垃圾滲濾液處理技術(shù)之MBR+膜深度處理技術(shù)解析
【蘭州純水設(shè)備http://smarts-edu.cn】垃圾滲濾液的特點及工藝難點
生活垃圾的處理方法主要有焚燒、堆肥、機械處理和填埋。垃圾在堆放、轉(zhuǎn)運、擠壓、運輸、填埋或焚燒的過程中，會產(chǎn)生各種代謝物和水分，形成組成極其復(fù)雜的高濃度有機廢水——填埋滲濾液。未經(jīng)處理的垃圾滲濾液滲過地表或滲入地下水后，會破壞周圍土壤的生態(tài)平衡，造成土壤或水污染，對環(huán)境造成嚴重的二次污染。
垃圾滲濾液中氨氮和溶解的陽離子,重金屬、酚、可溶性脂肪酸和其他有機污染物,具有水質(zhì)復(fù)雜,水的水質(zhì)變化大,高有機物即BOD5和COD濃度、氨氮含量高、高金屬含量的顯著特征,因此在選擇垃圾滲濾液處理技術(shù)時,需要滿足以下條件:
1. 為滿足水量變化大的特點，工藝設(shè)計需要留有足夠的余量;
2. 對水質(zhì)具有較強的抗沖擊負荷能力，滲濾液水質(zhì)波動較大。因此，要求處理過程具有較強的抗沖擊載荷能力;
3.填埋場滲濾液COD濃度變化較大，最高可達80000mg/L或更高，具有較高的COD和BOD去除能力。因此，處理工藝需要具有很高的去除有機污染物的能力;
4. 氨氮處理能力高，滲濾液氨氮濃度一般在數(shù)百~數(shù)千mg/L之間，一般認為在1500 ~ 3000mg/L左右。但它可能高達4000毫克/升。對氨氮的去除率要求較高。
5. 盡量減少二次污染。
基于上述特點，僅依靠單獨的處理方法(生物法、物理法、化學(xué)法)很難滿足《生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(gb16889-2008)的排放標(biāo)準(zhǔn)。處理滲濾液必須采用物理、化學(xué)和生物相結(jié)合的方法，經(jīng)濟可行、穩(wěn)定，達到標(biāo)準(zhǔn)要求。
垃圾滲濾液處理工藝
“外膜生化反應(yīng)器(MBR) +膜深度處理”技術(shù)原理
該膜生物反應(yīng)器由前置反硝化反應(yīng)器、硝化反應(yīng)器和分體式超濾裝置組成。
硝化池中,大部分有機污染物高活動,由好氧微生物降解和氨氮和有機氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和回到反硝化池被減少成氮和放電對脫氮在缺氧的環(huán)境中。
采用射流曝氣器和高生化反應(yīng)器提高了氧的利用率。
超濾采用孔徑為0.02um的有機管狀超濾膜對純凈水和細菌進行分離。由于污泥與水完全分離，污泥回流可以使生化反應(yīng)器中的污泥濃度達到15-25g/L。超濾出水無菌、無懸浮物，符合gb16889-1997三級標(biāo)準(zhǔn)。
為滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，膜生化反應(yīng)器在排放后加入納濾(或反滲透)及相應(yīng)的濃縮物物化處理。由于膜生化反應(yīng)器流出物氨氮、總金屬離子、SS和其他指標(biāo)達到排放標(biāo)準(zhǔn),但有些難生化降解與否不會刪除生化降解的有機污染物,使用納濾(或反滲透深度處理),更大的耐火有機物分子進一步分離,確保水指標(biāo)滿足排放要求,其精礦經(jīng)物理化學(xué)處理后形成一整套，可實現(xiàn)法院處理。
2 工藝流程
垃圾填埋場滲濾液處理工藝流程
03 MBR含義及其工作原理
MBR為膜生物反應(yīng)器（Membrane Bio-Reactor）的簡稱,是一種將膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有 機結(jié)合的新型水處理技術(shù)，它利用膜分離設(shè)備將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機物截留住，省掉二沉池。膜-生物反應(yīng)器工藝通過膜的分離技術(shù)大大強化了生物反應(yīng)器的功能，使活性污泥濃度大大提高，其水力停留時間（HRT）和污泥停留時間（SRT）可以分別控制。
