隨著我國城市生活水平的不斷提高, 生活垃圾量也在不斷增大, 我國興建了一批生活垃圾處理廠,處理方式主要有垃圾焚燒、填埋、堆肥以及綜合利用等[1] . 其中, 垃圾填埋以其運行費用相對較低、管理相對方便、技術(shù)較為成熟等優(yōu)點成為我國現(xiàn)階段特別是中小城鎮(zhèn)廣泛采用的垃圾處理方式. 垃圾填埋過程中產(chǎn)生的滲濾液是目前世界上公認污染嚴重、難于處理、性質(zhì)復(fù)雜的高濃度污染廢水[2] . 建設(shè)垃圾填埋場滲濾液處理系統(tǒng), 要綜合考慮處理技術(shù)、處理效果、投資與運行成本等各因素, 隨著《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889- 2008)的實施, 出水排放指標要求更加嚴格, 這就對處理技術(shù)及工藝相應(yīng)提出了新的要求.
近年來, 國內(nèi)外應(yīng)用較多, 處理效果較好的組合工藝有生化+ 膜處理組合工藝、物化+ 生化組合工藝等. MBR+ 雙膜法(NF /RO)是近年發(fā)展較快的一種新型組合工藝, 是以MBR 單元為工作核心的一種新型系統(tǒng). 膜分離技術(shù)與活性污泥法相結(jié)合是該工藝的技術(shù)特點. MBR 具有: 1)能有效降解主要污染物COD、BOD 和氨氮; 2) 100%生物菌體分離, 使出水無細菌和固性物; 3) 反應(yīng)器高效集成, 占地面積小; 4)剩余污泥量小、不存在濃縮液處理的問題; 5)運行費用小等優(yōu)點. 然而, 單一的MBR 工藝出水不能達到國家二級以上的排放標準, 往往需要配合NF、RO 等后續(xù)處理工藝以滿足新的滲濾液排放標準. 青島小澗西垃圾填埋場、北京北神樹垃圾填埋場、佛山高明白石坳填埋場、蘇州七子山、山東泰安等多家垃圾處理廠采用MBR + 雙膜組合工藝處理垃圾滲濾液[3], 都取得了良好的處理效果.
本文在簡述當今國內(nèi)外應(yīng)用較廣的滲濾液處理技術(shù)的基礎(chǔ)上, 重點介紹MBR + 雙膜(NF納濾/RO反滲透)法的組合工藝, 及該工藝在山東滕州生活垃圾填埋場滲濾液處理工程的具體應(yīng)用, 為我國生活垃圾填埋場滲濾液處理方案的選擇提供參考.
1 垃圾滲濾液來源及特點
垃圾滲濾液的產(chǎn)生受諸多因素影響, 水量變化大且?guī)缀鯚o規(guī)律性. 其主要來源于以下幾個方面[4]：1)降水的滲入; 2)外部地表水的流入; 3)垃圾本身含有的水分; 4)微生物的厭氧分解產(chǎn)生的水; 5)地下水的滲入.
各填埋場的滲濾液一般具有以下特點[5]: 1)色、嗅: 滲濾液均具有很高的色度, 其外觀多呈茶色、暗褐色或黑色, 色度可達2 000~ 4 000倍(稀釋倍數(shù)),垃圾腐敗臭味極其明顯; 2) pH: 垃圾填埋初期, 滲濾液的pH 在6~ 7之間, 隨著填埋時間的推移和填埋場的穩(wěn)定, pH 可提高至7 ~ 8; 3) BOD、COD 濃度: 填埋初期BOD、COD 濃度較低, 為數(shù)千mg /L, 在填埋6個月至2. 5年后, BOD 可高達10 000 mg /L, COD 可高達30 000mg /L. 此后濃度開始下降, 但BOD濃度下降的速度要大于COD, 直至6~ l5年后達到穩(wěn)定;4)生物降解特性: 填埋場前期BOD /COD值在0. 4~0. 5之間, 生物降解性能良好; 中、后期由于BOD、COD 濃度的下降速度不同. BOD /COD 值逐漸降至最后的0. 05~ 0. 2, 生物降解性能逐漸變差; 5)懸浮物: 濃度一般在300 ~ 1 000 mg /L; 6)氨氮(NH3 -N)：氨氮濃度較高, 一般在400 mg /L左右, 有時高達1 000 mg /L, 甚至更高; 7)重金屬: 由于生活垃圾分類收集和填埋場分撿不到位, 致使許多重金屬廢物存在其中, 導(dǎo)致滲濾液中的重金屬含量增加.
