MBR工藝在垃圾滲濾液處理工程中的應(yīng)用

MBR工藝在垃圾滲濾液處理工程中的應(yīng)用韓征中持〔北京〕水務(wù)運營摘要：MBR工藝在滲濾液處理工程中是核心單元，其處理單元主要由兩局部組成，即生物反響單元和物理過濾膜單元，其中生物脫氮的形式可根據(jù)水量的不同進(jìn)行變化，例如A/O、A/O/O、二級A/O等多種形式；物理過濾膜用于截流污染物質(zhì)以及活性污泥微生物，經(jīng)過截留后的污水COD去除率可到達(dá)90%以上，活性微生物濃度可到達(dá)15g/L，MBR出水可到達(dá)GB16889-1997三級排放標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞：MBR，滲濾液處理工程，生物反響單元，物理過濾膜單元1、滲濾液處理現(xiàn)狀分析：垃圾滲濾液又稱為垃圾滲濾水，垃圾在堆放或填埋過程中受到擠壓和覆蓋，垃圾體內(nèi)部形成了厭氧環(huán)境，在厭氧微生物的作用下，垃圾體內(nèi)部的有機(jī)物被分解為甲烷和二氧化碳，局部有機(jī)物被水解酸化為脂肪酸類物質(zhì)，隨著降雨的過程被帶出垃圾體，從而形成垃圾滲濾液。一般來說，城市生活垃圾填埋場新場滲濾液水質(zhì)有以下一些特點：〔1〕垃圾滲濾液水質(zhì)復(fù)雜，表觀呈現(xiàn)暗黑色或暗棕色，惡臭味較重，無機(jī)懸浮物濃度很高并且伴隨多種有毒有害的成分例如重金屬離子等?！?〕CODCr、BOD5濃度值較高，水質(zhì)濃度隨時間變化較大，尤其是進(jìn)入后期之后，COD/BOD比值更高，可生化性較差。〔3〕無機(jī)性氨氮含量很高，最高可以到達(dá)幾千ppm，在抑制活性污泥微生物生長的同時，對于強化反硝化的碳源需求量也很高?！?〕營養(yǎng)元素的比例失調(diào)，微生物合成用P元素嚴(yán)重缺乏，BOD5/TP大于300，比值與微生物所需要的碳磷比〔100：1〕相差很遠(yuǎn)?！?〕中后期滲濾液含大量的腐殖酸和無機(jī)鹽類，特別是氯離子含量可超過5000ppm，對金屬腐蝕性及后續(xù)膜過濾的處理壓力增加較大，維修本錢增加。表1-1國內(nèi)局部城市垃圾滲濾液處理水質(zhì)城市COD(mg/L)BOD(mg/L)TN(mg/L)NH3-N(mg/L)SS(mg/L)PH北京5900~85003200~6500100~90070~906~8上海4500~80002300~5000100~80060~65030~5005~6.5廣州1400~10000400~2500150~900130~600200~6006.5~7.8杭州1000~5000400~600080~80050~50060~6506~6.5深圳3000~600001000~36000400~1500100~60006.2~8.02、MBR工藝說明：MBR處理系統(tǒng)〔membranebiologicalreaction〕其中文全稱為膜生物反響器，系統(tǒng)由超濾級別的膜系統(tǒng)和活性污泥生物反響器兩局部構(gòu)成，整個系統(tǒng)的原理是在活性污泥反響區(qū)利用好氧、缺氧活性污泥微生物在生物反響器內(nèi)與基質(zhì)〔廢水中的可降解有機(jī)物等〕充分接觸，通過氧化分解作用進(jìn)行新陳代謝以維持自身生長、繁殖，同時降解有機(jī)污染物、吸附無機(jī)細(xì)小顆粒。接著被去除污染物的水在超濾膜系統(tǒng)中進(jìn)行過濾和截留，過濾作用即將超大分子的有機(jī)不可降解類物質(zhì)與水分子進(jìn)行別離，截留作用即將活性污泥微生物截留在生物反響器中，防止活性污泥流失。MBR處理系統(tǒng)的主要特點：生化處理系統(tǒng)和超濾過濾系統(tǒng)可針對去除的污染物類型進(jìn)行靈活變化，應(yīng)用水處理領(lǐng)域范圍廣闊；剩余污泥減量化，由于超濾的截留作用，生化反響區(qū)的污泥濃度維持在較高水平，泥齡較長，因此剩余污泥較少。