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垃圾渗滤液处理方法及MBR工艺的应用 演讲 卜凡阳 概念及特性 形成及来源 主要指标及处理难点 国内外处理现状 MBR工艺的应用 content 垃圾渗滤液的概念及特性 概念垃圾渗滤液是在垃圾卫生填埋过程中形成的一种成份复杂的高浓度有机废水 含有大量有机物 悬浮物 氨氮 重金属离子以及致病菌等 特性1 有机污染物种类繁多 水质复杂 2 污染物浓度高 变化范围大 3 水质水量变化大 产量随季节变化大 雨季明显大于旱季 由于垃圾填埋场是一个敞开的作业系统 所以填埋场中的自然降水为垃圾渗滤液来源的主要部分 因而垃圾渗滤液的产量随季节变化大 雨季明显大于旱季 4 金属含量高 垃圾渗滤液中含有10多种金属离子 由于国内垃圾不像国外某些城市那样经过严格的分类和筛选 所以国内外垃圾渗滤液中金属离子浓度有差异 其中铁浓度可高达2050mg L 铅的浓度可达12 3mg L 锌的浓度可达130mg L 钙的浓度可达4300mg L 5 氨氮含量高 高氨氮浓度是城市垃圾渗滤液的重要水质特征之一 随着垃圾填埋年数而增加 可以高达1700mg L 渗滤液中的氮多以氨氮形式存在 约占TN的70 80 6 营养元素比例失调 对于生化处理 污水中适宜的营养元素比例是BOD5 N P 100 5 1 而一般的垃圾渗滤液中的BOD5 P大都大于300 与微生物所需的磷元素相差较大 卜琳 垃圾渗滤液处理技术研究 D 哈尔滨工业大学 2007 垃圾渗滤液的形成及来源 形成垃圾在堆放和填埋过程中由于压实 发酵和降水渗流作用 会产生一种高浓度的有机废水 及垃圾渗滤液 垃圾填埋后 在微生物作用下 垃圾中的有机物经过好氧反应和厌氧反应产生降解 垃圾降解后生成的无机物以及垃圾中的可溶污染物 大量进入垃圾渗滤液中 这就使得渗滤液中污染物浓度极高 产生渗滤液的同时 垃圾中的病原微生物也会在雨水的淋溶作用下进入渗滤液 垃圾降解产生的CO2溶于垃圾渗滤液以后会使垃圾渗滤液偏酸性环境 这种酸性环境使得垃圾中不溶于水的碳酸盐 金属以及金属氧化物等无机物发生溶解 继而使垃圾渗滤液中含有种类繁多且含量超标的重金属类物质 来源垃圾渗滤液的产生受诸多因素影响 不进水量变化大 并且变化无规律性 垃圾渗滤液的产生来自以下五个方面 降水的渗入 降水包括降雨 雪 霜 雹等 降雨的淋溶作用是渗滤液产生的主要来源 外部地表水的流入 包括地表径流和地表灌溉 地下水的渗入 当填埋场内渗滤液水位低于场外地下水水位 并没有设置防渗系统时 地下水就有可能渗入填埋场内 垃圾本身含有的水分 这包括垃圾本身携带的水分以及大气和雨水中的吸附量 垃圾填埋后 微生物厌氧分解产生的水 卜琳 垃圾渗滤液处理技术研究 D 哈尔滨工业大学 2007 垃圾渗滤液的主要指标 指标 色度 颜色呈淡茶色或是暗褐色 色度在2000 4000之间 有较浓的腐化臭味 pH值 填埋场初期pH值为6 7 呈弱酸性 随着时间的推移 pH值可以提高到7 8 呈弱碱性 BOD5 随着时间和微生物活动的增加 渗滤液中的BOD5也逐渐增加 一般填埋6个月至2 5年 达到最大值 此时BOD5多以溶解性为主 随后此指标开始下降 到6 15年填埋场稳定化为止 COD 渗滤液的生物降解性可用BOD5 COD之比来反映 当BOD5 COD 0 5时渗滤液较易生物降解 当BOD5 