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以 MBR 為核(hé)心的垃(lā)圾滲濾液處理工藝(yì)研究進展

86 發布時間:2021-09-10

 據國家統計多個方麵數據顯示(shì),我國的生(shēng)活垃圾(jī)無害化處(chù)理率呈逐(zhú)年上升的(de)趨勢,我國的垃圾處理(lǐ)處置(zhì)方式主要為衛生填埋和焚(fén)燒。由於不管(guǎn)是近階段的以填埋為主的垃圾處理方式,還是將來以焚燒處理為主的垃圾處理方式,不可燃廢(fèi)棄物最(zuì)終都需要通(tōng)過(guò)填埋進行處理。
  對於垃圾填(tián)埋場而言最為關心(xīn)的問題就是滲濾液(yè)處理的問題,由(yóu)於膜生物反應器(MBR)工(gōng)藝作為常用的滲濾液處理(lǐ)組合工藝之一(yī),因此,研究以MBR作為核心工藝與其他工(gōng)藝相組合的各種形式非常必要。本文歸納總結(jié)了以MBR為核心的(de)處理垃圾滲濾(lǜ)液的(de)各類組合工藝,綜述了(le)其研究和工程應用現狀,分析了存在問題,提出了適用範圍,並對MBR技術相關的研(yán)究提出(chū)一些(xiē)建議,以期為未來垃圾滲濾液處理提供參考。
  1 滲濾液水質特點及處理工藝
  滲濾液為垃(lā)圾在堆放和填埋過程中由於壓(yā)實、發酵等物理、生物、化學作用,同時在降水和其他(tā)外(wài)部(bù)來水的滲流作用下產生的含有機或無機成分的液體,垃圾滲濾液普遍具有汙染物含量高、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(dù)有機廢水。
  隨著填埋年齡的增長,微生物對垃圾中有機(jī)物的降(jiàng)解速率、垃圾的持水(shuǐ)能力和水的透過性會發生明顯的變化,中老齡填埋場的滲濾液中有機物大多為難降解的長鏈碳水化合物或腐殖質,而且普遍具有可(kě)生化降解物質含(hán)量低,氨氮濃度較高(gāo)的特點。目前國內滲(shèn)濾液常(cháng)用的處理方法是以MBR為核心的組合處(chù)理工藝(yì),通常主要(yào)的處理(lǐ)流程如下:
  (1)預處理。包括格柵、調(diào)節池等裝置。待處理的滲濾液通過預處理可(kě)以截(jié)留粗(cū)大的懸浮物並對水質與水量進行均質化。
  (2)前處(chù)理。包括氨吹脫、加入吸附劑、混凝沉澱等物化處理。該(gāi)處理階(jiē)段需結(jié)合滲濾液中(zhōng)的水質情況選擇具體工藝,若水中(zhōng)存在高(gāo)濃度的氨氮,則(zé)需考慮氨吹脫進行(háng)前處理;若(ruò)水中存在一定的(de)色度、難降解的有(yǒu)機物、重金屬離子等(děng),則可考慮采用活性炭吸(xī)附等(děng)方式來進行前處理(lǐ),減輕(qīng)後續處理設施的負荷(hé)。
  (3)主處理。為MBR組合工藝處理技術。通過工藝聯合能夠達到更好的氨氮及有機物處理效果。
  (4)後處理。采用(yòng)膜處理或者物(wù)化處(chù)理等方式來(lái)進行深度處理。膜處理工藝可進一步(bù)處理重金屬離(lí)子及不可生化有機物,提升(shēng)出水水質。後處理工藝的(de)選擇應結合工程費用以及需達到(dào)的水質標準。
  2 以MBR為核心的滲(shèn)濾液組合處理工藝
  2.1生化處理+MBR+膜處理
  絕(jué)大部分垃圾滲(shèn)濾液需通(tōng)過組合工藝處理(lǐ)才能達到(dào)GB16889—2008《生活垃(lā)圾填埋場汙染控製標準》中要求的汙染物排放濃度限值。在滲濾液處理中(zhōng)常用的工藝組合方式是采(cǎi)用生化處理+MBR+膜處理組合工藝,上(shàng)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(jī)廢水的處理,因此許多學者(zhě)將該工藝與MBR進行組合,通過試驗或者工程應用研究(jiū)探(tàn)討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(de)發揮厭氧(yǎng)、好氧生化處理與膜處理(lǐ)相結合的技術優勢(shì),利用(yòng)該工藝處理的滲濾液出水(shuǐ)水質穩定且主要技術指標(biāo)CODCr和氨氮均可達到排放要求。