污水處理和回用同步，在生物反響階段污染物降解的同時，超濾截留作用同時進(jìn)行，產(chǎn)水可進(jìn)行簡單回用；生物脫氮效率高，由于污泥濃度的提高，活性污泥的單位BOD負(fù)荷降低，有助于硝化反響的順利進(jìn)行；單位運行費用低廉，由于超濾截留的強大作用，處理單位COD指標(biāo)的電耗相對較低；構(gòu)筑物投資本錢降低，反響器容積被減少的同時超濾膜系統(tǒng)為集成設(shè)備，放置于設(shè)備間即可，不需要單獨的構(gòu)筑物。2.1生物反響單元：生物反響單元一般由兩級的反硝化/硝化單元串聯(lián)組成，亦可根據(jù)水量的不同進(jìn)行改變，在第一級的反硝化/硝化單元內(nèi)設(shè)置強化內(nèi)回流，第二級的反硝化/硝化單元內(nèi)不設(shè)置內(nèi)回流，利用膜過濾單元截留的濃水回流至第一級的硝化段內(nèi)提高其活性污泥濃度和硝化程度。第一級的反硝化主要依靠底物中的BOD作為碳源進(jìn)行脫氮，而第二級反硝化依靠內(nèi)源呼吸進(jìn)行脫氮，同時可隨著進(jìn)水的氨氮濃度不斷提高進(jìn)行外加碳源的作業(yè)來提高二級脫氮速率。一級硝化的功能除了進(jìn)行脫氮外還要降解大局部的有機(jī)污染物，而二級硝化的功能那么是主要去除剩余局部的COD。第一級反硝化速率取決于一級硝化的徹底程度，第二級反硝化速率取決于進(jìn)入碳源的量，而異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌本身存在著競爭優(yōu)勢的問題，硝化菌為自養(yǎng)菌，活性污泥微生物為異養(yǎng)菌，因此控制一級硝化內(nèi)的F/M值很重要。圖2-2從微觀角度來講，生物脫氮的過程可分解為如下過程：O池為好氧環(huán)境，氨氮在硝化菌的作用下利用氧氣將NH4-N轉(zhuǎn)化為NO3-N，同時硝化菌利用局部NO3-N進(jìn)行自我增殖，是一種好氧自養(yǎng)菌，其反響過程如下：同時，好樣微生物菌膠團(tuán)利用有機(jī)污染物作為食物在生物酶的作用下進(jìn)行分解合成來完成自我的代謝，因為要進(jìn)行有氧呼吸，所以必須生存在好氧環(huán)境里，但屬于好氧異養(yǎng)菌。由于菌種的不同，代謝的原理也不一樣，因此硝化菌和好樣菌膠團(tuán)的代謝周期也不同，由于進(jìn)水的C/N很高，所以好氧菌的資源遠(yuǎn)比硝化菌的資源多，所以好氧菌的代謝周期要比硝化菌代謝周期要短，因此會出現(xiàn)好氧菌的世代結(jié)束時硝化菌的代謝還未完成，因此要盡量降低容積負(fù)荷以平衡兩種菌類的代謝時間。同時由于好樣菌膠團(tuán)的數(shù)量遠(yuǎn)大于硝化菌，一般在混合反響器內(nèi)硝化菌濃度為總體濃度的5%左右，所以一般硝化菌生長在好樣菌膠團(tuán)內(nèi)部，為保證硝化過程的正常進(jìn)行必須保證氧的穿透率，因此要提高溶解氧，通過實驗研究，我們發(fā)現(xiàn)只有在低F/M污泥負(fù)荷、低溶氧，或者適中F/M污泥負(fù)荷、高溶氧狀態(tài)下硝化反響的速率是最快的：圖2-3對于一般反硝化/硝化反響器來說，降低F/M會增加投資，而提高溶解氧又會提高運行費用，但由于參加了超濾膜的截留作用，活性污泥的流失根本不存在，所以O(shè)池內(nèi)的活性污泥濃度可到達(dá)10g-20g/L，因此在不增加投資的情況下F/M值會保持較低水平，同時溶氧可維持在1.5-2.0mg/L，硝化反響速率很快。表2-1不同污泥負(fù)荷條件下的硝化影響污泥負(fù)荷〔kgBOD/kgMLVSS˙d〕硝化速率〔kgNH3-N/kgMLVSS˙d〕溶解氧濃度〔mg/L〕2.0約0.13mg/L1.5約0.153mg/L1.0約0.23mg/L注：上述條件為水溫20℃，PH值6-8A池為缺氧狀態(tài)，在此環(huán)境中，溶解氧濃度低于0.5mg/L，生長的主要菌種為反硝化菌，其通過分解有機(jī)物并利用NO3-N作為電子受體，利用分解產(chǎn)生的氧作為氫受體來完成同化和異化過程：在反硝化菌的作用下，大約75%的硝態(tài)氮被轉(zhuǎn)換成N2和NO排出系統(tǒng)，小局部轉(zhuǎn)化為反硝化細(xì)菌本體，當(dāng)進(jìn)水的C/N超過5時，反硝化速率最快，可到達(dá)50ppm。