渗滤液处理技术实施方案.doc

渗滤液处理站渗滤液处理站 设计方案设计方案 技术方案技术方案 目目 录录 第一章第一章 概概 述述 1 1 1 工程简介 1 1 2 工程设计依据 2 1 3 主要规范及标准 3 1 4 工程服务范围 6 1 5 设计进水水质 6 1 6 设计出水水质 6 1 7 渗滤液处理工艺方案的确定 7 1 8 污泥 浓缩液控制与处置 33 1 9 工艺流程设计 34 1 10 设备选型 36 1 11 渗滤液各工艺段去除效果 38 1 12 渗滤液处理单元设计 39 第二章第二章 污水站总平面设计污水站总平面设计 46 2 1 平面布置 46 2 2 污水站主要管道布置 47 2 3 高程设计 47 第三章第三章 建筑设计建筑设计 48 3 1 设计依据 48 3 2 设计范围 48 3 3 室内外装修 49 3 4 防火设计 49 3 5 建筑物汇总 49 第四章第四章 结构设计结构设计 51 4 1 设计原则和依据 51 4 2 抗震设防 52 4 3 主要建 构 筑物结构形式 52 4 4 主要材料规格 53 第五章第五章 电气 仪表及自控设计电气 仪表及自控设计 55 5 1 电气设计 55 5 2 仪表及自动控制系统 57 第六章第六章 人员编制 运行管理及建设进度人员编制 运行管理及建设进度 64 6 1 人员编制 64 6 2 运行管理 64 6 3 实施计划 66 第七章第七章 安全生产及劳动保护安全生产及劳动保护 67 7 1 编制依据 67 7 2 主要危害因素分析 68 7 3 安全卫生防范措施 71 第八章第八章 环境保护环境保护 75 8 1 外部环境对项目的影响 75 8 2 项目实施过程中的环境影响及对策 75 8 3 项目运营期间的环境影响及对策 76 第一章第一章 概概 述述 1 11 1 工程工程简介简介 工程名称 工程名称 渗滤液处理站设计与施工总承包 建设地点 建设地点 工程规模 工程规模 渗滤液量按照垃圾量的 20 计算 呼和浩特垃圾焚 烧发电厂生活垃圾渗滤液处理站工程规模 200m3 d 尾水排放尾水排放 根据环评和业主要求经过处理后出水水质达到 污水综合排放标准 GB 8978 1996 的一级标准 城市污水再利用 工业用水水质 GB T 19923 2005 循环水冷却水系统补充水标准 换热器为不锈钢材质 生活垃圾填埋污染控制标准 GB 16889 2008 表 3 限 值 其中部分出水指标如下表 以相应国标为准 污染物 单位 CODCr mg L BOD5 mg L NH3 N mg L 总磷以P 计 mg L PH 无 量纲 SS mg L 色度 粪大肠杆 菌群数 个 L 限值 50 20 15 0 5 6 9 70 50 2 38 107 污水处理工艺污水处理工艺 采用 预处理 UASB A O 工艺和 MBR 膜系统 NF 系统 RO 系统 的污水处理工艺 渗滤液污泥处理工艺渗滤液污泥处理工艺 采用污泥浓缩 脱水 炉内焚烧处理 主要生产构筑物和建筑物主要生产构筑物和建筑物 1 渗滤液主要生产构筑物 初沉池 调节池 综合罐 UASB 罐 反硝化池 硝化池 污泥浓缩池 浓缩液池 MBR 膜池 膜处理车间 污泥脱水间 风机车间 2 辅助建筑物 控制及化验室 渗滤液处理站总体设计渗滤液处理站总体设计 总体设计内容包括 平面布置 竖向设计 建筑风格 电气及 自控仪表设计等 1 21 2 工程设计依据工程设计依据 1 执行国家关于环境保护的政策 符合国家的有关法规 规 范和标准 与呼和浩特市的城市发展战略方针和定位相适应 2 采用国内外技术成熟 高效率低能耗 运行可靠的污水处 理专用产品 选择的设备供应商 必须有良好的信誉和业绩 保证 能够全面履行承包商和供应商的职责 所提供的设备符合技术先进 安全可靠 高效节能的要求 产品质量达到有关标准 规范 设备 的型式 材质 性能参数同设计要求一致 能够保证设备的使用效 果 供货期能满足工程进度要求 3 建设工程满足防腐 抗震 防洪 消防 防冻等要求 所 有处理构筑物 设备及管路在设计 建设 安装或铺设时均考虑保 温防冻措施 4 渗滤液处理站用地不得超出招标文件的规定 5 总平面布置充分考虑渗滤液收集与外排 符合排水通畅 降低能耗 平衡土方的要求 并符合国家相关设计规范要求 6 尽量采用二次污染少 污泥量少 低噪音处理设施 7 采用国内外技术成熟 高效率低能耗 运行可靠的污水处 理专用产品 8 处理结果符合国家相关部门对渗滤液处理的要求和有关地 方排放标准的规定 出水达到 污水综合排放标准 GB8978 1996 的一级标准 9 考虑渗滤液的腐蚀性 采用高防腐性能的管道材料 对非 标钢制设备和建 构筑物池体进行高性能防腐处理 提高设备使用 年限 10 操作 管理 维修方便 技术要求简单 减少工人劳动 强度 宜于长期使用 11 渗滤液处理系统的主要设备均有备用 并具有防腐性能 1 31 3 主要规范及标准主要规范及标准 1 中华人民共和国固体废物污染环境防治法 1995 年 10 月 2 中华人民共和国环境保护法 1989 年 12 月 3 中华人民共和国水污染防治法 1984 年 5 月 4 中华人米共和国固体废物污染环境防治法 2004 5 中华人民共和国污水防治法 1984 6 一般工业固体废物贮存 处置场污染控制标准 