COD 0 1时 渗滤液难于生物降解 当BOD5 COD介于0 4到0 6之间时 表明渗滤液中的有机物开始生物降解 对于成熟的填埋场 渗滤液的此项比值通常为0 05 0 2 其中常含有不易生物降解的腐殖质和富里酸 TOC 浓度一般为265 2800mg L 1 BOD5 COD可反映渗滤液中有机碳氧化状态 填埋初期 BOD5 COD值高 随着时间的推移 填埋场趋于稳定化 渗滤液中的有机碳以氧化态存在 则BOD5 COD值降低 溶解性总固体 渗滤液中溶解固体总量随填埋时间推移而变化 填埋初期 溶解性盐的浓度可达到10000mg L 1 同时具有相当高的钠 钙 氯化物 硫酸盐和铁 填埋6 24个月达到峰值 此后随时间的增长无机物浓度降低 SS 一般多在300mg L 1以下 氮化物 氨氮浓度较高 以氨态为主 一般为0 4g L 1左右 有时高达1g L 1 有机氮占总氮的1 10 重金属 生活垃圾单独填埋时 重金属含量很低 不会超过环保标准 但与工业废物或污泥混埋时 重金属含量会增加 并可能超标 卜琳 垃圾渗滤液处理技术研究 D 哈尔滨工业大学 2007 渗滤液的处理难点 渗滤液的处理主要有3个难点 1 渗滤液中含有200 1500mg L不可生物降解的COD 该类物质呈胶体和溶解状态 普通生化工艺和混凝沉淀 过滤工艺难以去除 2 晚期渗滤液C N 1 C N不能满足生物脱氮的要求 3 随着填埋时间的延长 COD BOD5 BOD5 COD变化很大 普通的生化工艺往往不能适应这种变化 需要对工艺进行改造以满足排放标准 土地处理法 生物处理 物化处理法 土地处理法 即在人工控制条件下通过土地 植物系统物理 生物和化学的综合反应进行处理的方法 物化处理不受水质水量变化的影响 出水水质比较稳定 对BOD5 COD介于0 07 0 20之间及含有毒 有害的难以生化处理的渗滤液处理效果较好 但由于物化法运行成本高 多用于对垃圾渗滤液进行预处理和深度处理 常见的物理化学方法包括光催化氧化 Fenten法 混凝吸附法 化学沉淀法 膜过滤等 当渗滤液的BOD5 COD值大于0 3时 表明渗滤液的可生化性较好 可采用生化法处理 生化处理具有处理效果好 成本低等优点 它是目前应用最广泛的处理方法 也作为主体处理 国内外处理现状 回灌处理 回灌处理法是20世纪70年代由美国的Pohland最先提出的 垃圾渗滤液回灌是一种简单易行的增加填埋场内部湿度 加速填埋场稳定化进程的操作方法 同时还能降低渗滤液污染物浓度 加速填埋气体 甲烷 产生 通过回灌可提高垃圾层的含水率 由20 25 提高到60 70 增加垃圾的湿度 增强垃圾中微生物的活性 加速产甲烷的速率 垃圾中污染物的溶出及有机物的分解 其次 通过回灌 不仅可降低渗滤液的污染物浓度 还可以因喷洒过程中挥发等作用而减少渗滤液的产生量 对水量和水质起稳定化的作用 有利于废水处理系统的运行 节省费用 但回灌法仍存在几点急待解决的问题 一是渗滤液不能完全消失 仍有部分COD需外排处理 二是渗滤液在垃圾层中的循环导致重金属 氨氮和其他毒性物质不断积累 三是渗滤液在回灌过程中带来的环境卫生问题需要解决 四是对回灌渗滤液中有机物的去除效果随垃圾堆体高度的增加而增加 但是进入垃圾堆体的有机负荷不能无限制地增加 否则会毁坏渗滤液回灌系统 徐新燕 垃圾渗滤液的深度处理技术 D 上海交通大学 2007崔韬 陈寅生 赵伟华 