1、工程概况
1.1工程简介:
垃圾填埋场位于 市 区 南侧,占地面积200亩,设计规模为库容198.31万立方米,日处理垃圾平均规模为400t/d,项目建设资金为地方配套资金及银行贷款;本次招
标项目为该垃圾填埋场配套的污水处理工程,设计渗滤液处理规模为:100m3/d,使用年限为12年。
建设单位:
项目名称: 垃圾填埋场渗滤液处理工程
项目地点: 南侧
1.2编制依据
本设计方案的主要编制依据包括:
1、 垃圾填埋场渗滤液处理工程招标文件;
2、中华人民共和国工程建设标准强制性条文和当地地方标准强制性条文;
3、《中华人民共和国环境保护法》(1989年)
1.3编制范围
本项目内容为工艺设计、配套建构物设计及施工、设备采购及安装调试、试运行及验收,其中包括:
1、配套建构物设计及施工(除调节池以外)
2、渗滤液处理站各工艺设备
3、排水、照明、供电、采暖工程
4、电气及自动化控制工程
5、系统运行必需的检测、分析仪器
6、其他确保系统正常运行所需的设施等。
7、系统调试、试运行及验收。
1.4编制原则
1、符合国家的有关法律、法规、规范及标准。
2、根据进出水水质要求,选用安全可靠、技术先进、经济合理的处理工艺。
3、合理考虑现有地理状况,节约用地,控制建筑物高度。
1.5设计规范标准
1、《室外给水设计规范》GB 50013-2006;
2、《室外排水设计规范》GB 50014-2006;
3、《建筑结构荷载规范》GBJ9-87;
4、《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002;
5、《建筑给水排水设计规范》GB 50015-2003;
6、《生活垃圾填埋污染控制标准》GB16889-2008;
7、《工业企业厂界噪声标准》GB12348-2008;
8、《恶臭污染物排放标准》GB 14554-93;
9、《建筑设计防火规范》GBJ16-87;
10、《低压配电设计规范》GB50054-95;
11、《通用用电设备配电设计规范》GB50055-93;
12、《工业企业照明设计标准》GB 50034-92;
13、《建筑物防雷设计规范》GB50057-94。
14、《智能建筑设计标准》GB/T50314-2000
15、《给水排水工程构筑物结构设计规范》GB50069-2002
16、《建筑结构荷载规范》GB50009-2001
1.6 项目边界条件
1.6.1 场地:由招标方负责场地内的三通一平(水通、电通、路通、施工场地平),满足施工要求。
1.6.2 供电
1)业主提供380V交流电源(三相五线制)。
2)施工用临时电源:业主接入红线范围边上施工配电箱。
3)永久电源:以380V电缆与进户配电柜联接处(电缆头)为界,联接处之前(包括进线电缆)属业主方范围,联接处之后属于本方案工作范围。
1.6.3 给水及排水
1)业主已提供施工和生产用水水源,水源的临时接入点和永久接入点在渗滤液处理站区红线范围边上。
2)处理场周围无市政污水管网,生产生活管理区污水经收集后排入附近河流内,污水并入渗滤液处理站处理达标后排放。
1.6.4 热力管网:业主根据施工图要求将热力管网接入处理站区,由阀门井接入。
1.6.4 臭气: 来自生化处理系统的臭气经处理并检测达标后排入大气,排放标准按《恶臭污染物排放标准》(GB 14554-93)中二级的指标要求。
1.7 气象、地震条件
1)气温
历年平均气温:12.9℃
极端最高气温:42.0℃
极端最低气温:-26.0℃
年平均相对湿度:75%
2)降雨量
年平均降雨量:644.2mm
最大降水量: 1048mm
最大一日降水量:200.2mm
最大三日降水量:245.4mm
最大七日降水量:332.2mm
3)蒸发量
最大蒸发量:1370.9mm
4)风力
多年平均风速为3.5 m/s
历年最大风速为20.7 m/s
5)基本地震烈度8度。
2 工程规模及进出水水质
2.1 工程规模 : 项目设计日处理垃圾渗滤液污水100m3/d
2.2 进水水质
2.2.1 本工程的处理对象为:填埋库区处理场的渗滤液,以及生产生活管理区污废水(含环卫洗车场的洗车废水、生活污水、生产废水)。
2.2.2 渗滤液的浓度受气候、降水、垃圾成分等多方面的影响,渗滤液的水质波动很大,但渗滤液在调节池(有效池容约12000m3)中的实际停留时间可达数日至数月,具有较好的均化
效果。根据我公司多年的实际工程经验,为了使处理系统能适应水质的波动所产生的影响,根据《垃圾填埋场渗滤液处理工程招标文件》提供的进水水质条件,本设计方案进水水质按
最大污染物浓度并考虑一定的富余进行设计,以满足系统长期稳定的运行。具体参数见下表:
项目 |
CODCr (mg/L) |
BOD5(mg/L) |
NH3-N(mg/L) |
TN
(mg/L) |
SS
(mg/L) |
电导率μS/cm |
PH值 |
进水 |
≤10000 |
≤4000 |
≤800 |
≤2000 |
≤400 |
≤20000 |
进水7.5 |
2.3 设计出水水质: 渗滤液经处理后,达到《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-2008 )(GB16889-2008)中表2排放浓度限制,详细参数见下表:
序号 |
控制污染物 |
排放浓度限值 |
1 |
色度 |
≤40稀释倍数 |
2 |
化学需氧量CODcr |
≤100 mg/L |
3 |
生化需氧量BOD5 |
≤30 mg/L |
4 |
氨氮 |
≤25 mg/L |
5 |
总氮 |
≤40 mg/L |
6 |
悬浮物SS |
≤30 mg/L |
7 |
总磷 |
≤3 mg/L |
8 |
粪类大肠菌群数 |
≤10000个/升 |
9 |
总汞 |
≤0.001 mg/L |
10 |
总镉 |
≤0.01 mg/L |
11 |
总铬 |
≤0.1 mg/L |
12 |
六价铬 |
≤0.05 mg/L |
13 |
总砷 |
≤0.1 mg/L |
14 |
总铅 |
≤0.1 mg/L |