GB18599 2001 7 生活垃圾填埋场渗沥液处理工程技术规范 HJ564 2010 8 生活垃圾渗沥液处理技术规范 CJJ150 2010 9 生活垃圾卫生填埋技术规范 CJJ17 2004 10 生活垃圾焚烧污染控制标准 GB18485 2001 11 污水综合排放标准 GB8978 1996 12 恶臭污染物排放标准 GB14554 93 13 大气污染物综合排放标准 GB16297 1996 14 环境空气质量标准 GB3095 1996 15 室内空气质量标准 GB T18883 2002 16 工业企业厂界噪音标准 GB12348 90 17 生产过程安全卫生要求总则 GB12801 91 18 工业设备 管道防腐蚀工程施工及验收规范 HGJ 229 91 19 工业企业设计卫生标准 GB21 2002 20 管道系统的图形符号 GB T6567 2008 21 热工图形符号与文字代号 GB T4270 1999 22 过程检测和控制流程用图形符号和文字代号 GB2625 81 23 水处理设备制造技术条件 JB T2932 1999 24 普通流体输送钢管 螺旋埋弧焊钢管 SYS T 5037 2000 25 低压流体输送用焊接钢管 GB T3092 1993 26 工业金属管道设计规范 GB50316 2000 27 输送流体用无缝钢管 GB T8163 1999 28 工业企业总平面设计规范 GB50187 93 29 工业建筑防腐蚀设计规范 GB50046 95 30 建筑防腐蚀工程施工及验收规范 GB 50212 91 31 给水排水构筑物结构设计规范 GB50069 2002 32 给水排水工程结构设计规范 GB50069 2002 33 水工混凝土结构设计规范 SL191 2008 34 地下工程防水技术规范 GB50108 2001 20 混凝土结构设计规范 GB50010 2002 36 给水排水管道工程施工及验收规范 GB50268 2008 37 工业金属管道工程施工及验收规范 GB50220 97 38 建筑设计防火规范 GB50016 2006 39 电气图用图形符号 GB 4728 40 建筑电气安装工程质量检验评定标准 GBJ303 88 41 低压配电设计规范 GB50054 95 42 工业自动化仪表工程施工及验收规范 GB50093 2002 43 自动化仪表安装工程质量检验评定标准 GBJ131 90 44 电气装置安装工程电气照明装置施工及验收规范 GB50259 96 45 建筑电气安装工程施工质量验收规范 GB50303 2002 46 建筑工程施工现场供用电安全规范 GB50194 93 47 建筑工程施工质量验收统一标准 GB 50300 2001 48 国际单位制及其用 GB 3100 1993 49 旋转电机 IEC 60034 50 爆炸性气体环境用电气设备 IEC 60079 1 1 4 4 工程服务范围工程服务范围 本渗滤液处理站服务范围为现有垃圾焚烧厂 垃垃圾圾成成品品库库和和原原 生生库库收收集集池池内内渗渗滤滤液液 地地磅磅房房和和卸卸料料平平台台冲冲洗洗污污水水 需考虑收集 并接入处理站调节池格栅井内 以以及及生生活活污污水水 除此之外电厂其 他无机废水不在污水站处理范围内 需另外考虑处理回用 1 1 5 5 设计进水水质设计进水水质 本系统渗滤液来自垃圾焚烧发电厂垃圾仓 进料斗以及预处 理和卸料平台等冲洗水 根据业主提供的资料 渗滤液进水水质 指标见下表 污染物 单位 CODcr mg L BOD5 mg L NH3 N mg L 总磷 mg L PH 无量纲 SS mg L 粪大肠杆菌群数 个 L 数量值70000200002500235 8200002 38 107 1 1 6 6 设计出水水质设计出水水质 经本系统处理后 尾水排放尾水排放 根据环评和业主要求经过处理后 出水水质达到 污水综合排放标准 GB 8978 1996 的一 级标准 城市污水再利用 工业用水水质 GB T 19923 2005 循环水冷却水系统补充水标准 换热器为不锈钢材质 生活垃圾填埋污染控制标准 GB 16889 2008 表 3 限 值 其中部分出水指标如下表 以相应国标为准 污染物 单位 CODCr mg L BOD5 mg L NH3 N mg L 总磷以P 计 mg L PH 无 量纲 SS mg L 色度 粪大肠杆 菌群数 个 L 限值 50 20 15 0 5 6 9 70 50 2 38 107 1 71 7 渗滤液处理工艺方案的确定渗滤液处理工艺方案的确定 1 7 1 生活垃圾渗滤液处理技术概述 自二十世纪八十年代末期 城市生活垃圾的无害化处理在我国 逐渐引起重视 越来越多的城市采用比较规范的卫生填埋和焚烧方 式来处理城市生活垃圾 而处理过程中的最主要污染控制问题之一 就是垃圾渗滤液的达标排放处理难度极大 由于缺乏经验 对生活 垃圾渗滤液的水质水量特点了解深度不够 各地对渗滤液的处理要 求和方式五花八门 各地环卫部门 科研院校也先后展开渗滤液处 理技术的研究 针对渗滤液处理的主要处理方式有 1 与城市污水合并处理 如果垃圾处理场离城市污水处理厂距离较近 将渗滤液通过管 线送入城市污水处理厂稀释后进行处理是最为经济的办法 为保证城市污水处理厂安全运行 