垃圾处理技术研究的最新进展 J 科技情况开发与经济 2008 20 回灌法的研究进展 渗滤液回灌条件优化研究 渗滤液回灌减量研究 渗滤液异位回灌处理技术的研究进展 1 2 3 孙月等通过土柱模拟垃圾填埋场土壤层进行回灌条件下的水量平衡实验研究表明 在回灌条件下填埋场覆土层的水分饱和程度提高 土壤蒸发按蒸发能力进行 接近甚至可能大于水面蒸发量 其在进行了春 夏 秋 冬四季的实验研究后指出 通过循环回灌蒸发作用 垃圾渗滤液产量可以大幅削减 张瑞明等采用回喷法处理垃圾填埋渗滤液的中试研究表明 在非降雨气象条件下 根据渗滤液产量采用不同的回喷次数和水量 可以基本达到全年渗滤液量与蒸发量的平衡 渗滤液减100 同时渗滤液处理后水质达到特种行业污水排放标准 曾晓岚等通过现场试验研究认为 在我国西部和北部少雨地区中小城镇卫生填埋场 根据渗滤液产生量的不同 以当地历年各月的日平均水面蒸发量 20年以上统计资料 为基准 调整各月日均回喷负荷和回喷频率 对渗滤液进行回喷蒸发处理 可以实现渗滤液的 零排放 1 减量研究 曾晓岚 垃圾渗滤液循环回灌原位处理试验研究 D 重庆大学 2007 2 优化研究 调节回灌的渗滤液水质 进行生物接种 改善填埋构造及空气状况 有哪几种措施呢 调节水质 当垃圾堆体中乙酸菌和产甲烷菌缺乏时 渗滤液回灌会导致VFAs的积累 并对甲烷化过程产生抑制 研究表明 对渗滤液pH进行调节后再回灌 则有利于建立厌氧降解环境 加快进入甲烷化过程 消除VFAs积累现象 西南交通大学通过模拟生物反应器填埋场的对比试验 发现回灌时调节渗滤液的pH值 回灌前对渗滤液加热可加快填埋场的稳定化进程 也有学者认为在渗滤液中加入缓冲剂后回灌 可以使填埋场中pH保持近中性 有利于产甲烷 还可以使渗滤液的污染强度迅速下降 C R Viettez等在回灌过程中将渗滤液经上流式产甲烷反应器处理后再回灌至填理层 结果表明 垃圾中碳水化合物 蛋自质和脂类的转化率分别为90 49 和37 沈东升等通过将新鲜垃圾填埋单元的渗滤液经UASB反应器处理后再回灌的研究表明 该工艺能加速填埋单元渗滤液的稳定 pH值稳定6 5以上的时间缩短 产气时间提前 邹庐泉将渗滤液经好氧和厌氧生物处理后回灌表明 该法能有效解决 酸积累 问题 孙英杰将新鲜垃圾填埋单元产生的渗滤液经矿化垃圾处理后再行回灌 加速了新鲜垃圾的降解与沉降 改善了新鲜垃圾填埋单元初期的渗滤液水质 增加了水量削减 并有助于垃圾中含氮物质的降解 进行生物接种 大量模拟生物反应器填埋场的研究证实 厌氧污泥接种回灌有利于加速垃圾中有机物降解 Mata Akvarez等在垃圾中加入猪粪接种 渗滤液调pH值后回灌 结果表明渗滤液水质与产气之间有很好的相关性 产气量最大时渗滤液pH值约为7 其氧化还原电位降到最低约 100mV Leuschne在渗滤液中加缓冲剂 营养物和厌氧消化污泥回灌 发现产甲烷速率明显提高 降解80 的有机物仅需要3 2年 但是 也有研究认为 加污泥后回灌可能促进VFA的产生 对甲烷菌的生长不利 Leckie等用消化污泥接种 发现加快了产酸速率 产生的有机物超出了填埋场的缓冲能力 结果抑制了后续的产甲烷化过程 改善填埋构造及空气状况 Onay和Pohland等学者在实验室将垃圾堆肥产物作为填埋层 构建出一种将硝化及反硝化相分开的填埋结构 使渗滤液中氨氮去除率达95 同时硫化物也得到有效去除 李兵研究发现 渗滤液回灌好氧填埋垃圾体 