2 傳統(tǒng)活性污泥法流程
在傳統(tǒng)的污水生物處理技術(shù)中，泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運行狀況，改善污泥沉降性必須嚴格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在 1.5~3.5g/L 左右，從而限制了生化反應(yīng)速率。水力停留時間（ HRT ）與污泥齡（ SRT ）相互依賴，提高容積負荷與降低污泥負荷往往形成矛盾。系統(tǒng)在運行過程中還產(chǎn)生了大量的剩余污泥，其處置費用占污水處理廠運行費用的 25%～ 40%。傳統(tǒng)活性污泥處理系統(tǒng)還容易出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象，出水中含有懸浮固體，出水水質(zhì)惡化。
3 MBR法流程
MBR 工藝通過將分離工程中的膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)廢水生物處理技術(shù)有機結(jié)合，不僅省去了二沉池的建設(shè)，而且大大提高了固液分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌(特別是優(yōu)勢菌群)的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)速率。同時，通過降低 F/M 比減少剩余污泥產(chǎn)生量（甚至為零），水處理設(shè)備從而基本解決了傳統(tǒng)活性污泥法存在的許多突出問題。
4 MBR工藝分類
分置式
膜組件和生物反應(yīng)器分開設(shè)置。生物反應(yīng)器中的混合液經(jīng)循環(huán)泵增壓后打至膜組件的過濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過膜，成為系統(tǒng)處理水。
一體式
膜組件置于生物反應(yīng)器內(nèi)部，進水進入膜-生物反應(yīng)器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在負壓作用下由膜過濾出水。
復(fù)合式
形式上也屬于一體式膜-生物反應(yīng)器，所不同的是在生物反應(yīng)器內(nèi)加裝填料，從而形成復(fù)合式膜-生物反應(yīng)器，改變了反應(yīng)器的某些性狀。
5 MBR工藝優(yōu)越性
1、高效的固液分離，出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定。
2、剩余污泥產(chǎn)量少。
3、占地面積小，無需二沉池，工藝設(shè)備集中。
4、可去除氨氮及難降解有機物。
5、克服了傳統(tǒng)活性污泥法易發(fā)生污泥膨脹的弊端。
6、操作管理方便，易于實現(xiàn)自動控制。
6 MBR工藝的不足
1、投資大：膜組件的造價高，導(dǎo)致工程的投資比常規(guī)處理方法增加約30％－50％。
2、能耗高：泥水分離的膜驅(qū)動壓力;高強度曝氣；為減輕膜污染需增大流速。
3、膜污染清洗。
4、膜的壽命及更換，導(dǎo)致運行成本高。膜組件一般使用壽命在5年左右，到期需更換。
7 MBR用膜介紹
高分子有機膜材料
材質(zhì)：聚烯烴類、聚乙烯類、聚丙烯腈、聚砜類、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。
優(yōu)點：成本相對較低，造價便宜，膜的制造工藝較為成熟，膜孔徑和形式也較為多樣，應(yīng)用廣泛。
不足：運行過程易污染、強度低、使用壽命短。
無機膜
材質(zhì)：金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無機高分子材料等。
優(yōu)點（陶瓷膜為例）：耐酸、抗壓、抗溫，其通量高、能耗相對較低。