2 山東滕州垃圾填埋場滲濾液處理工程實例
2. 1 工程概況
山東滕州生活垃圾填埋場設(shè)計日處理垃圾450噸, 2009年3月投入運行, 初期垃圾日填埋量約350噸. 垃圾填埋產(chǎn)生的滲濾液由管道直接流入調(diào)節(jié)池,經(jīng)滲濾液處理站處理達標后直接排放或者用于綠化、沖刷場地等. 滲濾液處理站于9月投入調(diào)試, 目前運行良好, 出水達標.
2. 2 設(shè)計規(guī)模、水質(zhì)
系統(tǒng)設(shè)計日處理量80m3. 設(shè)計進水指標及出水排放指標見表1 所示. COD、BOD、SS、氨氮、總氮及pH 等為污染排放主要控制指標, 第四列及第五列分別為以上各指標在GB16889- 2008及DB37 /599-2006中的排放限制, 第六列為兩標準的較嚴格值, 為保證出水達標, 本設(shè)計各污染物排放值(第七列)應(yīng)低于相應(yīng)第六列限值.
表1 設(shè)計進、出水指標(僅列出部分主要指標)
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2. 3 工藝流程
工藝流程如圖1所示: 來自填埋場內(nèi)的滲濾液由調(diào)節(jié)池收集后, 經(jīng)袋式過濾器(精度為400 μm)去除較大顆粒物后進入MBR 系統(tǒng), MBR 是一種分體式膜生化反應(yīng)器, 通過MBR 降解大部分有機物, 出水在超濾膜水泥分離作用后進入納濾系統(tǒng), 納濾采用濃水內(nèi)循環(huán)式系統(tǒng), 回收率保證在85%以上, 出水COD去除率在75%左右. 當NF出水滿足排放要求時, 即可關(guān)閉圖1 中RO 進水閥門, 若NF出水水質(zhì)不佳, 打開RO進水閥門, NF出水經(jīng)清液罐調(diào)節(jié)后進入RO 系統(tǒng)進行深度處理. 系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥和濃縮液分別流入污泥池和濃縮液池, 污泥池上層清液回至調(diào)節(jié)池, 底層污泥和濃縮液通過特定管路打入填埋區(qū)進行填埋.
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圖1 MBR + 雙膜法(NF/RO)組合工藝流程圖
2. 4 主要處理單元
1)調(diào)節(jié)池. 調(diào)節(jié)池為原已建設(shè)施, 池容8 000m3.
2)分體式MBR. MBR是一種分體式膜生化反應(yīng)器, 包括生化反應(yīng)器和UF 兩個單元. 生化反應(yīng)器分為前置式反硝化和硝化兩部分. 在硝化罐中, 通過高活性的好氧微生物作用, 降解大部分有機物, 氨氮一部分通過生物合成去除, 大部分在高效的硝化菌作用下轉(zhuǎn)變成為硝酸鹽和亞硝酸鹽, 回流到反硝化罐,在缺氧環(huán)境中還原成氮氣排出, 達到生物脫氮的目的. 硝化罐出水進入UF系統(tǒng), 通過UF膜進行水泥分離, 污泥回流使生化反應(yīng)器保持較高的污泥濃度,經(jīng)過不斷馴化形成的微生物菌群, 對滲濾液中難生物降解的有機物逐步降解, MBR 系統(tǒng)出水無菌, 無懸浮物.