注:具体以《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-2008)(GB16889-2008中表2标准为准
2.4 出清水率: 渗滤液经处理达排放要求的出清水率大于80%。
3 工艺论证
3.1 生活垃圾填埋场渗滤液水质分析
3.1.1 由于液体在流动过程中有许多因素可能影响到渗滤液的性质,包括物理因素、化学因素以及生物因素等,所以渗滤液的性质在一个相当大的范围内变动。一般来说,其PH值在4~
9之间,COD在2000~20000mg/L,BOD5从60~10000mg/L的范围内。渗滤液废水中除COD、BOD、NH3-N等污染物指标严重超标外,还有卤代芳烃、重金属和病毒等污染,是一种成
分复杂的高浓度有机废水。
3.1.2 受填埋垃圾分解阶段的影响,填埋初期渗滤液有机污染物浓度特别高,垃圾填埋后期有机污染物浓度则逐渐降低。垃圾填埋场渗滤液的水质随填埋场的年龄会发生变化,在垃圾填
埋的最初一至五年里,渗滤液的特点表现为含高浓度的有机酸,其中易生物降解的挥发性脂肪酸含量较高,一般可占总有机碳的60%~70%,BOD5/COD比值较高,一般在0.4~0.8之
间,而PH值较低。因为PH值低,所以重金属很容易溶解在渗滤液里,渗滤液在这一阶段可生化性很好。随着时间的推移,填埋龄超过五年后,COD、BOD浓度下降,氨氮浓度升高。
填埋场中产烷细菌开始占优势,这些细菌将大部分的有机酸转化成了甲烷和二氧化碳、及数量很少的硫化氢和氨气等。氮从有机物中被释放出来导致了氨的增加。由于有机酸的降解和
氨氮的增多,PH值显著升高。易生物降解的有机物比例明显下降,其BOD5/COD一般在0.1~0.3之间,渗滤液在这一阶段可生化性较差。
3.1.3 中国生活垃圾是混合收集的,城市垃圾填埋场渗滤液的成分受生活条件、生活习惯、收集方法、地区的影响也较大;同时受垃圾组份、大气降雨量的影响,填埋场渗滤液水质季节
性波动显著,比如雨季浓度较低,而旱季浓度高。由于垃圾场产生的废水量受降雨量的影响较大,为保证处理系统进水水质相对稳定,必须有较大的调节池来调节水量,同时随着渗滤
液量的变化,其有机物浓度也有较大的变化,特别是在冬季渗滤液量少,浓度特别高,因此需对原水进行适当调节,以免对处理设施冲击过大。根据招标文件,本项目设计了12000m3
的调节池(属业主方建设),渗滤液在调节池中的实际停留时间可长达数日至数月,不仅对渗滤液量有较好的调节作用,而且具有均和及净化作用,另外,调节池可以起到兼氧反应的作
用,因生活垃圾渗滤液进入污水处理厂之前已经过较长时间的厌氧发酵过程,渗滤液直接进行厌氧作用已不显著,渗滤液中本身存在的大量兼氧菌生长活跃,同时,调节池对COD也有
一定的去除率,这样一方面可去除部分有机物,另外水解作用可极大地提高废水的可生化性,减少了对后续生化处理的抑制作用,使后续生化处理难度降低。
3.2垃圾渗滤液的处理技术:城市垃圾填埋场渗滤液是一种污染物指标严重超标的成分复杂的高浓度有机废水,若不加处理而直接排入环境,将给当地地面水、地下水环境造成严重污
染,对周边人民群众的身体健康产生严重威胁;渗滤液的处理一直是填埋场设计、运行和管理中非常棘手的问题。由于渗滤液水质水量的复杂多变性,处理工艺大多根据不同填埋场的
具体情况及其他经济技术要求采取有针对性的处理工艺。垃圾渗滤液的处理技术既有与常规污水处理技术的共性,也有其极为显著的特殊性,多年来国内外专家对垃圾渗滤液处理技术
进行了深入研究。纵观国内外垃圾渗滤液处理的现状,目前大多数垃圾渗滤液的处理工艺主要有生物法和物化法、土地法以及这几种方法的组合。
3.2.1 生物法:生物法是渗滤液处理中最常用的一种方法,分为好氧生物处理、厌氧生物处理以及厌氧-好氧组合生物处理。好氧处理包括传统活性污泥法、氧化沟、SBR法、好氧稳定
塘、生物转盘等等;厌氧处理包括厌氧污泥床、厌氧固定生物反应器、混合反应器等等。生物法其运行成本相对较低、处理效率高,因而被世界各国广泛采用。
1)厌氧生化处理:厌氧生物处理有许多优点,最主要的是能耗少,操作简单,因此投资及运行费用低廉,而且由于产生的剩余污泥量少,所需的营养物质也少。这个工艺可降低COD
和BOD。有资料表明,用普通的厌氧消化, 35℃,负荷为1kgCOD/(m3·d),停留时间10d,渗滤液中COD去除率可达90%。同时重金属包含在厌氧污泥中,有机的含氮化合物作为NH3-
N被释放进水。这样,PH值增高。甲烷可以作为能源利用;厌氧处理出水中的COD浓度和氨氮浓度仍比较高,溶解氧很低,不宜直接排放到河流或湖泊中,一般需要进行后续的好氧处
理;厌氧处理的PH值需要严格控制,如果PH值在7以下,产甲烷菌将会受到抑制甚至死亡,不利于厌氧处理,再者厌氧处理的最适温度是35℃,低于这个温度时,处理效率迅速降低;
厌氧生物处理的缺点是对温度的变化比较敏感。
2)好氧生物处理:好氧处理可以通过生物降解去除COD、BOD和NH3-N、SS等。由于渗滤液中氮氮浓度较高,因此生物法中,必须考虑生物脱氮,从而减少氨氮处理的药剂费用。常
用的工艺有SBR及其改良工艺、A/O工艺等,其处理效果均较好,运行经验丰富,但占地大、工程投资大,运行管理费用高;随着膜技术的发展及应用,目前应用于垃圾渗滤液效果最
好的是采用MBR膜生物反应器,增加前置反硝化工艺过程,可以降低曝气需氧量和碱度用量。由于MBR处理负荷高,通过超滤膜代替二沉池进行泥水分离,生物量大,不但处理效果
明显优于常规生物处理工艺,而且可以减少反应器容积及占地面积。
3.2.2 物化法:主要有化学混凝沉淀、砂过滤、电解氧化、化学氧化还原、活性炭吸附、离子交换、膜过滤等等多种方法。物化处理可大幅度去除渗滤液中的污染物质,而且受水质水量
变化的影响小,出水水质稳定,但单独使用物化法的处理成本较高,一般用于渗滤液预处理或深度处理;下面是常见的几种物化法工艺:
1)化学氧化(臭氧,H2O2 ,紫外线):该工艺用在好氧生物预处理之后,用来氧化去除那些被生物不能或难以降解的COD和部分的有毒物质。化学氧化过程一般不产生需再处置的剩
余物。化学氧化作为一种新型的废水处理技术,还处于研究探索阶段,它的运行稳定性还有待提高。
