采用色谱一质谱联用技术鉴定出长春市的垃圾渗滤液中有9 3 种有机污染 物，多为芳烃、杂环化合物、卤代物、烷烃、烯烃、醇、酚、醛、酮、羧酸、酯 类及胺类等，其中2 2 种被我国和美国e p a 列入环境优先控制污染物的黑名单。 r u g g eh 等在丹麦的g r i n d s t e d 垃圾填埋场垃圾渗滤液中检出多种杀虫剂和农药， 如m c p p ，m c p a 、二氯苯酚、二氮杂苯等蛇o l 。据报道，日本的许多垃圾填理 场垃圾渗滤液中发现二恶英【2 。在我国兰州，垃圾渗滤液的污染使东盆地雁滩 水源地废弃，西盆地马滩水源地部分水井报废；在澳门与珠海市交界处的茂盛围， 垃圾渗滤液使当地河流鱼虾绝迹、农田失收。垃圾渗滤液还含有高浓度的氨氮 2 2 - 2 3 1 和重金属等 2 4 2 引。垃圾渗滤液的污染问题已引起了各国的重视，垃圾渗滤液 的处理是一个世界性的难题，同时也是环境治理的一个热点。 1 3 3 垃圾渗滤液处理的国内外研究进展 国外有关垃圾渗滤液的处理技术已有较多的研究报道。垃圾卫生填埋技术在 我国得到广泛的应用，虽然应用起步的较晚，但对垃圾渗滤液处理方案、方法及 工艺的研究，己作为垃圾填埋场环境污染防制的重要内容之一而受到普遍的重 视，有关的研究报道近几年也日趋增多，取得了一定的进展。 到目前为止，垃圾渗滤液的处理技术主要有生物处理、物化处理和土地处理 技术。 1 3 3 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。土壤颗粒 能起到截留、吸附和过滤的作用；土壤中的微生物将渗滤液中有机物进行转化和 稳定，并将有机氮转化为氨氮；土壤中种植的植物利用渗滤液中的各种营养物生 长，并通过蒸腾作用减少渗滤液量。这种方法简便经济，缓冲容量大，适合于土 地宽阔的地区。 用土地处理法处理垃圾渗滤液的主要形式有垃圾渗滤液回灌、土壤植物处理 系统和湿地系统等多种处理系统。 垃圾渗滤液回灌是将收集后的垃圾渗滤液再次回灌入填埋场，利用填埋场堆 体内的微生物对垃圾渗滤液进行处理的一种技术，m o s h e r t 2 9 1 等人的研究表明， 天津工业大学硕士学位论文 垃圾渗滤液回灌喷洒处理不仅缩短了填埋场的稳定化进程及沼气的产生时间，而 且增加了填埋场的有效库容量，促进了垃圾中有机化合物的降解，是垃圾渗滤液 管理的一种有效方法。 土壤植物处理系统不仅利用土壤或陈旧垃圾的物化及生化作用，而且还利用 了植物根系对微生物的强化和植物修复技术。土壤植物处理系统对有机物有较强 的去除能力，渗滤液中的氮通过水生植物吸收、微生物的硝化和反硝化以及氮的 挥发等途径被去除，有些研究者认为是通过植物对重金属的吸收和富集而使污水 中的重金属得以去除【3 0 】。 斯洛文尼亚的b u l ct 【3 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 5 为 6 0 m g l ，n h 3 - n 为8 8 m g l 条件下，取得c o d ，b o d 5 和n h 3 - n 的去除率分别 为6 8 、4 6 和8 1 。 1 3 3 2 物理化学法 物理化学方法主要有活性炭吸附、蒸干法、混凝沉淀、密度分离、化学氧化、 化学还原、离子交换、膜渗析等多种方法。和生物处理方法相比，物理化学方法 不受水质、水量变化的影响，出水水质稳定，能较好地适应渗滤液水量、水质的 变化。对b o d c o d 介于0 0 7 o 。2 0 之间及含有毒、有害的难以生化处理的渗滤 液，物理化学方法处理效果较好。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，下面简要介绍吸附法、混凝沉淀法、化学氧化法和膜分离法。 1 、吸附法 吸附处理中常用的吸附剂是活性炭。活性炭对水中苯类化学物、酚类化学物 等许多有机物有较强的吸附作用，对分子直径在1 0 一1 0 5 c m 或分子量在4 0 0 以 下的低分子溶解性有机物的吸附性好，但对极性强的低分子化学物及腐质酸类高 分子有机物的吸附能力差。活性炭能有效地去除有机物、色度和重金属离子，但 其价格较贵且再生困难。希腊的d i a m a d o p o u l o se 【3 2 】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 2 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 混凝过程包括混合、凝聚、絮凝等几种作用。其主要原理是通过向水中投加 混凝剂和絮凝剂，使其中颗粒杂质脱稳并絮凝成较大的絮凝体，继而通过沉降、 上浮、过滤等过程进行分离。