工业水处理,污废水处理,再生水回用,DTRO膜 企业邮箱Investor Relations
产品分类RODUCT CATEGORY
新闻动态
您当前的位置:首页 > 新闻动态 >

A/O+MBR+DTRO 垃圾渗滤液处理优选工艺

发表时间:2016-07-21 08:48

一、垃圾渗滤液的来源主要有如下来源

(1)大气降水 决定降雨的水文参数包括降雨频率、强度、持续时间等,而当降雨蒸发量小于降雨量时,垃圾渗滤液的数量就会增加。

(2)地表径流 主要指经地表上坡方向的流水,地表径流的增加将会导致渗滤液的产生量的增加。其影响因素包括覆土材料的渗透性能和种类、垃圾填埋场周围的地理趋势、填埋场排水系统和植被覆盖完善程度等。

(3)地面灌溉 地面灌溉包括土壤类型和种植的影响因素。

(4)地下水 有时我们在填埋场设计中,由于地形及各种原因,地下水位可能位于填埋场底部以下,这将导致渗滤液的性质受到影响,影响因素包括垃圾和地下水的接触时间,流动方向等,通常情况下,如果在填埋场的设计中出现类似情况,建议在施工设计中采用防渗措施从而减少地下水的渗入量。

(5)废物中水分 废弃物自身所带水份,以及从降雨和大气中的吸附量。产生的垃圾渗滤液的主要来源途径是进入垃圾填埋场的废物自身携带的水份。当进行污泥的填埋时,即便污泥在经过一定程度的压实后,污泥中总有一定数量的水分变成渗滤液,并且这将与污泥保水能力和种类没有关系,而与污泥本身所固有的性质有关。

(6)有机物分解生成水 垃圾填埋场中垃圾包括有机物和无机物,其中有机物在填埋场内厌氧微生物的分解下会产生水分,影响水量的产生因素包括微生物种类、垃圾的组份、温度、pH 值等因素。

 

二、垃圾渗滤液产率及性质在废弃物降解过程中的差异

在填埋垃圾降解过程中,微生物的活动是导致垃圾降解的主要原因。由于微生物的作用,在填埋场内产生了垃圾气体与渗滤液。基于典型填埋垃圾稳定结果证明调查,一般稳定过程包括调整阶段,过渡阶段,产酸阶段,产甲烷阶段和成熟阶段,这 5 个阶段在渗滤液的产生与生物气的产率方面各有差异,能够真实反映微生物参与的降解过程。

最初调节阶段,随着垃圾填埋场内垃圾的增多,垃圾不断被填埋,与此同时,填埋场内水分将不断得到积累。微生物在进行降解废弃物之前需要有足够的水分,在未达到这个条件之前,我们可以观测到在填埋场内填埋废物的性质和成分均发生了变化,这一阶段是活性微生物降解前的适应期。

过渡阶段,在这个阶段将出现氧环境的变化,填埋场的氧环境逐渐从好氧状态变成厌氧状态,这是因为随着垃圾填埋场垃圾的不断累积,将导致需填埋的废弃物量超过填埋场的容量,从而造成废弃物中的氧气被消耗完全,最终致使氧环境的变化。最后,垃圾填埋场就变成了很大的厌氧系统,系统将逐渐地完成氧环境的变化。当废弃物中所含有的水份高于持水能力,挥发性有机脂肪酸(VFAS)将首先出现在滤液中。伴着整个填埋场的氧环境的变化,包含有甲烷发酵阶段和酸性阶段的无氧分解将维持较长时间;而挥发性的有机酸(即 VOA)和 COD 也会在渗滤液中被检出。与此同时,二氧化碳将逐步取代氧而向硫酸盐和硝酸盐传递电子受体。

产酸阶段,在产酸阶段中,产酸菌将得到生长,同时,所需营养物质与底物将快速减少;“初期渗滤液”包含相对高浓度的有机污染物,挥发性脂肪酸(VOA)为主要污染物,并占渗滤液有机碳(TOC)的 95%。处于此阶段中的垃圾渗滤液的 BOD5/CODcr一般为 0.4~0.5,这是因为 VFAS 具有很好的可生物降解性。同时,垃圾渗滤液的 pH 值将低至 4.0 左右,这是因为在此阶段的垃圾渗滤液中 VFAS 浓度很高,从而导致渗滤液处于酸性环境。