(1)缺氧反應(yīng)器. 在缺氧反應(yīng)器中缺氧菌利用水中有機污染物和回流水中的硝態(tài)氮, 進行生物合成及反硝化作用. 把硝態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)氮, 同時降低COD, 使有機污染物轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑸矬w組分和二氧化碳、水、總氮脫除的主要環(huán)節(jié). 主要設(shè)計參數(shù)如下:
污泥濃度: 15 g /m3; 反硝化污泥負荷: 0. 15 kg-NO3 - N /kgMLSS; 罐體尺寸φ3 800 mm×9 000mm; 水力停留時間24 h.
(2)好氧反應(yīng)器. 主要用于氨氮硝化, 在好氧狀態(tài)下, 硝化菌把氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮. 主要設(shè)計參數(shù)如下:
污泥濃度: 15 g /m3; 好氧污泥泥齡17 d; 最大去除氨氮量: 160 NH3 - Nkg /d; 設(shè)計COD 處理率:93%; 消耗氧量: 2 170 kgO2/d; 曝氣量: 18. 84 m3/min; 罐體尺寸: φ7 000mm×9 000mm; 水力停留時間92 h.
(3) UF系統(tǒng). 設(shè)于膜處理車間內(nèi); 德國BEEG-HOF公司6寸φ168 mm×3 000 mm 有機管式超濾膜(孔徑: 0. 02 μm) 4支; 膜通量: 70 L / h×m2
3) NF系統(tǒng). 設(shè)于膜處理車間內(nèi), 采用濃水內(nèi)循環(huán)式; 回收率: 85%以上; 美國陶氏化學(xué)NF270- 400卷式膜: 6支; 膜通量JNF= 22 L /h×m2
4) RO系統(tǒng). 設(shè)于膜處理車間內(nèi), 采用濃水內(nèi)循環(huán)式; 回收率: 85%以上; 美國陶氏化學(xué)BW30- 365- FR卷式膜: 6支; 膜通量JNF = 22 L /h×m2.
5) 膜清洗系統(tǒng). 為有效防止膜污染, 保證出水率、出水量和處理效果, 必須對對膜定期清洗, 所以配置膜清洗系統(tǒng).
(1) UF的清洗. 化學(xué)清洗(水洗、酸洗或堿洗)一般1~ 1. 5個月清洗一次; UF循環(huán)水量一般為150m3 /h, 當循環(huán)量低于135 m3 /h 時, 則要先進行人工疏通, 然后化學(xué)清洗. 清洗步驟如下:
①停止需進行清洗的UF 系統(tǒng), 設(shè)定清洗時間為4h, 開啟清洗罐閥門.
②若堿洗, 加堿調(diào)節(jié)pH 值至10~ 11; 若酸洗,加酸調(diào)節(jié)pH值至1~ 2.
③清洗過程中記錄溫度及pH, 清洗溫度達到40攝氏度時, 停止清洗, 否則會造成膜的不可恢復(fù)的損壞.
④為保證良好的清洗效果, 膜清洗結(jié)束后, 膜管及管路浸泡2~ 3 h后, 繼續(xù)清洗20min, 然后水洗20m in, 若有必要可重復(fù)水洗.
(2) NF及RO 的清洗. 一般1個月清洗一次(或視情況而定). 清洗步驟如下:
①停止NF或RO 系統(tǒng), 設(shè)置清洗時間為2 h.
②先清水沖洗, 放空清洗罐(膜管中存在一定量的濃縮液, 所以需要去除).
③清洗罐加水, 再進行酸洗, 在清洗剛開始時,加酸性清洗劑, 用量約10 L, 調(diào)節(jié)pH = 2左右.
④清洗過程中記錄溫度、壓力、pH 及各膜管的出水量, 清洗溫度達到40攝氏度時, 停止清洗, 若達到清洗時間后, 溫度未到40攝氏度并發(fā)現(xiàn)清洗效果不理想時可重新啟動繼續(xù)清洗, 直至達到良好的清洗效果或清洗溫度為止, 然后水洗10m in.
⑤若酸洗效果不明顯, 可繼續(xù)采用堿洗(加堿性清洗劑, 調(diào)節(jié)pH= 10~ 11) , 方法同酸洗.
