膜组合技术工艺处理垃圾渗滤液

  • 发布日期:2017-07-26
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《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008) 开始启用,而传统的单一生化处理法已经不能满足出水要求,人们将目光转向更为高效的膜分离技术。应用于渗滤液处理的膜分离技术主要有超滤、纳滤、微滤、反渗透等,多数渗滤液处理采用两种或两种以上的膜组合工艺来确保出水水质达标。目前国内外渗滤液处理膜技术以MBR+NF/RO 处理技术为主,传统生化+ 纳滤+ 反渗透的技术应用于渗滤液处理的实际工程案例也有较多报道。

MBR+NF/RO 是近年发展较快的一种新型组合工艺,具有流程简单、投资低、运行成本低等优点,适合中小城镇垃圾渗滤液处理工程。结合该地区的降雨特点和渗滤液产量及水质实际情况,设计并构筑了以中温厌氧反应器+ MBR+NF/RO 组合工艺为主的垃圾渗滤液处理站,其处理能力为200m³/d。

渗滤液处理站处理流程简单、占地面积小,且可根据实际进、出水水质灵活调整工艺组合。由于该地区降雨充沛,填埋初期渗滤液COD 浓度为3 000~4 000 mg/L,可不经过中温厌氧反应器,直接进入一体式MBR 反应池及后续处理工艺,处理效果显著。

1 工程概况

湖南某县卫生填埋场改扩建工程的填埋场场区占地面积为114655 ㎡,总库容为76.8×104 m³。日处理垃圾为121 t,2010 年-2023 年投入运行,服务年限为14 年。渗滤液处理站占地约2900 ㎡,设计处理量为200 m³/d,目前运行良好。

该填埋场采用改良型厌氧填埋工艺,渗滤液水质浓度较传统厌氧性填埋有所降低,可生化性也有所提高,设计填埋初期及中后期渗滤液进、出水主要指标见表1。

膜组合技术工艺处理垃圾渗滤 液

2 工艺流程

垃圾渗滤液在渗滤液调节池中经过一定时间的沉淀作用,去除废水中部分悬浮物、有机污染物和重金属离子; 高浓度渗滤液通过潜污泵输送至中温厌氧反应器,可降解部分COD、BOD5以及重金属离子,中温厌氧反应器出水通过重力自流入一体式MBR 反应器; 低浓度渗滤液直接经调节池后进入MBR 反应器; 通过MBR 反应器中生物降解和膜过滤的综合作用,进一步去除废水中难降解的有机污染物,去除NH3-N、亚硝态氮、硝态氮和重金属离子及大部分悬浮物; MBR 的出水通过高压泵输入纳滤设备,在纳滤膜的过滤作用下,进行脱色、去除剩余的难降解有机污染物和金属离子; 在纳滤后串联反渗透单元可以保证高氨氮情况下水质达标,最后再通过活性炭过滤器。设计出水水质执行《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008) 中一般地区渗滤液排放限值。

在实际运行中,根据渗滤液进水浓度选择是否经过中温厌氧反应器,根据纳滤出水选择是否串联反渗透单元。回流污泥由M 池回流至A 池(见图1),剩余污泥利用水压通过阀门控制排到污泥池;污泥池内设置污泥泵将浓缩后的污泥输送至垃圾填埋场填埋处理。

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3 主要构筑物、设备及设计参数

3. 1 调节池

综合考虑安全、经济及地形条件,调节池有效容积为15 233 m³,设计水深为4.5 m,可满足需调节的渗滤液总量的需要。调节池池底标高为15.00 m,最高水位标高为19.50 m,截污坝的坝顶标高为20.00 m。内设不锈钢潜污泵2 台(1 用1 备,流量为7.0 m³/h、扬程为150 kPa、功率为1.1 kW),运行时间为20 h/d。

3. 2 中温厌氧反应器

设中温厌氧反应器1 座,钢制,外保温,尺寸为¢6 m×10 m,有效容积为160 m³,停留时间为20 h,容积负荷为6 kgCOD/(m³·d),内置纤维填料层。