产甲烷阶段,处于产甲烷阶段的渗滤液 pH 值有所上升,同时,重碳酸盐能在一定程度上缓冲渗滤液 pH 值的变化,这将保证甲烷菌的增殖。某些重金属废弃物也会通过化学沉淀作用和络合作用而被去除。甲烷菌将把挥发性有机酸(VOA)降解二氧化碳和甲烷,同时,把硝酸盐和硫酸盐还原成氨氮和硫化物。处于此阶段的垃圾渗滤液有机物含量会有所降低,这是由于甲烷分解挥发性有机脂肪酸产生沼气而造成的,而渗滤液在经过降解后,大分子物质将成为主要的渗滤液有机碳。甲烷发酵阶段的 BOD5/CODcr将低至 0.1~0.3 甚至更低;同时,挥发性脂肪酸的减少导致渗滤液的 pH 值上升到 7 以上。

成熟阶段,在稳定阶段的垃圾填埋场上,微生物的活性会因为可用的基质和营养量大大减少而降低,最终将导致生物气的急剧减少,进入相对休眠状态。与此同时,氧化产物和氧气将慢慢地被观测到。但是有机组分中难降解废弃物将进行长时间缓慢的降解过程。整个填埋场化学电位不断上升,填埋垃圾及其渗滤液进入稳定状态,填埋场将缓慢地进入有氧状态。

由以上可以看出,渗滤液的成份在废弃物被分解的 5 个阶段中存在很大的差异,所以,我们在进行渗滤液处理系统设计工作时,必须充分了解这 5 个阶段的时间划分和所发生的生化反应。

三、垃圾渗滤液的特性

在通常情况下,三种有机物存在于典型的垃圾渗滤液中:①高分子量的腐。殖质类、碳水化合物类物质;②中等分子量的灰黄霉酸类物质;③低分子量的脂肪酸。垃圾填埋场的垃圾体积会随着填埋时间的推移而不断增多,相应地,渗滤液中的有机成分也会发生变化。

(1)有机物浓度高,变化范围大 在有机物含量方面,普通废水是无法与渗滤液进行比较的,渗滤液 COD和 BOD5浓度可能达几万毫克每升,主要产生在酸性发酵阶段,pH 值在或略低于 7 左右,BOD5和 COD 的比率是 0.5 ~ 0.6。一般来说,BOD5、BOD5/COD、COD 会随着填埋场成长的“年龄”而减少,碱性反而会增加,如下表 所示。
垃圾渗滤液污染物浓度表

注:除 pH 和大肠菌群值外,其它项目单位均为 mg/L;TS-总硫,TCr-总铬,VFA-挥发性脂肪酸

(2)氨氮含量高 渗滤液约 70% ~ 80%的 TN 是以氨氮形式存在的。随着垃圾填埋场渗滤液运行时间的推移,氨氮浓度会增加,有时甚至高达 1700 毫克/升。当氨氮(特别是游离氨)的浓度太高,微生物的活性会受到影响,生物处理的效果也会受到影响。

(3)金属含量高 有十多种金属离子存在于渗滤液中,国外的垃圾会经过严格的选择和分类,而国内则不会经过选择分类,所以我国和国外渗滤液中重金属浓度是不同的。

(4)水质复杂,有机污染物种类繁多大量有机污染物存在于渗滤液中,其中酰胺物质、醇酚、酮醛、含酸酯、烃类和衍生物量含量较多。王英曼等对湖南小河沟填埋场的渗滤液进行了检测分析,结果表明,渗滤液主要含有77种有机物,在这77种有机污染物中,有5种辅助性致癌物,1种疑似性致癌物和5种以上曾被列入我国污染物质“黑名单”的有机物。近些年来,卤代烃(AOX)等吸附性有机卤化物在垃圾渗滤液中被监测出。当一个垃圾填埋场含工业废料时,有毒有害污染物还会被监测出,水质将更为复杂。