  通過UASB厭氧(yǎng)處理工藝可在某些特定的程度上降低運行費用,但是容易造成後續A/O生化池中的碳氮比失(shī)衡,因此(cǐ),應注意控製運(yùn)行過程,減輕出水中的碳氮比(bǐ)失衡。
  由於UASB工藝在寒冷地區的運行負荷極低,應考慮到該工藝不適用於東北等地區。後來隨著技術成熟出現了第(dì)三代(dài)厭氧反應器UBF,UBF綜合(hé)了(le)UASB和AF的優點,集顆粒汙泥與生物膜於一體,在處理水質變化大、汙(wū)染物濃度高的垃圾(jī)滲濾(lǜ)液時具有優勢,常被用於(yú)與MBR工藝相結合處(chù)理焚燒廠滲濾液。華佳(jiā)等采用UBF+MBR組合工藝處理焚燒電廠滲濾液,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(gāo)。
  用兩級UBF+MBR+NF組(zǔ)合工藝處理垃圾焚燒廠滲濾液,運行結果表明,CODCr、BOD5、SS、氨氮的去除率都大於99.8%,技術可行且經濟(jì)合理。
  填埋齡在10a以上的老齡化垃圾(jī)填(tián)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(shèn)濾液處理中常采用厭氧處理技術作(zuò)為前處理工藝。
  吳德欣采用厭氧好氧膜生物反應器和厭氧+GAC膜生物反應器對台州某垃(lā)圾填埋場的老齡(líng)化垃(lā)圾滲濾(lǜ)液進行了處理,並結合(hé)NF/RO工藝(yì)對MBR出水進一步深度處理,結果表明出水(shuǐ)基(jī)本滿足工業回(huí)用水的指(zhǐ)標要求。
  杜(dù)曉文取北京市阿蘇衛垃圾填埋場的晚期垃圾滲濾液作為處理對象,驗證了水解酸化+缺氧+MBR組合工(gōng)藝處(chù)理(lǐ)的出水具有水質穩定高(gāo)效的效果。雖然硝化反硝化生物脫氮能夠(gòu)達到良好的脫氮效果(guǒ),且運(yùn)行穩(wěn)定,但是往往需要投加大(dà)量碳源,在經濟效益上不夠具有優勢。然(rán)而,厭氧氨氧
  化具有良好的脫氮效果(guǒ),相(xiàng)比傳(chuán)統脫氮方式更能有效降低(dī)能耗而且(qiě)不需(xū)要外(wài)加碳源,CODCr濃(nóng)度也較低,因此,也有學者將其與MBR組合探討(tǎo)處(chù)理滲濾液的效果。
  杜昱等通過研究表明,二(èr)級厭氧+厭氧氨氧化+MBR組合工藝處理焚燒廠(chǎng)滲濾液這類高濃度有機(jī)廢水能(néng)夠更充分的發揮厭氧處理的優勢,去除有機物和氨氮,降低後續MBR係(xì)統的汙染物負荷。該工藝可大幅去除氨氮,隻需設計一級硝化反硝化即(jí)可,不用(yòng)額外碳源,是(shì)一種穩定可持續的生物處理技術。
  2.2MBR+膜(mó)處理/物化處理
  2.2.1MBR+膜處理
  膜處理技術主要是利用隔膜使溶劑同溶質和微粒分離,其中微(wēi)濾(MF)膜和超濾(UF)膜孔徑較大(dà),對汙染物去除率較(jiào)低,一般作為滲濾液的(de)預(yù)處理技術;納濾(NF)膜和反滲透(RO)膜對滲濾液中汙(wū)染物去除率較高(gāo),一般(bān)作為垃圾滲濾液的深(shēn)度處理(lǐ)技(jì)術。采用膜處理技術進行滲濾液的最終處理,對(duì)其效果許多學者進行了深(shēn)入研究探討。
  司紹(shào)明等采用外置式MBR+NF工藝組合對進水CODCr、BOD5、氨氮、SS的質量濃度分別為4760、1840、835、690mg/L的垃圾滲濾液做處理,工程運(yùn)行結果表明上述各指標均可達到排放標準,去除率均可達到96%以上。閔海華等采用MBR+RO組合工藝處(chù)理成都長安垃(lā)圾填埋(mái)場的滲濾液,工(gōng)程運行結果表明該工藝能有效去除絕(jué)大部分(fèn)有機物、氨氮和SS。
  薑(jiāng)彥超與施軍營等采用MBR+NF+RO聯合工藝進行(háng)生產性試驗,結(jié)果表明,該工藝流程簡單,抗衝擊負荷能力強,汙染物去除率(lǜ)高。深度處理通(tōng)過(guò)膜處(chù)理技術可以(yǐ)進一步截留氨氮(dàn),但是會產生含(hán)有高濃度(dù)的(de)鹽、有機汙(wū)染物和重金屬離子等的濃縮液,因此,選用(yòng)膜(mó)處理工藝時(shí)應考慮後續對濃縮液的處理問題,而不單單是稀(xī)釋(shì)排放。