对渗滤液的投加量和浓度有 一定的限制 对于渗滤液原水 一般认为渗滤液投加量不超过城市 污水处理厂处理规模的 2 左右时不会对城市污水处理厂造成严重 的冲击 在我国 由于城市下水道接入标准的限制 垃圾渗滤液应 处理到三级排放标准后才允许排入城市下水道 本工程不具备排至 污水厂的条件 2 厌氧生化方式处理 一般来说 垃圾渗滤液基本上属于较高浓度的有机废水 采用 厌氧技术处理 能够节约能耗 减少土建占地与投资 厌氧酸化还 能改善污水可生化性 既为好氧处理减轻负荷 又有利于后续好氧 生化降解 厌氧处理技术目前有很多种应用形式 按照反应阶段以及反应 器形式可分为多种类型 以及多种类型的组合方式 具体形式大致 有以下 传统消化池和厌氧接触消化工艺 上流式厌氧污泥床反应器 UASB 折流板厌氧反应器 ABR 序批式厌氧反应器 AnSBR 厌氧固定膜反应器 AFFR 厌氧滤池 AF 厌氧塘 采用厌氧技术处理渗滤液 主要考虑的因素有 进水水质不稳 定 冲击负荷大 运行要求简易可靠 厌氧工艺具有设计负荷高的 优点 具处理过程基本不耗能 因此在高浓度有机废水处理中 常 被作为首选工艺 由于厌氧处理的工艺特点 难以彻底降解有机物 对于氨氮等 其余污染指标处理效果有限 在实际工程运用中 还需与其它工艺 共同配合使用 如好氧生化 物化处理工艺等才能达到渗滤液要求 的排放标准 渗滤液的生化处理工艺一般采用厌氧 好氧组合工艺 其特点是 厌氧具有处理负荷高 耐冲击负荷的优点 将其置于好氧生 化之前 能有效地降低 COD 减轻好氧的处理负荷 节约投资和运 行成本 厌氧微生物经驯化后对毒性 抑制性物质的耐受能力比好氧 强得多 并能将大分子难降解有机物水解为小分子有机物 有利于 提高好氧生化的处理效率 渗滤液中含有大量表面活性物质 直接采用好氧处理在曝气 池往往产生大量泡沫 并加剧污泥膨胀问题 经厌氧处理后表面活 性物质得到了分解 可显著减少好氧池的泡沫 在厌氧处理过程中 厌氧微生物将有机物更多地转化为热量 和能源 而合成较少的细胞物质 因此厌氧的污泥产率较低 减少 了污泥处理的投资和运行管理工作量 由于厌氧 好氧组合工艺具有以上优点 在处理高浓度有机废水 包括垃圾渗滤液方面已获得大量成功经验和设计数据 工艺比较成 熟 运行费用较为低廉 但是由于渗滤液的中含有一部分难降解有机物 采用常规的厌 氧和好氧生物技术难以达到令人满意的效果 3 好氧生化方式处理 好氧处理工艺是降解有机污染物最彻底的生化处理方式 若只 通过单纯的厌氧处理 由于受厌氧机理的局限 难以将可生化降解 的有机物完全处理 好氧处理不单可以有效降解有机污染负荷 还 可以通过流程的安排进行硝化和反硝化来达到降解氨氮的目的 好氧处理工艺作为污水生化处理的主要方式 在渗滤液的处理 上运用很多 国内外许多部门和人员对好氧处理的多种形式都进行 了研究和应用 并取得了较好的效果 目前的好氧工艺已不单是单 纯的好氧模式 除了传统的活性污泥法和生物膜法外 还增加了厌 氧和兼氧过程 通过流程上的安排 不但可高效降解污水中的有机 负荷 还可以控制硝化和反硝化过程来脱氮 如 A O A2 O SBR 氧化塘系统及其它一些较新型的工艺如 MBR 系 统等 国内一些城市对二段曝气法 氧化沟 SBR 氧化塘等工艺 也作了工程实例应用 取得了一定效果 但由于水质情况复杂 工 艺设计参数难以统一 资金投入有限等原因 实际处理效果不一 由于渗滤液水质的复杂性 好氧生化处理系统的出水 COD 值大 致在 200 1000mg L 左右 如果碳氮比合适 系统设计和运行方式 合理 生物脱氨也可以达到很好的效果 4 物理化学方式处理 渗滤液的物理化学方式包括混凝沉淀 吹脱 气提 活性炭吸 附等 单独的物理化学方式主要针对污水的某些主要污染指标进行处 理 由于渗滤液水质的复杂性 单一的物理化学方式不能保证渗滤 液的各项污染指标都得到较高的去除能力 如混凝沉淀对渗滤液的 COD 去除率不足 30 吹脱主要针对渗滤液中的氨氮去除 一般而言 各类物理化学处理手段在渗滤液处理上的应用主要 是和其它工艺方法一起配套使用 对某些污染指标的去除起到补充 和强化作用 物化处理方法中最常见的混凝沉淀处理在垃圾渗滤液处理上的 应用主要是为了去除渗滤液中的重金属 难降解 COD 色度等 根 据实验和实际生产运行资料 垃圾渗滤液生化处理后出水投加 400mg L 以上的铝盐或铁盐混凝剂混凝沉淀后 COD 可以达到 20 30 的去除率 当渗滤液中的碳氮比失衡 生化处理工艺不能保证足够的硝化 和反硝化甚至是难以保持正常的运行效果时 可以考虑采用氨吹脱 的方式针对氨氮进行预处理 以保证生化处理的稳定运行和满足出 水氨氮排放要求 但氨氮吹脱往往要求对渗滤液的 pH 值进行调整 以保证吹脱去除效率 其它物化处理方法相对较少运用于垃圾渗滤液的处理 5 化学氧化方式处理 化学氧化法去除有机物和脱色机理就是利用强氧化剂将废水中 的有机物氧化成小分子的碳氢化合物或完全氧化成 CO2和 H2O 或 将着色物质的生色基团氧化破坏 一般情况下 通过化学氧化是很 难将其完全氧化的 这取决于原水水质 氧化方式和反应条件 但 是化学氧化可将垃圾渗滤液内的一些难以生物降解的长链腐殖酸打 断成短链的有机酸 从而改善可生物降解的性能 提高出水水质指 标 国外相关的氧化技术有以下 光催化氧化 固定床催化臭氧氧化法 