(5)水量水质变化大其原因主要有以下3方面:①污染物浓度以及成分组成随填埋场“年龄”而发生变化。②污染物浓度与成份随季节变化。③渗滤液产量受雨季影响大,冬天明显低于夏天。台湾某填埋场,前五年的渗滤液NH3-N、COD、BOD5典型值为1200mg/L、17000mg/L、35300mg/L;五年后相应值变为900mg/L、4000mg/L、11000mg/L。山东某市的垃圾填埋场,填埋场运行第一年时,渗滤液的BOD5/COD、COD、BOD5值分别为:0.73、36000mg/L和25000mg/L;3年后,其值分别变为:0.14,18500mg/L,2800mg/L;10年后又变为0.09、1050mg/L、110mg/L,由此可见,渗滤液水质变化范围之大。

(6)营养物质比例失调在我国,适宜微生物生长的营养物质比例(BOD5:N:P)为100:5:1,而典型的渗滤液BOD5/P大多超过了300,这种营养物质的严重失调,使得渗滤液中微生物的生长受到了很大影响。所以在处理渗滤液之前,须通过向渗滤液中添加营养物质来调节其比例。

(7)其他特点因渗滤液含有多种不易被生物降解的有机物,经过生物降解后,COD浓度仍保持在700~3500mg/L范围内。在进行垃圾渗滤液的生物处理时,生物反应池中会产生很多泡沫,这将很大程度上影响系统的正常运行。

四、备选工艺的提出

对于垃圾渗滤液而言,因其自身水质特性,传统的生物处理(A2O、氧化沟、SBR、生物转盘等)只能将易生物降解的有机物去除,对于难生物降解的有机物去除效果不佳,难以达到排放要求。物化处理方法出水水质运行不稳定,且有待得到进一步的研究发展。

自然生态处理法只对规模较小的渗滤液适用,具有一定的限制性。膜过滤法的膜很容易被截留的污染物质堵塞,膜的性能和寿命都会受到影响,所以采用之前必须进行预处理。

传统的简单物化与生物组合工艺(UASB+氧化沟、氨吹脱+MBR)等对渗滤液的处理效果也都很难达到《生活卫生垃圾填埋场污染控制标准》中表 2 标准的处理要求。2003年,我国三个采用反渗透技术的渗滤液工程都进行了达标排放;国内外已有多个利用膜处理组合技术的渗滤液处理厂,出水水质也都能达到排放标准,其成功实践经验也为当前渗滤液的处理指引了方向,本文将在几种生物处理和膜处理组合工艺中进行比选。

本次研究对象某市的渗滤液水质CODcr高达10000mg/L左右,BOD5高达4000mg/L左右,其水质可生化性差,且氨氮含量普遍维持在1200mg/L左右,氨氮含量相对较高,普通的生化处理很难处理其水质。并且随着渗沥液“年龄”的增长,渗滤液中的BOD5、CODcr、浓度会下降,含氨氮量会不断升高,碳氮比失调,并且可生化性会越来越低。

综合以上特点,渗沥液的备选处理工艺必须要具有良好的去除CODcr与氨氮的功能,参考国内外工程实例并进行分析总结(见图),根据某市垃圾填埋场的实际情况,选择了二种备选方案并进行分析比选,最终确定渗沥液处理工艺。

方案一:A2/O-MBR+RO
A2/O-MBR+RO流程图

方案二:两级A/O-MBR+DTRO

4.1 A2/O-MBR+RO 工艺

(1)A2/O-MBR工艺

MBR 即膜生物反应器,是把生物处理与膜组件结合在一起的工艺,相比传统工艺,MBR 用膜分离技术替代了传统的泥水分离技术。

由于 MBR 膜对物质的拦截,存在于反应器中的生物体被完全拦截,其高效拦截性使反应器内的生物体浓度从 3~5g/L 提升至 8~40g/L,且具有较强抗水力冲击能力,这就完成了污泥龄和 HRT 的完全分离。膜的拦截作用致使反应器内有污泥浓度很高,有机物降解速率很高,出水水质稳定,微生物与细菌得到完全去除,出水的浊度很低,出水水质较好。用膜组件代替二沉池,节约占地,且系统结构简洁紧凑,在废水处理中得到了当广泛的应用。本次备选工艺选用分体式A2/O-MBR膜生化反应器,包括A2/O生物反应器和超滤(UF)两个单元,生物反应器由厌氧、缺氧、好氧三个区段构成。

