垃圾渗滤液设计方案

1 垃圾渗滤液处理 垃圾渗滤液处理 120120 吨吨 d d 设设 计计 方方 案案 2 目录 1 概述 3 1 1 项目概况 3 1 2 编制依据 3 1 3 编制原则 3 2 项目建设的必要性 4 3 确定工艺方案 5 3 1 废水来源 5 3 2 垃圾渗滤液的水质分析及特性 5 3 2 1 垃圾渗滤液主要污染指标分析 5 3 2 2 垃圾渗滤液的特性 6 3 3 进出水水质 7 3 4 污水处理流程选择 8 3 4 1 方案比选 8 3 4 2 方案比较 14 3 5 方案的却定 19 4 方案设计 19 4 1 工艺流程图 19 4 2 流程说明 20 4 3 工艺设计参数 21 4 4 污水处理站的平面布置 具体布置见附图 26 5 电气设计 27 5 1 设计范围 27 5 2 全站用电荷统计 27 5 3 供电 28 5 4 保护方式 28 5 5 自动控制方式 28 5 6 电线电缆 28 5 7 防雷及接地系统 29 6 项目投资费用及运行费用估算 29 6 1 主要构筑物 29 6 2 主要工艺设备清单 29 6 3 系统投资估算 30 6 4 运行费用估算 31 7 售后服务 32 7 1 服务承诺 32 7 2 质量保证措施 32 7 3 售后服务 33 3 1 概述 概述 1 1 项目概况项目概况 项目名称 主管单位 承建单位 建设地点 建设规模 120m3 d 编制单位 1 2 编制依据编制依据 1 中华人民共和国环境保护法 2 中华人民共和国固体废弃物污染环境防治法 3 城市生活垃圾卫生填埋规范 CJJ17 2004 4 城市生活垃圾卫生填埋处理工程项目建设标准 建标 2001 5 生活垃圾填埋场污染控制标准 GB16889 2008 6 生活垃圾填埋场污染监测技术标准 CG T 3037 1995 7 生活垃圾填埋场污染监测技术要求 GB T 18772 2002 8 城市生活垃圾卫生填埋场运行维护技术规程 CJJ93 2003 9 污水综合排放标准 GB8978 1996 10 城市生活垃圾处理及污染防治技术政策 建成 2000 120 号 11 工业与民用建筑抗震设计规范 GBJ11 89 12 构筑物抗震设计规范 GBJ50191 93 13 室外给排水和煤气热力工程抗震设计规范 TJ32 78 14 给水排水管道工程施工及验收规范 GB50268 97 15 给水排水构筑物施工及验收规范 GBJ141 90 16 电气装置施工及验收规范 GBJ232 82 17 国家 地方及其他相关设计标准 规范和法律 法规 18 本公司同类项目的相关经验 1 3 编制原则编制原则 1 执行 生活垃圾填埋场污染控制标准 GB16889 2008 表 3 相关标准 和规范 2 严格执行国家有关环境保护法律法规的要求 4 3 严格执行现行的防火 安全 卫生 环境保护等国家和地方颁布的法规 规范与标准 4 充分考虑国内外垃圾渗滤液处理存在的问题以及渗滤液随垃圾填埋场的 年龄 的变化情况 针对这些问题 结合我公司经验 选择国内外先进成熟的 污水治理技术 采用优质 可靠 适用 经济的治理工艺路线 5 切合实际 正确掌握设计规范和标准 优化工艺技术 合理选用优质 高效的处理设备和设施 6 在确保出水稳定达标的前提下 尽可能地节省投资 减少占地面积和降 低运行费用 延长使用寿命 调整好一次性投资与运行费用 水质要求之间的比 例关系 7 废水处理站总体布局 统一规划 力求与周围环境协调 8 在处理站运行中保证清洁 安全 无二次污染 设备运行简单 以操作 维护方便 利于管理为原则 2 项目建设的必要性 项目建设的必要性 生活垃圾填埋场渗滤液处理站位于 生活垃圾填埋场内 生活垃圾处理工 艺为卫生填埋工艺 设计填埋处理规模为 160 吨 天 因此 垃圾渗滤液处理站扩建项目势在必行 3 确定工艺方案 确定工艺方案 3 1 废水来源废水来源 垃圾渗滤液的产生受诸多因素影响 不仅水量变化大 而且变化无规律 垃 圾渗滤液的产生来自以下五个方面 降水的渗入 降水包括降雨和降雪 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从大气和雨水中 的吸附量 垃圾填埋后 微生物的厌氧分解产生的水 垃圾中的有机组分在填埋场 内分解时会产生水分 5 3 2 垃圾渗滤液的水质分析及特性垃圾渗滤液的水质分析及特性 3 2 1 垃圾渗滤液主要污染指标分析垃圾渗滤液主要污染指标分析 垃圾的种类和成分决定了渗滤液的成分 因此在设计处理工艺时对填埋垃圾 的种类进行组分分析 从而可以预测渗滤液的主要污染物成分 通过走访调查 查 阅大量的当地文献资料 垃圾渗滤液主要污染成分如下 垃圾渗滤液的物理性质 色与嗅 渗滤液均具有很重的色度 其外观 多呈茶色 暗褐色或黑色 色度可达到 2000 4000 倍 稀释倍数 垃圾腐败 臭味极其明显 pH 垃圾填埋初期 渗滤液的 pH 在 6 7 之间 随着填埋场时间的推移 和填埋场的稳定 pH 可提高至 7 8 BOD5值 随时间变化及填埋场微生物的活动增强 渗滤液中 BOD5浓度发生 变化 一般变化规律是垃圾填埋后的 6 个月至 2 5 年间渗滤液 BOD5逐步增至高 峰 此时 BOD5多以溶解性为主 此后 BOD5的浓度开始下降 至 