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以MBR為(wéi)核心的垃圾滲濾液處理工藝

196 發布時間:2021-09-13

 據國家統計多個方麵數據顯示,我(wǒ)國的生活垃圾無(wú)害化處理率呈逐年上升的趨勢,我國的垃圾處理處置方式主要為衛生填埋和焚燒。由於不管是近階段的以填埋為主的垃圾處(chù)理方式,還是將來以焚燒處理為主的垃圾處理方式,不可燃廢(fèi)棄(qì)物最終都需要通(tōng)過填埋(mái)進(jìn)行(háng)處理(lǐ)。
  對於垃圾填埋場而言最為(wéi)關心的問題(tí)就是滲濾液處理的問題,由於膜(mó)生物反應器(MBR)工藝作(zuò)為常用的滲(shèn)濾液處理組合工藝之一,因此,研究以(yǐ)MBR作為(wéi)核(hé)心工藝與其他工藝相組合的各種形式非常必(bì)要。本文(wén)歸納總結了以MBR為核心的處理垃圾滲濾液的各類組合工藝,綜述了其研(yán)究和工程應用現(xiàn)狀,分析了存在問題,提出(chū)了適用(yòng)範(fàn)圍,並對MBR技術相關的研究提出一(yī)些(xiē)建議,以(yǐ)期為未來垃圾滲濾液處理提供參(cān)考。
  1 滲濾液水質特點及處理工(gōng)藝
  滲濾液為垃圾(jī)在堆放和填埋過程中由(yóu)於壓實、發酵等物理、生物、化學作用,同時在降水和其他(tā)外部來(lái)水的滲流作用下產生的含有機或無機成分的液體[1],垃圾滲(shèn)濾液普遍具有汙染物含(hán)量高、氨氮含量高、色度大、毒性強、汙染時間長等特點,是一種成分複雜的高濃度有機廢水。
  隨著填埋年齡(líng)的增長,微生物對垃圾中有機物的降解速率、垃圾的持水能力和水的透過性(xìng)會發生明顯的變化,中老齡(líng)填埋場的滲濾液中有機物(wù)大多為難降解(jiě)的長鏈碳水化合物或(huò)腐殖質,而且普(pǔ)遍具有可生化降解物質含量低,氨氮濃度較高(gāo)的特點[2]。目前國內滲(shèn)濾液常用的處理方法是以MBR為核心的(de)組合處理工藝,通常主要的處理流程如下:
  (1)預處理。包(bāo)括格柵、調節池等裝置。待處理(lǐ)的滲(shèn)濾液通(tōng)過預處(chù)理可以截(jié)留粗大的懸浮物並對水質與水量進行均質化。
  (2)前處理。包括氨吹脫、加(jiā)入吸附劑、混凝沉澱等物化處理。該處理階段需結合滲濾液中的水質情況選擇具體工藝,若水中存在(zài)高濃度的氨氮,則需考慮氨吹脫進行前處理;若水中存在一定的色度、難降解(jiě)的有機物、重(chóng)金屬離(lí)子等,則可考慮采用(yòng)活性炭吸附等方式來進行前處(chù)理,減輕後續處理設施的負荷。
  (3)主處理。為MBR組合工(gōng)藝處理技術。通過(guò)工藝聯合能夠達到更好的氨氮及(jí)有機物處理效果。
  (4)後處(chù)理。采用膜處理或者(zhě)物化處理等方式來(lái)進(jìn)行深度處理。膜處理工藝(yì)可(kě)進一步(bù)處理重(chóng)金屬離子及不可生化有機物,提升出水水質。後處理工藝的選擇應結合工程費(fèi)用以及需達到的水質標準。
  2 以MBR為核心(xīn)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(xū)通過組合工藝處(chù)理才能達到GB16889—2008《生(shēng)活垃圾填埋場汙染控製標準》中要求的汙染物排放濃度限值。在滲濾液(yè)處理中常用的工藝組合方式是(shì)采用(yòng)生化處理+MBR+膜處理組合工藝,上流式厭氧汙泥床反應器(UASB)由於負荷能力很大,適用於高濃度有機廢水的處理,因此許多學者將該工(gōng)藝與MBR進(jìn)行組(zǔ)合,通過試(shì)驗或者工程應用研究探討(tǎo)該組合工藝對滲濾液的處理效果,研究結果均表明UASB+MBR組合工藝能夠充分的發揮厭氧、好氧(yǎng)生化處理與膜處理相結合(hé)的技術優勢,利用該工藝(yì)處理的滲濾液(yè)出水水質穩定且(qiě)主要技(jì)術(shù)指標CODCr和(hé)氨氮(dàn)均可(kě)達到排放要求[3-8]。
