（市政工程专业论文）复合式AO膜生物反应器垃圾渗滤液处理亚硝化特性研究.pdf

摘要 摘要 由于垃圾填埋产生的垃圾渗滤液具有污染物浓度高、毒性大的特点，易成为二 次污染源，所以垃圾渗滤液的处理一直是近几年污水处理领域的热点和难点问题。 本文以北京市六里屯垃圾卫生填埋场渗滤液作为研究对象，利用复合式a o 膜生 物反应器装置，针对垃圾渗滤液高氨氮、低c n 比且可生化性较差的水质特点， 进行了短程硝化反硝化生物脱氮试验的研究。 在试验中发现，经过驯化的活性污泥对渗滤液中氨氮的去除率稳定在9 9 以 上，曝气后出水氧化态氮中亚硝态氮的比例在9 5 左右，实现了典型的短程硝化 反应；通过研究发现，大部分氨氮是通过短程硝化去除的，但也有部分氨氮是通 过同步硝化反硝化作用去除的。 试验结果表明，游离氨( f a ) 浓度是本试验短程硝化的决定因素。在本研究 中，f a 浓度对短程硝化反应的影响体现在对亚硝酸菌和硝酸菌的抑制上，当f a 的浓度超4 3 m g l 时硝酸菌受到严重抑制，而亚硝酸菌的f a 抑制浓度在8 9 2m 叽 以上；而由a n t h o n i s c n 平衡方程可知，f a 浓度的大小主要由p h 值和氨氮负荷决 定，在本试验条件下，发生短程硝化的最佳p h 值为8 o 8 5 ，氨氮容积负荷宣取 0 5 8k g n h 4 + - n m s d 。温度和溶解氧的变化对短程硝化没有太大的影响，为保证高 氨氮负荷条件下系统的稳定运行，控制反应器内水温在3 0 - t - l ，溶解氧浓度为 2 5 - 3 0m e e t , 。 复合式a o 膜生物反应器的污泥产率远小于传统活性污泥工艺，试验求出了 复合式a o 膜生物反应器的产泥系数y = 0 1 1 4 和衰减系数磁= o 0 1 3 8 d 。运行过 程中每日活性污泥的增值量可用下式描述： 竺尘：o 1 1 4 竺竖二型一0 0 1 3 8 爿y y髟y 对污染严重的膜组件进行清洗，试验结果表明：采用清水冲洗- n a c l o + h 2 s 0 4 和清水冲洗- n a c l o + n a o h 两种清洗方式均能有效恢复膜组件的膜通量， 但在实际运行中，用第二种方法清洗的膜组件在重新使用后比用第一种方法清洗 的使用周期长，即被再次污染的的时间间隔较长。 针对复合式a o 膜生物反应器出水c o d 浓度仍然较高的特点，分别采用 f e n t o n 试剂氧化法和膜组合法两种方法对垃圾渗滤液好氧出水进行了后续深度处 理试验。试验结果表明：两种方法深度处理复合式a o 膜生物反应器出水均切实 可行，在进水c o d = 1 3 6 2m g l 的情况下，出水分别变为2 3 8m g l 和1 1 0 m g l ， 均达到了生活垃圾填埋污染控制标准中的二级排放标准限值。 关键词垃圾渗滤液；复合式a o 膜生物反应器；短程硝化反硝化；膜污染； 深度处理 a b s t r a c t 暑曼皇曼曼曼舅烹量量量曼曼舅曼皇曼i 1 1 p 皇曼曼曼量曼曼曼曼量皇皇皇曼曼曼量曼曼曼皇曼鲁皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼 a bs t r a c t b e c a l l q et h el e a c h a t ep r o d u c e di nr u b b i s h1 a n d f i l ls i t eh a st h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h e d e n s ec o n t a m i n a t i o n ，v e r yt o x i c ，e a s yt ob e c o m et h es e c o n dp o l l u t i o ns o u r c e s ，i nr e c e n t y e a r s ，n i t r o g e nr e m o v a lf r o mh i 曲一s t r e n g t ha m m o n i u m a n dl o wc nr a t i ow a s t e w a t e ri s s t i l laf o c u sa n dd i f f i c u l tp r o b l e mi nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t i nt h i sr e s e a r c hp a p e r , t h e t r e a t m e n tf o rl a n d f i l ll e a c h a t eo fl i u l i t u ns a n i t a r yl a n d f i l ls i t ei nb e i j i n gw a ss t u d i e di na c o m p l e t e l ym i x e db i o r e a c t o r a sar e s u l t , d c n i t