  在膜處(chù)理工(gōng)藝中由於(yú)膜易受汙染(rǎn)、堵塞,壽命較(jiào)短是該工藝最大的(de)缺點,因此具有抗汙(wū)染能力強、操作壓力高、汙染物截留能力強的碟管式反滲透膜(mó)(DTRO)也引起了學者的關注。
  陳剛等在滲濾(lǜ)液設計水量為900m3/d,進水(shuǐ)總(zǒng)氮質量濃度高達2400mg/L的工程建設項目中采(cǎi)用(yòng)MBR+DTRO+曝氣沸(fèi)石生物濾池工藝去探討其處理垃圾滲濾液的效果,工程運行結果表明,出水水質能達到(dào)一級A排放標準。
  雖然DTRO相對於其他膜(mó)而言具有膜片壽命較(jiào)長的優點,在滲濾液處(chù)理中也被大範圍的應用,但是也存在能耗浪費的現象,因此,有必要探討相關的(de)改(gǎi)造方案以(yǐ)節約成本。
  2.2.2MBR+物理處理
  與MBR組合的物化處理法中常用的是(shì)吸附法,活性炭(tàn)由於在去(qù)除水中難降解的有(yǒu)機物、重金(jīn)屬離子和色(sè)度(dù)等方麵具有較好的效(xiào)果,因此(cǐ)常被用於吸(xī)附處理工(gōng)藝中。
  Pirbazari等采用組合的膜-生物活性炭工藝來處理垃圾滲濾液,結果發(fā)現(xiàn)汙染物在活(huó)性炭吸(xī)附(fù)+微生物降解+膜過濾的工(gōng)藝(yì)處理(lǐ)過程中去除效果明顯,TOC的去除率高達95%以上。由於在采用膜處(chù)理法時最關注的是膜汙染問題,因此,針對投加活性炭是否會引起膜汙(wū)染,許多學者也進行了深入的試驗研(yán)究。
  Adham等(děng)通(tōng)過研(yán)究表明,粉末活性(xìng)炭會與活性汙泥在膜表麵共同形成一(yī)層具有吸附功能的多孔狀膜,提高係統有機(jī)物的去除率。另外,這層PAC膜可在反衝洗時去除,因此,還可降低膜孔堵塞率,減緩膜汙染。研究人員通過對PAC+MBR組(zǔ)合工藝進行(háng)研究,發現(xiàn)投加PAC之(zhī)後膜通量的恢複率更(gèng)高,能(néng)夠有效減緩膜汙染(rǎn),並且出水水(shuǐ)質得到提升。
  在物化處理方式中除了能夠使(shǐ)用活性炭外也(yě)能夠使用其他方式,如加入混(hún)凝劑降低廢水濁度和色度,去除多(duō)種高分子物質、有機物、某些金屬離子以及氮、磷(lín)等可溶性無機物,或者形成難溶鹽沉澱去除滲出水中(zhōng)氨氮和重金屬離子。
  然而,此類處理方法中混(hún)凝劑的選取以(yǐ)及投加量的大小對(duì)處理效(xiào)果和(hé)處理成本具有很大的影響,因此,對(duì)於混(hún)凝劑的種類與投加(jiā)量也應引起關注。氨氮(dàn)含量較高的滲濾(lǜ)液中通常會采用氨吹脫進行前處理,以減輕後續生物脫氮的負荷,確保滲濾液處理達標排(pái)放。
  氨吹脫處理過程中需投加大量(liàng)的石灰,石灰的運輸、儲存和使用(yòng)會對周圍的(de)環境產生汙染,而且吹脫出的(de)氨需進(jìn)行回收,回收的硫酸銨處置問題也是一個難點。因此對於(yú)氨吹脫處理帶來的環境影響、處理成本等應考慮如(rú)何有效平衡。
  2.3高級氧化法+MBR+深度處理
  高級(jí)氧化法一般作為垃圾滲濾液的預處(chù)理,主要目的是提高廢水的可生化性或是直接去除滲出水中難降解的有機物成分(fèn),陳川利(lì)用UV/H2O2+MBR組合工(gōng)藝處理CODCr的質量(liàng)濃度為850~950mg/L、氨氮的質量濃度為(wéi)450~550mg/L的垃圾滲濾液,試(shì)驗結(jié)果表明,MBR對有機物的生化降解效果顯(xiǎn)著,反應(yīng)器內硝化作用好。
  臭氧(yǎng)氧化技術是通過臭氧分解產生(shēng)的羥基自由基(jī)將廢水中的汙染物轉化成低毒的(de)中間產物(wù)或者無機物,是一種綠色環保(bǎo)的工藝技術,在該工藝(yì)中臭氧的投加(jiā)量及滲濾液原液中的水(shuǐ)質(zhì)等因素對工藝的處理效果均會產(chǎn)生影響。