1980年,Mrais和Rabinowtz在对AO工艺的研究中发现:3阶段的AO工艺可构成传统A2/O工艺(Anaerobic-Anoxic-Oxic)。图3为其工艺流程。A2/O是厌氧-缺氧-好氧生物处理技术,其脱氮除磷效果十分明显。生物池在缺氧段和厌氧段安装推流器,并通过回流管道和曝气系统将其分成厌氧段、缺氧段、好氧段三个部分。


图3

A2/O-MBR+RO备选工艺的流程如下图4所示:
A2/O-MBR+RO备选工艺的流程

图4

4.2 两级 A/O-MBR+DTRO 工艺

(1)两级 A/O-MBR 工艺

如前所述MBR膜生物反应器,本次备选工艺选用分体式两级AO-MBR膜生化反应器,包括一级和二级AO生物反应池和超滤(UF)两个单元,生物反应池由缺氧池、好氧池构成。

荷兰学者Loosdrecht曾经把微生物在饥饿-饱食交替的环境中培养,发现培养的生物体能降解更多、更广范围的有机物。经过研究分析得出:饥饿环境能刺激生物体自身产生更多的酶,使其在饱食环境下摄取更多有机物。微生物体内贮存多聚物是微生物固有的能力,而“饥饿—饱食”状态能激发并强化这一能力。这就是“非稳态理论”,因此基于上述理论的生物处理工艺将有可能使工艺本身得到优化。

为了改良传统A/O工艺,基于非稳态理论的研究,Demuyncketal、IrvineandKetchum和Jonesetal.等提出了两级短时好氧与缺氧循环操作来替代单级长时连续好氧和缺氧操作,即好氧与缺氧交替活性污泥法(Alternatingoxic-anoxic)工艺。在两级A/O工艺中,原水中的有机碳源可以得到充分的利用,有机物和氨氮的去除率得到了提高。

在两级A/O工艺反应刚开始时,整个池子处于供过于求(营养物质多、菌团数量少)的状态,随着反应时间推移,菌团质量和数量都在增加,而营养物质却在减少,很快就达到供求平衡的状态,反应到最后,整个系统又处于供小于求的状态,渗滤液中的营养物质被分解地干净彻底,并且性能优异的污泥菌团也会分解一些难降解的物质。因此,我们可以认为两级A/O工艺对各类污染物的去除都是有效的,且渗滤液经过第二级A/O反应池后,各类污染物的得到了进一步的去除。其工艺流程图如下图5所示:
两级 A/O 工艺流程图

两级 A/O 工艺流程图  (图5)

(2)DTRO 工艺

DTRO即碟管式反渗透膜技术,是一种专利型膜分离设备。1988年,德国颇尔公司首次将DTRO工艺用于垃圾渗滤液处理,其出水水质非常好,被认为是创造了垃圾渗滤液处理的新时代。目前,烟台金正环保科技有限公司已成功将DTRO技术引进国内,2003年,我国已有两个渗滤液处理厂采用DTRO技术,一个是重庆市长生桥垃圾填埋场500t/d的渗滤液处理厂,一个是北京市67t/d的移动式渗滤液处理厂,运行稳定且出水都能达到排放标准。

DTRO系统就是利用反渗透技术的原理,利用压力使渗滤液中的水分子透过反渗透膜,把所有污染物质包括氨氮等大于1nm的分子及离子截留,从而达到处理渗滤液的目的,具体如下图6所示。