r i f i c a t i o nv i an i t r i t ei s ad o m i n a n t n i t r o g e nr e m o v a lp r o c e s si nt r e a t m e n to fl a n d f i l ll e a e h a t e i ti sf o u n di n 也et e s tt h a ta m m o n i a - n i t r o g e nr e m o v a lr a t ei sa b o v e9 9 s t a b i l i t y a f t e ra c c l i m a t i o no fs l u d g ei nl e a c h a t e ，a n dt h ep r o p o r t i o no fn i t r i t en i t r o g e ni sa b o u t 9 5 i nn i t r o g e no x i d ei nt h ee f f l u e n t i ti n d i c a t e st h a tat y p i c a ls h o r t c u tn i t r i f i c a t i o ni s a c h i e v e d t m sr e s e a r c hr e v e a l st h a tm o s ta m m o n i a - n i t r o g e ni sr e m o v e db ys h o r t c u t n i t r i f i c a t i o n ，b u ta l s os o m eb ys i m u l t a n e o u sn i t r i f i c a t i o n d e n i t r i f i c a t i o n 1 1 1 ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a th i 曲一s t r e n g t hf ai st h ed e t e r m i n a n t so f s h o r t c u tn i t r i f i c a t i o n i nt h i s s t u d y , t h ei m p a c to ff ac o n c e n t r a t i o no ns h o r t c u t n i t r i f i c a t i o nr e f l e c t st h ei n h i b i t i o no nn i t r i t e b a c t e r i aa n dn i t r a t eb a c t e r i a t h ef a i n h i b i t i o nc o n c e n t r a t i o no fn i t r i t e b a c t e r i aa n dn i t r a t eb a c t e r i ai s 4 3m g | la n da b o v e 8 9 2m g lr e s p e c t i v e l y a c c o r d i n gt oa n t h o n i s e nb a l a n c ee q u a t i o n , t h ec o n c e n t r a t i o n o ff ai sm a i n l yd e t e r m i n e db yp ha n da m m o n i a - n i t r o g e nv o l u m e t r i cl o a d i n g n l e o p t i m u mp h a n d a m m o n i a - n i t r o g e nl o a d i n gi sb e t w e e n8 0 8 5a n do 5 8 k g n 忍乞n m 3 dr e s p e c t i v e l yi nt h i se x p e r i m e n t ，乃et e m p e r a t u r ea n dd i s s o l v e do x y g e n h a sl i t t l ee f f e c t o ns h o r t c u tn i t r i f i c a t i o n t oe n s u r et h es y s t e mw o r k es t a b i l i t yu n d e r h i g h - l o a d i n ga m m o n i a , t h et e m p e r a t u r ea n dd i s s o l v e do x y g e nc o n t r o l l e d i nt h er e a c t o r i s3 0 l a n db e t w e e n2 5 3 0m 虮 n e s l u d g ey i e l do fc o m b i n e