純水設備分析以MBR為核心的垃圾滲濾液處理工藝
【純水設備http://www.paint2yo.cn】據(jù)國家統(tǒng)計，我國生活垃圾無害化處理率逐年上升。無論是近期的垃圾填埋處理，還是未來的焚燒處理，純水設備最終都需要進行垃圾填埋處理。
對于垃圾填埋場來說，主要的問題是滲濾液的處理。膜生物反應器(MBR)工藝是目前常用的滲濾液處理組合工藝之一，有必要研究以MBR為核心工藝和其他工藝的各種組合形式。本文總結(jié)了各種各樣的垃圾滲濾液的處理相結(jié)合治療MBR為核心,總結(jié)了研究和工程應用現(xiàn)狀,分析了存在的問題,提出了適用范圍,并提出了一些建議在MBR技術(shù)的相關(guān)研究,以便為未來的垃圾填埋場滲濾液處理提供參考。
1. 滲濾液水質(zhì)特征及處理工藝
堆放和填埋滲濾液對垃圾由于壓實,發(fā)酵,如物理學、生物學、化學、同時降雨和其他外部水滲流作用下含有有機或無機成分的液體[1],一般垃圾滲濾液污染物含量高、氨氮含量、色度高、毒性,高污染的時間很長,等, 純水設備是一種成分復雜的高濃度有機廢水。
作為垃圾填埋年齡、微生物對有機物的降解率浪費,浪費儲水和水滲透率的變化,垃圾滲濾液的衰老在最困難可降解有機物的長鏈碳水化合物或腐殖質(zhì),而且通常是生化降解物質(zhì)含量較低,高氨氮濃度的特點[2]。目前國內(nèi)滲濾液常用的處理方法是以MBR為核心的聯(lián)合處理工藝，通常主要處理工藝如下:
(1)預處理。包括格柵、調(diào)節(jié)池等裝置。處理后的滲濾液經(jīng)預處理后可截留粗懸浮物，使水質(zhì)和水量均勻。
(2)預處理。包括氨汽提、添加吸附劑、混凝沉淀等物理化學處理。在此處理階段，應根據(jù)滲濾液的水質(zhì)選擇具體的處理工藝。如果水中氨氮濃度較高，應考慮氨汽提預處理。如果水體中存在一定的色度、難降解有機物和重金屬離子，可以考慮活性炭吸附等方法進行預處理，以減輕后續(xù)處理設施的負荷。
(3)主要處理。是MBR復合加工技術(shù)。通過工藝組合，可以獲得較好的氨氮和有機質(zhì)處理效果。
(4)后處理。深層處理采用膜處理或物理化學處理。膜處理工藝可進一步處理重金屬離子和非生化有機化合物，提高出水水質(zhì)。后處理工藝的選擇應與項目成本和要達到的水質(zhì)標準相結(jié)合。
2、以MBR為核心的滲濾液組合處理工藝
2.1 生化處理+MBR+膜處理
絕大部分垃圾滲濾液需通過組合工藝處理才能達到GB16889—2008《生活垃圾填埋場污染控制標準》中要求的污染物排放濃度限值。在滲濾液處理中常用的工藝組合方式是采用生化處理+MBR+膜處理組合工藝，上（Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket）流式厭氧污泥床反應器(UASB)由于負荷能力很大，適用于高濃度有機廢水的處理，因此許多學者將該工藝與MBR進行組合，通過試驗或者工程應用研究探討該組合工藝對滲濾液的處理效果，研究結(jié)果均表明UASB+MBR組合工藝能夠充分發(fā)揮厭氧、好氧生化處理與膜處理相結(jié)合的技術(shù)優(yōu)勢，利用該工藝處理的滲濾液出水水質(zhì)穩(wěn)定且主要技術(shù)指標CODCr和氨氮均可達到排放要求。
通過UASB厭氧處理工藝可在一定程度上降低運行費用，但是容易造成后續(xù)A/O生化池中的碳氮比失衡，因此，應注意控制運行過程，減輕出水中的碳氮比失衡。