臭氧 活性污泥联合法 臭氧反应器 CHEMOX Fenton 法 活性碳 H2O2催化氧化法 在垃圾渗滤液的处理中 国外常用的氧化剂有 H2O2和 O3 末 经活化的 H2O2氧化电位较弱 一般需与催化剂如废铁屑或紫外线一 起作用生成自由的羟基才具有很强的氧化性 通常加入催化剂铁盐 容易因絮凝而产生污泥 其处理较为麻烦 较少用 臭氧的氧化能 力比氯强 能杀灭细菌 能迅速而广泛地氧化分解水中大部分有机 物 能有效的去除色 浊 嗅味 除铁 锰 硫化物 酚 农药等 但臭氧极易分解 氧化的中间产物如醛 酮 醇 过氧化物若经过 氯化后会产生三卤甲烷 并且 O3是一种有毒气体 对操作者会产生 危害 必需严格防止泄漏 另外臭氧的制备及维护费较高 臭氧消 毒费用为氯消毒费用的 2 8 倍 目前 在紫外线的照射下用 H2O2 和 O3来处理污染浓度较高的垃圾渗滤液均因运行费用过高 而未得 到推广应用 并且渗滤液中含有较高的碱度也影响 H2O2 O3的氧化 能力 C1O2作为一种消毒剂 国外早在 40 年代就开始应用 并且越 来越普及 到目前为止仅美国就有 400 多家水厂应用二氧化氯 在 欧洲 Cl O2的使用更为普遍 已有数千家水厂在应用 ClO2也是一 种强氧化剂 能彻底去除色素 能去除工业废水中氯化 酚类 硫 化物和恶臭物质等 随着国内 Cl O2制备技术的提高 ClO2作为一 种氧化剂用于处理我国的垃圾渗滤液从理论上而言具有一定的可行 性 同样 化学氧化技术也宜作为一种配套处理工艺在渗滤液处理 项目上进行工程应用 6 蒸发方式处理 蒸发工艺处理往往用于高浓度化工废液的浓缩 由于垃圾渗滤 液处理的难度 在一些发达国家 也被用于渗滤液的处理 蒸发工艺原理比较简单 其通过加热以及负压的形式 使得原 液中的水份蒸发后再冷凝形成排放水 原液被不断浓缩直至形成泥 浆后进行脱水干化变成污泥 为提高效率和减少氨氮解析 原液往 往需要调节 pH 值 蒸发工艺流程和操作相对简单 处理效果稳定 但对设备要求 较高 并且能耗较大 同时 由于渗滤液氨氮较高 蒸发工艺需要 增加去除氨氮的环节 一般来说 前处理技术采用氨吹脱工艺 渗滤液原水采用蒸发工艺直接排放的出水可以达到三级标准 但出水中会含有一定的挥发性 COD 和氨氮 7 膜处理技术 膜处理技术目前被认为是水处理领域中最为先进和处理彻底的 一种技术 根据膜的性质可分为反渗透 超滤 纳滤以及微滤等 膜分离具有以下特点 膜分离技术在分离浓缩过程中 不发生相变 化 也没有相变化的化学反应 因而不消耗相变能所以耗能少 尤 其反渗透技术更为突出 在膜分离过程中 不需要从外界加入其它 物质 这样可以节省原材料和化学药品 在膜分离过程中 一种物 质得到分离 另一种 或一些 物质则被浓缩 浓缩与分离同时进行 这样能回收有价值的资源 根据膜的选择透过性和膜孔径大小不同 可以将不同粒径的物质分开 大分子和小分子的物质分开 因此使 物质等到了纯化而不改变它们原有的属性 膜分离工艺不损坏对热 有敏感和对热不稳定的物质 可以使其在常温下得到分离 膜分离 工艺适应性强 处理规模可大可小 操作及维护方便 易于实现自 动化控制 但膜技术只能将污染物进行物理拦截 不能像生化处理 起到降解的作用 用于深度处理的膜可以分为四类 分别是微滤膜 MF 超滤膜 UF 纳滤膜 NF 和反渗透膜 RO 这四种膜在分离 过程中的驱动力是压力 在压力作用下溶剂和定量的溶质能够透过 膜 而其余组份被截留 四者组成了一个可分离从离子到微粒的膜 分离过程 图 1 1 表示了这四种膜分离过程去除的粒子的大小范围 图图 1 1 四种膜分离范围示意图四种膜分离范围示意图 表表 1 2 各种膜处理技术比较各种膜处理技术比较 项目微滤 MF 超滤 UF 纳滤 NF 反渗透 R0 膜结构 微孔膜 对称 结构和不对称 结构 微孔膜 多层不 对称结构 溶解一扩散膜 多层 不对称结构或复合膜 致密型溶解一扩 散膜 多层不对 称结构或复合膜 膜材料 聚丙烯 PP 和 聚四氟乙烯 PTEE 等 PS 和 PE 聚偏氟 乙烯 PVDF 有机 膜 氧化锆和氧 化铝 无机膜 等 芳香聚酰胺 PA 和醋 酸纤维素 CA 等 醋酸纤维素 CA 和芳香聚酰胺 PA 等 微孔膜直径 m O 08 100 008 0 2 0 0008 0 009 1nm 范围 0 0001 0 004 渗透传递机 理 颗粒大小 形 状 主要发生 对流的传质 分子特性 大小 形状 主要发生 对流的传质 根据溶解度及扩散系 数之差进行分离 低 压反渗透 根据溶解度及扩 散系数之差进行 分离 只允许转 相组分进行扩散 的传递 截留物质直 径 m 0 08 l00 008 0 2 0 0008 0 009 1nm 范围 0 0001 0 004 截留物质近 似分子量 g mol 1500 800 200 30 适用膜组件管式膜组件 碟管式膜组件 管式膜组件 毛 细管膜组件 平 板式膜组件 碟管式膜组件 卷式 膜组件 碟管式膜组件 中空纤维膜组件 卷式膜组件 板 框式膜组件 操作时跨膜 压差 Mpa 0 1 0 3O 3 1 00 8 3 03 0 20 0 有效截留物 质 粒子 微生物 细菌 酵母 血球等 悬 浮物颗粒 纤 维等 大分子物质 微生 物 细菌 酵母 血球等 胶体 不 同分子量 低分子量溶质 具有 离子选择性 