2)混凝沉淀:通过混凝沉淀去除那些难生物降解的COD、重金属、聚合物和氢氧化钙。实验证明,生物处理后的渗滤液进行混凝沉淀时(利用铁盐或铝盐作絮凝剂),即使在ρ(BOD5)很
低(<25mg/L)的情况下,CODcr的去除率仍可以达到50%,反应过程中最佳的PH值对于铁盐和铝盐分别为4.5~4.8和5.0~5.5,最小的加药量在250~500 g/m3之间。混凝沉淀工艺的不足
之处是会产生大量的化学污泥;出水的PH值较低,含盐量高;氨氮的去除率较低等。单独使用混凝沉淀法将渗滤液处理达到回用水水质是不可能的,因此混凝沉淀法常用作其它深度
处理的预处理。
3)活性炭吸附:活性炭吸附工艺适用于处理填埋时间长的或经过生物预处理后的渗滤液,它能去除中等分子量的有机物质。如使用过的活性炭不处理再生及重复使用,就成为固体剩余
物。由于活性炭很容易受到高浓度废水的污染,运行费用昂贵,因此在渗滤液处理的应用不广泛,一般用于对于出水要求极高的后续处理。
4)膜工艺:膜分离技术具有低能耗、可实行闭路循环、膜组件可组合放大、设备,占地少、无二次污染等特点,在发达国家和地区的垃圾渗滤液净化处理中己得到广泛应用。近年来,
国内在膜工艺应用于垃圾渗滤液处理也取得了迅速的发展,包括超滤、微滤、纳滤和反渗透等。但膜处理工艺也需对渗滤液进行强化预处理,否则很容易造成膜污染而使系统瘫痪。因
此,目前最可靠的工艺是首选通过生化预处理后再通过膜处理。现对常膜处理工艺介绍如下:
5)反渗透(RO):随着膜技术的发展,反渗透在渗滤液废水处理的运用首先为人们所接受,反渗透的优点是工艺简单,出水水质容易保证,广泛应用于高难度的污水处理。实践表明,渗
滤液经RO膜处理后,其中的有机和无机污染物被有效去除,从而得到净化,可直接排放,对环境无任何污染;RO是利用反渗透膜选择性的透过溶剂而截留离子物质,以膜两侧静压差
为动力,克服溶剂的渗透压,使溶剂通过反渗透膜而实现对液体混合物进行分离的膜过程;常用反渗透膜材料有醋酸纤维素、聚芳香酰胺、聚苯并咪唑酮、聚酰胺酰肼、聚酰亚胺等。
*根据进水浓度,反渗透膜可以满足处理的更高要求。但对于未生物预处理的渗滤液,所有的参数会降低,清液得率在60%~75%之间。反渗透膜截留组分为0.1~1nm,很好地截留了
氨氮,小分子生物降解物质也被阻留在浓水里。反渗透需要的操作压力为1.05~10.50 MPa。反渗透后如果要进一步降低浓度,可以用高压渗透,压力可高至20.00 MPa。
*但由于反渗透仅仅是一个分离过程,污染物并未降解和有效去除,在排出清水的同时,还会有大量的浓缩液。反渗透最大的问题就是浓缩液的处理;为达到有效分离NH3-N的目的,
须加酸把进水PH调到小于6.5,也增加了含盐量,使渗滤液中的污染物浓度和电导率不断升高;而且同时渗滤液的腐蚀性不断增大,对处理系统的防腐要求带来很大的挑战。
*最初国外一些填埋场采用反渗透浓缩液回灌到填埋场的办法,在开始使用时似乎很好,但它基本不具有污染物去除能力,运行一段时间后,由于NH3-N 和盐份,特别是硫酸根在渗滤
液中不断富积,渗透压不断升高。从而使操作压不断提高,净水回收率下降,直至系统完全破坏;同时由于反渗透没有生物降解功能,出水中低分子有机物如硫醚、硫化氢等会保留出
水的臭味。
*因此欧洲一些国家规定反渗透不能单独用于处理渗滤液,其浓缩液必须通过蒸发浓缩和固化处置或焚烧。目前在运行的反渗透系统的浓缩装置普遍投资大,运行费用高,工艺复杂,
稳定性不好。同时,浓缩产生的盐由于是水溶性的,不能到填埋场处置,要埋到废盐矿井,处置成本高。
6)纳滤(NF):纳滤膜和反渗透膜均属于致密膜范畴,二者的分离机理也相同。但纳滤的截留界限仅为分子大小约为1nm的溶解组分,与反渗透相比,纳滤的最大优点是能将小分子盐随
出水排出,避免盐富集带来的不利影响。如用来进一步处理经过超滤的水,可降低COD、重金属离子及多价非金属离子(如磷等),达到出水要求。渗透水量在85%~90%之间。操作压
力为0.5~2.0 MPa。
7)超滤(UF)和微滤(MF):超滤和微滤也是一种从溶液中分离出大粒子溶质的膜分离过程,其分离机理是机械筛分原理,超滤和微滤膜具有选择性分离的特点。分离过程如下:在
压力作用下,料液中含有的溶剂及各种小的溶质从高压料侧透过滤膜到达低压侧,从而得到透过液;而尺寸比膜孔大的溶质分子被膜截留成为浓缩液。微滤(MF)孔径范围一般为0.1
~75 µm, 超滤(UF)筛分孔径为1nm~70 µm,均不能截留渗滤液中所含盐份,只能用来将微生物菌体、沉淀物从污水中分离出来,操作压力在0.02~0.7 MPa之间。近年来微滤和超滤
在与好氧生物工艺处理组合应用中显示出强劲的市场竞争力。
3.2.3 土地法:渗滤液的土地处理包括慢速渗滤系统(SR)、快速渗滤系统(RI)、表面漫流(OF)、湿地系统(WL)、地下渗滤土地处理系统(UG)以及人工快速渗滤处理系统(ARI)等多种土地
处理系统。土地处理主要通过土壤颗粒的过滤,离子交换吸附和沉淀等作用去除渗滤液中悬浮颗粒和溶解成分。通过土壤中微生物作用使渗滤液中有机物和氨氮发生转化,通过蒸发作
用减少渗滤液量。目前用于渗滤液处理的土地法主要是回灌和人工湿地。
1)回灌法:回灌法的实质是把填埋场作为一个以垃圾为填料的巨大的生物滤床。渗滤液回灌是用适当的方法将从填埋场底部收集到的渗滤液,再从覆盖层表面或覆盖层下部重新灌入填
埋场,借助填埋堆层中的垃圾层及覆盖土层的生物降解、物理化学的吸附、蝥合、离子交换等净化作用来处理填埋场渗滤液的方法。在国外(如英国),采用回灌法处理垃圾填埋场渗滤
液已得到一定程度的应用;国内对回灌法处理垃圾填埋场渗滤液也作了较多研究,对其去除机理有一定了解。回灌法的优点很多,首先它能加速垃圾填埋场的稳定化进程。对垃圾填埋
场进行渗滤液回灌,能够增加填埋场垃圾层的微生物数量,并把渗滤液中的营养成分带回到垃圾堆体中,同时能在填埋场内形成更有利于垃圾降解的环境,如湿度增大、氧化还原电位
降低、VFA(挥发性脂肪酸)和重金属离子浓度下降,从而加快垃圾降解速度,提高填埋场产甲烷速率、填埋场的沉降速率和总沉降幅度,加快垃圾填埋场的稳定化进程。其次,回灌能
减少渗滤液量并净化其水质。由于在回灌条件下,填埋场表层土壤的物理状况发生了变化,对填埋场表层覆土的水平衡状况产生影响,提高了表层覆土的湿润度,改变了蒸发条件,从