不足：造價昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工制備有一定困難。
04 MBR用膜介紹
目前MBR膜組件中使用量較大的只有聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚乙烯（PE）和聚丙?。?/span>PP）。其中聚偏二氟乙烯（PVDF）由于其優(yōu)良的物理和化學(xué)性能（強度和耐腐蝕性）在國內(nèi)和國外用量均最大。
MBR工藝中用膜一般為微濾膜（ MF ）和超濾膜（ UF ），大都采用0.1 ～0.4 μ m 膜孔徑。
微濾常用的聚合物材料有：聚碳酸酯、纖維素酯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亞胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等。
超濾常用聚合物材料有：聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚酰胺、聚丙烯腈（ PAN ）、聚偏氟乙烯、纖維素酯、聚醚醚酮、聚亞酰胺、聚醚酰胺等。
PVDF(聚偏氟乙烯)材質(zhì)中空纖維膜，PVDF是一種氟化聚合物，具有300萬～400萬的分子量，有很強的物理強度和化學(xué)穩(wěn)定性。
膜橫斷面放大照片
膜表面放大照片
陶瓷膜主要是A12O3，ZrO2，TiO2和SiO2等無機材料制備的多孔膜，其孔徑為0.1－50μm。
具有化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐酸、耐堿、耐有機溶劑、機械強度大，可反向沖洗、抗微生物能力強、耐高溫、孔徑分布窄、分離效率高等特點。
陶瓷膜與同類的有機高分子膜相比具有許多優(yōu)點：它堅硬、承受力強、耐用、不易阻寨，對具有化學(xué)侵害性液體和高溫清潔液有更強的抵抗能力，水處理設(shè)備其主要缺點就是價格昂貴目，制造過程復(fù)雜。
05 MBR膜組件
中空纖維
中空纖維具有高壓下不變形的強度，勿需支撐材料。把大量(多達幾十萬根)中空纖維膜裝入圓筒型耐壓容器內(nèi)。纖維束的開口端用環(huán)氧樹脂鑄成管板。外徑一般為 40～ 250μm ，內(nèi)徑為 25 ～ 42μm 。在 MBR 中，常把組件直接放入反應(yīng)器中，不需耐壓容器，構(gòu)成浸沒式膜-生物反應(yīng)器，一般為外壓式膜組件。
優(yōu)點：裝填密度高，一般可達16000－30000 m2/m3 ；造價相對較低；壽命較長；可以采用物化性能穩(wěn)定，透水率低的尼龍中空纖維膜；膜耐壓性能好，不需要支撐材料。
缺點：對堵塞敏感，污染和濃差極化對膜的分離性能有很大影響,壓力降較大；再生清洗困難；原料的前處理成本高。
框板式
板框式是MBR 工藝最早應(yīng)用的一種膜組件形式，外形類似于普通的板框式壓濾機。
優(yōu)點：制造組裝簡單，操作方便，易于維護、清洗、更換。
缺點：密封較復(fù)雜，壓力損失大，裝填密度小。
管狀膜
由膜和膜的支撐體構(gòu)成，有內(nèi)壓型和外壓型兩種運行方式。實際中多采用內(nèi)壓型，即進水從管內(nèi)流入，滲透液從管外流出。膜直徑在 6～24mm 之間。管狀膜被放在一個多孔的不銹鋼、陶瓷或塑料管內(nèi)，每個膜器中膜管數(shù)目一般為4－18根。管狀膜目前主要有燒結(jié)聚乙烯微孔濾膜、陶瓷膜、多孔石墨管等，價格較高，但耐污染且易清洗。尤其對高溫介質(zhì)適用。
優(yōu)點：料液可以控制湍流流動，不易堵塞，易清洗，壓力損失小。
缺點：裝填密度小，一般低于300m2/m3 。
螺旋卷式膜組件
主要部件為多孔支撐材料，兩側(cè)是膜，三邊密封，開放邊與一根多孔的中心產(chǎn)品水收集管密封連接，在膜袋外部的原水側(cè)墊一層網(wǎng)眼型間隔材料，把膜袋－隔網(wǎng)依次迭合，繞中心集水管緊密地卷起來，形成一個膜卷，裝進圓柱形壓力容器內(nèi)，就制成了一個螺旋卷式膜組件。