  通過UASB厭氧處(chù)理工藝可在某些特(tè)定的程度上降低(dī)運行費用,但是容易造成(chéng)後續A/O生化池中的碳氮比失衡,因此(cǐ),應注意控製運行過程,減輕出水中的碳氮比失衡。
  由於UASB工藝在(zài)寒(hán)冷地區的運行負荷極低,應(yīng)考慮到該工藝不適用於東北等地(dì)區。後來隨(suí)著技術成熟出現了第三代厭氧反(fǎn)應器UBF,UBF綜合了UASB和AF的優點,集顆粒汙泥與生物膜於(yú)一體,在處理水質(zhì)變化大、汙染物濃度(dù)高的(de)垃圾滲濾液時具有優勢,常被用於與MBR工藝相結合處理(lǐ)焚燒廠滲濾液。采用UBF+MBR組合工藝處理焚燒電廠滲濾液(yè),工程(chéng)運行結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(háng)結果表明,CODCr、BOD5、SS、氨(ān)氮的去除率都大於99.8%,技術可行且經濟合理。
  填埋齡在10a以上的老齡化垃圾填埋場的滲濾液中氨氮的(de)質量濃度通常高達3000~4000mg/L,因此,在工程中老齡化的滲濾液處理中(zhōng)常采用厭(yàn)氧處理(lǐ)技術作為前處理工藝。
  采用厭氧好氧膜生物反應(yīng)器和厭氧+GAC膜生物反應器對台州某垃圾填埋場(chǎng)的老齡化(huà)垃(lā)圾滲濾液進行了(le)處理,並結合NF/RO工藝對MBR出(chū)水進一步深度處理,結果表明出水基本滿足工業回用(yòng)水的(de)指標要求。
  取北京市阿蘇衛垃圾填埋場的晚期垃(lā)圾滲濾液作為處理對象,驗證了水解酸化+缺氧(yǎng)+MBR組合工藝處理(lǐ)的出水具有水質穩定(dìng)高效的效果(guǒ)。雖然硝化反硝化生物脫氮能夠達到良好的脫氮效果,且運行穩定,但是往往需要投加大量碳源,在經濟效益上(shàng)不夠具有優勢。然而,厭氧氨氧化(huà)擁有(yǒu)非常良好的脫氮效果,相(xiàng)比(bǐ)傳統脫氮方式更能有(yǒu)效降低能耗(hào)而且不需要外加碳源,CODCr濃度也較低(dī),因此,也有學者將其(qí)與MBR組合探討處理滲濾液的效果。
  通過研(yán)究表明,二級厭(yàn)氧+厭氧氨氧化+MBR組合工藝處理焚燒(shāo)廠滲濾液這(zhè)類高濃度有機廢水(shuǐ)能夠更充分的發揮厭(yàn)氧處理的(de)優勢(shì),去除有機(jī)物和(hé)氨氮(dàn),降低後續MBR係統(tǒng)的汙染物負荷。該工藝可(kě)大幅去除氨氮,隻需設計一(yī)級硝化反(fǎn)硝化即可,不用額外碳源,是一種穩定可持(chí)續的生物處(chù)理技術。
  2.2 MBR+膜處理/物化處理
  2.2.1 MBR+膜處理
  膜處理技術主(zhǔ)要是利用隔膜使溶劑同溶質和微粒分離,其(qí)中微濾(MF)膜和(hé)超濾(UF)膜孔(kǒng)徑(jìng)較大,對汙染物去除率(lǜ)較低,一(yī)般作為滲濾液的預處理(lǐ)技術(shù);納濾(NF)膜和反(fǎn)滲透(RO)膜對滲濾(lǜ)液中汙染物去除率較高,一般(bān)作為垃圾滲濾液的深度處理技術[14]。采用膜處理技術進(jìn)行滲濾液的(de)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(shì)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的垃圾滲濾液做(zuò)處理,工程運行結果表(biǎo)明上述各指標均可達到排放標準,去除率均(jun1)可達到96%以上。采用MBR+RO組合工藝(yì)處理成(chéng)都長安垃圾填埋場(chǎng)的滲濾液,工程運行結果表明該工藝能有效去除絕大部分有(yǒu)機物(wù)、氨氮和SS。
  采用MBR+NF+RO聯(lián)合工藝進行生產性試驗,結果表明(míng),該(gāi)工藝(yì)流程簡單,抗衝擊負荷能力強,汙染物去除率高。深度處理通過膜處理技術可(kě)以(yǐ)進一步截留(liú)氨氮,但是會產生含有高濃度的鹽、有機汙染物和重金屬離子等的(de)濃縮液(yè),因此,選用膜(mó)處理工藝時應考慮(lǜ)後續對濃縮液的處理問題,而不單單是稀釋排放。在膜處理工藝中由於膜易受汙染、堵塞,壽命較短是該工藝最大的缺(quē)點,因此具有抗汙染能力強、操作壓力高(gāo)、汙染物截留能力強的碟管式反滲透膜(DTRO)也引起了學者的關注。