6 15 年填埋场 完全稳定时为止 此时 BOD5保持在某一低值范围内 100mg L 且波动很 小 因此 渗滤液 BOD5值的变化过程实质是填埋场稳定化的过程 通过定期测 定渗滤液的 BOD5值 根据 BOD5值随时间的变化规律 可判断填埋场的稳定程度 COD 值 COD 值与 BOD5值相似 但是随着填埋场时间的推移 COD 值的 降低较 BOD5值缓慢的多 BOD5 COD 值 有机物种类的变化造成 BOD5 COD 比值的变化 填埋初期 BOD5 COD 比值较高 可达 0 5 以上 但随时间的推移 由于 BOD5和 COD 的降低 速率和幅度不同 BOD5急速下降而 COD 下降较缓慢 因此该比值逐渐下降 当随 填埋场完全稳定之后 该值最终在某一范围内 0 1 而且波动极小 溶解性固体总量 垃圾渗滤液中含有较高浓度的总溶解性固体 这些溶 解性固体在渗滤液中的浓度通常随时间而变化 填埋初期渗滤液溶解固体总量高 且有相当高的钠 钙 氯化物 硫酸盐等 一般在填埋后 6 个月至 2 5 年达到高 峰值 此后随时间的增加 无机物浓度下降 直至达到最终稳定 NH3 N 垃圾渗滤液 NH3 N 浓度含量高 是由于含氮可生化有机组分的厌 氧水解和发酵所致 因 pH 接近中性值 它主要以 NH3 N 形态存在于渗滤液中 很少以氨气形式释放 或以游离氨形式存在 6 磷 垃圾渗滤液中的磷元素总是缺乏的 重金属 对于只填埋生活垃圾的填埋场 金属的溶出率较低 在水溶液 中为 0 05 1 8 在微酸性溶液中为 0 5 5 0 但如有工业垃圾填埋的话 渗滤液中重金属含量较多 其中所含的重金属主要有 镉 Cd 镍 Ni 锌 Zn 铜 Cu 铬 Cr 和铅 Pb 等 3 2 2 垃圾渗滤液的特性垃圾渗滤液的特性 垃圾渗滤液的有机物可分为三种 低分子量的脂肪酸 中等分子量的灰 黄霉酸类物质 高分子量的碳水化合物类物质 腐殖质类 渗滤液中的有机物 成分随填埋时间而变化 填埋初期 渗滤液中的有机物可溶性有机碳约 90 是短 链的可挥发性脂肪酸 其中以乙酸 丙酸和丁酸浓度最大 其次的成分是带有相 对高密度的羟基和芳香羟基的灰黄霉酸 随着填埋时间的增加 填埋场逐步趋于 稳定 此时 渗滤液中挥发性脂肪酸含量减少 而灰黄霉酸和腐殖质类成分增加 垃圾渗滤液的特性如下 1 有机污染物种类繁多 水质复杂 垃圾渗滤液中含有大量的有机物 含量较多的有机烃类及其衍生物 酸酯类 醇酚类 酮醛类和酰胺类等 2 污染物浓度高和变化范围大 垃圾渗滤液的这一特性是其他污水所无 法比拟的 其中的 BOD5和 COD 浓度最高可达每升几万亳克 主要是在酸性发酵 阶段产生 pH 达到或略低于 7 此时 BOD5和 COD 比值为 0 5 0 6 一般而言 COD BOD5 BOD5 COD 随填埋场的 年龄 增长而降低 碱度则升高 3 水质水量变化大 垃圾渗滤液水质水量变化大 主要体现在以下方面 产生量随季节变化大 雨季明显大于旱季 污染物组成及其浓度也随季节变化 污染物组成及其浓度随填埋时间变化 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 所以国内城市垃圾渗滤液的金属离子 浓度与国外某些城市垃圾渗滤液中金属离子浓度有差异 5 氨氮含量高 城市垃圾渗滤液是一种组成复杂的高浓度有毒有害有机废 水 其中高 NH3 N 浓度是城市垃圾渗滤液的重要水质特征之一 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 7 BOD5 N P 100 5 1 而一般的垃圾渗滤液中的 BOD5 P 都大于 300 与微生物 生长所需的磷元素相差较大 7 其他特点 渗滤液在进行生物处理时会产生大泡沫 不利于处理系统 正常运行 3 3 进出水水质进出水水质 根据垃圾填理场渗滤液的水质特点及同类行业废水的相关分析数据统计 以 及相关水质报告显示 本项目垃圾渗滤液的水质如表 3 1 所示 表 3 1 进水水质 项目 CODcrBOD5PHSSNH3 NTN 参数 12000mg l7000mg l6 0 9 02000mg l2600mg l2000mg l 根据要求 本项目建设的出水水质需要达到 生活垃圾填埋污染控制标准 GB16889 2008 中表 3 标准的要求 其水质指标如表 3 2 所示 表 3 2 出水水质 序号项目水质标准 1 色度 稀释倍数 30 2 化学需氧量 CODcr mg l 60 3 生化需氧量 BOD5 mg l 20 4 悬浮物 SS mg l 30 5 总氮 TN mg l 20 6 氨氮 NH3 N mg l 8 7 总磷 TP mg l 1 5 8 粪大肠菌群数 个 L 1000 9 总汞 mg l 0 001 10 总镉 mg l 0 01 11 总铬 mg l 0 1 12 六价铬 mg l 0 05 13 总砷 mg l 0 1 14 总铅 mg l 0 1 8 3 4 污水处理流程选择污水处理流程选择 3 4 1 方案比选方案比选 四种可选方案 方案一 MBR UF NF RO 处理工艺方案 1 工艺流程 2 工艺说明 渗滤液由调节池泵入生化池 生化池包括硝化池和反硝化池 在硝化池中 通过高活性的好氧微生物作用 降解大部分有机物 并使氨氮和有机氮氧化为硝 