優(yōu)點：膜的裝填密度高；水處理設(shè)備膜支撐結(jié)構(gòu)簡單；濃差極化?。蝗菀渍{(diào)整膜面流態(tài)。
缺點：中心管處易泄漏；膜與支撐材料的粘結(jié)處膜易破裂而泄漏；膜的安裝和更換困難。
06 三種常見的MBR膜組件
中空纖維簾狀浸入式膜組件
具有膜面積大，易于安裝，清洗方便等特點。
中空纖維柱狀浸入式膜組件
具有膜面積大，占地面積小等特點。
平板型簾狀浸入式膜組件
具有膜通量大，易于組裝，清洗方便等特點。
07 MBR系統(tǒng)設(shè)計
08 MBR工藝組成
以ZW-MBR為例
1、預(yù)處理——細格柵，要求≦2mm，推薦≦1mm，圓孔和網(wǎng)格型
2、生化工藝部分
3、膜過濾部分
4、剩余污泥處理部分。
09 設(shè)計職責(zé)
預(yù)處理:格柵—GE要求，初沉池、沉砂池—設(shè)計方?jīng)Q定
生化工藝部分:由GE或設(shè)計方?jīng)Q定
膜過濾部分:膜工藝（或產(chǎn)品）由GE決定
剩余污泥處理部分:污泥脫水—GE決定是否加聚合物，消化處理機—設(shè)計方?jīng)Q定，污泥處置方式—設(shè)計方?jīng)Q定
010 MBR工藝路線選擇
針對生活污水的MBR工藝流程
針對工業(yè)廢水的MBR工藝流程
以氨氮去除為主的MBR工藝流程
011 膜池的設(shè)計
缺氧池設(shè)計
設(shè)計原則：氮容積負荷定位0.2kg/（m3.d）以下
流入缺氧池水的含氮量：Q2*C氨氮
需要缺氧池容積為：Q1*C氨氮/0.2以上
膜池設(shè)計
設(shè)計原則：BOD容積負荷在2.0 kg-BOD/(m3.d)以下。
設(shè)計缺氧池對進水BOD的去除率為η(20%～50%)，則流入膜生物反應(yīng)池的BOD濃度為CBOD×(1-20%)；
需要的膜生物反應(yīng)池的容積為CBOD×(1-20%)÷2以上。
膜元件的選擇
1、選擇核實的膜通量
2、確定所需要的膜面積
3、根據(jù)單支元件的膜面積確定膜元件的數(shù)量
4、MBR膜在運行過程中涉及反洗等操作，因此必須綜合考慮水的利用率以及元件的停歇時間
MBR產(chǎn)水系統(tǒng)
產(chǎn)水系統(tǒng)可采用連續(xù)運行或間歇運行兩種不同的運行方式；對于微污染源水或MBR池MLSS濃度低的系統(tǒng)可連續(xù)產(chǎn)水；水處理設(shè)備對于高MLSS的系統(tǒng)，可選用抽吸與停抽相結(jié)合的運行方式。
MBR曝氣系統(tǒng)
需氧量：曝氣系統(tǒng)主要為膜生物反應(yīng)池的微生物生長代謝提供氧氣，主要有三個方面：
1.微生物氧化分解有機物的需氧量
2.微生物自身細胞物質(zhì)的氧化分解的需氧量
3.對污水中氨氮進行氧化所需氧量。
10/30曝氣：
通過改進采取循環(huán)曝氣可以降低能耗。
以前為10S開10S關(guān)→現(xiàn)在10S開30S關(guān)，該曝氣方式要求膜組件為偶數(shù)列。兩列膜同時工作，可以降低75%能耗，在低流速和低污垢的情況下可降低50%能耗；該曝氣方式降低了微生物的剪切力，提高了絮體結(jié)構(gòu)及去除性。
單列膜；峰值情況；高結(jié)垢情況下不能采取10/30曝氣。
012 MBR反洗系統(tǒng)
結(jié)合有機物污染通過堿洗效果明顯、鹽結(jié)垢通過酸洗效果明顯的原理，將化學(xué)加強反洗程序引入到MBR膜的運行過程中。通過類似于低強度的化學(xué)清洗的操作，將MBR膜的污染消除在剛形成的階段，阻止膜污染得不到及時恢復(fù)形成協(xié)同惡化的效應(yīng)。
013 MBR加藥系統(tǒng)
化學(xué)清洗的頻率和操作的條件與進水的水質(zhì)有關(guān)。通常情況下運行1～3個月或在相同的運行條件下透過膜的壓差比初期上升的0.5bar以上時就應(yīng)該進行化學(xué)清洗。水處理設(shè)備 去離子水設(shè)備
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