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管式膜TMBR技术在垃圾渗滤液废水处理中的应用

时间:2016-06-26 00:23 来源: 作者: 点击:

[提要] 管式膜TMBR技术在垃圾渗滤液废水处理中的应用:垃圾渗滤液,又称渗沥水或浸出液,是垃圾在堆放或者填埋过程中由于发酵、降雨及径流的影响以及地表水的浸泡而滤出的污水[1]。垃圾渗滤液是一种有机污染负荷较高、水质极 垃圾渗滤液,又称渗沥水或浸出液,是垃圾在堆放或者填埋过程中由于发酵、降雨及径流的影响以及地表水的浸泡而滤出的污水[1]。垃圾渗滤液是一种有机污染负荷较高、水质极为复杂的废水,受垃圾组成、垃圾含水率、填埋规律、填埋时间、填埋工艺、降雨渗透量等多因素的影响。垃圾渗滤液水质成分复杂,各类有机物成分多达100种以上;氨氮、CODCr浓度浓度高,变化范围大;并且随着垃圾填埋场使用年限的增加,渗滤液的可生化性逐渐降低,氨氮和CODCr的比例以及营养元素比例均会严重失调,这均给垃圾渗滤液的处理造成一定难度[2]。 目前,国内外垃圾渗滤液处理技术主要有:生物处理技术、物化处理技术、膜分离技术及各种组合形式等[3]。我国垃圾渗滤液的处理方法主要为厌氧好氧等生物处理法,但生化法存在一个普遍的问题,就是垃圾场运行中后期渗滤液可生化性差,导致生化法出水难以达标。 与生化法相比,膜分离技术受原水水质的变化影响小,能够保持出水水质稳定,在垃圾渗滤液等高浓度、难降解废水的处理中具有明显的优势。国外垃圾渗滤液膜处理工艺已经相当成熟,并得到广泛的应用[4-5]。国内近年来也陆续开展了膜处理垃圾渗滤液的相关研究, 并取得了较好的处理效果。本文重点介绍了管式膜生物反应器(TMBR)工艺在垃圾渗滤液中的应用及典型工程实例介绍,以期对实现垃圾渗滤液的有效处理作指导。 1、TMBR工艺简介 TMBR是外置式膜生物反应器,通过水泵将污泥-废水混合液打入膜管内,在压力的驱动下进行膜分离,出水透过膜进入产水箱,而污泥回到生化池继续参与生化,没有浓缩液排出。典型外置式TMBR工艺流程为:废液→预处理→调节池→TMBR池(管式超滤膜)→RO→出水,如图1。
TMBR技术是用膜过滤替代传统活性污泥法的二沉池,通过超滤(UF)进行固液分离,将粒径大于0.02 m的颗粒、悬浮物等截留在系统内,可使生化池内的污泥浓度从3~5 g/L提高到20~30g/L,甚至可达到40g/L或更高,并且无须太多考虑污泥沉降和膨化的问题。出水无菌体及悬浮物。由于反应器内保持较高的活性污泥浓度,难降解的物质在反应器中也不断反应、降解,而水力停留时间(HRT)却能大大缩短。工程占地面积小;剩余污泥量小;运行费用较低。根据不同情况,TMBR出水后续可用NF或RO作深度处理。TMBR工艺通过膜分离技术大大强化了生物反应器的功能。垃圾渗滤液经TMBR处理后,一般能满足间接排放要求。 2、工程实例及技术方案 2.1工程描述 该工程将BERGHOF管式膜应用于上海江桥生活垃圾焚烧厂垃圾渗滤液处理系统,是BERGHOF管式膜处理垃圾渗滤液的众多应用工程中的个例。 上海江桥生活垃圾焚烧厂工程是目前中国建成的最大的现代化千吨级生活垃圾焚烧厂,主要处理上海各地区的生活垃圾,日处理垃圾能力达1500t,是上海市重大工程之一。配套建设的污水处理设施主要处理该厂垃圾渗滤液、生产废水/生活污水等污水。该厂垃圾渗滤液收集后,垃圾热值达到设计值时,渗沥水回喷炉内焚烧处理,在试运行或垃圾热值偏低时,渗沥水由专用槽车运到污水厂处理,处理后达标排放。 渗滤液经过预处理后,用污水泵将污水送入生化脱氮池,在生化脱氮池中COD、氨氮、TN得到大部分去除;之后出水进入BERGHOF管式膜TMBR处理系统,将粒径大于30nm的颗粒、悬浮物、细菌等截留在系统内。TMBR处理段有单独的循环泵以产生较大的表面流速,可达1~3m/s,可有效避免膜管堵塞。膜管由清洗泵冲洗,清洗后的清洗水循环回到清洗槽。每1个月加化学药剂清洗一次。    出水排放执行生活垃圾填埋污染控制二级标准(GB16889—1997),处理后排入市政管网。处理工艺简图如图2:
图2  工艺流程 2.2主要工艺设计参数 垃圾焚烧厂渗滤液出水比一般的垃圾填埋厂渗滤液出水要高,本项目设计原水水质及设计产水水质要求见表2:
表2   设计原水水质及设计产水水质要求
设计原水水质 设计产水水质
COD(mg/L) 55000 COD(mg/L) 300
BOD5(mg/L) 30000 BOD5(mg/L)  150
SS(mg/L) 600 SS(mg/L)  200
NH3-N(mg/L) 1000 NH3-N(mg/L) 25
TMBR段采用特里高-德国BERGHOF管式膜,选膜型号为:83G 66.03 I8。该管式膜性能及膜组件参数见下表3。