  黃報遠通過試驗分析了各(gè)影響因素,並通過試驗(yàn)表明臭氧化法和催化臭氧化法對垃圾滲濾液的色(sè)度和腐殖酸都有(yǒu)較高(gāo)的去除率,並可有效提高垃圾滲(shèn)濾液的可生化(huà)性。
  邱家洲等采用臭(chòu)氧高級氧化技(jì)術,並結合混凝預處理及生化(huà)處理進行試驗,結果表明,對於垃圾(jī)焚燒廠MBR出水,當(dāng)總AOP投加量在3.0~3.5個單位時就可達到新(xīn)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求,該工藝適用(yòng)於垃圾滲濾液深度(dù)處理。
  雖然臭氧(yǎng)技術具有無二次汙染等優點,但是臭氧的氧化性具有選(xuǎn)擇性,因此,難徹底去除水中(zhōng)的CODCr和TOD,而且操作費用較高,大多數情況下需與其他工藝進行組合(hé)應用(yòng)。
  劉(liú)香蘭等采用超聲波+MBR聯合處(chù)理垃(lā)圾焚燒廠滲(shèn)濾液,試驗(yàn)結果表明,超(chāo)聲波預處理有助於提高後期MBR對CODCr和氨氮的去除效果,但是出水效果不夠理想。
  高級氧化法中的Fenton氧化法也常被大範圍的應用於處理滲濾液的工藝中,詹(zhān)德明通過試驗研究了(le)Fenton氧(yǎng)化工藝(yì)+MBR組合工藝對滲濾液的處理效果,試驗結果表明,當反應初始pH值為4,H2O2投加量為0.048mol/L,H2O2和Fe2+物質的量比為(wéi)2.5∶1時,可達到最佳的處理效果(guǒ)。高級氧化法(fǎ)雖然具有高效、徹底、適用範圍廣、無二汙染等優點,但是通常處理費用普遍偏高、氧化劑消耗大(dà),因此不(bú)適用於低濃度、大流量的廢水。
  2.4複合膜生物反應器(qì)(HMBR)
  HMBR是(shì)將膜分離技術與傳(chuán)統的廢水生物反應器有機組合形成的一種新型高效的汙水處理係統。
  HMBR集合了(le)活性汙泥法中的生(shēng)物降解和膜(mó)的(de)高效截留作用的共同優勢,可使係統出水得到大(dà)幅度提高,另外,由於膜組件分離區(qū)汙泥濃度較低,能(néng)夠有效(xiào)延緩膜汙染,提升膜的使用效(xiào)率。
  寧桂興等(děng)利用HMBR工藝研究填埋場垃圾滲濾液脫氨運行環境,運(yùn)行結(jié)果表明,氨氮的去(qù)除率達95%~98%,采用HMBR處理高(gāo)濃度氨氮垃圾滲濾液,不僅能夠有效降解大(dà)分子物質,也可高效去除(chú)氨氮。
  中後期的垃圾滲濾液中氨氮的(de)去除是垃圾滲濾液(yè)處理的(de)難點。王(wáng)薇等采用HMBR工藝處(chù)理老齡垃圾滲濾液,中(zhōng)試(shì)結果表明,HMBR內的汙泥濃度較高,對去除氨氮起到了較大的作用,但是對CODCr的去除率隻有56.85%。
  為了探討單一工藝MBR與組合工藝A/O+MBR、A/O+HMBR對滲濾液(yè)的處理(lǐ)情況(kuàng),崔佳通過試驗研(yán)究對比了(le)3種(zhǒng)不同工藝處理CODCr、氨氮、總氮的效果,結果表明,A/O+HMBR工藝由於填料表麵富集生物膜,不僅在宏(hóng)觀上具有缺氧條件,而且在微觀上同(tóng)樣具(jù)有缺氧條件,使得係(xì)統中的硝酸(suān)鹽進行反(fǎn)硝化反應更為充分,去除效果顯著優於其他2種形式。
  3 結語
  垃圾滲濾液普遍具有有(yǒu)機汙染物含量高、氨(ān)氮含量高、色度大、毒性強等(děng)特點,且(qiě)隨著填埋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(yì)大致上可以分為以下幾種:①生化處理+MBR+膜處(chù)理;②MBR+膜處理/物化處理;③高級
  氧化法+MBR+深度處理;④HMBR。它們對垃圾滲(shèn)濾液的處理均具有較好的效果,但(dàn)同時也存在膜易受到汙(wū)染、運(yùn)行成本高的問(wèn)題。采用以(yǐ)MBR為核心的各類組(zǔ)合工藝技術處(chù)理垃圾滲濾液,今後應重點解決和深入研究開發低能耗、低成本、高性能、抗汙染的膜材料,降低投資和運行成本;合理設計組合工藝,重視預處理;選擇正(zhèng)真適(shì)合的膜清洗方式。

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