CN103708675B

CN103708675B - 一种基于高频振动膜的垃圾渗滤液处理方法

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Publication number: CN103708675B
Application number: CN201310690242.3A
Authority: CN
Inventors: 邓一荣; 肖荣波
Original assignee: GUANGDONG PROVINCIAL ACADEMY OF ENVIRONMENTAL SCIENCE
Current assignee: GUANGDONG PROVINCIAL ACADEMY OF ENVIRONMENTAL SCIENCE
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2033-12-13
Also published as: CN103708675A

Abstract

本发明公开了一种基于高频振动膜的垃圾渗滤液处理方法，包括如下步骤： 1 ）将垃圾渗滤液通过调节池调节水量、均衡水质、沉淀部分 SS ； 2 ）将污水送入折流式厌氧反应器中进行处理； 3 ）将污水依次送入缺氧池中进行反硝化处理、好氧池中进行硝化处理；送入 MBR 中对污泥、细菌和有机物进行截留； 4 ）将污水送入高频振动膜系统中进行深度处理；由中空滤膜组件对污水进行过滤；由高频振动驱动系统控制振幅在 0.1-4 cm ，振动频率控制在 10-60 Hz 。本发明运行稳定可靠，出水水质好， COD≤60 mg/L ， BOD₅≤20 mg/L ，色度 ≤30 倍，同时本发明还解决了膜易堵塞、膜更换频率高的问题。

Description

一种基于高频振动膜的垃圾渗滤液处理方法

技术领域

本发明涉及一种垃圾渗滤液处理方法，具体涉及一种基于高频振动膜的垃圾渗滤液处理方法，属于污水处理技术领域。

背景技术

随着我国城镇化的推进和人口的高度集中，城市生活垃圾的增长量也急剧增加。据统计，2011年，我国657个设市城市生活垃圾清运量1.64亿吨，相比1979年增加了5倍以上，年均增长率达6.0%以上，其成分也日趋复杂。而处理城市生活垃圾当数卫生填埋应用最为广泛，在垃圾填埋场堆放过程中，由于垃圾本身所含水分或微生物降解生成的水，以及雨水淋洗、地表径流、地表灌溉、地下水等长期浸泡而导致产生一种有毒有害复杂难降解的高浓度有机废水-垃圾渗滤液。同时因垃圾本身重金属的分解释放，其渗滤液中含有大量超标的总汞、总砷、总铅、总铬、六价铬、总镉等重金属元素。一般来说，其pH值在3-9，COD在1200-100000mg/L，BOD₅从300-10000mg/L，总氮达到1000-5000mg/L，氨氮可高达500-3000mg/L，色度高，水质呈酱油色甚至黑色，浑浊，恶臭味大；重金属元素中Pb²⁺可到0.1-2.0mg/L，Cu²⁺0.1-1.4mg/L，总铬0.01-2.61mg/L，Hg²⁺0-0.032mg/L。可生化性差，BOD/COD在0.1-0.7之间变化，且水质水量呈非周期性变化，变化幅度很大，十分不易处理。随着填埋场的年龄增长，BOD/COD不断下降，但氨氮含量增加，处理难度更加大。城市垃圾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，若处理不达标，将成为填埋场下游地表水、地下水、土壤等二次污染的主要根源。

2008年国家环保部出台新的生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)：生活垃圾填埋场应设置污水处理装置，生活垃圾渗滤液（含调节池废水）等污水经处理并符合规定的污染物排放标准后，可直接排放，其主要指标为：COD_Cr≤100mg/L，BOD₅≤30mg/L，SS≤30mg/L，氨氮≤25mg/L，粪大肠菌群数≤10000个/L。