截留高价 阴离子和阳离子 及 盐 葡萄糖 乳糖和 微污染物 几乎所有的阴离 子和阳离子 无 机盐 有机物 重金属和细菌 病毒 无法截留物 质 水 溶剂中溶 解物 水 溶剂 水分子和部分氨氮分 子 一价阴离子和阳 离子 水分子和很少部 分氨分子 广泛应用领 域 悬浮液的提浓 半导体及电子 工业超纯水的 终端处理 低分子溶解物与 大分子的分馏 果汁的浓缩 抗 生素的提纯 反 渗透系统前的初 步净化 一价离子和多价离子 的分离 给水工程 生产用水的软化 纺 织和造纸工业废水的 脱色 葡萄酒脱醇等 给水工程 海水 淡化 垃圾填埋 场渗滤液及其它 成分复杂废水的 净化处理等各种 领域 渗滤液中有 害物质截留 悬浮物 SS 部分有机物 悬浮物 SS 部分 有机物 重金属 除水分子和部分氮氮 分子 一价阴离子和 阳离子外 几乎所有 除水分子和很少 部分氨氮分子外 几乎所有物质 物质 从上图表可以看出 各种膜分离技术各有其优势和应用范围 目前反渗透技术在垃圾渗滤液处理上应用较多 反渗透技术是 以压力为驱动力的膜分离技术 其基本原理是利用半透膜将浓 稀 溶液隔开 以压力差为推动力 施加以超过溶液渗透压的压力 使 其改变自然的渗透方向 将浓溶液中的水压渗到稀溶液一侧 反渗 透不对称膜中起分离作用的主要是高分子紧密排列的表面致密层 它通过物理的筛分作用和溶质一溶剂一膜面聚合物的相互作用 它 几乎能去除水中所有杂质 各种无机盐 子 分子 有机胶体 细 菌 病毒 热源等 在浓缩液侧所施加的压力与溶液的渗透压有关 理论上 只要 反渗透膜两侧所施加的压力超过渗透压 便可有反渗透现象发生 但在装置运行的实际过程中 由于浓差极化等因素的影响 所施加 压力常为渗透压的几倍 1 7 2 国内外垃圾渗滤液处理实例 主体处理工艺通常以厌氧 好氧组合工艺为主 经过几十年的研 究探索 垃圾渗滤液处理工艺已经有了很大进展 表 1 3 是国内外 一些工程实例 表表 1 3 国内外渗滤液处理工程实例国内外渗滤液处理工程实例 工 艺应用单位处理效果特 点缺 点 普通活性污泥法 两级生化处理 杭州天子岭填埋 场 日处理渗滤液 300t 出水达到 GB7978 88 三级 排放标准 采用两段式活性 污泥法 一段利用 细菌和低级霉菌 的混合种群 二段 培养原生动物占 优势 抗冲击负荷较差 受温度 降雨等季 节性因素影响较 大 产泥量大 处 理费用高 氨吹脱 厌氧 好 氧 深圳下坪渗滤液 处理厂 渗滤液设计处理 量 800m3 d 1 出 水达到 GB7978 88 三级排放标准 化工规整填料塔 脱氮 氨氮出水 10mg L 左右 UASBF SBR鞍山市垃圾填埋 场 渗滤液处理量 300m3 d 出水达 到国家排放二级 标准 多元组合工艺对 渗滤液实现分级 分步处理 系统 运行稳定性高 可回收能源 脱 氮效果好 稳定塘 芦苇湿地 化学氧化 上海市老港填埋 场 COD 去除率 97 BOD5去除 率 94 氨氮去 除率 80 以上 产泥量少 运行 管理和维护方便 能耗低 污水停留时间长 占地面积大 微氧曝气池 接触 氧化池 中山市老虎坑垃 圾填埋场 出水达到国家排 放二级标准 采用曝气吹脱和 微氧曝气预处理 减轻氨氮对后续 生物处理抑制作 用 工艺针对性 强 处理效果好 1 7 3 渗滤液处理工艺方案选择 1 7 3 1 渗滤液处理总体方案比较 渗沥液处理工艺 应根据进水水质特点 排放标准要求 污水 处理的规模 结合当地自然和社会经济等条件综合分析确定 并应 具备以下两个重要特点 高负荷污水处理能力 能够适应不同季节 不同年份渗沥液水质 水量的波动 工 艺能保证出水的稳定性 本项目要求排放标准为 污水综合排放标准 GB8978 1996 中的一级排放标准 从目前的技术水平来看 能够胜任此要求只有 应用膜技术 膜技术的应用目前比较成熟的有两大类 一是采用生 化技术与膜技术相结合的工艺 二是直接应用特殊形式的膜工艺 这里拟对这两大类的代表工艺 厌氧 A O 膜生物反应器 纳滤 和 DTRO 工艺 进行比较分析 从中选出适宜的工艺方案 1 7 3 21 7 3 2 方案一 厌氧 方案一 厌氧 UASBUASB A O A O 膜生物反应器膜生物反应器 纳滤纳滤 本方案中渗沥液处理系统由五部分组成 包括 1 UASB 反应 器 2 A O 膜生物反应器 MBR 系统 3 纳滤 NF 1 UASB 反应器 本方案厌氧工艺段选用 UASB 反应器 升流式厌氧污泥反应器 UASB 是一种技术先进 成熟的高 效厌氧反应器 反应器主要有三个部分组成 进水分配系统 配水系统位于 UASB 反应器底部 其功能是把废水均匀地分配 到整个 UASB 反应器 使废水中的有机物均匀分布 有利于废水与 微生物充分接触反应 是提高反应器容积利用率的关键 同时还具 有搅拌混合的作用 反应区 反应区包括污泥床和污泥悬浮层区 是 UASB 反应器的核心 是培养和富集厌氧微生物的区域 废水与微生物在这里产生生化反 应 有机物主要在这里被厌氧菌分解 气 固 液分离器 简称三相分离器 由沉淀区 集气室和气封组成 其功能是把 混合液中的气体 沼气 固体 厌氧污泥 和液体分离 首先气体被分 离后进入集气室 然后固液混合液在沉淀区分离 固体靠重力返回 反应区 三相分离器的效果直接影响 UASB 反应器的处理效果 出水系统 