da om e m b r a n eb i o l o g i c a lr e a c t o ri sf a rl e s st h a nt h a t o ft r a d i t i o n a la c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s s t h ec o e f f i c i e n to fs l u d g ey i e l dya n da t t e n u a t i o n c o e 伍c i e n ti ( di nc o m b i n e da 0m e m b r a n eb i o l o g i c a lr e a c t o ri s0 1 1 4a n d0 0 1 3 8 d - 1 r e s p e c t i v e l y n l cd a i l yi n c r e m e n to fa c t i v e ds l u d g e i no p e r a t i n gp r o c e s sc a nb e e x p r e s s e db yt h ef o l l o w i n gf o r m u l a ： 尘量= 0 1 1 4 垒! 墨二墨! 一0 0 1 3 8 x 。vx 。v c l e a nt h es e r i o u sp o l l u t e dm e m b r a n e t h ee x p e r i m e n tr e s u l ts h o w st h a tb o t ht h e w a yo fw a t e rf l u s h i n g - - , - n a c l o + h 2 s 0 4a n dw a t e rf l u s h i n g - - - n a c l o + n a o hc a l l e f f e c t i v e l yr e c o v e r yt h em e m b r a n e f l u xo fm e m b r a n em o d u l e b u ti na c t u a lo p e r a t i o n , t h eu s i n gp e r i o do fm e m b r a n em o d u l ew a s h e db yt h es e c o n dm e t h o di sl o n g e rt h a n t h a to ft h ef i s r tm e t h o d t h a ti st os a y , t h et i m ei n t e r v a lo fm e m b r a n em o d u l eb e h 北京工业大学工学硕七学位论文 p o l l u t e da g a i ni sl o n g e r b e c a u s et h ee f f l u e n tc o do fc o m b i n e da om e m b r a n eb i o l o g i c a lr e a c t o ri ss t i l l h i 醢e r , t w om e t h o d sa r eu s e di na d v a n c e dt r e a t m e n to fa e r o b i ce f f l u e n to f1 a n d f i l l 1 e a c h a t e ：f e n t o no x i d a t i o na n dm e m b r a n ec o m b i n a t i o n t h er e s u l t ss h o wt h a tt h et w o m e t h o sa r eb o t hf e a s i b l e a n dt h ee f f l u e n tc o di s2 38m g la n d1 1 o m g lw h e nt h e i n f l u e n tc o di s136 2m g l t h e ya l lm e e tt h er e q u i r e m e n t sf o rs e c o n d a r yd i s c h a r g e s t a n d a r di nd o m e s t i cg a r b a g el a n d f i l lp o l l u t i o nc o n t r o ls t a n d a r d k e yw o r d s ：l a n d f i l ll e a c h a t e ；t h eh y b r i da om e m b r a n eb i o r e a c t o r ：s h o r t c u t n i t r i f i c a t i o n d e n i t r i f i c a t i o n ；m e m b r a n ef o u l i n g ；p o l i s h i n gp r o c e s s i i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 二名：鼬牛新龆站吼趔 第1 章绪论 1 1 垃圾渗滤液概述 1 1 1 渗滤液的来源 第1 章绪论 垃圾填埋场内的渗滤液主要有三个来源【l 】：一是外来水分，包括大气降水、 地表水和渗入的地下水；二是垃圾受到挤压后部分初始含水的释放；三是垃圾降 解过程中大量的有机物在厌氧及兼氧微生物的作用下转化为水、二氧化碳、甲烷 等所释放的内源水。