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 也有很好的去除效果。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 s 以及聚铁、聚铝等。有研究表明聚合铝铁盐混凝剂的效果要比普通的铝铁盐混凝 剂要好，而且加入有机高分子助凝剂聚丙烯酞胺可促进絮凝体的沉降。混凝沉淀 第一章绪论 对于去除重金属离子比较有效，但无论是采用何种混凝剂来处理垃圾渗滤液， c o d 的去除率一般都在3 0 6 0 左右【3 ”6 1 ，处理后废水的c o d 仍然远远高于有 关的排放标准。因此，该法不能作为单一工艺来处理垃圾渗滤液，同时沉淀物的 后处理仍将是一个问题。 1 3 3 3 化学氧化法 化学氧化是最终去除废水中污染物质的有效方法之一。通过化学氧化，可以 使废水中的有机物和无机物氧化分解，从而降低废水的b o d 和c o d 值，或使 废水中有毒物质无害化。王琳【3 7 】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 3 8 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 3 9 慵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 。 目前用化学氧化法处理渗滤液的研究应用实例还不多，其主要的问题是处理 费用太高，但对于垃圾填埋场封场后所产生的小水量、低含量的难降解渗滤液处 理还是有一定的意义。 1 3 3 4 膜分离法 利用新型的膜分离技术处理垃圾渗滤液在欧美等发达国家和地区正逐渐采 用。目前膜技术包括反渗透、超滤、微孔过滤等几种，其中以反渗透( r o ) 分 离技术的应用最为广泛，并取得了一定的效果。袁维芳等【4 0 】比较了八种不同型 号的反渗透膜，从中筛选出最佳的处理垃圾渗滤液的膜为醋酸纤维素反渗透膜， 该膜能保证出水达到g b1 6 8 8 9 1 9 9 7 一级排放标准。p e t e r st a 4 1 在研究中报道， 用纳滤膜处理c o d 为1 7 0 0 0 m g l ，n h 3 - n 为3 3 5 0 m g l 的渗滤液，c o d 和n h 3 n 的去除率分别为9 5 8 8 和5 7 6 1 。 膜技术对渗滤液的水质处理虽然有很好的效果，但是其处理费用很高；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。 研发适用性广、性价比高的膜是该技术降低成本的关键所在。 1 3 3 5 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。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 、 c o d 和n h 3 - 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， 9 天津工业大学硕士学位论文 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、上流式污泥床反应器、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 4 2 1 。大多采用厌氧一好氧组合处理系 统。实践证明现行的渗滤液处理工艺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 ，还可较好地去除氮和磷等。 l 、好氧法 好氧生物法包括活性污泥法、生物膜法、曝气氧化塘等工艺，具体特征见下 阐述。 ( 1 ) 活性污泥法 活性污泥法处理垃圾渗滤液效率高，而且费用较低，因而应用比较广泛。有 研究报道，对于2 5 年的填埋场所产生的渗滤液采用活性污泥法处理时，若保持 其泥龄为一般城市污水处理厂的两倍而负荷减半，则可达到处理出水中 b o d 5 2 5 3 0 m g l 的良好处理效果，但宜采用粗泡扩散曝气系统( 充氧效率较低) 以避免污泥沉降所引起的堵塞问题【4 3 1 。a l b e r 等1 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 0 o , - 9 0 的c o d ，出水 b o d 5 2 0 m g l 。m a r i s ( 1 9 8 5 ) 报导，对于c o d = 4 0 0 0 1 3 0 0 0 m g l ， b o d 5 = 1 6 0 0 11 0 0 0m g l ，n h 3 n = 8 7 5 9 0 m g l 的渗滤液，混合式好氧活性污泥 法对c o d 的去除率可稳定在9 0 以上。