而影响蒸发速率和水分饱和程度。回灌条件控制得好,可使土壤水分达到饱和状态。若表层土含水量超过垃圾持水量,土壤蒸发面属于饱和蒸发面,此时土壤蒸发面与水面蒸发相似,
则土壤蒸发可以达到水面蒸发能力,又由于土壤与水的热容量不同以及土壤表面具有较大的表面积,因而土壤的蒸发能力要比同气象条件下水面蒸发大些。此外,在填埋场表土有植被
的情况下,回灌的水可被植物截留而最终以植物蒸腾作用的形式得到消耗,植被蒸腾作用也是消减水分的主要手段,植被吸收的水除小部分留在植物体内外,90%以上的水分通过蒸腾
作用散发。除削减水量之外,渗滤液回灌还可达到净化渗滤液水质的目的。渗滤液回灌使填埋场中垃圾含水率增加,有利于垃圾中生物群落的生长,使得垃圾填埋场成为生物滤床,流
经垃圾堆层渗滤液中的有机物可经生物(大部分为厌氧微生物)降解转化为甲烷;渗滤液回灌能促使S042-被还原为H2S,H2S与渗滤液中的重金属离子反应生成硫化物沉淀;渗滤液在
回灌条件下,能较快地转变为中性或弱碱性,从而有利于其中的重金属离子生成氢氧化物沉淀;同时,垃圾在降解过程中生成的大分子量腐殖质类有机物能与重金属离子形成稳定的螯
合物。因此渗滤液回灌能够降解渗滤液中有机物和重金属离子,达到净化渗滤液水质的作用。
2)人工湿地法:人工湿地处理技术由于具有建设和运行成本低、设备简单、易于维护等优点,用该技术处理渗滤液在近几年得到了一定应用。人工湿地对处理BOD/COD<0.05的“老
化”渗滤液具有较好的去除效果。另外人工湿地对氨氮的去除也有很好的效果,这是因为湿地系统的砾石层和芦苇发达的根系具有巨大的比表面积,芦苇的根系提供了充足的氧,为硝
化反硝化菌提供了生存介质和环境。人工湿地系统对于处理“老化”渗滤液具有较好的效果,因此也可作为渗滤液深度处理的方法,但人工湿地需要占用很大的面积。
3.2.4 其他处理技术
1)氨吹脱:氨吹脱的主要作用是去除渗滤液中的氨氮。氨吹脱的工艺过程为:首先,在反应槽中用熟石灰将渗滤液PH值调整至10.5~11.5,这时游离氨将占总氨量的绝大部分(约95%左
右);然后,将渗滤液泵送至填料塔(吹脱塔)顶部,并自上而下与从塔底鼓入的空气(水气比1:1000~1500)逆流接触,从而将渗滤液中的游离NH3脱析至空气中。由于吹脱产生的含
氨气体会对周围空气环境有影响,因此,需配设氨吸收装置,采用20~25%稀硫酸作吸收液。研究结果在空气/水体积比为2500的条件下,采用氢氧化钠为中和剂时氨氮去除率为
90%;采用石灰为中和剂时氨氮去除率为53%。氨吹脱的主要缺点是低温时效率急剧下降和运行费用较高。费用较高主要是在吹脱前需要将渗滤液的PH值从8.3左右中和到11的中和剂
消耗和吹脱过程需很大的气水比(吹脱的气水比要在1000以上),远大于生物曝气硝化—反硝化的气水比。
2)蒸发与焚烧:蒸发的目的是使污染物在固相浓缩,并同时在冷凝后获得一个可以排放的液相流。到目前为止的国外实验室和中试规模的研究表明,获得一个严格的固相和一个没有污
染物的融相是非常困难的。意大利人Andretta等对利用蒸发处理将渗滤液分离为两个相的液流进行了研究,浓缩液回流到填埋场,蒸馏液流进行进一步处理(包括硝化反硝化、消毒和
吸附处理单元)。蒸发法还有许多问题需要解决,如高有机物引起的泡沫问题;结垢与腐蚀问题;蒸发表面分层问题;氨和有机氯化物需进一步去除问题,原渗滤液蒸发处理的高能消
耗问题等;美国一些公司开发了填埋场沼气渗滤液蒸发—焚烧系统,有些系统还可产生电力。其核心就是利用填埋场的沼气作为燃料对渗滤液进行蒸发,蒸发出的蒸汽注入到一个以剩
余填埋沼气为燃料的火焰燃烧器中,在76~985℃的温度下将挥发性有机化合物(VOCS)破坏掉。
3.3 渗滤液处理工艺选择
3.3.1 工艺选择原则:选择渗滤液处理工艺要考虑处理效果、运行的安全可靠性、便于运行管理、节省投资、有利于节能降耗、降低运行费用、具有较强的冲击负荷适应能力等因素。
3.3.2 工艺选择:由于渗滤液的浓度高和成分复杂,对处理工艺提出了特殊的要求。对垃圾渗滤液进行处理,不能仅考虑某种工艺方法对渗滤液的处理效果,而更重要的是考虑该工艺方
法对水质水量的灵活适应性,即要满足当前水质处理的需要,也要考虑经过数年的运行后其处理效能。
1)生物法处理渗滤液运行成本较低,但在实际应用中还存在出水质不稳定,特别对场龄在5年以上的填埋场渗滤液较为明显。物化法可大幅度去除渗滤液中的污染物质,而且受水质水
量变化的影响小,但单独使用物化法的处理成本较高,而且对溶解性有机污染物处理效果较差,不容易达标。因此物化法一般用于渗滤液预处理或深度处理。回灌法在我国的研究起步
较晚,加上此方法本身不能完全去除渗滤液中的污染物,故一般仅用于预处理阶段,以达到降低整个工艺成本和保证后续工艺正常稳定地运行。人工湿地法存在占地面积大、可能会对
地下水造成污染等缺点。
2)在世界范围内,生活垃圾渗滤液处理技术研究学者已达成共识:从生态及经济效益双赢的角度考虑,生化工艺是渗滤液处理整套过程中不可省略的预处理阶段,但仅仅依靠生化阶
段是无法满足严格的出水要求,必须与其他工艺技术进行合理优化组合。通常而言,垃圾渗滤液的基本处理工艺采用生化与物化组合的方法,可以取得经济和社会生态的双重效益。
3)下面是几种常见的工艺组合方案及分析:
(1) 方案一.生化段+絮凝沉降+活性炭吸附:生化工艺必须满足完全硝化要求,如为直接排放自然水体或循环回用,根据要求需要增加反硝化过程。若为接入城市污水处理厂管网的间
接排放方式,一般对渗滤液处理出水没有无机氮浓度的要求,所以对反硝化进行程度仅仅要求生化系统的碱度不超过15 mmol/L,以免对硝化反应造成负面影响,但PH值又不允许过
高,以免在后续的絮凝沉降阶段中,大幅增加酸液投加量以达到最佳絮凝效果,此时PH值大约为4.0;该工艺组合方式优点为投资省,操作简单;最大缺点为化学药剂投加量大,活性
碳消耗量大,运行费用昂贵,以及会产生大量的固体废弃物。
(2) 方案二.生化段+混凝气浮+超滤+反渗透膜工艺:通过生化段(一般是用SBR工艺技术)去除渗滤液中的生物可降解有机污染物,混凝气浮去除从SBR反应池中带来的悬浮物和进一