表3   83G 66.03 I8型 亲水性管式膜性能:
项目 单位 参数
材料   PVDF
纯水通量 l/m2.h >750(100kPa)
膜面积 m2 27.2
膜管直径 mm 8.0
孔径 nm 30nm
最大操作压力 KPa -50 to 800
最大操作温度 ºC 60(pH5-10)
pH   2-10(60 ºC)
耐氯 ppm.h 250,000(25 ºC)
该工程TMBR段用膜数量为10支,分为两个膜组,每组5支膜,每个膜组设计通量为200~220m3/d,设计表面流速3.3m/s,能耗仅为3~6kwh/m3,低能耗TMBR管式超滤基本运行参数见表4。
操作方式 错流 膜压损 0.2~0.6 bar
运行压力 1bar/支 化学清洗时间 4~8h
通量 70L/m2.h 能耗 3~6kWh/m3
单根组件产水量 1.9ton/h 跨膜压差 0.8 bar
化学清洗频率 1个月    
2.3工程运行效果 垃圾渗滤液处理设施于2006年7月正式投入运行,垃圾渗滤液用TMBR工艺处理后,BOD、SS和浊度的去除率都大于98%,COD的去除率在78%-98%。整个处理系统一直运行稳定,出水水质远远超出要求。该工艺技术流程短、占地面积小,运行费用低,有非常好的应用前景。 2.4膜污染及膜堵塞问题 目前制约膜技术发展的一个重要问题是膜污染及膜堵塞,污水中纤维太多、流速太慢或部分膜管流速太慢、非正常停机等均会容易造成膜管堵塞,主要表现为膜通量降低、清洗后通量恢复效果差、膜进口处压力异常升高、膜出口处压力异常降低、泵流量下降等现象。 BERGHOF管式超滤膜在世界各地的应用案例已有一千余项,无需反冲,定期化学清洗就可以恢复通量,使用寿命可达7年以上。化学清洗时建议在 pH值范围1-11、温度低于40℃的条件下进行膜清洗。使用的化学清洗试剂有:双氧水(最大浓度:1000ppm);氢氧化钠溶液(pH最大11);硝酸(pH最小1);磷酸(pH最小1);磷酸纳;柠檬酸;草酸及EDTA溶液。 上海江桥垃圾渗滤液废水处理工程于2006年7月开始运行后,每1个月进行一次常规化学清洗,至2007年8月23日出现膜堵塞问题,主要表现为:膜通量下降,第一组通量下降到6m3/h,第二组通量下降到5m3/h,采用常规方法对该膜系统进行化学清洗,清洗水呈浓黑胶状,通量恢复效果不明显。 后采取下述方法对该膜组件除堵:首先用清水冲洗,然后用硅橡胶软管轻轻的、缓慢的通入堵塞的膜管内,然后通水(可使用扬程5-10m的泵)慢慢清开堵塞;之后用次氯酸钠溶液(200~500ppm,浓度根据清洗效果逐步提高)进行浸泡24h或以上,最后用清水冲洗,保证单支膜清洗水通量达到5~6m3/h。 通过以上方法后,单组膜通量由5m3/h提高到10m3/h,效果明显。膜通后运行至今已半年时间,运行效果稳定,未再次出现膜堵塞问题。 造成膜堵塞的可能原因很多:系统停机后没有及时冲洗,或者冲洗不干净,特别是突然停机的时候;泵压小,膜表面流速太低(原则上表面流速不要低于2.5m/s,对于8寸膜循环泵的流量不要低于165m3/h);污泥浓度过高(大于40g/L或更高)、污泥性状不好(含有较多粘性物质,如原油,焦油,PAM等);调试阶段,污泥未经有效预处理便应用,前处理系统缺少过滤装置污泥中含有较多的纤维,特别是长于5mm的纤维,等,均可能造成膜管堵塞。日常规范运行可有效降低膜堵塞的发生,膜管堵塞一般可以从膜组件的进水端很容易观察到,建议每两周卸下弯头观察膜管是否堵塞。 三、前景与展望 目前膜分离技术处理垃圾渗滤液在国外已经成熟,该技术具有受原水水质影响小、出水水质好、运行稳定和占地面积小等明显优势。我国膜分离技术发展至今已有40多年历史,但与世界发达国家相比还有较大差距。国内近年来开始将MBR用于垃圾渗滤液的处理。浸没式MBR处理工艺容易造成膜断丝,且运行维护费用高,清洗不方便,管式膜TMBR技术逐渐在国内应用并得到推广。 德国BERGHOF管式膜膜管直径从5mm到12.5mm,具有优异的强度,工作压力可达10bar;抗污染、抗氧化、耐酸碱性(pH1-13),工作温度可高达80oC;纯水通量高达750L/ m2?h,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;无须反冲,2~8周化学清洗一次,易于清洗和更换;使用寿命长达7年以上。BERGHOF管式膜在垃圾渗滤液处理方面具有优越的抗污染性能和针对性。随着垃圾渗滤液处理要求的日益提高以及TMBR膜处理技术的日益成熟,相信TMBR管式膜技术在垃圾渗滤液处理中的应用具有广阔的前景。移动端链接:m.23516

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