酸盐和亚硝酸盐 回流到反硝化池 在缺氧环境中还原成氮气排出 达到脱氮的 目的 MBR 反应器通过超滤膜分离净化水和菌体 污泥回流可使生化反应器中的 污泥浓度达到 20g l 经过不断驯化形成的微生物菌群 对渗滤液中难生物降解 的有机物逐步降解 MBR 生化系统 COD 设计去除率 90 NH3 N 设计去除率 99 采用特殊设计的高效内循环射流曝气系统 氧利用率可高达 25 MBR 的剩 余污泥量小 MBR 出水无菌体和悬浮物 进入纳滤和反渗透系统进一步深化处理 出水稳定达标排放 浓缩液则回灌至填埋场 纳滤和反渗透系统采用特殊纳滤膜和工艺设计 可使盐随净化水排出 不会 出现盐富积现象 纳滤净化水回收率可达到 85 为节省投资及运行费用可将浓 缩液回灌至填埋场处置 3 方案分析 采用该工艺处理渗滤液 适应性强 能确保不同季节不同水质条件下 出水 稳定达标 在国外大量工程实例中发现 即使对于 BOD COD 小于 0 2 的老填埋场 9 渗滤液 经过 MBR 纳滤和反渗透后也能使 COD BOD 和 NH4 N 达标排放 4 工艺技术特点 1 反应器体系中生物浓度高 达到 20g L 对难生物降解的有机物及氨氮 的去除效率高 2 污泥稳定性强 粘度低 易脱水 不易腐败变质 3 出水不存在致病菌污染问题 方案二 蒸发 RO 处理工艺 1 工艺流程 2 工艺说明 渗滤液由调节池泵入预处理池 通过投加臭氧对氨氮与低分子有机物进行预 处理 出水经沉淀后进入热交换器 预处理后渗滤液用泵送入两个热交换器进行 预热 交换器同时作为蒸发器浓缩液和冷凝水的冷却器 预热后的渗滤液进入进 水池 然后提升进入蒸发器 在蒸发器内 渗滤液通过喷头喷洒在高温的管束外 表面而蒸发成蒸气 蒸气经收集后通过离心压缩机压缩进入管束 从而产生持续 的蒸发循环 同时渗滤液喷洒到管束外表面对管束中的蒸气起到降温作用而使管 道内蒸气冷凝 管道中形成的冷凝水收集后进入脱气器中 减少易挥发有机成分 冷凝液用泵从脱气器经过冷凝液冷却器进入暂存池 经蒸发处理的渗滤液进入 RO 反渗透系统 RO 系统采用宽幅螺旋卷式复合膜 设计最大工作压力为 35 Bar 最大回收率为 80 清洗周期为 1 2 星期 预期膜 的工作寿命为 1 2 年 RO 出水可直接进行回用 蒸发器底部所收集的浓缩液及 RO 浓缩液用循环泵输送入浓缩液冷却器对进 水进行预热 冷却后的浓缩液进入焚烧炉焚烧 3 方案分析 目前国内专门针对垃圾渗滤液或沥滤液的蒸发浓缩设备基本没有 但是浓缩 10 蒸发工艺广泛的应用于食品制造 造纸等行业中 在食品加工中 蒸发有两个目 的 在进一步加工之前使料液预先浓缩 或是减小料液体积以便最大限度地降低 其包装 运输或储存费用 另外是使可溶性固体的溶液浓缩使之有助于防腐 目 前国内用于食品工业的浓缩蒸发器产品较多 可以参考进行沥滤液浓缩蒸发器的 选型或研发 但是垃圾沥滤液所需要的浓缩蒸发器要求最大程度的减小浓缩液体 积 而造纸工业中对黑液的浓缩蒸发工艺对垃圾沥滤液更具有借鉴和参考意义 由于二者都属于浓度很高的污染物 其最终的处理目的都是减量化 无害化 但 是造纸黑液浓缩液粘性太大 容易结垢 这是与垃圾沥滤液的区别所在 另外 pH 是蒸发的重要影响因素 pH 影响渗滤液中挥发性有机酸和氨的离 解状态 从而改变它们的挥发程度 另外 酸性条件下对蒸发器金属材料腐蚀性 较强 考虑到国内还没有成熟可靠的大规模垃圾渗沥液蒸发处理工程实例运用 也 缺乏可靠的工艺设计参数选取和设备选型 而蒸发工艺设备又价格昂贵 如冒然 采用蒸发处理工艺进行垃圾渗沥液处理工程建设 将承担极大的风险 4 工艺技术特点 1 全部采用物化工艺处理 进水水质波动对处理效果基本无影响 2 剩余污泥量小 3 浓缩液可以得到彻底的处置 无须回灌 方案三 中温厌氧 A O MBR NF RO 处理工艺 1 工艺流程 2 工艺说明 渗滤液经热泵加热至 35 左右 之后由泵提升至厌氧池 在厌氧池内 经过 水解酸化阶段和产氢产甲烷阶段 废水中大量的 COD 被厌氧微生物消耗掉 同时 产生沼气 废水从厌氧池自流进入 A O MBR 池 在 A O 池内实现对进水的初步降 11 解 并通过氨氮的硝化与反硝化过程实现进水中氨氮的有效去除 随后进入 MBR 池 通过高负荷生物处理与膜分离技术的有机结合 实现对 A O 出水的深度降解 以确保进水水质满足后续纳滤 反渗透进水要求 MBR 反应器经抽水泵抽吸 抽 吸出水加阻垢剂后经保安过滤器 进入后续纳滤 反渗透系统进行深度处理 以 确保出水的稳定达标 MBR 池产生的污泥部分回流至缺氧段 剩余污泥排入污泥浓缩池 反渗透浓 水也进入污泥池 和剩余污泥一起经污泥脱水机脱水后泥饼外 3 方案分析 渗滤液由调节池泵入 UASB 反应池中 在反应池中 COD 负荷为 10 15 kgCOD m3d BOD 降解可达 75 COD 降解可达 70 经厌氧后渗滤液进入 A O 池 在此利用生物反应进行 BOD5 COD 以及 NH3 N 的去除 在好氧情况下 微生物会 产生硝化作用 在缺氧情况下 微生物会进行反硝化作用以去除氨氮 中温厌氧加热需要消耗大量的能量 且去除率随着填埋年限的增加而降低 浸没式 MBR 膜通量小 易堵 给维护管理带来不便 4 工艺技术特点 1 UASB 能耗低效率高 与 A