目前国内对垃圾渗滤液的处理一般是采用循环回灌法、合并处理和独立的场内完全处理。循环回灌是一种非彻底的处理方法，而且处理能力有限，操作环境差，不适于年降水量大的南方地区，回灌后的渗滤液仍需要采用好氧生化及物化等后续处理才能向环境排放，可作为渗滤液的初级处理。合并处理就是将渗滤液引入附近的城市污水处理厂进行处理，该方案最为简单，可以降低处理成本，但填埋场必须靠近城市污水厂，但这不常见。受各种客观因素的限制，大部分城市垃圾渗滤液的处理需要建立独立的场内完全处理系统，主要有物化法和生化法。生化法包括厌氧生物处理、好氧生物处理和两者相结合的方法，当生化法处理垃圾渗滤液时，难以适应水质和水量的变化，尤其当氨氮浓度高时，生物法将受到抑制，对难生物降解的有机物则无能为力。而物化法耐冲击负荷，对生物法难以处理的重金属离子和难降解的有机物有较好的去除效果，但处理成本较高，处理工艺上需进一步优化。因此,物化法和生化法常组合利用，其中物化法多用于渗滤液的预处理与深度处理，主体工艺多选用生物法。

随着新的《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）代替GB16889-1997，现有及新建生活垃圾填埋场水污染物执行新的排放限值标准，这对垃圾渗滤液的处理更高的要求。当前，厌氧-好氧处理工艺、厌氧-氧化沟处理工艺、活性污泥法工艺和SBR法等处理工艺处理渗滤液难以达到新的排放标准。因此，需要研究新的工艺或者在原有处理工艺末端再增加一段工艺，使得垃圾渗滤液能达到新的排放标准。

高效的截留污水中溶解态的无机和有机污染物的特性的反渗透膜及纳滤膜可望成为处理垃圾渗滤液的主要方法。在研究中发现，反渗透工艺简单，占地小，处理效果好，但是操作压力大，能耗较高，膜寿命短，维护管理困难（张炎，2009）。为克服上述缺点，减少操作难度，各国的研究者相继把目光转向了操作压力较低、运行管理方便的纳滤技术。如linde(1995)、Mohammad(2004)用纳滤膜对渗滤液中COD、电导率、重金属，均可削减85%以上。目前，许多垃圾渗滤液均采用调节池、厌氧、缺氧、好氧、MBR膜生物反应器和RO或纳滤的处理工艺。厌氧工艺有ABR、UASB、水解酸化池等。但现有工艺中用于深度处理的膜滤（不论是RO膜还是纳滤膜）处理虽然去除率高，但存在一个致命的弱点是膜易堵塞，更换频率高，导致投资成本和运行成本巨大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于高频振动膜的垃圾渗滤液处理方法,该方法采用ABR+MBR+高频振动膜相互结合的工艺，运行稳定可靠，出水水质好，COD≤60mg/L，BOD₅≤20mg/L，色度≤30倍，各项指标不仅完全符合生活垃圾填埋场污染控制标准（GB16889-2008）排放浓度限值，而且还可以达到更为严格的生活垃圾填埋场污染控制标准（GB16889-2008）规定的水污染物特别排放限值要求。同时本发明还解决了膜易堵塞、膜更换频率高的问题。

实现本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于高频振动膜的垃圾渗滤液处理方法，其特征在于包括如下步骤：

1）调节池处理：将垃圾渗滤液通过调节池调节水量、均衡水质、沉淀部分SS；

2）ABR反应器处理：将经过调节池处理后排出的污水送入折流式厌氧反应器中进行处理，分解污水中的大分子有机物，提高污水的可生化性，以及去除部分SS、COD；

其中，所述的ABR(Anaerobic Baffled Reactor)反应器即折流式厌氧反应器，它包括两组并列的反应池，分别为主反应器和副反应器；均为下沉式构筑物；每组反应池由四个向上流和四个向下流隔室单元串联而成；其中，主反应池的水流向上，并在其向上流隔室单元中设置厌氧填料，在主反应池内还设有若干个不同宽度的隔板，使废水在池内多次变速上下折流；控制COD体积负荷率Nv=1-3kgCOD/（m³·d），控制MLSS浓度X＝1000-6000mg/L，控制平均流速Vu=0.2-1m/h；

由于所述的折流式厌氧反应器在水力设计采用了混合型复杂水力流态，具有高容积利用率、良好的生物固体的截留能力。而且其抗冲击负荷能力强，并在水解厌氧菌和产酸菌的作用下，分解大分子有机物，提高废水的可生化性，在去除部分SS、COD的同时，也为后续的MBR处理创造了条件。