垃圾含水率为4 7 时，每吨垃圾可产生0 0 7 2 2 t 的渗滤液【2 1 。 六里屯垃圾填埋场设置了聚乙烯膜、粘土层等多级防渗层、填埋区外的截洪 沟、粘土层及时覆盖形成的雨水截留沟渠等，都有效的阻止了地下水的渗入及地 表径流的发生。因此，六里屯填埋场垃圾渗滤液的主要来源为垃圾自身携带的水 分、大气降水和垃圾填埋自然降解产生的水分。 含有高浓度有机污染物的渗滤液是垃圾填埋过程中主要的污染源，如果不采 用有效措施加以有效控制，则会对周边地下水和地表水环境及填埋场土层造成严 重污染，而且污染持续时间长，导致严重的二次污染，因而对渗滤液进行有效的 收集和处理已经成为城市环境中亟待解决的问题【3 】，垃圾渗滤液的处理技术已经 成为国际上的研究热点之一。 1 1 2 渗滤液的产生机理 垃圾的组成对渗滤液的水质影响最大，某些垃圾成分( 比如厨余物、炉灰、 脏土等) 造成渗滤液的c o d 、b o d 5 在数千m g l 到数万m g l 之间变化。液体 在流动过程中有许多因素可能影响到渗滤液的性质，包括化学因素、生物因素、 填埋时间及当地的水文气候条件。 在填埋场初期，水分逐渐积累且有氧存在，垃圾及渗滤液中的微生物逐渐由 好氧性转变为兼性及厌氧性，可生化性较高。进入到酸化阶段，由于兼性和专性 厌氧微生物的水解和发酵作用，垃圾中的有机物迅速分解为脂肪酸，含n 、p 的 有机物经氨化和磷酸盐化转化为氨氮和磷酸盐，渗滤液中的挥发性脂肪酸( a ) 保持很高的浓度，p h 较低，t o c 、c o d 、b o d 5 、营养物质和重金属的含量均较 高，产气缓慢。相反，到了产甲烷阶段，前一阶段所形成的乙酸等有机物、h 2 、 和c 0 2 在产甲烷菌的作用下转化为c i - 1 4 、c 0 2 。由于有机酸的急速分解，c o d 、 b o d 5 会急剧下降，b o d j c o d 在o 1 o 2 左右，p h 值和n h 4 + - n 浓度上升若直 1 北京工业大学t 学硕十学位论文 接排放水体，容易产生富营养化。垃圾从填埋到稳定垃圾渗滤液的水质具有一定 的变化趋势( 见图1 1 ) 。 渗 滤 液 特 性 时间 i 一填埋初期；i i 一过渡阶段；酸化阶段；产甲烷阶段；v 一稳定阶段； 图1 1 垃圾填埋场稳定化过程中渗滤液的水质变迁 f i g u r e1 一lc h a n g eo f w a t e rq u a l i t yd u r i n gs t a b i l i z a t i o no f l a n d f i ul e a c h a t e 1 1 3 渗滤液的特点 ( 1 ) 污染物种类繁多 渗滤液中含量较多的有机物，常以t o c 、c o d 计，有烃类及其衍生物、酸 酯类、醇酚类、酮醛类和酰胺类等，郑曼英【4 】等对广州大田山垃圾填埋场进行了 取样分析，从垃圾渗滤液中检出的主要有机物7 7 种，其中芳烃类2 9 种，烷烃烯 烃类1 8 种，酸类8 种，酯类5 种，醇、酚类6 种，酮、醛类4 种，酰胺类2 种， 其他5 种，被列入我国环境优先控制污染物的有5 种【5 6 】。同时渗滤液中还含有 微量的金属元素和植物营养素氮磷，金属包括m n 、c r 、n i 、p b 、h g 、m g 、f e 、 n a 等。仅对填埋生活垃圾的填埋场垃圾渗滤液而言，金属离子的浓度通常是比 较低的；但对工业垃圾和生活垃圾混合填埋的垃圾场来说，重金属离子的溶出量 将会增加。方程冉 7 】等的研究表明，当废电器拆解垃圾与生活垃圾一起填埋时， 其垃圾渗滤液中的n i 、p b 、h g 、c u 、z n 等金属离子的浓度可分别达到1 6 m g l 、 1 7m g l 、6 5 u g l 、3m g l 、1 1 5m g l 。 ( 2 ) 污染物浓度高，变化范围大【s 9 】 垃圾渗滤液的这一特性是其它污水无法比拟的，突出了处理和处理工艺选择 的难度，见表1 1 和1 2 。 