O 工艺相结合的工艺是既经济又灵活去除有机 物及氨氮的有效方式 2 高效的 A O 处理体系是生物脱氮的关键 它将各种形态的氮最终转化为 N2 彻底解决了渗滤液中的氮污染问题 3 MBR RO 深度处理系统可确保出水水质稳定达标 4 剩余污泥量小 方案四 DT RO 处理工艺 1 工艺流程 2 工艺说明 渗滤液由调节池泵入储罐中进行 pH 调节 控制 pH 在 6 6 5 之间 经 pH 调 节的渗滤液加压泵入砂滤器 砂滤器可根据压差自动进行反冲洗 反冲洗水进入 12 浓缩液储存池 经过砂滤的渗滤液泵入筒式过滤器 经过滤后的渗滤液由柱塞泵 输入第一级反渗透 RO 系统 一级 RO 系统膜通量为 12L m2 h 净水回收率为 80 设计操作压力为 60bar 渗出液进入二级 RO 装置 浓缩液排至浓缩液储存 池 二级 RO 系统回收率为 90 膜通量为 34 6L m2 h 设计操作压力为 50bar 渗出液进入脱气装置 浓缩液则排至砂滤器的进水端 膜组的反冲洗在 每次系统关闭时进行 清洗由系统自动控制 清洗后的液体排入浓缩液储存池中 为避免浓缩液回灌时长期将高浓度的氨氮在垃圾填埋场不断积累循环 在浓 缩液储存池设置脱氮系统 通过化学沉淀法将渗滤液中的 NH3 N 转化为 MgNH3PO4 6H2O 沉淀 沉淀后形成的结晶性状稳定 可以直接随浓缩液回灌到填 埋场 也可以分离出来做肥料 3 方案分析 德国从 1986 年开始尝试将膜处理直接应用到渗沥液的处理中 开始选用卷 式膜组件 但因为在运行中出现的膜污染问题 从国外的工程实例来看目前已陆 续报废 有些已被替换成碟管式反渗透设备 由于卷式膜自身结构上的原因 决 定了渗沥液不能直接进入卷式膜组件系统 在这种膜组件中 膜片间有网状支撑 层 间隙只有 0 2mm 相对空间很小 容易被污染物堵塞 同时由于进水单向流 程长 流速平滑 容易造成浓度极化 所以对进水水质要求高 必须进行复杂的 预处理 使 SDI 小于 3 悬浮物小于 100mg l 因此卷式膜组件只能作为常规生 化处理工艺的后续深度处理方法 碟管式反渗透是专门针对渗沥液直接进入膜处理系统而开发的 前端只需经 过砂滤保护 1988 年在德国政府的支持下 由 ROCHEM 公司研制成功 1989 年应 用于德国 Ihlenberg 至今已运行了十六年 目前设备状况良好 日处理 1500 吨 渗沥液 重庆长生桥填埋场等国内填埋场直接采用碟管式反渗透处理系统处理渗沥液 短时间内发挥了一定的处理效果 但随着时间的推移 一些问题逐渐暴露 最终 导致整个渗沥液处理系统不得不重新改造 据了解 2005 2006 年在广州市李坑进行的碟管式膜系统生产性试验也发 现碟管式反渗透系统直接处理填埋场原液存在较多的问题 其一是清水产水率较 低 且短时间下降较快 需要较高的压力和频繁的清洗 其二就是出水氨氮超标 较多 需要多级反渗透串联方可满足要求 其三是浓缩液产出率较高 后续配套 13 环节成本要求较高 对于国内大型的垃圾填埋均为有机物为主 不象欧洲大多以无机物填埋为主 由于渗沥液浓度高 膜处理技术直接应用渗沥液原水处理往往会导致产水率降低 浓缩液比例过高 膜系统压力高 膜寿命短等问题 因此对于未生物预处理的渗滤液 直接反渗透的清液回收率在 60 75 之间 反渗透需要的压力达 75bar 如果用高压渗透 压力可高至 200bar 但由于反渗透仅仅是一个分离过程 污染物并未降解和有效去除 在排出清 水的同时 还会有大量的浓缩液 最大的问题就是浓缩液的处理 为达到有效分 离 NH3的目的 须加硫酸把进水 pH 调到小于 6 5 也增加了含盐量 使渗滤液中 的污染物浓度和电导率不断升高 由于反渗透没有生物降解功能 出水中低分子有机物如硫醚 硫化氢等会保 留出水的臭味 反渗透法产生的浓缩液的处理是一个难点 填埋场渗滤液的浓缩液可以采用 回灌填埋区进行处理 利用已填埋的垃圾吸附降解浓缩液中的重金属及有机物 运行中的问题 1 对进水的电导率有要求 电导率过大需要提高反渗透膜的压力 以提 高出水率 2 浓缩液体积较大 浓缩液处理难度大 该工程采用回灌方法处理 需 要用动力提升 浓缩液回灌还可能进一步提高渗滤液电导率 从而影响反渗透膜 的处理效率 3 反渗透膜片的使用寿命较短 正常使用时间为 2 年 需要定期更换膜 片 4 工艺技术特点 1 预处理比较简单 且不需设生化处理单元 2 DT RO 膜组的结垢较少 膜污染减轻 使反渗透膜的寿命延长 3 安装 维修简单 操作方便 自动化程度高 4 DT RO 系统可扩充性强 可根据需要增加一级 二级或高压膜组 3 4 2 方案比较方案比较 以上四个渗滤液处理工艺方案分析比较 目前运行成熟可靠的工艺为方案一 和方案三 两者最主要区别在于是否采取厌氧工艺和是采取内置式 MBR 系统还是 14 外置式 MBR 系统 针对目前两大系统 在垃圾渗滤液处理行业也是两个主要的方 向 厌氧工艺具有处理负荷高 耐冲击负荷的优点 能将大分子难降解有机物水 解为小分子有机物 减轻好氧的处理负荷 节约投资和运行成本 并经厌氧微生 物驯化后对毒性 抑制性物质的耐受能力比好氧强得多 有利用提高生化处理效 率 但是否采取厌氧 好氧工艺还必须考虑实际的水质特征和考虑填埋后期的运 行效果 当填埋后期 原水水质保持在一个低 C N 比的水平 