由于UASB工藝在寒冷地區(qū)的運行負荷極低，純水設備應考慮到該工藝不適用于東北等地區(qū)。后來隨著技術(shù)成熟出現(xiàn)了第三代厭氧反應器UBF，UBF綜合了UASB和AF的優(yōu)點，集顆粒污泥與生物膜于一體，在處理水質(zhì)變化大、污染物濃度高的垃圾滲濾液時具有優(yōu)勢，常被用于與MBR工藝相結(jié)合處理焚燒廠滲濾液。采用UBF+MBR組合工藝處理焚燒電廠滲濾液，工程運行結(jié)果表明綜合效益較好，但滲濾液中含氮化合物較高。采用兩級UBF+MBR+NF組合工藝處理垃圾焚燒廠滲濾液，運行結(jié)果表明，CODCr、BOD5、SS、氨氮的去除率都大于99.8%，技術(shù)可行且經(jīng)濟合理。
填埋齡在10a以上的老齡化垃圾填埋場的滲濾液中氨氮的質(zhì)量濃度通常高達3000～4000mg/L，因此，在工程中老齡化的滲濾液處理中常采用厭氧處理技術(shù)作為前處理工藝。
采用厭氧好氧膜生物反應器和厭氧+GAC膜生物反應器對臺州某垃圾填埋場的老齡化垃圾滲濾液進行了處理，并結(jié)合NF/RO工藝對MBR出水進一步深度處理，結(jié)果表明出水基本 滿足工業(yè)回用水的指標要求。
取北京市阿蘇衛(wèi)垃圾填埋場的晚期垃圾滲濾液作為處理對象，驗證了水解酸化+缺氧+MBR組合工藝處理的出水具有水質(zhì)穩(wěn)定高效的效果。雖然硝化反硝化生物脫氮可以達到良好的脫氮效果，且運行穩(wěn)定，但是往往需要投加大量碳源，在經(jīng)濟效益上不夠具有優(yōu)勢。然而，厭氧氨氧化具有良好的脫氮效果，相比傳統(tǒng)脫氮方式更能有效降低能耗而且不需要外加碳源，CODCr濃度也較低，因此，南通純水設備也有學者將其與MBR組合探討處理滲濾液的效果。
通過研究表明，二級厭氧+厭氧氨氧化+MBR組合工藝處理焚燒廠滲濾液這類高濃度有機廢水能夠更充分發(fā)揮厭氧處理的優(yōu)勢，去除有機物和氨氮，降低后續(xù)MBR系統(tǒng)的污染物負荷。該工藝可大幅去除氨氮，只需設計一級硝化反硝化即可，不用額外碳源，是一種穩(wěn)定可持續(xù)的生物處理技術(shù)。
2.2 MBR+膜處理/物化處理
2.2.1 MBR+膜處理
膜處理技術(shù)主要是利用隔膜使溶劑同溶質(zhì)和微粒分離，其中微濾(MF)膜和超濾(UF)膜孔徑較大，對污染物去除率較低，一般作為滲濾液的預處理技術(shù);納濾(NF)膜和反滲透(RO)膜對滲濾液中污染物去除率較高，一般作為垃圾滲濾液的深度處理技術(shù)[14]。采用膜處理技術(shù)進行滲濾液的最終處理，對其效果許多學者進行了深入研究探討。
采用外置式MBR+NF工藝組合對進水CODCr、BOD5、氨氮、SS的質(zhì)量濃度分別為4760、1840、835、690mg/L的垃圾滲濾液進行處理，工程運行結(jié)果表明上述各指標均可達到排放標準，去除率均可達到96%以上。采用MBR+RO組合工藝處理成都長安垃圾填埋場的滲濾液，工程運行結(jié)果表明該工藝能有效去除絕大部分有機物、氨氮和SS。
采用MBR+NF+RO聯(lián)合工藝進行生產(chǎn)性試驗，結(jié)果表明，該工藝流程簡單，抗沖擊負荷能力強，污染物去除率高。深度處理通過膜處理技術(shù)可以進一步截留氨氮，但是會產(chǎn)生含有高濃度的鹽、有機污染物和重金屬離子等的濃縮液，因此，選用膜處理工藝時應考慮后續(xù)對濃縮液的處理問題，而不僅僅是稀釋排放。純水設備在膜處理工藝中由于膜易受污染、堵塞，壽命較短是該工藝最大的缺點，因此具有抗污染能力強、操作壓力高、污染物截留能力強的碟管式反滲透膜(DTRO)也引起了學者的關(guān)注。