2 第1 章绪论 表1 1 国外城市生活垃圾渗滤液中的污染物及其浓度单位m g t 如h 值除外) t a b l e1 1c o n t a m i n a t i o n so fl e a c h a t ei nc i t yd o m e s t i cm u n i c i p a ll a n d f i l lo v t 既 s e a s 项目浓度项目 浓度项目 浓度 p h 值 5 2 8 2a s 浓度 0 0 0 6 o 2 z n 浓度 o 0 1 1 3 0 c d 浓度 0 0 0 0 5 0 0 0 7 c o 浓度 0 0 1 1 8t o c19 6 2 3 0 0 0 c r 浓度 0 0 0 2 1 0n i 浓度 0 0 1 6 1 凯氏氮 4 - - 7 6 2 p b 浓度 0 0 0 2 1 2 3 总磷 o 6 7 5t s5 0 0 1 5 8 0 硝态氮浓度 o 1 1 0有机氮 3 7 7 0 c a 浓度 2 9 - 4 3 0 0 c o d c ：r 2 0 7 0 0 0 0s s1 0 0 7 0 0 f e 浓度 0 3 2 0 5 0 碱度3 7 1 4 0 0 0b a 浓度 o 1 - 0 3 氨氮 1 1 7 0 0 c a c 0 3 浓度 c u 浓度0 0 1 o 3 b o d 5 11 3 8 0 0 0 表l - 2 国内城市生活垃圾渗滤液中的污染物及其浓度单位m g r 已( 除p h 值外) t a b l e1 - 2c o n t a m i n a t i o n so fl e a c h a t ei nc i t yd o m e s t i cm u n i c i p a ll a n d f i l li no u rc o u n t r y 项目 上海杭州广州深圳台湾某省 c o d c r 15 0 0 8 0 0 010 0 0 5 0 0 01 4 0 0 5 0 0 05 0 0 0 0 8 0 0 0 04 0 0 0 3 7 0 0 0 b o d 5 2 0 0 - 4 0 0 0 4 0 0 2 5 0 04 0 0 2 0 0 02 0 0 0 0 3 5 0 0 06 0 0 2 0 0 0 0 t n1 0 0 7 0 08 0 8 0 01 5 0 9 0 04 0 0 2 6 0 02 0 0 2 0 0 0 s s3 0 5 0 06 0 6 5 02 0 0 6 0 02 0 0 0 7 0 0 05 0 0 2 0 0 0 氨氮 6 0 - 4 5 05 0 5 0 01 6 0 5 0 05 0 0 2 4 0 0 1 0 0 1 0 0 0 p h 值 5 6 56 6 56 5 7 86 2 6 65 6 - 7 5 ( 3 ) 时间变化性 垃圾渗滤液水质和水量受季节和填埋时间的影响很大，由于季节不同，填埋 时间不同，垃圾渗滤液的水质、水量表现出较大的差异。具体如下： a ) 产生量呈季节性变化，雨季明显大于旱季 1 0 , 1 1 】 b ) 污染物组成及其浓度季节性变化 c ) 污染物组成及其浓度随填埋年限的延长而变化【1 2 】，下表1 3 为新老填 埋场渗滤液特征对比。 3 北京t 业大学工学硕士学位论文 曼ui一 , i 鼍毫 表1 3 新老填埋场渗滤液特征对比 t a b l e1 3c o n t r a s te h a r e e t e r so fl e a c h a t ef r o mn e wa n do l dl a n d f i l ls i t e 组成特征新填埋场渗滤液老填埋场渗滤液 含水率 9 5 9 9 溶解悬浮有机物 3 1 溶解悬浮无机物 2 0 5 c o d 2 3 0 0 0 m g l3 0 0 0 m g l b o d 5 15 0 0 0 m g l 1 8 0 m g l p h 5 2 6 17 2 8 o 1 1 4 渗滤液处理方法 垃圾渗滤液的处理一般包括生化法、物理化学法、稳定塘以及土地处理法等。 ( 一) 生化处理法 生化处理法包括好氧处理、厌氧处理以及两者相结合。 ( 1 ) 好氧处理法 好氧处理主要是活性污泥法，通过提高污泥浓度来降低污泥的有机负荷，可 以获得令人满意的处理效果。低氧、好氧活性污泥法及生物膜法、s b r 法等改 进型活性污泥法比常规活性污泥法更为有效，因其能维持高有机负荷、低水力停 留时间，因而节省空间、提高处理能力。由于渗滤液的成分复杂，尤其是“年老 的渗滤液，b o d 5 c o d e r 值很低【”】，氨氮浓度很高，可生化性较差，需结合其 他方法，如采用联合工艺，以提高处理的效率。 ( 2 ) 厌氧处理 厌氧法在处理高浓度的有机废水( b o d 5 20 0 0m g l ) 方面有良好的处理 效果。厌氧法优点表现在：能耗少，操作简单，处理设备负荷高、占地少，对营 养物的需求量小，产泥量小。但厌氧法也有不足之处，表现在：出水浓度相对还 较高，厌氧微生物对有毒物质较为敏感，厌氧反应器初次启动比较缓慢【1 4 】。厌 氧处理法包括上流式厌氧污泥床反应器( u a s b ) 、厌氧生物滤池、厌氧接触池 盘蟹 寸o ( 3 ) 厌氧一好氧组合处理工艺 虽然实践已经证明厌氧生物处理对高浓度有机废水处理的有效性，但单独采 用厌氧法处理渗滤液较为少见。而采用厌氧好氧法处理工艺既经济合理，处理效 率又高【l5 1 。不仅可以有效的去除c o d e r 和b o d 5 ，还可以有效的脱氮除磷。厌 氧一好氧联合处理中，厌氧段采用无剩余污泥悬浮填料的接触厌氧法，好氧段分活 性污泥法和延时曝气硝化作用两级，处理效果较好。