出水系统主要是把沉淀区液面的澄清水均匀地收集起来 排出 反应器外 排泥系统 排泥系统定期将反应器内的剩余污泥排出反应器外 UASB 在处理高浓度有机废水方面应用最为广泛 在国内外有 大量的工程实例 与另外几种厌氧工艺如 厌氧接触法 厌氧流化 床 厌氧复合床反应器相比 其突出优点是处理效率高 操作管理 简便 厌氧颗粒污泥是高效厌氧反应器的重要特征之一 因为污泥的 颗粒化使其不易被出水携带流出 而是保留在反应器内 保持反应 器内较高的生物量 提高处理效率和抗冲击负荷能力 较高的上升 流速有助于污泥的颗粒化 但在工程应用中 为了保证有机负荷的 要求 UASB 的水力负荷往往不高 在反应器设计中 可增加了出 水循环回流系统 提高上升流速 促进污泥的颗粒化 由于渗滤液 浓度存在较大的波动 在雨季浓度较低或在启动调试初期需要培养 颗粒污泥时 产沼气量较小 内循环难以维持 而出水循环则是完 全可控的 根据进水浓度 沼气产量 反应器内混合情况灵活调整 使之适应工艺的要求 2 A O 膜生物反应器 MBR A O 膜生物反应器 MBR 膜生物反应器主要由膜组件和生物 反应器两部分构成 大量的微生物 活性污泥 在生物反应器内与基 质 废水中的可降解有机物等 充分接触 通过氧化分解作用进行新 陈代谢以维持自身生长 繁殖 同时使有机污染物降解 膜组件对 废水和污泥混合液进行固液分离 污泥被浓缩后返回生物反应器 从而避免了微生物的流失 膜组件相当于传统工艺的二沉池 但是 克服了传统二沉池的很多缺点 膜生物反应器的主要特点详见下述 膜生物反应器的主要特点 污染物去除效率高 出水水质好 适应性强 耐冲击负荷 工艺流程短 系统设备简单紧凑 占地面积小 易实现自动化控制 维护简单 节省人力 系统启动速度快 水质可以很快达到要求 A O 工艺 在反硝化菌的作用下 硝酸盐 NO3 经 NO2 NO N2O 还原为 N2的过程称为反硝化作用 反硝化菌分布在众多细菌属中 主要为 异养菌 也有一部分是自养菌 反硝化过程中所利用的电子供体可 以是有机物或还原性无机物质 如 硫化物和氢 以有机物为电子 供体的反硝化作用可表示为 公式 1 1 OHOHNHNO 223 25 0 5 公式 1 2 OHOHNHNO 222 5 0 3 反硝化过程由四种不同的酶催化完成 各种酶的协同作用是确 保反硝化过程顺利进行的重要条件 2 4 2 32 2 1 3 NONNONONO 1 硝酸盐还原酶 2 亚硝酸盐还原酶 3 一氧化氮还原酶 4 一氧化二氮还原酶 图图 1 2 反硝化过程途径反硝化过程途径 工程中的反硝化菌群绝大多数为异养型兼性厌氧菌 为了保证 反硝化效率 反应器内的溶解氧 DO 应控制在 O 5mg L 以下 经过碳氧化反应器处理之后 有机物已大部分被去除 硝化阶 段是生物脱氮的第一阶段 在好氧条件下微生物将氨转化为硝酸盐 NH4 被氧化成 NO2 再氧化成 NO3 的生物过程 称为硝化作用 通常由自养菌或异养菌完成 其中 由自养菌引发的硝化作用 称 为自养型硝化作用 由异养菌引发的硝化作用 称为异养型硝化作 用 与自养型硝化作用相比较 异养型硝化作用较弱 在废 污 水 生物处理中作用不大 可以略去不计 自养型硝化作用可分为两个阶段 首先在好氧氨氧化菌的作用 下 使氨氮转化为亚硝酸盐氮 式 3 3 继之 亚硝酸盐氮在亚硝 酸盐氧化菌的作用下 进一步氧化为硝酸盐氮 式 3 4 自养型硝 化作用的总反应表示为式 3 5 公式 1 3 HOHNOONH25 1 2224 公式 1 4 322 5 0NOONO 公式 1 5 HOHNOONH22 2324 从生物化学的角度看 硝化过程由多种酶参与完成 并产生多 种中间产物 可表示为 3 223 NONOOHNH 亚硝酸氧还酶羟氨氧还酶氨单加氧酶 NH 图图 1 3 硝化过程途径硝化过程途径 NH3是好氧氨氧化菌的真正基质 NH3首先在氨单加氧酶 AMO 的 作用下 利用氧气将 NH3氧化成羟氨 NH2OH 这一步是好氧氨氧 化的限速步骤 随后在羟氨氧化还原酶 HAO 的作用下 利用水中 提供的氧将 NH20H 进一步氧化成 NO2 催化 NH3转化为 NH2OH 的 AMO 为膜内酶 即镶嵌于细胞膜内的酶 而 HAO 则位于细胞膜 外周质中 除了催化 NH2OH 氧化为 NO2 以外 还能催化联氨 N2H4 氧化 催化亚硝酸盐转化为硝酸盐的酶称为亚硝酸氧化还原 酶 NOR NOR 既可催化亚硝酸盐氧化成硝酸盐 也可催化硝酸盐 还原成亚硝酸盐 并由此得名 在 NOR 的作用下 NO2 结合来自 水中的氧形成 NO3 本工艺中将传统的水处理工艺 A O 工艺与膜技术相结合 在提 高废水 BOD 去除效率的同时 强化了脱氮效果 因为膜分离技术的 使用 使得处理系统中具有较高的生物固体浓度 能够更有效的去 除水中的有机物 同时由于硝化菌 亚硝化菌是自养菌 世代期较 长 生长繁殖较慢 在与异养微生物的竞争中不易占优势 而 MBR 系统的泥龄可根据需要任意控制 污泥停留时间的延长 有利于在 反应器内积累起大量的硝化菌和反硝化菌 使氨氮达到较彻底的去 除 垃圾渗滤液的碳氮比较低 使得废水在好氧处理过程中极易发 生污泥膨胀 在运行正常的渗沥液曝气池中经常观察到 当静止沉降时 池 内的污泥可分为三层 上层是丝状菌在水面形成的浮渣层 下层沉 降较好的是絮凝性活性污泥层 占大多数 