通过在其底部的环形开孔布水管布水。布水管用砖砌支墩固定于池底,面向池底开孔。每20 cm开一个直径为10 mm的孔洞,每两个孔洞之间呈45%倾角方向。配置水管道泵1 台(流量为11.5 m³/h、扬程为112 kPa、功率为0.75 kW),配套电加热装置,N = 16 kW。

3. 3 MBR 反应器

MBR 反应器为联体钢筋混凝土地下式构筑物,共分三个部分: 缺氧池(A 池) 、好氧池(O 池) 和膜分离池(M 池)。反应器总尺寸为16 m×15 m×3.05 m,有效水深为2.5 m。A 池有效容积为300m³,O 池有效容积为238 m³,M 池有效容积为62m³。好氧池(O 池) 曝气由鼓风机供应(2 台,1用1备,P = 49.0 kPa、Qs = 6.98 m³/min、N = 11 kW)。

M 池另外配鼓风机为膜组件供气,在膜分离单元的下部装微孔曝气器,该曝气管氧利用率高,气泡分散均匀,气泡直径为3 mm左右,与渗滤液接触面积增大,具有很高的氧气传递效率。气源由一台反冲洗鼓风机提供(P = 58.8 kPa、Qs = 4.8 m³/min、N= 7.5 kW)。

M 池内设中空纤维微滤膜组件一套。采用旭化成MUNC-620A 膜,高结晶性聚偏氟乙烯(PVDF) 材质; 膜通量为6 L/(h·㎡ ),实际膜总面积为1 680 ㎡ ; 孔径为0.1 μm; 最大透膜压力为300kPa; pH 值范围为1~10; 标准设计过滤水量为0.2~ 0.7 m³/d。膜分离液通过抽吸泵排出(Q = 9 m³/h,吸程= 80 kPa,H = 300 kPa,功率为2.2 kW)。

3. 4 纳滤装置

采用纳滤成套设备,处理能力为6 m³/h; 配纳滤高压泵1 台,Q = 10 m³/h,H = 1.7 MPa,功率为15kW,电源为380 V,55 Hz; 配纳滤增压泵1 台,Q = 10m³/h,H = 200 kPa,功率为2.2 kW。

设纳滤车间1 座,砖混结构,尺寸为8.0 m×6.0 m。

3. 5 反渗透装置

采用卷式反渗透成套装置,配清洗设备、电控设备、机座各一套; 配进水泵2 台,TSWA 卧式多级离心泵,Q = 18 m³/h,N = 7.5 kW,扬程为800 kPa。机座清洗泵2 台,Q = 25 m³/h,N = 15 kW,扬程为800kPa。

3. 6 污泥泵井和污泥浓缩池

污泥泵井与浓缩池均为钢筋混凝土结构,尺寸分别为3.0 m×3.0 m×3.0 m和3.0 m×3.0 m×6.2 m。污泥泵井配污泥泵一台,Q = 15 m³/h,H =70 kPa,N = 0.75 kW。污泥浓缩池配污泥泵一台,Q= 15 m³/h,H = 220 kPa,N = 2.2 kW; 浓缩后污泥直接由污泥泵抽回至填埋场库区。

4 系统运行与控制关键点

4. 1 MBR 反应器运行控制

缺氧段(A 池) 与好氧段(O 池+ M 池) 运行过程中的基本参数控制如表2 所示。

膜组合技术工艺处理垃圾渗滤 液

渗滤液水质成分复杂,进水氨氮浓度很高,微滤膜对氨氮去除作用很小,要使出水水质稳定达标,只有通过生化作用对其进行降解,一旦系统的生化性能出现问题,膜污堵速度较生化性能良好时更快,恢复难度更大,出水很难达标。因此,需根据系统进水选择性添加碳源,提高废水的可生化性。运行初期,渗滤液C/N 达4.5 左右,缺氧段不需要投加碳源。随着填埋场运行时间的延长,渗滤液中的碳、氮比例将会失调。若碳源不足,每天向MBR 缺氧段投加一定量的甲醇,废水可生化性会逐渐变好。