老龄化进程较为明 显 这就必须对厌氧工艺的可行性进行分析 对是否设计厌氧反应器论证分析 因为在硝化反硝化过程中 必须保证一定的碳氮比 即提供足够硝化反硝化过程 中的碳源 一般要求的碳氮比在 4 7 之间 能够保证硝化反硝化所需要的碳源 同时由于北方雨季量小 设计调节池库容量大 调节池本身就是一个厌氧反应器 因此综合考虑 本方案不采用厌氧工艺 下面就内置式 MBR 和外置式 MBR 这两种工艺进行一定的比较分析 1 内置式 MBR 系统 内置式 MBR 反应器是把膜组件置于生物反应器内部 如下图 进水进入 MBR 反应器 其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除 再在外压作用 下由膜过滤出水 这种形式的 MBR 反应器由于省去了混合液循环系统 并且靠 抽吸出水 能耗相对较低 占地较分置式更为紧凑 但是一般膜通量相对较低 容易发生膜污染 膜污染后不容易清洗和更换 内置式 MBR 系统流程图 2 外置式 MBR 系统 外置式 MBR 反应器把膜组件和生物反应器分开设置 生物反应器中的混合 液经循环泵增压后打至膜组件的过滤端 在压力作用下混合液中的液体透过膜 成为系统处理水 固形物 大分子物质等则被膜截留 随浓缩液回流到生物反 应器内 外置式 MBR 反应器的特点是运行稳定可靠 易于膜的清洗 更换及增 15 设 而且膜通量普遍较大 但一般条件下为减少污染物在膜表面的沉积 延长 膜的清洗周期 需要用循环泵提供较高的膜面错流流速 水流循环量大 动力 费用较高 外置式 MBR 反应器如下图 外置式 MBR 系统流程图 在外置式膜生物反应器中生物反应器与膜单元相对独立 通过混合液循环泵 使得处理水通过膜组件后外排 其中的生物反应器与膜分离装置之间的相互干扰 较小 目前在垃圾渗沥液处理中采用的外置式膜生化器超滤膜一般均选用错流式 管式超滤膜 即循环泵为混合液 污泥 提供一定的流速 3 5 5m s 使混合 液在管式超滤膜中形成紊流状态 避免污泥在膜表面沉积 3 内置式 MBR 系统与外置式 MBR 系统的比较说明 目前常用于垃圾渗沥液处理的 MBR 组合工艺为内置式 MBR 组合工艺 预处理 内置式 MBR 纳滤 反渗透 和外置式 MBR 组合工艺 预处理 外置式 MBR 反渗 透 对于上述两套工艺 都有大量的工程案例 并稳定运行 通过从投资 运行 等各方面因素的比较以及工程实际案例的分析 本工程推荐使用外置式 MBR 组合 工艺对垃圾渗沥液进行处理 外置式 MBR 反应器的硝化池内根据需要配置鼓风曝气专用设备 可以培养出 高活性的好氧微生物 使污水中的可生化降解的有机污染物在硝化池内几乎完全 降解 同时把氨氮和有机氮氧化为硝酸盐 由于超滤膜把菌体 活性污泥 和净 化水完全分离 使得在生化系统中经过不断驯化产生的微生物菌群得以繁殖 对 渗沥液中相对普通污水处理工艺而言难降解的有机物也能逐步降解 可以获得高 品质的出水水质 超滤进水兼有回流功能 即超滤进水经过超滤浓缩后 清液排 出 而浓缩液回流至反硝化池中 在缺氧环境中还原成氮气排出 达到脱氮的目 的 反硝化池内设液下搅拌装置 由于外置式 MBR 反应器的生化反应器是根据要求的进出水的水量和水质进行 16 专门配置和控制的 而且采用外置管式超滤膜 避免了内置式膜生化反应膜容易 污染 堵塞的缺点 并且出水水量使得出水水量 水质稳定 与传统生化处理工艺相比 微生物菌体通过高效超滤系统从出水中分离 确 保大于 20nm 的颗粒物 微生物和与 COD 相关的悬浮物安全地截留在系统内 超 滤清液进入清液储槽 由于超滤实现泥水分离 因此生化反应器中的污泥浓度可 以达到 15 30g l 而内置式 MBR 反应器由于膜孔径较大 无法达到这个污泥浓度 我们就如下几个方面对两套工艺进行比较 1 工程投资 单独就内置式 MBR 和外置式 MBR 而言 内置式 MBR 的投资费用相对比较低 但是就整个系统而言 由于内置式 MBR 所用的膜组件为微滤膜 膜孔径较大 经 过微滤后的废水中所含污染物颗粒较大 不宜直接进入反渗透系统 需要先经过 纳滤系统的处理 并且在进入纳滤之前还必须经过一定的预处理 而外置式 MBR 所用膜组件为超滤膜 经过外置式 MBR 膜处理后的渗沥液可以直接进入反渗透系 统 可以减少一套纳滤系统的投资 当然为了系统的更为稳定的运行 我们在外 置式 MBR 后面仍使用了纳滤系统 2 膜的清洗 相对于内置式 MBR 系统 外置式 MBR 系统不需要频繁的清洗 由于外置式膜 生化反应器采用错流式管式超滤膜 每条超滤环路设有循环泵 该泵在沿膜管内 壁提供一个需要的流速 一般为 3 5 5m s 从而使活性污泥在膜管中形成紊流状 态 即高流速的活性污泥不断的冲刷膜表面 使的膜表面附近很难产生浓差极化 层 属于过滤和清洗两个步骤同时进行 对于膜管的堵塞也比较容易通过反冲洗 解决 从而避免了污泥在膜管中的堵塞 而内置式 MBR 的过滤属于全流过滤 过 滤和反冲洗是间歇进行的 效率较低 外置式超滤膜在稳定运行状态下 一般只需每月化学清洗一次 如不停机一 般不需要进行任何冲洗 而内置式膜生化反应器每天需要进行 1 至 3 次反冲洗 且耗水量大 外置式膜生化反应器清洗为全自动 CIP 在线清洗 而内置式膜生化反应器超 