6)污泥及濃縮液處理系統(tǒng). 工藝中各系統(tǒng)均須維持一定的污泥濃度, 當污泥濃度超過一定范圍時,許多老化的污泥會自我降解轉(zhuǎn)化為有機污染物; 同時, 過高的污泥濃度會對膜處理產(chǎn)生很大的影響, 所以需定期排泥. 系統(tǒng)設(shè)計硝化系統(tǒng)污泥濃度控制在15~ 20 g /L, 當污泥濃度超過該范圍, 即開始人工排泥. 通過調(diào)節(jié)手動閘閥, 將系統(tǒng)污泥經(jīng)排泥管道自流到污泥池. 污泥池同時起到濃縮沉淀的作用, 上清液回調(diào)節(jié)池或前端處理系統(tǒng), 污泥回灌填埋場.
濃縮液中含有大量的難降解物質(zhì)和大量SO42-,為避免這些物質(zhì)在系統(tǒng)中積累而影響系統(tǒng)的正常運行, 本設(shè)計將濃縮液用泵打至濃縮液池, 然后回灌填埋區(qū).
7)自動控制系統(tǒng). 滲濾液處理裝置自動控制系統(tǒng)充分利用現(xiàn)代計算機控制技術(shù), 采用上位機+PLC 控制方式, 自動控制系統(tǒng)將覆蓋全套滲濾液處理裝置, 可實現(xiàn)全過程程序控制、信號狀態(tài)監(jiān)視及故障報警等功能.
2. 5 進出水水質(zhì)
經(jīng)2009年9月至2010年3月的監(jiān)測, 本場垃圾滲濾液原水及各階段出水水質(zhì)波動范圍如表2所示.
表2 原水及各階段出水水質(zhì)
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由上表顯示, 各階段均保持較高的污染物去除率較高, 最終出水達標排放.
2. 6 投資及運行成本分析
目前大多滲濾液處理工藝流程復(fù)雜、構(gòu)筑物繁多, 導(dǎo)致噸水投資較高(5~ 9萬元) , 而本工程前期做了較為全面技術(shù)及市場調(diào)研, 最終確定工藝流程簡潔, 并且在能保證設(shè)備性能可靠的前提下, 優(yōu)先選用國產(chǎn)品牌, 構(gòu)筑物選材及設(shè)備選型較為經(jīng)濟, 噸水投資僅4. 3萬. 此外根據(jù)實際運行費用測算, 滲濾液處理站噸水運行成本為20~ 28元, 其中噸水耗電量約為18. 2度(當?shù)仉妰r1元/度) , 電費18. 2 元, 約占運行成本的75%~ 80%左右, 其余為人工費和藥劑費. 目前系統(tǒng)的工作狀態(tài)已達到并高于設(shè)計標準,可以認為該成本為實際運行成本.
3 工程經(jīng)驗與總結(jié)
3. 1 工程經(jīng)驗
整套設(shè)備自9月投入使用以來, 經(jīng)1 個月調(diào)試成功, 目前系統(tǒng)已良好運行5個月. 實踐證明, 生化系統(tǒng)(反硝化及硝化系統(tǒng))是該組合工藝良好運行的關(guān)鍵, 工程經(jīng)驗總結(jié)如下:
1)污泥培養(yǎng). 從污水處理廠取回活性污泥200噸左右抽入生化系統(tǒng)進行曝氣, 曝氣量調(diào)到500 ~1 000 m3 /h. 所取的活性污泥的COD 約小于30 mg /L, NH3 - N 為小于10 mg /L, 顏色為黃褐色, 污泥濃度為20 g /L左右(污泥濃縮池中的污泥), 本工程采用射流曝氣法. 經(jīng)過數(shù)日曝氣、循環(huán)(視SV30的體積增加的變化)之后約2~5 d即可連續(xù)進水, 并開啟超濾進水泵和超濾設(shè)備超濾濃液和清液都回流到反硝化池并流至硝化池循環(huán)運行, 約10~ 20 d 可見有較多數(shù)量的活性污泥出現(xiàn), 則可加大進水量, 提高負荷, 使污泥濃度和運行負荷達到設(shè)計值, 即使?jié)B濾液經(jīng)處理后達標排放所需要的污泥濃度和運行負荷.