3）MBR处理：将经过ABR反应器处理后排出的污水，依次送入缺氧池中进行反硝化处理、好氧池中进行硝化处理；然后送入MBR中对污泥、细菌和有机物进行截留；

其中，缺氧池的污泥负荷为0.05-0.2kgBOD/(kgMLSS·d)，0.01-0.2kg NH₄ ⁺-N/(kgMLSS·d)；HRT为10-80h；

所述的MBR（Membrane Bio-Reactor）即膜生物反应器；MBR中设有中空纤维膜组件，其膜通量为0.1-0.5m³/(m²·d)；

本发明在MBR前通过缺氧池进行反硝化处理、好氧池进行硝化处理，强化脱氮效果，提高了污水处理能力。

4）高频振动膜系统进行处理：将经过MBR处理处理后排出的污水送入高频振动膜系统中进行深度处理；所述高频振动膜系统是由高频振动驱动系统和中空滤膜组件组成；由中空滤膜组件对污水进行过滤，中空滤膜组件的过滤膜为纳滤膜或反渗透膜；由高频振动驱动系统控制振幅在0.1-4cm，振动频率控制在10-60Hz；

其中，高频振动驱动系统通过驱动轴上偏心块旋转产生的惯性力，惯性力通过扭弹簧传递到过滤圆盘，引发膜盘振动并使膜表面形成Stokes流，在膜表面产生强烈的正弦切力波，大大减少了膜表面颗粒物质的沉积，可有效防治膜堵塞的情况。可采用美国New Logic公司研制的伟思(VSEP)振动膜处理装置。

污水经过高频振动膜系统进行处理，其优点是：(1)抗堵塞能力强，通过在膜面处引入高剪切力，使得凝胶层悬浮于膜表面，提高了过滤通量。其超频振动膜的过滤通量是常规过滤的3倍-10倍。(2)能量利用率高，占地面积小；（3）运行费用低，膜组件不易受污染，膜寿命更长，无论是资本投资还是运行维护都具有比较明显的经济优势。

实现本发明的目的还可以通过采取如下技术方案达到：

实现本发明的一种实施方式是：在步骤1）中，所述调节池的容积应大于最低调节容量，最低调节容量即根据每月渗滤液产生量和每月处理量计算出来的累计最大余量。安全系数在1.1以上。

实现本发明的一种实施方式是：在步骤3）中，好氧池与ABR反应器之间设回流泵，回流比2-20。

实现本发明的一种实施方式是：在步骤3）中，还包括曝气系统，其曝气头均布于好氧池与MBR的底部，供气压力0.1-2Mpa，一用一备；系统中还另外配有两台鼓风机为中空纤维膜组件供气，供气压力0.1-2Mpa，一用一备，保证膜组件表面流体的流速，有效防止膜污染。鼓风机配有防振器和消声器；同时，为消除和减少有机物对膜内部的污染，设立在线清洗系统，采用定压、定量、定时自动对两组中的任一组膜组件进行反向浸润性化学清洗；系统配储药罐、药液调配罐、恒压加药罐和清洗泵等设备各一套。

实现本发明的一种实施方式是：在步骤4）中，因本发明中有ABR和MBR前处理，作为本工艺中深度处理步骤的高频振动驱动系统的最佳振幅范围为1.5-2.5cm，最佳频率为45-50Hz。

实现本发明的一种实施方式是：在步骤4）中，根据渗滤液的性质，所述纳滤膜的孔径为1-2nm，所述反渗透膜的孔径小于1nm，可保证出水质量的同时，提高了水处理效率。其超频振动膜的通量是常规膜过滤的3-10倍，可去除85%-90%的一般污染物。

实现本发明的一种实施方式是：还包括污泥处理步骤：收集ABR、MBR系统、超频振动膜系统的剩余污泥量，浓缩、脱水处理后运送至填埋场与垃圾一起填埋。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的ABR处理抗冲击负荷能力强，并在水解厌氧菌和产酸菌的作用下，分解大分子有机物，提高了废水的可生化性，并去除部分SS、COD。

2、ABR-MBR工艺组合，不仅提高了抗冲击负荷能力强，还使系统中MBR活性污泥浓度能达到10000～15000mg/L，COD、氨氮去除能力强。

3、相比现有膜处理技术，采用的高频振动膜处理系统抗堵塞能力强，克服了传统膜处理技术中膜易受污染、寿命短的缺陷，同时提高了能量利用率和过滤通量，其超频振动膜的过滤通量是常规过滤的3-10倍。