在滲濾液設計水量為900m3/d，進水總氮質(zhì)量濃度高達2400mg/L的工程項目中采用MBR+DTRO+曝氣沸石生物濾池工藝去探討其處理垃圾滲濾液的效果，工程運行結(jié)果表明，出水水質(zhì)能夠達到一級A排放標準。雖然DTRO相對于其他膜而言具有膜片壽命較長的優(yōu)點，在滲濾液處理中也被廣泛應用，但是也存在能耗浪費的現(xiàn)象，因此，有必要探討相關(guān)的改造方案以節(jié)約成本。
2.2.2 MBR+物理處理
與MBR組合的物化處理法中常用的是吸附法，活性炭由于在去除水中難降解的有機物、重金屬離子和色度等方面具有較好的效果[20]，因此常被用于吸附處理工藝中。采用組合的膜-生物活性炭工藝來處理垃圾滲濾液，結(jié)果發(fā)現(xiàn)污染物在活性炭吸附+微生物降解+膜過濾的工藝處理過程中去除效果明顯，TOC的去除率高達95%以上。由于在采用膜處理法時最關(guān)注的是膜污染問題，因此，針對投加活性炭是否會引起膜污染，許多學者也進行了深入的試驗研究。
通過研究表明，粉末活性炭會與活性污泥在膜表面共同形成一層具有吸附功能的多孔狀膜，提高系統(tǒng)有機物的去除率。另外，這層PAC膜可在反沖洗時去除，因此，還可降低膜孔堵塞率，減緩膜污染。研究人員通過對PAC+MBR組合工藝進行研究，發(fā)現(xiàn)投加PAC之后膜通量的恢復率更高，能夠有效減緩膜污染，并且出水水質(zhì)得到提升[23-24]。在物化處理方式中除了可以采用活性炭外也可以采用其他方式，如加入混凝劑降低廢水濁度和色度，去除多種高分子物質(zhì)、有機物、某些金屬離子以及氮、磷等可溶性無機物，或者形成難溶鹽沉淀去除滲出水中氨氮和重金屬離子。
然而，此類處理方法中混凝劑的選取以及投加量的大小對處理效果和處理成本具有很大的影響，因此，對于混凝劑的種類與投加量也應引起關(guān)注。氨氮含量較高的滲濾液中通常會采用氨吹脫進行前處理，南通純水設備以減輕后續(xù)生物脫氮的負荷，確保滲濾液處理達標排放。氨吹脫處理過程中需投加大量的石灰，石灰的運輸、儲存和使用會對周圍的環(huán)境產(chǎn)生污染，而且吹脫出的氨需進行回收，回收的硫酸銨處置問題也是一個難點。因此對于氨吹脫處理帶來的環(huán)境影響、處理成本等應考慮如何有效平衡。
2.3 高級氧化法+MBR+深度處理
高級氧化法一般作為垃圾滲濾液的預處理，主要目的是提高廢水的可生化性或是直接去除滲出水中難降解的有機物成分，利用UV/H2O2+MBR組合工藝處理CODCr的質(zhì)量濃度為850～950mg/L、氨氮的質(zhì)量濃度為450～550mg/L的垃圾滲濾液，試驗結(jié)果表明，MBR對有機物的生化降解效果顯著，反應器內(nèi)硝化作用好。臭氧氧化技術(shù)是通過臭氧分解產(chǎn)生的羥基自由基將廢水中的污染物轉(zhuǎn)化成低毒的中間產(chǎn)物或者無機物，是一種綠色環(huán)保的工藝技術(shù)，在該工藝中臭氧的投加量及滲濾液原液中的水質(zhì)等因素對工藝的處理效果均會產(chǎn)生影響。