步降低水中的COD,超滤系统作为反渗透系统的前处理,然后通过后续工段反渗透膜技术过滤难降解有机物。超滤采用PVDF管式超滤膜,超滤浓缩液回流至混凝气浮,浓缩液在深度
处理系统内部消化。反渗透系统浓缩液采用回灌法处理。混凝气浮和超滤的主要作用是为了降低后续工段膜的污染,延长膜使用寿命,同时也能进一步去除水中的COD;该工艺组合方
式优点为抗冲击负荷能力强,进水水质对其影响较小,对氨氮的去除率较高;但是投资费用较大,浓缩液回灌到填埋场由于NH3-N 和盐份,特别是硫酸根在渗滤液中不断富积,渗透压
不断升高,从而使反渗透系统操作压力不断提高,净水回收率下降,直至系统完全破坏。这又造成系统RO膜使用寿命短,RO在较大压力下运行,运行费用较高。
(3) 方案三.两级DTRO反渗透处理:DTRO反渗透(碟片式反渗透膜)工艺是美国波尔公司的专利产品,其在国内垃圾渗滤液处理中已有应用;其工艺流程如下:
*工艺说明:渗滤液由调节池泵入储罐中进行pH调节。经pH调节的渗滤液加压泵入砂滤器,砂滤器可根据压差自动进行反冲洗,反冲洗水进入浓缩液储存池。经过砂滤的渗滤液泵入
筒式过滤器,经过滤后的渗滤液由柱塞泵输入第一级反渗透(RO)系统。渗出液进入二级RO装置,浓缩液排至浓缩液储存池。渗出液进入脱气装置,浓缩液则排至砂滤器的进水端。
*经考察该系统在国内渗滤液处理装置运行情况,存在的以下几个问题:
a.预处理系统较为简单,直接采用反渗透进行处理,单位面积膜元件处理通量低,需要更多的膜元件系统,因为这种膜价格更昂贵,因而设备投资很大。
b.由于预处理系统简单,膜污染损坏的机率很大。DTRO对COD等大分子有机物都有极限耐受能力,一般不超过8000-10000mg/l,而溶解性COD根本无法通过过滤手段去除,因此膜受
有机污染的可能性极大,膜使用寿命短,因此运行费用很高。从重庆某垃圾填埋场渗滤液处理情况来看,设备运行一年后,水通量明显下降50%,基本上一年半需对膜片切底更换一次;
由于该种膜属专利产品,存在垄断暴利,每天处理1m3渗滤液的膜价格在6-7万元左右。
(4) 方案四.UASB+膜生化反应器(MBR)+纳滤膜工艺:本工艺是在原有膜生化反应器(MBR)+纳滤膜工艺基础上引入了厌氧处理单元,近年来在国内外垃圾渗滤液处理中被广泛
采用,成功案例较多。
a.UASB厌氧处理工艺选择:垃圾渗滤液出水COD值可达20000mg/L,BOD也高达10000mg/L,这类污染物常用的、有效的且运行成本较低的处理方法是生化处理,生化处理方法由厌氧
与好氧构成。厌氧处理中厌氧菌耐毒性,耐冲击性大大强于好氧菌。厌氧处理过程中不需要像好氧处理那样大氧曝气供氧,因此厌氧处理常用于中高浓度有机污染物的好氧前处理,厌
氧处理按反应机理分以下几个阶段:
第一阶段:水解酸化阶段,大分子不溶性有机物水解为小分子、溶解性有机物;
第二阶段:产氢产乙酸阶段,将第一阶段产生的有机酸分解转化成乙酸和氢气;
第三阶段:产甲烷阶段,甲烷菌将乙酸、乙酸盐、CO2和水转化为甲烷。
*厌氧处理工艺可分为以高温(55℃)、中温(35℃)和常温厌氧消化为主的处理工艺,高温厌氧消化效率最高,其容积负荷一般为8~30kgCOD/m3·d;中温厌氧消化效果适中,其容积负荷
一般为6~20kgCOD/m3·d;而常温厌氧消化效果略差,容积负荷一般为3~10kgCOD/m3·d。从综合废水的特点、温度和处理设施所在地的气候特点及运行管理等各方面考虑,本方案中
拟采用以低温厌氧消化为主的处理工艺。
*常用的厌氧消化为主的处理工艺有很多种,比如UASB(上流式厌氧污泥床反应器)、EGSB(膨胀颗粒污泥床)、ABF(厌氧滤池)、AABF(复合厌氧反应器)以及厌氧折流反应器(ABR)等。
其主要特点及适用范围详见表3.3.2:
表3.3.2 主要厌氧工艺特点及适用范围一览表
UASB工艺是上流式厌氧污泥床反应器的英文缩写,它是第二代厌氧消化工艺。该技术是20世纪70年代开发的。待处理的废水被引入UASB反应器底部,向上流过由絮状或颗粒状污
泥组成的污泥床。随着污水与污泥相接触而发生厌氧反应,产生沼气(主要是甲烷和二氧化碳)引起污泥床扰动。在污泥床产生的气体中有一部分附着在污泥颗粒上,自由气泡和附着
在污泥颗粒上的气泡上升至反应器的顶部。污泥颗粒上升撞击到脱气挡板的底部,这引起附着的气泡释放;脱气的污泥颗粒沉淀回到污泥层的表面。自由气体和从污泥颗粒释放的气体
被收集在反应器顶部的集气室内。液体中包含一些剩余的固体物和生物颗粒进入沉淀室内,剩余固体和生物颗粒从液体中分离并通过发射板落回到污泥层的上面。UASB是应用较广的
一种厌氧处理方法,其较高的容积荷及较强的耐受冲击能力使其在高浓度废水处理场合应用极为广泛,占地面积小,运行成本低,是高浓度有机废水常用的厌氧处理工艺。
b.ABF及AABF内部都加有填料,借助填料上生长的厌氧生物膜来去除水中有机物,由于有生物膜的存在,因此该两种反应器具有更高的有机负荷及抗有机负荷冲击的能力,但该反应
器具有其不可弥补的缺陷:对原水的悬浮物要求极严格,反应器极容易堵塞,而且投资相对其他工艺偏高。显然这两种厌氧工艺不适合于此类废水的处理。
c.EGSB反应器即膨胀颗粒污泥床(Expanded Granular Sludge Bed)反应器,是在UASB反应器的基础上于上世纪80年代后期在荷兰Wageningen农业大学开始研究的新型厌氧反应器。EGSB
反应器与UASB反应器的结构形式较为相似,所不同的是UASB反应器所采用的上升流速度约0.3~1.0m/h,而在EGSB反应器中采用高达2.5~6m/h的上升流速度,这远远大于UASB反应
器,使废水在反应器中的实际水力停留时间大大缩短,因此对于高浓度有机废水将会影响处理效率。
d.厌氧折流反应器(ABR),主要是通过在反应器顺水流方向设多快档板,档板将反应器分为若干个相对独立的格,每格分为上向流室和下向流室,下向流室比上向流室窄,通过下向流
的水力冲击将池底污泥层与来水进行接触混合。反应器内部分无机械搅拌装置,同时反应器顶部无三相分离器。折流反应器的处理效果取决于进水水力冲击作用和污泥性状,由于进水