还有相当一部分由于比 重与水接近 在水中既不下沉也不上浮 采用常规的活性污泥法和 二沉池 出水 SS 相当高 即使是 SBR 的静止沉降过程 也很难将 中间呈悬浮状态的微生物完全去除 而 MBR 采用膜过滤出水 可 将全部菌体分离 不必担心污泥膨胀给正常的运行带来影响 固液分离膜组件 采用膜组件实现生物反应器的分离是废水处理的新工艺 膜组 件取代传统工艺中的沉淀池 分离活性污泥混合液中的固体微生物 和大分子溶解性物质 根据膜组件的设置位置 固液分离膜生物反 应器可分为分置式膜生物反应器和一体式膜生物反应器两大类 分置式膜生物反应器是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流入膜组件的过滤端 在压力作 用下混合液中的液体透过膜层 成为系统处理出水 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 分置式膜生 物反应器的特点是 运行稳定可靠 膜易于清洗 更换及增设 膜 通量较大 在一体式膜生物反应器中 膜组件置于生物反应器内部 原水进入膜 生物反应器后 大部分污染物被混合液中的活性污泥分 解 再在抽吸泵或水头差 提供很小的压差 作用下由膜过滤出水 膜组件下设置的曝气系统不仅给微生物分解有机物提供了所必需的 氧气 而且气泡的冲刷和在膜表面形成的循环流速对污染物在膜表 面的沉积起到了积极的阻碍作用 本工艺中采用的是外置式 A O 膜生物反应器 系统由生化和膜 分离两部分组成 为实现脱氮 生化部分通常分为硝化 反硝化两 段 通过控制溶解氧 碱度 污泥龄等条件实现除碳 硝化及反硝 化作用 对水中的有机污染物 氨氮等进行分解利用 3 纳滤 NF 系统 国内外纳滤技术的发展概况 a 国外纳滤技术的发展概况 纳滤 NF 膜的研究始于二十世纪 70 年代 美国 Filmtec 公司在 二十世纪 80 年代中期相继开发出 NF 40 NF 50 NF 70 等型号的 纳滤膜 由于市场前景看好 世界各国纷纷加入研究队伍 许多公 司如美国的 Osmonics 公司 美国 GE Fluid systems 公司 日本电 工 东丽公司等组织力量投入到开发纳滤技术的领域中 纳滤膜材 料有醋酸纤维素 芳香聚酰胺 磺化聚醚砜等 纳滤膜品种不断增 加 并且已经系列化 纳滤膜的分离性能也不断提高 对 NaCl 的脱 除率可从 5 逐步提高到 85 b 我国纳滤技术的发展 我国从二十世纪 90 年代初期开始了纳滤膜的研究 近十几年来 我国在纳滤膜的研制 纳滤膜分离特性和纳滤膜技术的应用研究等 方面做了大量的工作 取得了较显著的进展 并在海岛高硬度苦咸 水淡化和制药工业等领域已买际应用 为促进国民经济发展作出了 很大贡献 与国外纳滤膜技术相比 我国纳滤膜技术尚有较大的差距 首 先还不能研制出高性能商品化纳滤膜和高性能大型 如 8 英寸 纳滤 膜组器 其次纳滤膜技术应用还停留在小型试验和工业性试验阶段 纳滤膜简介 a 纳滤膜的定义 特点 纳滤膜又叫超低压反渗透膜 通常 纳滤膜的定义包括 6 个方 面 介于反渗滤和超滤之间 孔径在 l nm 以上 一般为 1 2nm 适宜通过分子量为 200 1000Dalton 膜表面一般带负 电荷 对单价离子的截留率小于 90 对二价及多价离子有较高 的去除率 达 90 以上 纳滤膜一个很大的特征是其电荷效应 Donnan 效应 是指大多 数膜表面穿在带电基团 而且一般是负电荷 通过带电基团静电相 互作用 纳滤膜可以阻碍多价离子的渗透 这就是纳滤膜在很低压 力下仍具有较高脱盐性能的重要原因 纳滤膜的特点主要体现在以下几个方面 一 对不同价态离子截留效果不同 对单价离子的截留率低 对二价和多价离等的截留率明显高于单价离子 对阴离子的截留率按下列顺序递增 NO3 Cl OH CO32 SO42 对阳离子的截留率按下列顺序递增 H Na K Ca2 Mg2 Cu2 二 对离子的截留率受离子半径影响 在分离同种离子时 离子价数相等 粒子半径越小 膜对该离子的截留率越低 离子价 数越大 膜对该离子的截留率越高 三 相比于反渗透膜分离技术 纳滤膜技术具有操作压力低 水通量大的特点 相比于微滤 纳滤具有截留分子量低 对许多中 等分子量的溶质 如消毒副产品的前驱物 农药等微量有机物 致 突变物等杂质能有效去除 对疏水型胶体 油 蛋白质和其他有机 物有较强的抗污染性 b 纳滤膜的材料及其组件 纳滤膜的材料基本上和反渗透膜材料相同 主要有 CA 醋酸纤 维素 CA CTA 醋酸纤维素一三醋酸纤维素 磺化聚醚飒材料和 芳香族聚酞胺材料以及无机材料等 目前 最广泛应用的是芳香族 聚酞胺复合膜 纳滤膜的制备工艺也和反渗透膜大致相同 有相转 化法 稀溶液涂层法 界面聚合法 热诱导相转化法 化学改性法 等离子聚合法和无机膜用的溶液一凝胶法等 其中 目前应用的大 多数纳滤膜是以界面聚合法制备的 纳滤组件是将纳滤膜组装成能付诸实际应用的最小基本单元 纳滤组件与一般的膜组件形式基本相同 商品化的组件基本形式有 板式 管式 卷式和中空纤维式 组件的尺寸可大可小 以适应不 同规模的装置要求 纳滤膜的应用 NF 膜的独特性能决定了其广范的应用范围 NF 的应用归纳为 以下几个方面 a 对单价盐并不要求有很高的截留率 b 欲实现不同价态的离子分离 c 