  在滲濾液設(shè)計水量為900m3/d,進水(shuǐ)總氮質量濃度高達(dá)2400mg/L的工程(chéng)建設(shè)項目中采(cǎi)用MBR+DTRO+曝氣沸(fèi)石生物(wù)濾池工藝去探討其處理垃圾滲(shèn)濾液的效果,工程運行結(jié)果(guǒ)表明,出(chū)水水質能達到一級A排放標準。雖然DTRO相對於其他膜而言具有膜片壽命較長的(de)優點,在滲濾液處理中也被大範(fàn)圍的應用,但是也存在能耗浪費的現象,因此,有必要探討相關的改造方案以節約成本。
  2.2.2 MBR+物(wù)理處理
  與MBR組合的物化處理法中常用的是吸附法,活性炭由於在去除水中難降解的有機物(wù)、重金屬離子和(hé)色(sè)度等方麵具有較(jiào)好(hǎo)的效果[20],因此常被用於吸附處理工藝中。采用組合的膜-生物活性炭工藝來處理垃圾(jī)滲濾液,結果發現(xiàn)汙染物在活性炭吸附(fù)+微生物降解+膜過(guò)濾的工藝處理過程中去除效果(guǒ)明顯,TOC的去除率高達95%以上。由於在采用膜處理(lǐ)法時最(zuì)關注的是膜汙染問題,因此,針對(duì)投加活性炭是否會引起膜(mó)汙染,許多學者也進行了深入的試驗研究。
  通(tōng)過研究表(biǎo)明,粉末(mò)活性炭(tàn)會與活性(xìng)汙泥在膜表麵共(gòng)同形成一(yī)層具有吸附功(gōng)能的多(duō)孔狀膜,提高係統有機物的去除率。另外,這層(céng)PAC膜可在反衝洗(xǐ)時去除,因此,還可降低膜孔堵塞(sāi)率,減緩膜汙染。研究人員通過對PAC+MBR組合(hé)工(gōng)藝(yì)進行研究,發現投加PAC之後膜通(tōng)量的(de)恢複率更高,能夠有效減緩(huǎn)膜汙(wū)染,並且出水水質得(dé)到提升[23-24]。在物化處(chù)理方式中(zhōng)除了能夠使用活性炭外(wài)也能夠使用其他方式,如加入混凝(níng)劑降低廢水(shuǐ)濁度和色度,去除多種高分子物質、有機物、某些金屬離子以(yǐ)及氮、磷等可溶性(xìng)無(wú)機物,或者形成難溶鹽沉澱(diàn)去除滲出水中氨氮和重金(jīn)屬離子。
  然而,此類處理方法中混凝劑的選取以及投加(jiā)量的大小對處理效果和處理成本具(jù)有很大的影(yǐng)響,因此,對於混凝劑的種類與投加量也應引起關注。氨氮含量較高的滲濾液中通常會采用氨吹脫進(jìn)行前處理,以減輕後續生物脫氮的負荷,確保滲濾液(yè)處理達標排放。氨(ān)吹脫處理過程中需投加(jiā)大量的(de)石灰,石(shí)灰的運輸、儲存和使用會對周圍(wéi)的環境產生汙染,而且吹脫(tuō)出的(de)氨需進(jìn)行回收,回收的硫酸銨處置問題也是一個難(nán)點(diǎn)。因此對於氨吹脫處理帶來的環境影響、處理成本等應考慮(lǜ)如何有效平衡。
  2.3 高級氧化法+MBR+深度處理
  高級氧化(huà)法一般作為(wéi)垃圾滲(shèn)濾液的預處理,主要目的是提高廢水的可生化性或是直(zhí)接去除滲出水中(zhōng)難降解的有機物成分(fèn),利用UV/H2O2+MBR組合工藝處理CODCr的(de)質量濃(nóng)度為850~950mg/L、氨氮的質(zhì)量濃度為(wéi)450~550mg/L的垃圾(jī)滲濾液,試驗結果表明,MBR對有機物的生化降解效(xiào)果顯著,反應器內硝化(huà)作用好。臭氧氧化技術是通過臭氧分解產生的羥基自由基將廢水中的汙染物(wù)轉(zhuǎn)化成低(dī)毒的中(zhōng)間產物或者無機(jī)物,是一種綠色環保的工藝技術,在該工(gōng)藝中臭氧的(de)投加量(liàng)及滲濾液原液(yè)中的水質(zhì)等因素對(duì)工藝的處理效(xiào)果均會產生影(yǐng)響。