4. 2 MBR 膜污染与清洗

在运行过程中,通过膜机架底部曝气产生的气泡及水流,使膜丝充分抖动对膜进行擦洗。同时采用间歇运行方式,自吸泵抽吸13 min,停止2 min,可防止膜孔堵塞,使长期稳定运行成为可能。系统运行时,采用恒定流量办法,抽吸负压可通过电接点式压力表读取,MBR 膜片操作负压为0.01~0.03MPa,当操作负压> 0.05 MPa 时,需对MBR 膜片及时进行清洗。一般运行到30 天,即使负压未超过0.05 MPa,也要进行清洗。

清洗方法: 将MBR 膜片从膜架上取下,用清水对MBR 膜片表面进行冲洗,除去MBR 膜片表面附着的活性污泥; 再用0.5% 的NaClO 溶液浸泡1 h,杀死附着在膜表面的细菌; 然后用5%~10% 的NaOH 溶液将MBR 膜片浸泡2 h,除去附着在MBR膜片表面的有机物和胶体物质,再用清水对MBR 膜片进行冲洗,MBR 膜片通量即可恢复。

4. 3 NF/RO 运行与控制

在NF/RO 装置中采用大量在线监测仪表及时对各部位水质进行动态跟踪和自动调整,以最大限度地延长膜的使用寿命; 进水浊度控制在1.0 NTU以内,以降低膜的清洗频率,延长膜的使用寿命。在进水水质浓度不高时,纳滤出水即满足出水水质标准,此时即可关闭后续的反渗透单元,降低管理难度和能耗,节约运行成本。系统稳定运行要求的进水条件见表3。

膜组合技术工艺处理垃圾渗滤 液

5 运行结果

从2011 年4 月起调试2 个月,稳定运行至今。各项水质指标监测结果见表4,均达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008) 的表2 标准。

膜组合技术工艺处理垃圾渗滤 液

6 工艺优势

①运行能耗低

本工艺采用厌氧处理,以减轻后续好氧处理的负荷,降低运营成本。电耗是好氧工艺的主要费用,在本工艺中选用氧利用率较高的膜式微孔曝气器,氧的利用率一般可达到30%,远远高于其他曝气装置曝气的氧利用率。选择能耗较低的一体式MBR,动力消耗为0.2~0.4 kW·h/m³,仅约为分置式的1/10。

②操作灵活

运行初期,低浓度渗滤液无需经过中温厌氧反应器,可直接进入MBR 及纳滤处理单元。在纳滤装置的基础上增加反渗透装置,使系统出水水质稳定达标得到保障。由于纳滤出水已经过一次脱盐,因此反渗透系统所需压力就会很小,反渗透膜得到一定的保护,产水率相对也能提高。另外,若纳滤出水满足出水水质标准,即可关闭后续的反渗透单元,降低能耗,节约运行成本。

③二次污染少

本工艺采用生化处理和物化处理相结合的方法,利用中温厌氧、MBR 能比较彻底地降解污染物的特点,使污染物数量减少、危害程度降低。该工艺产生的污泥量远远少于其他工艺特别是单纯使用物化处理的工艺,产生的少量污泥可以采取回灌的措施控制其对环境的危害。

7 结语

渗滤液处理站处理工艺充分发挥微滤、纳滤反渗透三种膜工艺的功能互补性,保证了膜部件的稳定高效运行,组合方便,可操作性强。

一体式MBR 较传统分置式MBR,具有占地面积小、能耗低的优点,适合作为中小型垃圾渗滤液站处理工艺。动力消耗为0.2~0.4 kW·h/m³,仅为分置式的1/10 左右。

工程实践表明,采用MBR+NF/RO 工艺对填埋初期垃圾渗滤液处理效果显著,系统运行稳定,出水各项指标均能达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008) 中表2 规定的排放限值。



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