DTRO反渗透原理示意图
DTRO反渗透原理示意图 图6

该技术是专门针对渗滤液处理开发的,它的膜组件构造与传统的卷式膜截然不同,碟管式膜组件具有专利的流道设计形式,采用开放式流道,料液通过入口进入压力容器中,渗滤液通过8个通道进入导流盘中以最短的距离快速流经过滤膜,在膜表面形成由导流盘圆周到圆中心,再到圆周,再到圆中心的双”S”形路线。浓缩DT组件两导流盘之间的距离为4mm,导流盘表面有一定方式排列的凸点,具体如下图7所示。这种特殊的水力学设计使处理液在压力作用下流经滤膜表面遇凸点碰撞时形成湍流,增加透过速率和自清洗功能,从而有效地避免了膜堵塞和浓度极化现象,成功地延长了膜片的使用寿命;清洗时也容易将膜片上的积垢洗净,保证碟管式膜组适用于处理高浑浊度和高含砂系数的废水,适应更恶劣的进水条件。
 

碟管式膜柱流道示意图

碟管式膜柱流道示意图 图7

DTRO成套设备预处理比较简单,只需要系统自身包含的筒式过滤器和砂滤器即可达到预处理的要求。渗透膜的寿命长,一般为2~3年,甚至可达8年之长。系统的水质适应性强,抗水力负荷灵活。操作灵活,占地面积小,系统采用模块式设计,所有操作由计算机完成,自动化程度高,系统安全,便于维护。系统拓展性强,可根据水质情况设计为一级、二级或高压模组。国内一些采用 DTRO 成套设备的渗滤液处理厂运行效果如下表所示:

韩国汉城 Keoje 垃圾填埋场 DTRO 系统进出水水质表
 DTRO 系统进出水水质表

 

上海御桥垃圾焚烧厂垃圾填埋场 DTRO 系统进出水水质表

 DTRO 系统进出水水质表

北京六里屯垃圾填埋场 DTRO 系统进出水水质表
 DTRO 系统进出水水质表
两级 A/O+DTRO 备选工艺整个工艺流程图如下图

两级 A/O+DTRO 备选工艺整个工艺流程图
两级 A/O+DTRO 工艺流程图

 

五、处理工艺的确定

对于本次的研究对象—某市渗滤液处理厂而言,我们基于层次分析法首先得建立层次分析结构模型,按照层次分析法的步骤,得出其对经济运行评价指标的影响。

渗滤液处理厂目标层 M 是经济运行评价指标 A,经过考察分析,得出影响 A 的三个子目标:技术性能 B1、环境影响 B2与经济效益 B3,经过细化分析得如下几个指标(准则层 Z):工艺流程 C1、水处理效果 C2、运行稳定 C3、操作难易 C4、城市环境保护 C5、占地面积 C6、纳污面积 C7、固体废物 C8、建设费用 C9、运行费用 C10以及资源消耗 C11。

针对以上准则层,对于本次某市渗滤液处理厂而言,如前 221 所述的备选工艺的选择,得出方案层 F:A2/O-MBR+RO 工艺 D1、两级 A/O-MBR+DTRO 工艺 D2。其层次分析图如下图所示:

渗滤液处理厂经济运行评价指标框架

根据检验结果得出:两级 A/O-MBR+DTRO 工艺在 C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8这些指标上的权重都优于 A2/O-MBR+RO 工艺。针对本次研究对象—某市渗滤液处理厂,基于层次分析法的经济技术因素的比较,经过最终一致性的检验,得出这两种工艺中相对较好的是两级 A/O-MBR+DTRO 工艺。

另外,对渗滤液的适应方面,本次两种备选工艺的对比结果如下表
DTRO与RO比较
在工艺技术可行性方面,两种工艺的对比结果如下表
DTRO与RO比较
 

对于本次研究对象—某市渗滤液处理厂,经过基于层次分析法的经济技术因素的对比,并参考两个备选方案在渗滤液水质适用方面和工艺技术可行性方面的对比,综合比选后,本文认为方案二两级 A/O-MBR+DTRO 为优选方案。

------分隔线----------------------------

  版权所有:烟台金正环保科技有限公司  地址:山东省烟台市莱山区蓝德路8号
  联系我们 | 推广合作:13963899295,邮件:sawang@jinzhenghb.com | 招聘:0535-6626909
技术支持:金正环保
企业关键词:工业水处理,污废水回用,再生水回用,DTRO膜,纳滤膜,硅碳膜,DTRO膜制造,酸分离膜,碱分离膜,DTNF,DTRO膜制造