不仅使有机物迅速降解 垃圾体快速稳定 而且所产生的渗滤液COD可达二级排放标准 BOD和氨氮均可达一级排放标准 不需要或稍作处理后即可排放 李轶伦对新鲜垃圾产生的渗滤液进行好氧和厌氧两种条件下的循环回灌试验表明 好氧情况较厌氧情况的渗滤液COD和凯氏氮浓度下降较快 渗滤液产生量少 随着水力负荷的增大 厌氧柱渗滤液的凯氏氮和COD去除率均逐渐下降 好氧柱则变化不大 于晓华提出采用向填埋层进行间歇通风 同时进行渗滤液回灌的方法 不仅可以有效解决填埋初期有机酸积累的问题 使填埋层尽快由水解酸化阶段过渡到甲烷化阶段 而且可以通过适当调节回灌负荷 使垃圾中的CODCr及氨氮同时得到有效去除 何若等对填埋垃圾上层间歇曝气充氧 促进了填埋垃圾层硝化细菌和反硝化细菌的生长 有利于回流渗滤液含N化合物的去除以及填埋垃圾的降解 3 异位回灌处理技术 Chugh通过试验研究发现 将陈垃圾与新鲜垃圾的渗滤液进行交叉回灌 可以大大加速新鲜垃圾填埋体的稳定化进程 刘海春等采用新鲜垃圾作生物反应器填埋场 采用已填埋一年的垃圾分别设置产甲烷生物反应器和硝化反应器 构建渗滤液回灌型生物反应器填埋场系统和脱氮型生物反应器填埋场系统 通过实验室动态模拟试验研究 结果表明 后者对有机物和氮的去除效果远远好于前者 达到了将填埋垃圾和渗滤液在同一系统得到同时处理的预期目标 赵由才等通过新鲜垃圾柱渗滤液自身回灌以及新鲜垃圾柱之间 新鲜垃圾柱与不同填埋龄垃圾柱之间渗滤液的交叉回灌小试试验研究表明 利用稳定化程度较高的封场单元进行渗滤液交叉异质回灌 具有比同质回灌更好的处理效果 曾晓岚 垃圾渗滤液循环回灌原位处理试验研究 D 重庆大学 2007 2020 3 18 19 可编辑 垃圾渗滤液部分循环回灌原位处理试验装置图 流程图 MBR应用最新进展 MBR的分类及优点 MBR的由来 MBR工艺的应用 MBR MBR工艺的由来 随着科学技术的发展 膜 这种物质已经越来越多的应用到生产和生活中 所谓膜 Membrane 指的是在一种流体相 RuidPhase 内或者在两种流体相之间 有一层薄的凝聚相 condensedPhase 物质把流体相分割为互不相通的两部分 并能使这两部分之间产生传质作用 这一薄层物质就是 膜 膜可以是固态的 也可以是液态或者气态的 可以是均匀的单一相 也可以由两相以上的凝聚态构成复合体 无论怎样的膜 它都有两个界面 且界面和被分割的两侧流体相接触 利用天然或者人工合成的 具有选择透过性能力的薄膜 以使外界能量或化学位差为推动力 对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离 分级 提纯或富集的方法 称为膜分离 膜分离技术的产生与发展 为膜生物反应器的提出与发展奠定了技术基础 膜生物反应器 MBR 是膜分离技术和传统活性污泥法相结合的一种新型废水处理技术 韩丹 汪永辉 纳滤膜深度处理垃圾渗滤液的研究 J 环境科学与管理 2008 03 90 30 55 按作用方式 按组合方式 按作用不同 MBR工艺的分类及优缺点 MBR分类 内压式 外压式 分置式 一体式 固液分离MBR 无气泡膜曝气生物反应器 萃取膜生物反应器 ClicktoaddTextClicktoaddTextClicktoaddText 01 02 MBR的优缺点 03 1 结构紧凑 占地面积小 2 处理效果高 出水水质好 