表2-2不同碳源條件下的脫氮影響碳源/回流NO-N反硝化速率〔水溫20℃〕脫氮率〔固定停留時間〕≥4：10.72kgNO-N/kgMLSS˙d≤90%≥2：10.12kgNO-N/kgMLSS˙d≤70%≥0.5：10.072kgNO-N/kgMLSS˙d≤50%生化反響單元通過膜的截留作用，活性污泥根本不會流失，反響池內(nèi)的污泥濃度可到達(dá)15g/L，BOD容積負(fù)荷可到達(dá)1.5kgBOD/m3·d，對污染物質(zhì)的去除率較高。圖2-4BOD記錄表圖2-5NH3-N記錄表2.2物理過濾膜單元：MBR工藝過濾膜單元一般采用超濾級別作為截留和過濾設(shè)備，超濾的過濾精度介于微濾和納濾之間，最小過濾孔徑可到達(dá)30nm，可有效的將活性污泥截留在反響區(qū)內(nèi)。根據(jù)膜組件的設(shè)置類型，膜生物反響器可分為外置式膜生物反響器和內(nèi)置式膜生物反響器兩大類；根據(jù)過濾原理的不同又可分為錯流式、外壓式和抽吸式；根據(jù)過濾膜材質(zhì)的不同又分為PVDF材質(zhì)、PVC材質(zhì)、PTFE材質(zhì)和PE材質(zhì)。圖2-6超濾膜結(jié)構(gòu)圖在滲濾液處理領(lǐng)域，使用的外置式超濾膜一般為管式超濾膜，過濾模式為循環(huán)錯流式，過濾層材質(zhì)一般均為PVDF，支撐層材質(zhì)為聚醚砜；使用的內(nèi)置式超濾膜大局部為中空纖維膜，纖維材質(zhì)可以是PVC、PE、PTFE等等，過濾模式一般為抽吸式；兩種膜在使用中特點不同，條件也不同。表2-3外置與內(nèi)置超濾比照表工程外置超濾膜內(nèi)置超濾膜單位面積膜通量70L15L運行狀態(tài)連續(xù)運行間歇運行使用壽命5年4年膜通量衰減速度10%/月30%/月清洗模式CIP在線清洗CEB離線清洗清洗周期6-8周3-4周自動化程度完全自動化清洗時需人工操作單位水量投資0.35萬/噸0.4萬/噸單位水量電耗3.1kwh/噸1.2kwh/噸從上述表格中可以看到，外置式膜過濾系統(tǒng)的特點是：操作簡便，膜通量較大，膜通量衰減速度較慢，清洗周期較長；但在一般條件下，為減少污染物在膜外表的沉積，延長膜的使用壽命，需要用循環(huán)泵提供較高的膜面錯流流速，致使水流循環(huán)量增大，單位運行本錢費用稍高，同時存在一些小的問題是泵的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切力會使某些微生物菌體失活。內(nèi)置式膜過濾系統(tǒng)的特點是：膜通量較小，通量衰減速度較快，清洗需要離線操作，清洗周期較短；但由于內(nèi)置式膜過濾系統(tǒng)的組成較為簡單且過濾原理與外置式有很大差異，因此其系統(tǒng)能耗較低，單位運行本錢較低。膜組件下設(shè)置的曝氣系統(tǒng)不僅給微生物分解有機(jī)物提供了所必需的氧氣，而且氣泡的沖刷和在膜外表形成的循環(huán)流速對污染物在膜外表的沉積起到了積極的阻礙作用。結(jié)論與其他工藝相比，MBR處理工藝是目前滲濾液處理領(lǐng)域內(nèi)最為有效且最為適當(dāng)?shù)奶幚韱卧?，無論在經(jīng)濟(jì)性、處理效率等方面；MBR工藝具有良好的生物脫氮作用；MBR工藝具有高污泥濃度、高泥齡的特點，BOD容積負(fù)荷較高，對BOD的去除有很高的效率；MBR工藝具有良好的截留作用，對不可降解的COD具有去除作用。參考文獻(xiàn)[]蔣海濤，周恭明，高延耀.城市垃圾填埋場垃圾滲濾液的性質(zhì)特征[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2002〔6〕.[2]王建華，徐又一，