滤膜化学清洗需要将膜吊出反应器进行冲洗和化学药剂浸泡 工作量复杂 也影 响了整个系统的连续运行 3 反应器污泥浓度 17 由于外置式 MBR 膜的错流过滤特性 使超滤膜可以承受较高的污泥浓度 工 程实例表明外置式膜生化反应器污泥浓度为 15 30g l 左右 而内置式膜生化反应器由于膜组件内置于生化反应器中 采用自吸泵使膜清 液端产生负压使膜内外形成压力差 从而产水 为了避免污泥在膜表面由于浓差 极化产生沉积 底部设计曝气 利用空气气泡的扰动减少污泥在膜表面的沉积 因此内置式膜生化反应器的污泥浓度不宜过高一般为 8 10g l 左右 4 生化反应器容积和占地面积 由于外置式膜生化反应器污泥浓度为内置式膜生化反应器的 1 5 2 倍 因此 外置式膜生化反应器生化池所需容积只需内置式膜生化反应器的 50 70 左右 大大节省了生化池的投资和占地面积 5 膜通量和膜面积 工程应用证明 在渗沥液处理中外置式膜生化反应器管式超滤膜的单位膜面 积通量可达 60 80l m2 h 而内置式膜生化反应器内置膜由于受污泥沉积等因素 影响 如抽吸压力不宜过高 否则易产生污泥在膜表面沉积 一般为 6 8 l m2 h 这意味着对于相同的处理量内置式膜生化反应器所需的膜面积是外置式 超滤膜的 3 6 倍 而由于内置式膜生化反应器不能连续出水 一般设计为运行每 运行 12 分钟需停 3 分钟 即意味着对于相同的处理规模膜面积是外置式膜生化 反应器的 4 8 倍 由于受膜材质以及其它因素影响 工程实例表明 特别是在渗 沥液处理应用中 内置式膜生化反应器采用内置式超滤膜的通量衰减率为 25 40 渗沥液处理中膜寿命一般为两年 而外置式管式超滤膜在其使用寿命 渗沥液处理中一般为 4 5 年 期通量衰减率一般不超过 10 6 膜寿命 管式超滤膜所用膜材质为高分子聚偏氟乙烯即 PVDF 由于其优良的不同溶剂 的兼容性为目前公认质量最好的膜材质 其韧性较好 不易破裂 膜寿命长 而内置式膜生化反应应用于垃圾渗沥液处理 由于渗沥液中含有较高的钙镁 离子和硫酸根离子 易在膜表面产生结垢 从而使膜硬化 因此在渗沥液处理中 内置式膜极易产生断丝或膜破裂的情况 管式超滤膜的寿命在渗沥液处理中为 5 7 年 而内置式的仅为 3 5 年 外置式和内置式膜生化反应器对比 序号内容外置式膜生化反应器内置式膜生化反应器 18 1 反应器污泥浓 度 15 30g l8 10g l 2 使用膜类型错流式管式膜中空纤维膜丝 帘式或板式膜 3 膜通量 60 80 l m2 h6 15 l m2 h 4 生化池容积所需容积较小 相同条件下 所需生化池容积较 大 5 易堵塞程度 污泥在膜管中高速紊 流 不易堵塞 膜浸没在污泥中 膜表面易形成 浓差极化 导致膜容易堵塞 6 膜寿命5 7 年3 5 年 7 出水方式连续出水间歇出水 8 稳定性较为稳定 不稳定 易产生膜破裂 断丝等 故障 9 清洗方式CIP 在线清洗需要额外的提升外置清洗 10 清洗周期每月药剂清洗一次较为频繁 由以上对比可以看出 由于渗沥液中悬浮物浓度高 污染物浓度高 外置式 膜生化反应器更适用于渗沥液处理 而外置式膜生化反应器更加适用于渗沥液处 理工程 运行维护也相对比较简单 3 5 方案的却定方案的却定 通过以上对垃圾渗滤液的各污染物分析及其水质水量受当地气候和垃圾填 埋场 年龄 的影响 对处理方法一一进行说明和比较 结合生活垃圾渗滤液的 具体情况以及污水处理的目的 投资 占地面积 能耗 运行费用 管理方面程 度 运行可靠性及使用寿命等综合因素的分析 以及我公司根据大量前期调研结 果 吸收国内外渗滤液处理的经验并结合多年废水治理的实践经验 在进行充分 合理分析污水处理系统运行过程中将会出现的水质冲击负荷及当地的具体气候等 情况后 特采用以下工艺 废水 原水调节池 絮凝沉淀池 双级 A O 二沉池 外置式超滤系统 纳滤系 统 反渗透处理系统 达标排放 本污水处理系统充分考虑了垃圾渗滤液的各污染物的成分及其水质水量受当 地气候和垃圾填埋场 年龄 的影响 此系统抗冲击负荷强 保证被治理废水达 标排放 资源的再次利用 污泥量小 无臭味 低能耗 基建成本及运行费用低 19 等优点 4 方案设计 方案设计 4 1 工艺流程图工艺流程图 图 4 1 生活垃圾渗滤液处理工艺流程框图 垃圾渗滤液 絮凝沉淀池 达标水排放 加药装置 原水调节池 污泥浓缩池 清 液 回 流 回灌垃圾处理场 二级反硝化池 外置式超滤膜处理系统 纳滤处理系统 二级硝化池 二沉池 剩余污泥 一级反硝化池 一级硝化池 剩余污泥 反渗透处理系统 消 化 液 回 流 消 化 液 回 流 浓 缩 液 回 流 浓 缩 液 回 流 射流曝气 射流曝气 20 4 2 流程说明流程说明 由于垃圾渗滤液的水量受季节变化明显 枯水期水量少 而丰水期水量大且渗滤 液的水质情况受垃圾填埋场的 年龄 影响 因此 为使后续处理设施正常 在此设 置调节池 以使水质水量得到调节 均匀 水量相对稳定 调节池里的渗滤液通过 潜污泵的作用 抽至絮凝沉淀池 絮凝池池内装有斜板和加药搅拌装置 污水经过 药剂和斜板作用 能去除部分有机物和大颗粒悬浮物 减轻后续处理单元的处理负 荷 絮凝沉淀池出水进入双级 A O 处理段 A O 脱氮工艺是在 80 年代初开创的工艺流程 其主要特点是将反硝化反应器放 置在系统之首 故又称为前置反硝化生物脱氮系统 