出水可以直接作为回用水 并且解决了活性污泥膨胀引起的二沉池泥水分离和水质恶化问题 3 使生物反应器能保持高浓度的微生物 膜分离装置能阻止高分子量的有机物和悬浮物向系统外流失 使参与反应的微生物完全保持在生物反应器内 这对于截留世代期较长的微生物尤其有利 如硝化细菌在反应器中的停留时间 有利于系统硝化效率 4 膜可以阻留许多分解速度较慢的大分子难降解物质 通过延长其停留时间而提高对它的降解效率 容积负荷高 抗负荷冲击能力强 MBR实现了水力停留时间 HRT 和污泥停留时间 SRT 的完全分离 可以同时实现很短的HRT和很长的SRT 因而能够在反应器中保留足够高的污泥浓度 好氧膜生物反应器处理城市生活污水时污泥浓度一般为10 20g L 最高可达50g L 处理工业废水时 污泥浓度为2 40g L 大部分高于20g L MBR中较高的污泥浓度不仅使MBR所能达到的容积负荷大大提高 还使系统抵抗冲击负荷和有毒有害物质的能力得到了加强 并使系统运行的稳定性得以提高 5 剩余污泥产量小 污泥处理费用少 MBR中较高的污泥浓度可以实现在容积负荷很高的同时 污泥负荷保持很低 因此 进入MBR的基质将主要用于维持微生物的最低营养要求 而污泥的增殖量则很少 大大减小了剩余污泥的产量 6 易于实现自动化 操作管理方便 MBR由于构筑物少 系统结构紧凑 非常容易加工为成套设备 便于运输和安装 可大大缩短施工期 另外 自动化程度高 可实现无人值班看守 因此大大节约了人工费 但是 膜生物反应器也有不足之处 主要在以下几个方面 l 膜造价较高 使得膜生物反应器的基建投资较高 2 容易出现膜污染 给操作管理带来不便 使运行费用提高 简海霞 好氧MBR对垃圾渗滤液的降解特性研究 D 厦门大学 2007 MBR应用的最新进展 单一污水处理技术难以满足不同水质 不同处理要求的需要 多种技术的组合与优化是解决这一问题的必然趋势 组合工艺 Fenton MBR A O MBR RO MBR与人工湿地 MBR与PBBR MBR与人工湿地 创新之处MBR对有机物 悬浮固体的去除效果甚佳 但处理后的出水氮 N 磷 P 浓度偏高 人工湿地技术 CW 以其价格低廉 较高的N P去除率 易于管理 环境效益好等诸多优势得到广泛的应用 膜生物反应器 人工湿地复合工艺取两者之长 补两者之短 利用SMBR的高效降解性能及人工湿地的高效脱氮除磷能力 污水的处理与回用中将有良好的应用前景 效果如何 1 在高浓度进水条件下 比较了7种不同水力负荷组合下SMBR IVCW的净化效果 得到最好的水力负荷组合方式为 SMBR 1000L d IVCW 375mm d 在此水力负荷组合下 SMBR IVCW系统总停留时间为19 22h 处理后出水中CODCr TP NH3 N等指标达到或优于地表水环境质量标准 类 TN 6mg L 2 在中浓度进水条件下 比较了2种不同水力负荷组合下SMBR IVCW的净化效果 得到较好的水力负荷组合为 SMBR 1000L d IVCW 375mm d 此条件下 出水中CODCr TP NH3 N TN等指标均达到地表水 类 其中TP NH3 N CODCr等达到或优于 类 3 在低浓度进水条件下 比较了2种不同水力负荷组合下SMBR IVCW对低浓度污水的净化效果的比较 得到较好的水力负荷组合为 SMBR 1000L d IVCW 500mm d 在此条件下 出水 TP NH3