实现高相对分子质量与低相对分子质量的分离 纳滤系统相比超滤系统具有较好的过滤分离效果 能够分离大 分子的有机物和悬浮固体 对盐类和氨氮也有较好的去除 与反渗 透相比 纳滤的特点是操作压力小 能使小分子盐随出水排出 避 免盐富集带来的不利影响 更因所需操作压力相对较小 运行费用 较低 站内污水经过 MBR 预处理后的出水已经具有较好的水质 但 是部分难降解有机物尚不能去除 氨氮含量也略高于排放要求 所 以采用纳滤进一步分离难降解较大分子有机物 确保出水 COD 和氨 氮都达到排放要求 纳滤净化水回收率 85 COD 重金属离子及 多价非金属离子 如磷等 达到出水要求 NF 操作压力为 5 20 bar 1 7 3 31 7 3 3 方案二 两级方案二 两级 DTRODTRO 系统系统 方案二中渗沥液处理系统由四部分组成 包括 1 调节池 2 预处理系统 3 一级 DTRO 系统 4 二级 DTRO 系统 5 污泥处理系统 6 浓缩液处理系统 由于从以往的监测数据中得知 渗滤液中含有高浓度的 SS 这 是其他污水中不多见的 为了防止 DTRO 系统的砂滤器过频繁的清 洗 这里引入了预处理 本方案采用的是沉淀作为 DTRO 的预处理 去除部分 SS 经过调节池调节均化的渗滤液首先进入沉淀池 上清 液流入集水井 用泵提升至 DTRO 系统 经过调 pH 值 砂滤 精 滤进入膜系统 通过加压克服渗透压 排出清水 浓缩液则排入浓 缩液储池等待回灌处理 DTRO 膜系统作为一种膜分离工艺相对传统的生化工艺具有如 下优势 反渗透膜对各项污染物都具有极高的去除率 出水水质好 出水稳定 受外界因素影响小 由于影响膜系统截留率的因 素较少 所以系统出水水质很稳定 不受可生化性 炭氮比等因素 的影 向 对于处理不宜采用生化处理的老垃圾场渗滤液有着很大 的优势 运行灵活 DTRO 系统作为一套物理分离设备 操作十分灵 活 可以连续运行 也可间歇运行 还可以调整系统的串并联方式 来适应水质水量的要求 建设周期短 调试 启动迅速 DTRO 系统的建设主要为机 械加工 附以配套的厂房 水池建设 规模很小 建设速度快 设 备运抵现场后只需两周左右的时间安装调试工作就可完成 自动化程度高 操作运行简便 DT 膜系统为全自动式 整 个系统设有完善的检测 控制系统 PLC 可以传感器参数自动调节 适时发出报警信号 对系统形成保护 操作人员只需根据操作手册 查找错误代码排除故障 对操作人员的经验没有过高的要求 占地面积小 DTRO 系统为集成式安装 附属构筑物及设施 也是一些小型构筑物 占地面积很小 可移动性能强 可以安装在集装箱内 也可以安装在厂房里 一个项目结束后可以移至其它项目继续使用 在达到高水平的排放标准的前提下 相对其它工艺 投资省 运行费用低 作为物理式的分离方式也存在着如下缺点 膜分离方式只是物理分离 污染物并没有消除 系统产生的浓 缩液还需进一步处置 1 7 3 41 7 3 4 处理工艺比较处理工艺比较 为了便于两个方案的比较 我们分别从技术经济两方面进行比 较 方案综合技术比较见表 1 5 表表 1 5 主要设备比较主要设备比较 序号项目UASB MBR NF 工艺两级 DTRO 工艺 1流程工艺流程较多 相对复杂 生化过 程结合物理过程 流程较为简单 主要为物理过 程 2药剂所用药剂相对较多所用药剂相对较少 但在反渗 透膜清洗上需要耗费大量药剂 3土建土建相对较大工艺简单 土建较少 4设备设备相对便宜 膜磨损较小膜损耗大 设备使用成本较高 5动力动力较小能耗高 6操作操作较为复杂操作简单 7出水水质水质在任何情况下都能稳定达标氨氮容易超标 尤其在进水负 荷较高时 8污泥处置污泥处置安全可靠污泥处置较少 9浓缩液处置浓缩液处置小 可靠浓缩液处理困难 10适用范围适用各种场合不适用于氨氮浓度较高的废水 为了保护流域水质 需要严格出水水质 考虑到垃圾渗滤液水 质较为复杂 为了运行运行稳定 采用 UASB MBR NF 工艺 对 进水要求低 出水水质稳定 1 81 8 污泥 浓缩液控制与处置污泥 浓缩液控制与处置 1 8 1 污泥量的控制与处置 本方案在选用工艺时 充分考虑了对剩余污泥量的控制 并采 取了以下措施减少污泥量 1 采用厌氧工艺去除大部分的有机污染物 因为厌氧处理的 剩余污泥量比单纯好氧低的多 采用厌氧工艺减少的污泥量是可观 的 2 由于膜的截流作用 使得 MBR 工艺污泥浓度很高 系统 在高容积负荷 低污泥负荷的条件下运行 微生物处于内源呼吸 底物基本上用于维持微生物的新陈代谢 而很少用于合成新的细胞 物质 MBR 与传统好氧工艺相比 产泥量 40 左右 3 通过污泥浓缩池对污泥浓缩 采用 污泥浓缩 污泥脱水 炉内焚烧 工艺进行污泥处理与处置 1 8 2 浓缩液的控制与最终处理 纳滤系统处理废水过程中都会产生一定量的浓缩液 浓缩液回 喷至垃圾库中通过垃圾过滤吸附然后再渗漏回到调节池中 1 9 工艺流程设计工艺流程设计 1 9 1渗滤液工艺流程说明 1 垃圾渗沥液经储坑收集后 首先用泵提升至格栅井 除去 渗沥液中的大颗粒悬浮物及漂浮物 随后进入初沉池 去除污水中 夹带的砂粒及部分无机物等 减少砂粒对机械设备造成过量磨损 2 沉砂池出水自流进入调节池 调节池功能分为二部分 调节水量和均匀水质 减少对处理系统的冲击负荷 具有 一定的水解酸化作用 调节池内设水流