2)均勻進水. 系統(tǒng)進水量是否均勻?qū)ι到y(tǒng)的影響很大, 故要嚴格按照操作規(guī)程, 保證均勻進水, 并多次檢測污泥性狀, 發(fā)現(xiàn)異常需及時調(diào)整進水量、曝氣量、溫度及pH等.
3)污泥膨脹. 由于污泥負荷、溶解氧、溫度、pH等的不適引起的絲狀菌大量、快速繁殖導(dǎo)致硝化罐中污泥膨脹, 產(chǎn)生大量泡沫的現(xiàn)象是滲慮液處理中較常見的問題. 一般, 污染負荷高、溶解氧較低、溫度較高時易產(chǎn)生污泥膨脹, 應(yīng)根據(jù)進水水質(zhì)及時調(diào)整系統(tǒng)運行參數(shù)加以預(yù)防; 在發(fā)生污泥膨脹時, 應(yīng)及時投加阻垢劑, 適當降低曝氣量來減小污泥膨脹的程度, 避免活性污泥的大量流失.
4)適當節(jié)能. 當生化系統(tǒng)運行良好、NF 出水就已達到排放要求時, 可關(guān)閉RO系統(tǒng), NF出水直接排放, 或用于綠化及場地沖刷等. 此部分噸水節(jié)電約為4度, 即噸水運營成本降低4元.
5)操作人員的責任心. 由于滲慮液具有水質(zhì)水量變化大的特點, 要根據(jù)其變化不斷調(diào)整運行參數(shù),這就需要操作人員具有較強的責任心以及端正的工作態(tài)度, 這將有助于系統(tǒng)良好穩(wěn)定運行.
6)為周邊地區(qū)滲濾液處理工程提供參考. 由于魯南地區(qū)氣候條件及生活習(xí)慣的相似, 該工程可為周邊地區(qū)甚至山東大部生活垃圾填埋場滲濾液處理工程工藝的選擇提供參考. 依據(jù)本工程特點, 對于垃圾滲濾液原水濃度偏低、雨水較為充沛的地區(qū), 本工程主體工藝可提供一定的參考價值; 對于NH3 - N濃度較高的滲濾液原水, 為防止過高的NH3 - N 對生化系統(tǒng)微生物產(chǎn)生不利影響, 可考慮在此主體工藝基礎(chǔ)上增加氨吹脫塔, 降低進入生化系統(tǒng)的NH3-N 濃度.
3. 2 總結(jié)
MBR+ 雙膜法(NF/RO)組合工藝是傳統(tǒng)工藝與現(xiàn)代水處理技術(shù)的有機結(jié)合, 該工藝流程簡單(建構(gòu)筑物較少)、污染物的削減能力較強, 調(diào)試周期短, 易于操作管理; 此外該組合工藝有著投資低、運行成本低的優(yōu)點, 是一套性價比較高的組合工藝, 適合在周邊地區(qū)甚至我國大部中小城鎮(zhèn)垃圾滲濾液處理工程中廣泛推廣.
4 展望
MBR+ 雙膜法(NF /RO)組合工藝雖具有許多優(yōu)勢, 也存在些許不足, 需進一步討論、研究:
1)隨著垃圾場齡的增加, 滲濾液的可生化性會逐漸變差, 難生化降解物質(zhì)將成為對該組合工藝的考驗. 故該組合工藝對老垃圾滲濾液的處理效果有待研究.
2)膜處理會帶來濃縮液的處理處置問題. 目前采用較多的濃縮液處理法是回灌、高級氧化法等. 季節(jié)對回灌效果的影響較大, 例如夏季往往出現(xiàn)垃圾堆體水分飽和, 濃縮液無法回灌的情況; 高級氧化法的成本較高, 對于中小城鎮(zhèn)垃圾填埋場將是一筆很高的開銷. 故性價比高的濃縮液處理技術(shù)將成為研究的熱點.
3)隨著國家環(huán)保標準的進一步嚴格, 單一技術(shù)已不能完全解決滲濾液處理難題, 更多組合工藝將會成為專家研究的方向.
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第一作者: 張旭(1984-), 女, 碩士研究生.