布水完全控制在下向流区域的一条线上,当由下向流流出转为上向流时,水流在水平方向存在水平流速,在水平流速带动下池底污泥被逐渐带至远端,使近端污泥越来越少,生物量出
相对较少,而远端污泥由于无法得到水力冲击而逐渐上浮,处理效果越来越差。同时由于ABR出水端未设置三相分离器,导致上浮污泥无法重新回到池底,这两方面的原因都使得ABR
工艺存在去除效率低、运行稳定性差的缺陷。
通过以上比较,UASB处理工艺去除效率高,运行稳定、技术成熟、投资本成不高,更适合本项目及废水水质特点。
*膜生化反应器(MBR)简介:膜生化反应器(MBR)其实是生化法的一种改进,它是生化技术和膜分离技术组合的一种崭新技术,是生化反应器和膜分离相结合的高效废水处理系
统。其中的生化反应系统以好氧为主,在膜生化反应器中用膜分离(通常为超滤)替代了常规生化工艺的二沉池。与传统活性污泥法相比,MBR对有机物的去除率要高得多,因为在传
统活性污泥法中,由于受二沉池对污泥沉降特性要求的影响,当生物处理达到一定程度时,要继续提高系统的去除效率很困难,往往需要延长很长的水力停留时间也只能少量提高总的
去除效率,而在膜生物反应器中,由于分离效率大大提高,生化反应器内微生物浓度可从常规法的3~5g/L提高到15~40g/L,可以在比传统活性污泥法更短的水力停留时间内达到更好
的去除效果,减小了生化反应器体积,提高了生化反应效率,出水中悬浮物和浊度接近于零,细菌和病毒被大幅去除,因此该工艺在提高系统处理能力和提高出水水质方面表现出很大
的优势。MBR对渗滤中的氨氮有良好的去除效果,氨氮的去除率基本上维持在95%以上,这得益于UF膜的截留使世代周期长的硝化菌得以富集; MBR的主要特点:
a.对污染物的去除率高,抗污泥膨胀能力强,出水水质稳定可靠,出水中没有悬浮物;
b.膜生物反应器实现了反应器污泥龄STR和水力停留时间HRT的分别控制,因而其设计和操作大大简化;
c.膜的机械截留作用避免了微生物的流失,生物反应器内可保持高的污泥浓度,从而能提高体积负荷,降低污泥负荷,具有极强的抗冲击能力;
d.由于SRT很长,生物反应器又起到了“污泥消化池”的作用,从而显著减少污泥产量,剩余污泥产量低,污泥处理费用低;
e.由于膜的截流作用使SRT延长,营造了有利于增殖缓慢的微生物。如硝化细菌生长的环境,可以提高系统的硝化能力,同时有利于提高难降解大分子有机物的处理效率和促使其彻底
的分解;
f.MBR曝气池的活性污泥不会随出水流失,在运行过程中,活性污泥会因进入有机物浓度的变化而变化,并达到一种动态平衡,这使系统出水稳定并有耐冲击负荷的特点;
g.较大的水力循环导致了污水的均匀混合,因而使活性污泥有很好的分散性,大大提高活性污泥的比表面积。MBR系统中活性污泥的高度分散是提高水处理的效果的又一个原因。这是
普通生化法水处理技术形成较大的菌胶团所难以相比的;
h.膜生物反应器易于一体化,易于实现自动控制,操作管理方便;
i. MBR工艺省略了二沉池,减少占地面积。
*管式膜-生物反应器(TMBR)选择:根据膜的使用形式MBR处理工艺又分内置膜生物反应和外置式膜生物反应器,管式膜-生物反应器(Tubular Membrane Bioreactor-TMBR)属外置
式膜生物反应器。与内置膜生物反应器特点比较如下:
项目 |
管式膜生物法(TMBR) |
内置膜生反应器 |
膜通量(L/m2·h) |
60-140 |
10-25 |
污泥浓度(g/L) |
15-40 |
10 |
管理维修 |
外置设计,便于清洗、维护,管理方便 |
清洗、维护不便 |
运行费用 |
低 |
高 |
运行稳定性及出水水质 |
好 |
一般(易阻塞、断丝) |
自动化程度 |
高 |
高 |
占地面积 |
少 |
少 |
对周围环境的 |
不影响 |
影响 |
其它 |
无浓缩液 |
|
*垃圾渗滤液经TMBR处理,一般能满足间接排放要求。为了保证出水达到直接排放标准,后续用纳滤作深度处理;纳滤浓缩液采用脱水处理,干污泥回填到填埋场处置,浓液回生化处
理系统。
*该工艺组合方式优点为抗冲击负荷能力强,进水水质对其影响较小,TMBR对氨氮的去除率较高,使用寿命长,后端纳滤膜可同时让部分盐份与出水一起通过排除,既利用了生化过程
和膜技术各自的优点,又避免了单纯反渗透工艺的缺点。工艺过程简单,操作方便、运行费用低廉。
3.3.3 工艺比较:以上四个渗滤液处理工艺方案汇总比较详见下表。
处理工艺方案汇总比较表
项目 |
方案一 |
方案二 |
方案三 |
方案四 |
基本工艺流程 |
生化段+絮凝沉降+活性炭吸附 |
SBR+混凝气浮+超滤+反渗透膜工艺 |
两级DTRO |
UASB+膜生化反应器+纳滤膜工艺 |
处理原理 |
生化与简单物化相结合 |
生化与物化、反渗透相结合 |
采用单纯反渗透工艺碟片式反渗透膜 美国PALL公司 |
新型膜生化反应器与纳滤膜相结合 |
进水水质影响 |
抗冲击负荷能力较小,进水水质对其影响较大 |
抗冲击负荷能力较大,进水水质对其影响较小 |
抗冲击负荷能力较强,可通过调节反渗透压力适应进水负荷的变化。但容解性COD对膜的使用寿命突出。 |
抗冲击负荷能力较大,进水水质对其影响较小 |
对COD的去除 |
很好 |
很好 |
很好 |
很好 |
对氨氮的去除 |
对氨氮的去除率较高 |
对氨氮的去除率较高 |
若无脱氮前处理,氨氮、总氮指标出水不稳定 |
对氨氮的去除率很高 |
浓缩液和污泥处理 |
污泥量很大,污泥处理费用较高 |
浓缩液回灌 |
浓缩液回灌,残留物对环境及填埋场运行有较大的影响。盐分回灌累积会直接对高压RO膜出水率产生较大影响。 |
污泥量较小,絮凝浓缩后运填埋场填埋 |
工艺运行经验 |
工程及运行经验较多 |
有成熟的工程及运行经验,运行管理较为简单 |
工程及运行经验较少 |
有较多的工程及运行经验,运行管理较为简单 |
占地面积 |
较小 |
较大 |
很小 |
很小 |
投资费用 |
较小 |
较高 |
很高 |
较小 |
运行成本 |
较高 |
较低 |
很高 |
较低 |
环境效益 |
活性炭如不处理再生及重复使用,成为固体剩余物 |
对环境及填埋场运行影响较小 |
很, 小 |
很小 , , TD> |