由于脱氮效果好 较其他物化 法运行费用低 成为目前采用比较广泛的一种脱氮工艺 A O 法脱氮的原理 废水中 的氨氮 在充氧的条件下 O 段 被硝化菌硝化为硝态氮 大量硝态氮回流至 A 段 在缺氧条件下 通过兼性厌氧反硝化菌作用 以废水中有机物作为电子供体 硝态 氮作为电子受体 使硝态氮被还原为氮气 逸入大气从而达到最终脱氮的目的 A O 活性污泥法是污水处理的广泛采用的污水技术 工艺灵活 运行稳定 效果良好 并且能够具备较长泥龄 满足硝化 反硝化的除氮工艺特点 经过生化处理后的垃圾渗滤液进入二沉池 进一步去除水中的细小悬浮物 胶 体微粒 有机物 重金属物质 以及水中的色度 并且还具有去除水中的微生物 病原菌 病毒和除磷作用 二沉池出水进入膜车间 经过超滤 纳滤和反渗透的深度处理 超滤 过滤精 度在0 001 0 1微米 属于二十一世纪高新技术之一 是一种利用压差的膜法分离技 术 可滤除水中的铁锈 泥沙 悬浮物 胶体 细菌 大分子有机物等有害物质 超滤工艺中水的回收率高达95 以上 并且可方便的实现冲洗与反冲洗 不易堵塞 使用寿命相对较长 纳滤和反渗透膜过程是一种物理分离技术 纳滤膜能够有效分 离大部分生化过程残余有机物和多价无机盐 包括重金属 反渗透膜可以分离绝 大部分溶解性小分子有机物和无机物 近年来越来越多的纳滤和反渗透装置被用于 垃圾渗滤液的终端处理 经过三级膜处理系统流出的净水达到标准排放进自然 起 产生的浓水通过管道回流至调节池 21 4 3 工艺设计参数工艺设计参数 1 调节池 调节池主要用来调节渗滤液水质水量 因为渗滤液随季节性水质与水量变化大 一般设计调节池停留时间较长 本项目调节池随填埋场一起建设 已经完成 配套设备 1 提升水泵 2 台 性能参数 Q 10m3 h H 10m N 0 75kw 2 流量计 1 台 性能参数 DN50 2 絮凝沉淀池 结构形式 钢筋砼结构 尺寸 2 5 5m 数量 1 座 配套设备 1 低速搅拌机 2 台 性能参数 搅拌直径 500mm 转速 240 min N 0 75KW 2 加药设备 2 套 性能参数 加药泵两台 N 0 37KW Q 160L h 配 PE 1000L 药桶 3 一级反硝化池 初沉池出水流至一级缺氧反硝化池 利用反硝化细菌对回流的消化液进行反硝 化 同时去除水中的有机物和氨氮 结构形式 钢筋砼结构 尺寸 10 5 5m 数量 1 座 配套设备 潜水搅拌机 2 台 性能参数 N 2 2KW D 320mm r 320r min 4 一级硝化池 结构形式 钢筋砼结构 尺寸 21 5 5m 22 数量 1 座 配套设备 1 射流曝气器 5 台 不锈钢 2 消化液回流泵 2 台 性能参数 Q 20m3 H H 15M N 1 5KW 5 二级反硝化池 结构形式 钢筋砼结构 尺寸 5 5 5m 数量 1 座 配套设备 潜水搅拌机 1 台 性能参数 N 2 2KW D 320mm r 320r min 6 二级硝化池 结构形式 钢筋砼结构 尺寸 16 5 5m 数量 1 座 配套设备 消化液回流泵 2 台 性能参数 Q 20M3 H H 7M N 0 75KW 7 污泥浓缩池 结构形式 钢筋砼结构 尺寸 2 2 5m 数量 1 座 配套设备 螺杆泵 2 台 性能参数 Q 5M3 H H 60M N 2 2KW 8 膜处理车间 膜处理车间主要用来放置外置式超滤膜系统 NF 系统 RO 系统 鼓风机 控制 柜等 结构形式 砖混结构 尺寸 20 7 5 4 5m 数量 1 座 1 配电室 23 结构形式 砖混结构 尺寸 4 7 5 4 5m 数量 1 座 配套设备 电控柜 控制柜 动力柜 电脑等 2 风机房 结构形式 砖混结构 尺寸 3 5 7 5 4 5m 数量 1 座 配套设备 罗茨风机 3 台 2 用 1 备 设备参数 转速 1310r min 升压 49kpa Q 8 35m3 min N 15KW 3 膜处理车间 尺寸 12 5 7 5 4 5m 数量 1 座 配套设备 外置式超滤 1 套 纳滤 1 套 反渗透 1 套 外置式超滤装置 基本设计参数 设备处理量 120m3 h 数量 一套 循环速度 4m h 膜通量 60L m2 h 跨膜压差 1 3bar 污泥浓度 15 20g l 能耗 3 6Kwh m3 清洗频率 4 周以上 运行参数 序号项目内容 1 操作方式错流过虑 2 单根组件产水量 0 9m3 h 0 15Mpa 25 3 设计操作压力0 4Mpa 4 支 4 单支膜面积 18m2 5 膜组件数量6 支 6 最高膜前压力 0 6Mpa 24 7 清洗方式冲洗 化学清洗 8 化学清洗频率2 8 周 外置式超滤装置主要配件 1 超滤原水泵 1 台 性能参数 Q 37m3 h H 13m N 3 0KW 2 过滤器 1 套 性能参数 过滤精度 800 m 3 超滤膜组件 1 套 Q 120m3 d 4 超滤循环泵 1 台 性能参数 Q 150m3 h H 28m N 18 5kw 5 超滤清洗泵 1 台 性能参数 Q 37m3 h H 13m N 3kw 6 超滤清洗水箱 PE 1000L 7 超滤产水箱 PE 5000L 纳滤处理系统 基本设计参数 反渗透膜壳数 4 只 反渗透膜数量 12 支 膜通量 11 54L m2h 