垃圾渗滤液膜生物法处理污水性能研究

垃圾渗滤液膜生物法处理污水性能研究

膜生物法（pmr）是近年来采用膜滤和生物处理为基础的新型高效生物处理技术的一部分。同常规的好氧生物处理法相比,MBR具有污泥浓度高、污泥龄长、容积负荷高、剩余污泥产量低、出水水质好以及占地面积小等独特的优点,这使其在处理高浓度难降解有机废水方面有着广泛的应用前景。1试验材料和方法1.1膜区的回流泵加压反硝化试验采用一体式外压MBR,试验装置如图1所示。反应器分为水解区、曝气区和膜区三个部分,相应容积分别为5、3和8L,水解区装有填料。抽吸泵的工作压力维持在0.013～0.020MPa之间。回流泵将膜区的混合液回流到水解区进行反硝化。膜组件采用聚乙烯板式中空纤维膜,孔径为0.18μm,膜面积为0.6m2。1.2氨氮吹脱和厌氧处理uasb的处理试验用垃圾渗滤液取自西安市江村沟城市垃圾卫生填埋场,水质为:COD=18000～59000mg/L,BOD5=11200～40000mg/L,BOD5/COD=0.62～0.68,NH3-N=1500～2600mg/L。由于该垃圾渗滤液含有高浓度的有机物和氨氮,因此在进行MBR处理之前,安排了氨氮吹脱和厌氧处理(UASB)两级预处理。MBR的实际进水水质为:COD=800～1700mg/L,BOD5=200～500mg/L,BOD5/COD=0.25～0.30,NH3-N=50～430mg/L。1.3膜的清洗lm整个试验过程分为三个阶段,第一个阶段的工作压力为0.013MPa,后面两个阶段的工作压力均为0.02MPa,每个阶段结束后均对膜采取化学清洗。在试验中,控制HRT为2d,混合液回流比为100%,水解区DO<0.5mg/L,曝气区和膜区DO>3mg/L。2结果和讨论2.1mbr去除cod的特性MBR对渗滤液COD的去除效果如图2所示。由图2可知,在前72天里,COD去除率维持在70%～85%之间,出水COD<300mg/L,达到二级排放标准。但随后COD去除率不断下降,其原因为:①由于进水可生化性差,从而影响了MBR对COD的去除效果。在试验前期,膜的截留作用和污泥的吸附作用强化了MBR对COD的去除效果,COD的去除率维持在70%～85%之间。但污泥由于长时间得不到充足的基质而逐渐进入了内源代谢阶段,久而久之会造成污泥微生物数量的减少和活性的降低。试验过程中MBR的污泥浓度(VSS)和污泥活性(VSS/SS)由开始的3.9g/L和0.6分别逐渐下降到1.8g/L和0.43,相应COD的去除率由开始的70%～85%逐渐下降到28%～33%。②微生物内源代谢会产生大量难以生物降解的溶解性微生物产物(SMP)。SMP多是一些大分子有机物(腐殖质、蛋白质、多糖等),这些物质可以在MBR中积累。许多学者认为,MBR中积累的SMP会抑制微生物活性。ΔCOD(滤纸过滤出水COD与膜滤出水COD之差)在不断上升,也说明了SMP的不断积累是导致COD去除率逐渐下降的一个原因。针对于此,可采取适量排泥的解决措施。2.2nh3-n的去除效果MBR对NH3-N有很好的去除效果。在前55d里,进水NH3-N在50～100mg/L之间,去除率基本保持在90%以上;在55～63d里,进水NH3-N由100mg/L迅速增加到260mg/L,去除率下降到50%左右;随后微生物很快适应了高浓度的NH3-N,尽管NH3-N的浓度不断增加,甚至达到450mg/L,但去除率稳步上升,并最终稳定在95%以上。在第88天和100天对MBR出水中氮存在的形态和浓度进行了分析监测,结果表明:当进水中NH3-N浓度分别为425mg/L和326mg/L时,出水中未检测到NO-3-N,只含有135mg/L和155mg/L的NO-2-N以及10.8mg/L和6.12mg/L的NH3-N。