通過試驗分析了各影響因素，并通過試驗表明臭氧化法和催化臭氧化法對垃圾滲濾液的色度和腐殖酸都有較高的去除率，并可有效提高垃圾滲濾液的可生化性。采用臭氧高級氧化技術(shù)，并結(jié)合混凝預處理及生化處理進行試驗，純水設備結(jié)果表明，對于垃圾焚燒廠MBR出水，當總AOP投加量在3.0～3.5個單位時就可達到新排放標準的要求，該工藝適用于垃圾滲濾液深度處理。
雖然臭氧技術(shù)具有無二次污染等優(yōu)點，但是臭氧的氧化性具有選擇性，因此，難徹底去除水中的CODCr和TOD，而且操作費用較高，大多數(shù)情況下需與其他工藝進行組合應用。
采用超聲波+MBR聯(lián)合處理垃圾焚燒廠滲濾液，試驗結(jié)果表明，超聲波預處理有助于提高后期MBR對CODCr和氨氮的去除效果，但是出水效果不夠理想。
高級氧化法中的Fenton氧化法也常被廣泛應用于處理滲濾液的工藝中，通過試驗研究了Fenton氧化工藝+MBR組合工藝對滲濾液的處理效果，試驗結(jié)果表明，當反應初始pH值為4，H2O2投加量為0.048mol/L，H2O2和Fe2+物質(zhì)的量比為2.5∶1時，可達到最佳的處理效果。高級氧化法雖然具有高效、徹底、適用范圍廣、無二污染等優(yōu)點，但是通常處理費用普遍偏高、氧化劑消耗大，因此不適用于低濃度、大流量的廢水。
2.4 復合膜生物反應器(HMBR)
HMBR是將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)的廢水生物反應器有機組合形成的一種新型高效的污水處理系統(tǒng)。
HMBR集合了活性污泥法中的生物降解和膜的高效截留作用的共同優(yōu)勢，可使系統(tǒng)出水得到大幅度提高，另外，由于膜組件分離區(qū)污泥濃度較低，能夠有效延緩膜污染，提升膜的使用效率。
利用HMBR工藝研究填埋場垃圾滲濾液脫氨運行環(huán)境，運行結(jié)果表明，氨氮的去除率達95%～98%，采用HMBR處理高濃度氨氮垃圾滲濾液，不僅能夠有效降解大分子物質(zhì)，也可高效去除氨氮。中后期的垃圾滲濾液中氨氮的去除是垃圾滲濾液處理的難點。采用HMBR工藝處理老齡垃圾滲濾液，中試結(jié)果表明，HMBR內(nèi)的污泥濃度較高，對去除氨氮起到了較大的作用，但是對CODCr的去除率只有56.85%。為了探討單一工藝MBR與組合工藝A/O+MBR、A/O+HMBR對滲濾液的處理情況，崔佳[32]通過試驗研究對比了3種不同工藝處理CODCr、氨氮、總氮的效果，結(jié)果表明，A/O+HMBR工藝由于填料表面富集生物膜，不僅在宏觀上具有缺氧條件，而且在微觀上同樣具有缺氧條件，使得系統(tǒng)中的硝酸鹽進行反硝化反應更為充分，南通純水設備去除效果顯著優(yōu)于其他2種形式。
垃圾滲濾液普遍具有有機污染物含量高、氨氮含量高、色度大、毒性強等特點，且隨著填埋年齡不同水質(zhì)變化較大。目前，以MBR為核心的各類組合處理工藝主要分為以下幾種：①生化處理+MBR+膜處理;②MBR+膜處理/物化處理;③高級氧化法+MBR+深度處理;④HMBR。它們對垃圾滲濾液的處理均具有較好的效果，但同時也存在膜易受到污染、運行成本高的問題。純水設備采用以MBR為核心的各類組合工藝技術(shù)處理垃圾滲濾液，今后應重點解決和深入研究開發(fā)低能耗、低成本、高性能、抗污染的膜材料，降低投資和運行成本;合理設計組合工藝，重視預處理;選擇合適的膜清洗方式。公司可根據(jù)客戶要求制作各種流量的純水設備，超純水設備及軟水處理設備。 實驗室水處理設備，南通純水設備。
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