清液产率 80 配套设备 1 纳滤进水泵 1 台 性能参数 Q 10 4m3 h H 22m N 1 5kw 2 纳滤高压泵 1 台 性能参数 Q 7m3 h H 70m N 4 0kw 3 阻垢剂加药装置 1 套 计量泵 1 台 性能参数 Q 0 3 8L h H 7 6bar N 25W 配一个 PE 100L 的药箱 4 精密过滤器 25 精密过滤器 1 套 过滤精度 50 m 材质为不锈钢 5 纳滤机组 1 套 不锈钢 6 纳滤膜组件 12 支 8 寸膜 卷式 7 纳滤产水箱 PE 5000L 反渗透处理系统 基本设计参数 反渗透膜壳数 2 只 反渗透膜数量 6 支 膜通量 11 54L m2h 清液产率 75 反渗透装置主要配件 1 精密过滤器 1 套 过滤精度 5 m 材质为不锈钢 2 反渗透组架 1 套 不锈钢 3 反渗透耐压膜壳 2 支 8 寸膜壳 3 支装 材质为强化玻璃钢 耐压等级 75bar 4 反渗透膜组件 6 支 8 寸膜 卷式 膜面积 32 5m2 5 反渗透进水泵 1 台 性能参数 Q 10 4m3 h H 22m N 1 5KW 6 反渗透增压泵 1 台 性能参数 Q 5m3 h H 110m N 4 0KW 7 阻垢剂加药装置 计量泵 1 台 性能参数 Q 0 3 8L h H 7 6bar N 25W 配一个 PE 100L 的药箱 4 4 污水处理站的平面布置 具体布置见附图 污水处理站的平面布置 具体布置见附图 污水处理站的平面根据垃圾填埋场具体情况确定 同时考虑以下几个方面 1 垃圾填埋场所规划的处理站 生产基地区域位于主导的下风向 2 地质结构良好 无地震带 断裂带 无流砂带 3 少占厂内有用地段 尽量使用废弃地段 4 离周围公共建筑群有一定的隔离长度和自然隔离带 26 5 布置应符合国家现行防火 防噪声 防震 安全 卫生等规定的要求 6 在满足工艺流程的情况下 力求管线最短 操作及维护方便 7 充分利用地形 尽量选择有适当坡度的地段 以满足废水处理构筑物高程 布置的需要 减少土方量与某些构筑物的埋深 减少污水与污泥的提升设备并节省 动力费用 8 根据垃圾填埋场的总体发展规划 废水处理站地址的选择还应考虑远期发 展的可能性 尽可能留有扩建的余地 5 电气设计 电气设计 5 1 设计范围设计范围 电气设计范围包括 废水处理站内的动力及照明配线 继电保护与控制 防雷接 地 静电接地及电力系统工作接地 仪表系统接地等 不包括电源进线开关外的供 电线及保护 5 2 全站用电荷统计全站用电荷统计 全站用电荷统计见表 5 1 表 5 1 全站用电负荷统计表 序号设备名称 装机 台数 运行 台数 单机功 率 kw 装机容 量 kw 运行 负荷 kw 日运行 时间 h 日耗电 kw h 1 调节池污水提升泵 210 751 50 752015 2 絮凝沉淀池搅拌机 220 751 51 52036 3 絮凝池加药泵 220 370 740 74207 4 4 潜水搅拌机 332 26 66 624158 4 5 硝化液回流泵 211 531 534 5 6 硝化液回流泵 210 751 50 7532 25 7 螺杆泵 212 24 42 21022 8 加药泵 220 0250 050 05180 9 9 罗茨风机 3215453020600 27 10 超滤进水泵 113331545 11 超滤循环泵 1118 518 518 520370 12 清洗泵 1133339 12 纳滤进水泵 111 51 51 51522 5 13 纳滤增压泵 114441560 14 反渗透进水泵 111 51 51 51522 5 15 反渗透增压泵 114441560 16 照明等其他耗电设备 113331236 合计 27 102 79 1471 45 全站用电设备装机为 26 台 套 装机容量为 102 79kw 运行台数为 21 台 套 每日耗电量为 1471 45 度 5 3 供电供电 供电电源 380V 50Hz 由建设单位低压配电所引至污水处理站配电柜 污水处理站配电系统采用三相五线制 单相配电为三线制 动力配电及电缆敷 设 污水处理站设有配电柜 分别给各动力设备供电 照明配电由配电柜提供 220V 电源作室内外照明电源 5 4 保护方式保护方式 电气系统设过流保护 短路保护 过载保护 其中过流保护 短路保护 过载 保护作用于跳闸 设于配电柜 电动机采用空气开关作短路保护 采用热电器作为 过负荷保护 5 5 自动控制方式自动控制方式 工艺采用全自动控制系统 勿须手动操作 1 高水位停止 低水位启动 最高水位报警 2 风机连动 3 污水较少时或没有污水时 风机设置自动间隙曝气 以避免过多曝气导致微 生物过早衰老或因曝气不足产生的微生物新陈代谢停止及死亡 28 4 手动 自动可切换 5 运行风机与备用风机自动切换 运行泵与备用泵也可切换使用 5 6 电线电缆电线电缆 电力电缆选用 VV 型 控制电缆先用 KVV 型 经电缆沟或穿线管敷设 需直埋的 电力电缆或控制电缆用 VV22 或 KVVP 型 5 7 防雷及接地系统防雷及接地系统 接地与防雷利用建筑物的基础钢筋作自然接地体 或安装人工接地极 接地电 阻应小于 10 欧姆 建筑物用避雷带和短避雷针作防雷保护 6 项目投资费用及运行费用估算 项目