NH3-N的去除率分别为97.5%和98.1%,总氮的去除率分别为67.5%和50.7%。这一结果表明,在MBR中发生了完全的硝化反应和部分的反硝化反应。UASB出水中缺少可生物降解的有机物是导致水解区反硝化反应不能完全进行的主要原因。2.3dm—膜通量衰减规律试验过程中三个阶段膜通量的衰减情况如图3所示。由图3可知,各个阶段膜通量均随运行时间的增加而逐渐下降,并最终趋于稳定。对三个阶段的膜通量衰减情况按照下式进行拟合,结果如表1所示。J=at-m(1)式中J——膜通量,L/(m2·h)a——常数t——运行时间,dm——通量衰减系数由表1可知,第一阶段的操作压力比第二阶段的小,但第一阶段的m值却比第二阶段的大,说明膜在低操作压力下更容易受到污染,这与通常人们所认识到的规律正好相反。出现这一现象的原因是:第一阶段采用的是新膜,因此膜在第一阶段承受的污染梯度比第二阶段大,这就造成膜在低操作压力下更容易受到污染的反常现象。第二阶段和第三阶段的操作压力相同且起始膜通量接近,但第三阶段的m值比第二阶段的大得多,这主要是因为在试验后期MBR中积累的大量SMP增加了膜的过滤阻力。2.4膜污染阻力rop和无织物膜污染阻力rip的计算方法根据Darcy公式可以计算出膜面各种阻力的大小:JV=ΔPμRt=ΔPμ(Rm+Rp+Rc)(2)JV=ΔΡμRt=ΔΡμ(Rm+Rp+Rc)(2)式中μ——滤液粘度,Pa·sJV——膜通量,m3/(m2·s)ΔP——膜两侧压力差,PaRt——膜面总阻力,m-1Rm——纯膜阻力,m-1Rc——滤饼层阻力,m-1Rp——膜污染阻力,m-1,可分为有机型膜污染阻力Rop和无机型膜污染阻力Rip各项阻力的计算方法如下:①Rm。测量新膜在清水中的通量,此时的Rt=Rm,根据式(2)即可求出Rm。②Rp。取出运行一段时间后的膜并将其表面的泥饼清洗干净,立即测定清水通量,此时Rt=Rm+Rp,根据式(2)即可求出Rp。③Rip。对膜进行碱洗(将膜置于pH值为12的氢氧化钠溶液中浸泡6h)后立即测定清水通量,此时Rt=Rm+Rip,根据式(2)即可求出Rip。④Rop。Rop=Rp-Rip。⑤Rc。测定膜在混合液中的通量,此时Rt=Rm+Rp+Rc,根据式(2)即可求出Rc。在计算过程中假设混合液的粘度与纯水的粘度相同。计算得出的各阶段结束时膜面阻力的分布情况如表2所示。由表2可以看出以下几点规律:首先,在总阻力中滤饼层阻力所占的比例最大,而膜自身阻力所占的比例最小,这一点与其他人的研究结果相同;其次,滤饼层阻力在总阻力中所占的比例不断增加,这与SMP在MBR中不断积累有着直接的关系;最后,在膜污染阻力中无机型膜污染阻力要比有机型膜污染阻力大得多,且无机型膜污染阻力在膜污染阻力中所占的比例不断增加,这与渗滤液独特的水质特点(含有高浓度的无机物)以及MBR污泥中的无机成分比例不断增加有着直接的关系。2.5酸碱洗后膜通量的恢复在第一、二阶段结束时对膜进行了碱洗,而在第三阶段结束时除对膜进行碱洗外,还进行了酸洗(在pH值为2的盐酸中浸泡6h)。清洗前后膜通量的变化如图4所示。由图4可知,碱洗对膜通量的恢复效果甚小,各阶段膜通量恢复率均小于5%;而酸洗对膜通量的恢复效果比较好,膜通量恢复率为79%,原因为试验中以无机型膜污染为主。3膜通量和阻力①在前72天里,COD去除率维持在70%～85%之间,出水COD<300mg/L,达到二级排放标准。随后由于污泥活性的降低以及SMP过多的积累,导致COD去除率不断下降,可以采用适量排泥的措施来解决。②MBR对渗滤中的氨氮有良好的去除效果,氨氮的去除率基本上维持在90%～99.8%之间。由于UASB处理后的渗滤液中缺少足够的碳源进行反硝化,因此MBR对总氮的去除率只有50%～67%。③膜通量与运行时间呈幂函数关系,三个阶段的膜通量衰减规律依次为:J=16.4t-0.58,R2=0.69;J=3.4t-