北京市政设计院1 9 9 8 年进行 4 第1 苹绪论 了城市垃圾卫生填埋场渗滤液技术的研究，得出以下结论：对高浓度的垃圾渗滤 液采用生化处理法是有效的，采用厌氧一好氧相结合工艺既经济，处理效果又高， c o d e r 时b o d 5 的去除率分别达到8 6 8 和9 7 2 t 1 6 1 ，王宝贞等采用a b 复合工 艺处理苏州七予山填埋场的渗滤液，c o d e r 、氨氮、总氮去除率分别为9 4 2 、 9 5 1 、7 3 9 t 1 7 】。近几年来，福州、中山和武汉分别采用了u a s b 结合氧化 沟活性污泥、生物稳定塘处理工艺，处理效果良好。这几年，厌氧一好氧组合处 理技术己成为研究热点，主要在于组合工艺不仅能提高难降解物质的可生化性， 还能有效脱氮除磷。 ( 二) 物理化学法 物化法处理垃圾渗滤液主要有活性炭吸附、反渗透、化学沉淀，化学氧化、 离子交换，氨吹脱，气提及湿式氧化等多种方法。与生物法相比，物化法不受水 质水量变动的影响，出水水质稳定尤其对b o d 5 c o d e r 比值较低( 0 0 7 0 2 0 ) 难以生物降解的垃圾渗滤液有较好的处理效果，一般“老 的垃圾填埋场多增设 物化法，但其缺点是造价高【l 引。 ( 三) 稳定塘 稳定塘俗称氧化塘，美国环保署把稳定塘分为四种基本类型：厌氧塘、兼性 塘、曝气塘和好氧塘。稳定塘最初用于城市生活污水的处理，在垃圾渗滤液处理 中运用稳定塘技术也取得了较好的效果【1 9 1 。 ( 四) 土地处理法 土地处理主要是通过土壤颗粒的过滤，离子吸附和沉淀等作用去除渗滤液 中悬浮固体和溶解成分。通过土壤中微生物作用使渗滤液中有机物和氨氮发生转 化。土壤中微生物处理污染物的能力要比流体中相应微生物强，因此土地法处理 垃圾渗滤液也有很好的效果。目前，用于垃圾渗滤液处理的土地法主要有回灌法 和人工湿地法，北京北神树卫生填埋场采用了回灌法处理渗滤液，但总的来看，我 国在渗滤液处理中运用回灌法尚少，渗滤液回灌作为填埋场渗滤液处理方法之一， 目前在国外已得到广泛应用。据估计，英国5 0 的填埋场进行了渗滤液回灌【2 0 】。 人工湿地法在英国和德国应用较广，我国上海老港垃圾填埋场采用的就是氧化塘 人工湿地法处理垃圾渗滤液，效果良好。 1 1 5 垃圾渗滤液的排放标准 生活垃圾填埋场污染控制标准( g b1 6 8 8 9 1 9 9 7 ) 规定了渗滤液的允许排 放标准见表1 4 。对排入类水域或i i 类海域的生活垃圾渗滤液，其排放标准需 达到一级标准；排入、v 类水域或海域的生活垃圾渗滤液，其排放限值需达到 二级标准；排入设置城市二级污水处理厂的生活垃圾渗滤液，其排放限值必须达 到三级标准。根据不同的渗滤液标准确定不同的处理工艺流程，也决定了渗滤液 5 北京工业大学工学硕士学位论文 处理投资和处理成本。 表1 _ 4 垃圾渗滤液的排放标准( 单位r a g l ) t a b l e1 - 4l e tc r i t e r i o no fl a n d f i l ll e a c h a t e 排放标准 c o d ( r a g l )b o d 5 ( r a g l )n h 3 - n ( m g l )s s ( m g l ) 一级 1 0 03 01 57 0 二级 3 0 01 5 02 52 0 0 三级1 0 0 06 0 04 0 0 1 2 膜生物反应器( m b r ) 应用概述 膜生物反应器( m e m b r a n eb i o r e a c t o r 简称m b r ) 是膜分离技术和生物处理 技术有机结合产生的一种新型污水处理工艺，它在水处理中的应用及其研究一直 备受人们关注。近年来，膜生物反应器的研究已经从低浓度生活污水扩展到高浓 度有机废水的处理，利用膜生物反应器处理垃圾渗滤液已逐渐成为当前研究的一 个热点。 1 2 1 膜生物反应器的发展 以活性污泥法为代表的传统好氧生物处理工艺长期以来在生活污水处理及 工业废水处理中发挥了重要作用。但是由于传统活性污泥法采用重力式沉淀作为 泥水分离的主要手段，因此产生了以下几方面的问题： a ) 曝气池内难以维持较高的污泥浓度； b ) 出水水中含有悬浮固体，出水水质不高； c ) 在曝气池内易产生污泥膨胀、污泥上浮等问题，出水水质不稳定； d ) 水力停留时间与污泥龄相互依赖，提高容积负荷与降低污泥负荷矛盾： e ) 剩余污泥量大，污泥处置费用高； 由于传统活性污泥法的缺点，加之人们对水质要求的不断提高，各种新型及 改良的污水处理技术便应运而生。1 9 6 6 年，美国的d o r r - o l i v e r 公司首先将m b r 用于废水处理的研究。1 9 6 9 年s m i t h 等【2 l 】人首次将好氧活性污泥法与超滤膜结合 的m b r 工艺用于处理城市污水，研究表明，该工艺具有减少剩余污泥产量、维持 较高污泥浓度、减少污水厂占地面积等优点。1 9 6 9 年，b u d d 等【2 2 】的分离式膜生 物反应器获得了美国的专利，这可以作为m b r 用于水处理的标志。