3.3.4 工艺选择: 从各工艺特点、对水质波动的适应性、对污染物的处理效果、投资和运行成本等方面进行分析,同时考虑各个方案的环境效益和经济效益等综合因
素,方案四为最优方案,其理由如下:
1)采用UASB作厌氧处理单元,有机污染物去除效率高,运行成本低,满足渗滤液长期稳定运行需要。
2) TMBR工艺具有较强的适应性和操作上的灵活性,能适应大范围的水质波动,大大减轻纳滤系统的处理负荷,延长纳滤膜的寿命。
3)采用纳滤作为深度处理,能避免盐富集带来的不利影响。
4)系统产生的污泥量很小,污泥处理费用很低。
5)此工艺技术在垃圾渗滤液处理已有多个成功的工程及运行实践经验,出水稳定达标。
6)此工艺技术的投资和运行成本较低,在经济指标上具有较大的优越性。
4 工艺设计
4.1原则:根据垃圾渗滤液中污染物含量高、水质水量多变的特点,选择技术先进、工艺可靠、性价比高的UASB+ TMBR+纳滤 工艺。在设计中遵循以下原则:
1) 处理工艺流程有利于确保处理效果,确保运行的安全可靠性。
2) 为便于运行管理,膜生化处理设施采用集成设备。
3) 保证工艺设备质量,合理节省投资。
4) 有利于节能降耗,降低运行费用,易于维护和运行管理。
5) 采用二次污染少、污泥量少、低噪音处理设施。
6) 合理考虑现有地理状况,节约用地,控制建筑物高度。
7) 具有较高的自动化控制水平,实现电脑集中中央控制。
8) 具有较强的冲击负荷适应能力。
9) 操作管理方便、技术要求简单,减小工人劳动强度;维护简单方便宜于长期使用。
4.2 工艺流程
4.2.1 工艺流程简图
渗滤液处理系统流程简图
4.2.2 工艺流程描述:本方案的工艺流程(详见工艺流程简图)可分为以下四个部分:
*上流式厌氧污泥床反应器(UASB)、反硝化池;
*管式膜生化反应器TMBR 、 硝化池;
*管式超滤装置、 纳滤系统;
* 污泥处理系统;
1) 上流式厌氧污泥床反应器(UASB):(UASB)由污泥反应区、气液固三相分离器(包括沉淀区)和气室三部分组成。在底部反应区内存留大量厌氧污泥,具有良好的沉淀性能和凝
聚性能的污泥在下部形成污泥层。要处理的污水经调节提升泵提升从厌氧污泥床底部流入,通过布水装置与污泥层中污泥进行混合接触,污泥中的微生物分解污水中的有机物,把它转
化为沼气。沼气以微小气泡形式不断放出,微小气泡在上升过程中,不断合并,逐渐形成较大的气泡,在污泥床上部由于沼气的搅动形成一个污泥浓度较稀薄的污泥和水一起上升进入
三相分离器,沼气碰到分离器下部的反射板时,折向反射板的四周,然后穿过水层进入气室,集中在气室沼气,用导管导出,固液混合液经过反射进入三相分离器的沉淀区,污水中的
污泥发生絮凝,颗粒逐渐增大,并在重力作用下沉降。沉淀至斜壁上的污泥沿着斜壁滑回厌氧反应区内,使反应区内积累大量的污泥,与污泥分离后的处理出水从沉淀区溢流堰上部溢
出,然后排出污泥床。其特点是效率高(有机容积负荷达3~10kgCOD/(m3·d)),集泥、水、气三相分离于一体,操作管理比较简单。
2) 废水中的有机物及悬浮物发生以下反应:
a.水解阶段:水解阶段将水中大分子不溶性复杂有机物在细胞外酶的作用下,水解成小分子溶解性高级脂肪酸(醇类、醛类、酮类),然后渗入细胞内,参与的微生物主要是兼性细菌
及专性厌氧菌。
b.产酸脱氢阶段:产酸脱氢阶段是将第一阶段的产物降解为简单的脂肪酸(乙酸、丙酸、丁酸等)并脱氢,参与的微生物是兼性或专性厌氧菌,第二阶段的产物是简单的脂肪酸,二氧
化碳,碳酸根、铵盐和硫氢根等,此阶段的速度较快。
c.产甲烷阶段:产甲烷阶段是将第二阶段的产物还原成甲烷,参与的微生物绝对的厌氧菌(产甲烷菌)。
d.废水经UASB厌氧罐处理以后自流进入后续管式膜生化反应器(TMBR)的反硝化单元。
3 )管式膜生化反应器(TMBR):上海企科环保工程设备有限公司在管式膜生化反应器(TMBR)技术的应用方面特别是在渗滤液处理方面进行了大量的研究,开发出一系列的技术设
备,并广泛成功应用于垃圾处理厂的渗滤液处理,在国内渗滤液处理方面具有领先地位;在国内,分体式膜生物反应器已成功应用于重庆、佛山、中山、郴州、太仓、兰州、西安、榆
林等地的垃圾渗滤液处理。
如上图所示,我们采用的TMBR是一种分体式膜生化反应器,包括生化反应池和超滤两个单元。
4)生物反应池:来自调节池的渗滤液与硝化池回流液(通过UF浓液回流实现)混合后进入反硝化反应器,在液下搅拌器的作用下与反硝化污泥充分混合。硝化池回流液由于已通过高活性好氧微生物的硝化作用,使氨氮和有机氮氧化为硝酸盐和亚硝酸盐,在反硝化反应器缺氧环境中,在反硝化污泥的作用下还原成氮气排出,达到脱氮的目的。
a.硝化、反硝化的工艺与控制:硝化细菌是专性好氧细菌,它们利用O2来呼吸,并且将O2作为将NH4+氧化为NH4OH(羟胺)的直接反应剂。硝化细菌难以忍受低的溶解氧浓度,在对许多异养细菌毫无影响的氧气浓度下,硝化细菌的新陈代谢却会因为氧的限制而缓慢。事实上系统中异养菌始终存在,并和硝化细菌竞争溶解氧和空间。硝化细菌相对高的Ko值使它们在溶解氧的竞争中处于劣势。在竞争任何需要较高生长速率的空间时,它们很低的生长速率就是一个缺点。所以我们需要将泥龄控制在20天,确保硝化细菌需要的SRT;另一方面,异养反硝化细菌和自然硝化细菌的动力学参数差别很大。硝化细菌有较低的fso,生长非常缓慢,需要相当长的固体停留时间。达到最大硝化速率需要很高的溶解氧浓度,而很高的溶解氧浓度会减缓或者终止反硝化过程,而反硝化过程又需要硝化过程来为其提供NO3-或者NO2-。我们的前置反硝化,后置硝化正好调和了这些相互矛盾的生理学特征;反硝化池的出水直接进入硝化池,污水、空气、活性污泥充分混合与包溶,并在反应池循环往复运动,通过高活性的好氧微生物作用,污水中含有碳、氮和磷等元素的有机物得到有效去除,并使氨氮和有机氮氧化为硝酸盐和亚硝酸盐。
b.硝化反应池采用射流曝气,所需空气通过射流曝气机自吸完成。
c.经硝化反应器处理后的泥水混合液通过超滤进水泵进入超滤系统,在超滤循环泵的作用下,活性污泥带污水回流到反硝化反应器,进而又回到硝化反应器。剩余污泥排到污泥浓缩池。