国内同济大学的徐迪民等【4 5 】研究的低氧 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 。 氧化沟法i 氧化沟又名连续循环曝气池，它是活性污泥法的一种变型。氧化 沟法是1 9 5 0 年由荷兰公共卫生研究所研究成功的。经过3 0 余年的使用、研究、 开发和改进，氧化沟系统在池形、结构、运行方式、曝气装置、处理规模、适用 范围等方面得到了长足的进步，我国自2 0 世纪8 0 年代起，也相继采用氧化沟技 术处理城市污水。 氧化沟的主要优点是：生物量高；水力停留时间和污泥停留时间长，易使 氧化沟系统保持高的稳定性和可靠性。它把短程的推流式和整体上的完全混合式 工艺独特地结合在一起，使工艺更趋简单，且便于操作，耐冲击、污泥量少、出 水水质稳定、安全可靠。这些优点使氧化沟比较适合垃圾渗滤液的处理。1 9 9 4 年底建成的中山市垃圾渗滤液处理厂，流程为：上流式厌氧污泥床( u a s b ) + 氧化沟活性污泥法+ 生物稳定塘【4 6 1 ，但由于受当时的技术和人们对垃圾渗滤液水 质的认识限制，在试运行过程中，就出现了处理过程很难把握的情况。虽然采取 了一些预处理和后处理的强化措施，在短时期内取得了较好的效果，但其出水一 直未能达标。其他采用氧化沟处理的国内垃圾渗滤液在实际运行中也出现了类似 的情况。 第一章绪论 s b r 法：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。s b r 法与其他连续性活性污泥法相比，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 法的这些特点正适合处 理垃圾渗滤液的需要。 谢可蓉等【4 7 】采用s b r 法作为二级生物处理对汕头市油麻埠2 0 0 t 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 的去除有显著效 果。当曝气时间为4 1 2 h ，c o d ，b o d 5 、氨氮浓度分别为2 0 0 0 0 2 5 0 0 0 m g l 、 1 0 0 0 0 1 5 0 0 0m g 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 ， 且稳定性很强。 c a s s 法：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【4 8 】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1 h ，排水1 h ，混合 液浓度( m l v s s ) 4 5 0 0 m g l ，排出比1 ：1 0 ，b o d 负荷o 1 7 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 2 m g l ，b o d 为9 6 8 m g l ，氨氮4 2 m g 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。 ( 2 ) 生物膜法 与活性污泥法相比，生物膜法具有抗冲击负荷能力强的优点，且生物膜内微 生物的生物相较丰富，含有生长世代期长、具有硝化作用的微生物，能实现较好 的硝化效果。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 e r 4 9 用直径0 9 m 的 转盘处理c o d c r 1 0 0 0 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。但是应当指出，这 种渗滤液的性质与城市污水相近，对于较强的渗滤液此方法是否适用还待研究。 对于较高浓度的垃圾渗滤液，希腊的l o u k i d o u m x 等人【5 0 】研究了以聚氨基 甲酸脂颗粒( 一种回收的包装材料废弃物) 和粉末活性炭为载体的二组流化床处 天津工业大学硕士学位论文 理高浓度渗滤液的效果，渗滤液进水水质为：p h = 7 5 ，c o d c r = 5 0 0 0 m g l ， b o d 5 = 1 0 0 0m g l ，n h 3 - n = 1 8 0 0m g l 。结果表明，以聚氨基甲酸脂颗粒为载体 的流化床，平均去除了6 5 的c o d ，9 0 的b o d 和7 0 的色度，在后期稳定阶 段n h 3 一n 的去除率则达到了9 0 以上；而以粉末活性炭为载体的流化床，c o d 、 b o d ，n h 3 - n 以及色度的平均去除