m b r 在水 处理方面早期的研究重点在于去除水中盐份和海水淡化，开发适合高浓度活性污 泥的膜分离装置，但由于当时膜技术尚不发达，制约了这一技术的研究与应用。 7 0 年代以后，日本做了大量的研究和开发工作，使m b r 走向实际应用。8 0 年 代以后，随着膜制造技术的发展、膜分离工艺的完善、膜清洗方法的改进和污水 6 第1 蕈绪论 1 i i i 一, i 皇曼璺曼曼量量曼曼曼曼皇皇篡曼曼量曼曼皇皇曼鼍曼曼曼曼 厂出水水质要求的提高，m b r 开始在污水处理行业得到较广泛的应用。法国、 美国、德国等对m b r 的研究也投入了很大力气，使m b r 的研究内容更加全面、 深入，为今后的推广应用奠定了基础。这一时期有关m b r 的研究主要集中在m b r 的处理效果和运行稳定性方面。许多研究都证实了m b r 能够获得良好的出水水 质。日本的三井石化公司采用了m b r 处理技术，他们对有机物的去除效果进行了 全面的研究。他们用m b r 处理粪便污水，在进水b o d 5 为8 1 0 0 r a g l 、c o d 为 9 0 4 0 r a g l 的条件下，经处理后得出水b o d 5 1 0 m g l ，c o d 2 4 0 m g l ， 取得了前所未有的处理效果；用于处理大楼生活污水，进水b o d 5 为3 3 0 - 7 1 0 m g l ，出水b o d 5 仅为l 5 m g l ，可以作为楼房中水用水、草地喷水和汽车冲 洗水等，达到了污水回用的目的【2 3 1 。同时研究结果还表明，m b r 具有良好的稳 定性。此时期所研究的m b r 的形式主要是分离式，称为第一代m b r ，膜组件 主要为平板膜和管式膜，均采用错流式膜组件，循环水量大，造成能耗较高。 随着研究能耗问题的进一步深入，出现了第二代新型的一体式m b r 。日本东 京大学对一体式m b r 进行了研究，他们将中空纤维膜组件置入活性污泥反应器 内进行了试验。实验结果表明该系统c o d 去除率在9 5 以上，有机负荷可达3 4 k g c o d m 3 d 2 4 1 。由于膜组件采用间歇抽吸方式运行，运行负压在2 0 - - 一4 0 k p a 之间，因此系统能耗很低，低于一般分置式m b r 的能耗。许多学者对一体式 m b r 工艺进行了广泛的研究，内容涉及对生活污水和工业废水等不同领域的污 水处理效果、膜分离特性及其影响因素、生物反应器内的微生物特性等。1 9 8 9 年，日本y m a m o t o 等【2 5 】将中空纤维膜组件置于活性污泥反应器中进行研究，成 为一体式膜生物反应器应用的开端。之后，日本的研究者对这种形式的膜生物反 应器在生活污水以及工业废水处理中的应用的可行性进行了研究。1 9 9 2 年， c h i e m c h a i s r i 等【2 6 】研究了中空纤维膜生物反应器处理生活废水时有机物的稳定化 和氮的去除效果。结果表明，膜连续抽吸出水运行了3 3 0 天，出水平均c o d 在连 续和间歇曝气条件下分别为2 0 8 m g l 和1 6 5 m g l 。总氮的去除率在d o 为4 5 m l 时达9 0 以上。u e d a ( 1 9 9 6 ) 等唧用中空纤维抽吸式聚乙烯m b r - 1 - 艺处 理乡村生活污水，规模为3 2 - - , 3 9 m 3 d ，膜通量为1 2 1 l m 2 h - 1 ，h r t 为1 3 或1 6 h ， b o d 5 负荷o 1 5 , - 一0 3 2 k g m 3 d 1 。当进水b o d 5 为1 3 3 5 8 m g l 、总氮为3 2 1 9 m g l 、总磷为3 8 3 0m g l ，三者的去除率分别为9 9 ，8 3 ，7 0 。处理1 m 3 污水的电耗平均为2 k w h 。m a s a r u 等【2 8 】研究者则对一体式膜生物反应器应用于 处理牛奶废水、酿造废水、养猪场废水以及啤酒废水进行了研究，结果发现b o d 5 去除率均在9 9 以上。 1 2 1 2 膜生物反应器的工艺优势 与常规活性污泥法相比较，膜生物反应器具有一系列常规法无法比拟的优 7 北京工业大学t 学硕二l 学位论文 点，这也是该技术在污水处理中得以迅速发展的原因所在： ( 1 ) 能高效地进行固液分离，分离效果远好于传统的沉淀池，不仅对悬浮物 ( s s ) 和有机物去除率高，而且可以去除细菌、病毒等。出水水质良好，可以直接回 用，实现了污水资源化； ( 2 ) 膜的高效截流作用，使微生物完全截流在反应器内，实现了反应器水力 停留时间( h r t ) 和污泥龄( s r t ) 的完全分离 2 9 1 ，使生物反应器内长期保持较高 的m l s s ，使运行控制更加灵活稳定； ( 3 ) 由于取消了二沉池，占地面积明显减小，约为传统生物处理法的一半； ( 4 ) 污泥停留时间的大幅度延长，可使硝化菌及亚硝化菌等世代时间较长的 微生物有效的保留在生物反应器内，加强了硝化能力，提高了脱氮除磷效率； ( 5 ) 膜生物反应器内的微生物浓度高【3 0 】，耐冲击负荷，且传质效率高； ( 6 ) 无污泥膨胀，剩余污泥产量低，污泥处理费用少； ( 7 ) m b r 膜生物反应器设备布置具有灵活性，可实现污水就地处理，进而节 约大量的给排水管网及泵站的费用； ( 8 ) 易于实现自动控制，操作管理方便； 1 2 3 膜生物反应器处理垃圾渗滤液的应用现状 近年来，利用膜生物反应器处理垃圾渗滤液成为一个新亮点，国外对膜生物 反应器处理垃圾渗滤液的研究已经进入实用阶段，国内在此方面的研究正在逐渐 开展并且成果显著。 ( 一) 国外应用现状 h r b a i n 3 1 】用膜生物反应器处理垃圾渗滤液的中试研究表明：当在 h r t = 1 2 5 d ，s r t = 1 0 0 d ，膜面流速2 牝5m s ，进水c o d = 2 1 0 0 m g l ，b o d 5 = 1 6 0 m g l ，n h 4 + - n = 1 4 0 0m l 条件下，经过1 6 8 天连续运行，c o d 去除率大于4 0 ， 完全硝化。 w 6 n y o u n ga h n ，m o o n s u nk a n g 等【3 2 】利用膜生物反应器与反渗透的组合工 艺处理老期垃圾渗滤液的研究表明：当进水b o d 5 = 1 0 0 - - , 5 0 0m e l ， c o d e r - - 4 0 0 - 1 5 0 0m e l ，s s = 2 0 0 1 0 0 0m e l ，n h 4 - n 。= 2 0 0 - - - 1 4 0 0m e l ，n 0 3 - n = 2 8 2 5 1m e l ，c n = 0 1 6 条件下，垃圾渗滤液经过膜生物反应器处理后，水质 变为：b o d s = 4 3 2 9m e l ，c o d c a = 2 11 8 5 6m e l ，s s = 1 5m e l ，n h 4 十- n = 1 0 0 - - - 4 0 8m e l ，n 0 3 。一n = 3 4 , - , 3 7 8m e l ，膜生物反应器的出水再经过反渗透膜的 过滤作用，出水的各项水质指标又有不同程度的改善，b o d 5 = 1 7m e l ， c o d c r = 6 7 2m e l ，s s = 1 1 6m l ，n i - t 4 + - n = 1 叫7m e l ，n 0 3 - n = 7 2 3m e l 。 经过分析，该组合工艺最终的出水b o d 5 、c o d c r 、s s 、n h 4 + n 、n 0 3 - - n 的平 均去除率分别为9 7 、9 7 、9 9 、9 6 、9 3 。 第1 章绪论 _ 一曼i 曼曼曼鼍曼曼曼曼曼曼! i 鼍曼量量 c h a t u r a p r u e k a ，v i s v a n a t h a nc 等【”】以膜生物反应器工艺处理中老期的垃圾 渗滤液，并对膜生物反应器的出水进行臭氧化作用。试验结果表明：对经过膜生 物反应器处理后的垃圾渗滤液进行臭氧化作用可以有效降低水中的c o d 和 t o c ，促进b o d 5 的积累。在0 3 的投加量为4 2m g0 3 r a gc o d 的情况下，垃 圾渗滤液经过膜生物反应器处理后，可以有效的去除水中约7 3 的c o d 。在该 工艺中加入适量的臭氧可以使b o d j c o d 从o 0 3 增加到o 0 8 ，有效提高了垃圾 渗滤液的可生化性。当经过臭氧化的渗滤液再次循环进入膜生物反应器时，c o d 去除率从7 3 增加到8 3 。 k t a m a c k i ，s l y k o 等【3 4 】利用膜生物反应器处理垃圾渗滤液，着重考察了胞 外聚合物对膜通量的影响。实验结果表明：随着所选用活性污泥的特性不同，污 泥中可分解多糖的浓度发生较大波动，而且随着污泥中多糖的浓度升高，所用膜 的透水量、滤过水质和脱水能力都大幅度下降，超滤膜可以有效的截留可分解多 糖的8 0 。但是，污泥中的固体总浓度对所用膜的透水量、滤过水质和脱水能力 影响不大。 ( 二) 国内应用现状 申欢等【3 5 】用垃圾填埋场的渗滤液作为原水，考察了好氧膜生物反应器的硝化 能力。试验结果表明：进水c o d = 8 0 0 1 7 0 0 m g l ，b o d 5 = 2 0 0 - - 5 0 0 m g l ，n 吖n = 5 0 - - - 4 3 0m g l ，在试验的前7 2 d ，c o d 去除率维持在7 0 8 5 ，出水c o d 3 0 0 m g l ，达到二级排放标准，- - l + _ n 的去除率基本维持在9 0 哆扣9 9 8 。 汪进辉等【3 6 】利用膜生物反应器处理垃圾渗滤液的小试表明：当垃圾渗滤液和 生活污水的比例控制在一定范围内，混合水c o d 在2 0 0 0 m g l 左右时，膜出水 c o d r 1 0 0 m g l 。系统对n h 4 n 的去除率维持在9 0 以上，而且对s s 和浊度 的去除效果也非常显著，由于膜的截留作用，系统出水s s 几乎为零，浊度0 6 n t u 。 柯水州