5)曝气系统:硝化反应在硝化罐内进行,由于有机物及NH3-N浓度较高,反应过程中将鼓入大量空气,曝气方式有鼓风曝气及射流曝气,鼓风曝气因采用微孔膜片曝气头使空气中氧的利用及转移率较高,与射流曝气相比能耗较省、运行费用较低。因此本项目中采用鼓风曝气形式,在硝化池底部安装微孔膜片布气装置,由鼓风机将空气鼓入。控制风机启停时间使硝化池内溶解氧量2-4mg/L,将硝化菌处于最佳的硝化反应状态,该曝气工艺应用广泛,且效果良好。
6)超滤:垃圾渗滤液经过硝化、反硝化反应后,由超滤装置进行过滤处理。超滤代替了常规生化工艺中的二沉池,使微生物被迅速、完全截留在生化反应器内,保持生化反应器的高生物浓度,有效控制泥龄,避免了污泥的流失,确保硝化效果,提高出水质量;超滤是一种从溶液中分离出大粒子溶质的膜分离过程,其分离机理是机械筛分原理,超滤膜具有选择性分离的特点。超滤过程如下:在压力作用下,料液中含有的溶剂及各种小的溶质从高压料侧透过超滤膜到达低压侧,从而得到透过液;而尺寸比膜孔大的溶质分子被膜截留成为浓缩液。
*本方案使用的超滤膜组件为PVDF材质的管式超滤膜,由德国BERGHOF公司生产,BERGHOF公司是德国第一家膜生产企业,专门从事管式膜的生产,在使用管式膜进行污水处理领域拥有30多年的经验,拥有上千个工程案例,其中有近两百个工程是在特种污水处理行业,在应用TMBR技术处理垃圾渗透液、焦化废水、含油废水等诸多高难废水处理领域一直处于世界领导者的地位,拥有世界最大的管式膜TMBR工程业绩(210m3/h)和国内最大的管式膜TMBR工程业绩(上海,2000m3/d);该型管式膜膜,采用内压方式,材质选择使用亲水性,膜管直径从5mm到12.5mm,外表面为致密层,层面密布微孔,中间是多孔支撑层。膜孔径0.05μm,具有优异的强度、抗污染、抗氧化、耐酸碱(pH1-13)性能,纯水通量高达750L/m2·h,工作压力可达10bar,工作温度可达80oC.即使直接过滤活性污泥浓度高达40g/L的生化污水,膜通量仍然高达80-140L/m2·h,是浸没式超滤膜的5-10倍,寿命长达7年以上;由于膜的阻截作用大量微生物被完全被截流在生物反应器内,超滤的浓缩液带着活性污泥直接返回硝化系统,使得系统内能够维持较高的微生物浓度,从而提高了反应装置对污染物的整体去除效率,使废水中难降解有机物在生化处理系统中的相对停留时间延长,微生物得到有效驯化,难降解有机物也能部分转化为可生物降解成份;此外于膜的高效分离作用,分离效果远好于传统沉淀池,处理出水极其清澈,悬浮物和浊度接近于零,对后续纳滤深度处理具有很好的保护作用,提高了纳滤膜的使用寿命。
*TMBR的主要特点:
Ø 主要污染物COD、BOD和氨氮有效降解,无二次污染;
Ø 100%生物菌体分离;
Ø 出水无细菌和固性物;
Ø 对氨氮及难降解有机物去除效率高
Ø 反应器高效集成,占地面积小;
Ø 污泥负荷(F/M)低,剩余污泥量小;
Ø 无需脱臭装置;
Ø 运行费用小。
7) 纳滤系统:为保证达到严格的排放标准,在膜生化反应器系统后加上纳滤,纳滤的作用是截留那些不可生化的大分子有机物COD。污水经纳滤系统进一步深化处理后,可以保证出水的达标排放并远优于排放要求;纳滤膜介于RO与UF膜之间,对NaCL的脱除率在90%以下,反渗透膜几乎对所有的溶质都有很高的脱除率,但纳滤膜只对特定的溶质具有高脱除率;之所以选用纳滤而不选用反渗透,原因就是反渗透产生的浓缩液中NH3-N 和盐份,特别是硫酸根在渗滤液中不断富积,渗透压不断升高,从而使反渗透系统操作压力不断提高,净水回收率下降,直至系统完全破坏。但纳滤的截留界限仅为分子大小约为1nm的溶解组分,截留分子量为100~1000,主要用于脱除三卤甲烷中间体、异味、色度、可溶性有机物,Ca、Mg等硬度成分,与反渗透相比,纳滤的最大优点是能将小分子盐随出水排出,避免盐富集带来的不利影响。
a.纳滤浓缩液絮凝后进入污泥浓缩池。
b.纳滤净化水回收率85%。纳滤过程产生15%的浓缩液,浓缩液进污泥处理系统处理。纳滤浓缩液在污泥处理系统中经过絮凝沉淀处理后,大部分二价离子及COD被吸附去除,上清液回调节池。上清液中剩余的难将解物质,由于在系统中的停留时间增长,微生物得到有效的驯化,难降解物质慢慢地也会被降解,不会造成累积。
本方案中采用美国GE公司DK抗污泥型纳滤膜元件截留分子量为150-300道尔顿(以中性分子计算),对二价和多介阴离子优先截留,对单价离子的截留率大小与废水的浓度及组成有关,由于单价离子可以透过膜,不会产生渗透压,所以该型纳滤膜系统可在比RO更低的操作压力下运行。
4.2.3 污泥处理系统: 渗滤液处理站的污泥来自生物处理的剩余污泥和纳滤浓缩液混凝沉淀产生的污泥。为了发挥生物处理的剩余污泥的生物吸附作用和改善污泥的脱水性能,设计中把生物处理的剩余污泥排到纳滤回流液混凝沉淀系统(即污泥浓缩池),经过混凝沉淀和污泥浓缩,上清液溢流回调节池,浓缩污泥通过污泥泵回灌于垃圾填埋场。
4.3 工艺特点:本方案推荐工艺具有以下特点
1)、工艺选择及设计参数充分结合渗滤液废水进水特点、排水水水质标准,将系统的长期稳定运行作为重点。
2)、根据废水水质特点,在原有工艺基础上增加了高效的UASB厌氧反应系统,一方面有效提高膜使用寿命,另一方面减少了运行费用;
3)、结合近年同类废水处理工艺特点,取消了原有工艺中未端的RO工艺,减少了投资,且运行稳定性,同时前端增设UASB厌氧处理单元去除了大量COD污染,确保了出水水质达标排放。
4)、选用外置式膜生化处理系统,使系统稳定性好,管理维护方便。
5)、技术先进:本次工艺结合德国先进技术和设备,运行成本低,
6)、本次UASB厌氧技术是我司在传统技术基础之上经多年实践改进的先进技术,内含我司多项技术成果,总体技术先进、稳定性好。
7)、自动化程度高:工程中所有电动部件都通进行自动化控制,自动化程度高,减少人员班次和劳动强度等优点。
8)、剩余污泥量少,污泥稳定,管理方便。
9)、为保证整个工程的长期稳定运行,工程中的关键部件如:膜组件、高压泵均采用进口知名品牌,风机、普通水泵,均采用国内名牌产品,尽量减少设备维修。
4.4 各工艺段的分段处理效果
(待续)
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