  通過試驗分析了各影響因素,並通過試驗表明臭氧化法和催化臭氧(yǎng)化法(fǎ)對垃圾滲濾液的色度和腐殖(zhí)酸(suān)都有較高的去除(chú)率,並可有效(xiào)提高垃圾滲濾液的可生化性。采用臭氧高級氧化技術,並(bìng)結合混凝預處理及生化處理進行試驗,結果表明,對於(yú)垃圾焚燒廠MBR出水,當總AOP投加(jiā)量在3.0~3.5個單位時就可達到新排放標準的要求,該工藝適用於垃圾滲濾液深度處理。
  雖然臭氧技術具有無二次汙(wū)染等優點,但是臭氧(yǎng)的氧化性(xìng)具有選擇性,因此(cǐ),難徹底去除水中的CODCr和TOD,而(ér)且操(cāo)作費用較高,大多數情況下需與其他工藝進行組合應用。
  采用超聲波(bō)+MBR聯合處理垃圾焚(fén)燒廠滲濾液,試驗結果表明,超聲波預處理有助於提(tí)高後期MBR對CODCr和氨氮(dàn)的去除(chú)效果,但是出水效果不夠理想(xiǎng)。
  高級(jí)氧化法中的Fenton氧化(huà)法也常被大範圍的應用於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,試驗結果表明(míng),當反應(yīng)初始pH值為4,H2O2投加量為0.048mol/L,H2O2和Fe2+物質的量比為2.5∶1時,可達到最佳的處理效果。高(gāo)級氧化法雖然具有高效、徹底、適用(yòng)範圍廣、無二汙染等優點,但是通常處理費用普(pǔ)遍偏高、氧化劑消耗大,因(yīn)此不適用於低濃度、大流量的廢水。
  2.4 複合膜生物反應器(HMBR)
  HMBR是(shì)將膜分離技(jì)術與傳統的廢水生(shēng)物反應器有機組合形(xíng)成的一種新型高效的汙水處理係統。
  HMBR集(jí)合了活性汙(wū)泥法中的生物降解和膜的高效截留作用的共同優勢,可使係統出水得(dé)到大幅度提高,另外,由於膜組件分離區汙(wū)泥濃度較低,能夠有效延緩膜汙(wū)染(rǎn),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境,運行結果表(biǎo)明,氨氮的去除(chú)率達95%~98%,采用HMBR處理高(gāo)濃(nóng)度(dù)氨氮垃圾滲濾液,不僅能夠有效降解大分(fèn)子物質,也可高效去除氨(ān)氮。中後期(qī)的垃圾滲濾液中(zhōng)氨氮的去除是垃(lā)圾滲(shèn)濾液處理(lǐ)的(de)難點。采用HMBR工藝處理老(lǎo)齡垃圾滲濾液,中試結果表明,HMBR內的汙泥濃度較高,對去除氨氮(dàn)起到了較大的(de)作(zuò)用,但是對CODCr的去除率隻有56.85%。為了探(tàn)討單一工(gōng)藝MBR與組(zǔ)合工(gōng)藝(yì)A/O+MBR、A/O+HMBR對滲(shèn)濾液的處理情況,崔(cuī)佳[32]通過試驗研究對比了(le)3種不同工藝處理CODCr、氨氮、總氮的效果,結果表明,A/O+HMBR工藝由於填(tián)料表麵富集生物膜,不僅在宏觀上具有缺氧(yǎng)條件,而且在微觀上同樣具有缺氧條件,使得係(xì)統中的(de)硝酸鹽進行反硝化反應更為充分,去(qù)除效果顯著優(yōu)於其他2種形式。
  3 結語
  垃圾(jī)滲濾液普遍具有有機汙(wū)染物(wù)含量高、氨氮含量高、色度大、毒性強等特點,且隨著填(tián)埋(mái)年齡不同水質變化較大。目前,以MBR為核心的各類組合處理工藝大致上可以分為以下幾種:①生化處理+MBR+膜處理;②MBR+膜處理/物化(huà)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(jù)有較好的效果,但同時也存在膜易受到汙染、運行成本高的問題。采用以MBR為核心的各類(lèi)組合工(gōng)藝技術處理垃(lā)圾滲濾液,今後應重點解決和深入研究開(kāi)發低能耗、低成本、高性能、抗汙染的膜材料,降低投(tóu)資(zī)和運行成本;合理設計組合工藝,重視(shì)預處理(lǐ);選擇正(zhèng)真適合的膜清洗方(fāng)式。

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