4、相比传统膜处理工艺，降低了运行费用，膜组件不易受污染，膜寿命更长，减少了换膜的频率，从而在运行维护具有比较明显的经济优势。

5、本发明运行稳定可靠，出水水质好，COD≤60mg/L，BOD₅≤20mg/L，色度≤30倍。其它各项水质指标完全符合生活垃圾填埋场污染控制标准（GB16889-2008）排放浓度限值，如表2中的排放标准1，还可以达到更为严格的生活垃圾填埋场污染控制标准（GB16889-2008）,如表2中的排放标准2规定的水污染物特别排放限值要求。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2本发明的超频振动膜分离示意图，其中，1为水分子，2为二价及多价阴阳离子，3为不同尺寸分子，4为正弦切力波。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：

实施例1：

如图1所示，本实施例所述的基于高频振动膜的垃圾渗滤液处理方法，主要包括：调节池→ABR反应器系统→MBR反应器→高频振动膜系统→达标排放。

南方某城市垃圾卫生填埋场垃圾处理量约500t/d。据调查分析，该填埋垃圾主要成份为有机物45.63%、无机物25.17%、废品（纸类、塑料、织物、玻璃、金属等）29.20%。其产生的渗滤液300m³/d，其水质见表1：

表1垃圾渗滤液水质

项目	进水水质
		pH	7.8
色度/倍	800
		SS/(mg·L-¹)	650
BOD₅/(mg·L-¹)	1218
		COD/(mg·L-¹)	5650
TP/(mg·L-¹)	20
		TN(mg·L-¹)	1632
NH⁴⁺-N/(mg·L-¹)	823
		粪大肠菌群数/(个·L-¹)	1×10⁵

步骤1）调节池处理：

首先垃圾渗滤液通过建有溢流坝的调节池，总容积为2.5×10⁴m³，充分调节水量、均衡水质、沉淀部分SS。水质见表1。

步骤2）ABR反应器系统处理：将经过调节池处理后排出的污水送入折流式厌氧反应器中进行处理，分解污水中的大分子有机物，提高污水的可生化性，以及去除部分SS、COD；

其中，所述的ABR(Anaerobic Baffled Reactor)反应器即折流式厌氧反应器，它包括两组并列的反应池，分别为主反应器和副反应器；均为下沉式构筑物；每组反应池由四个向上流和四个向下流隔室单元串联而成；其中，主反应池的水流向上，并在其向上流隔室单元中设置厌氧填料，在主反应池内还设有若干个不同宽度的隔板，使废水在池内多次变速上下折流；

设计流量Q=300m³/d=12.5m³/h，COD体积负荷率Nv=2.4kgCOD/(m³·d)，控制MLSS浓度X＝3500mg/L，控制平均流速Vu=0.5m/h。

步骤3）MBR处理：将经过ABR反应器处理后排出的污水，依次送入缺氧池（即缺氧A段）中进行反硝化处理、好氧池（即好氧O段）中进行硝化处理；然后送入MBR（即MBR段）中对污泥、细菌和有机物进行截留；

其中，本实施例中，MBR系统共分为三段：A段（缺氧反硝化单元），尺寸（L×B×H）为18.0m×11.0m×4.3m；O段（好氧硝化单元），尺寸（L×B×H）14.7m×10.5m×4.3m；M段（内置式MBR），尺寸（L×B×H）3.3m×10.5m×4.3m。其中，A段有效容积为800m³；O段有效容积为500m³，污泥负荷为0.1kg BOD/(kgMLSS·d)，0.05kgNH⁴⁺-N/(kgMLSS·d)，污泥浓度可达到10000mg/L，HRT为40h。A段和MBR段之间设回流泵，回流比为10，回流量为125m³/h，扬程6.8m，功率4kw，一用一备。将充分硝化的污水回流至反硝化池充分混合，并在缺氧条件下反硝化菌利用废水中的碳源把硝化液中的硝态氮反硝化成氮气。为保证反硝化的可靠，特设碳源和碱度投加系统各一套备用。M段膜分离池设中空纤维膜组件，膜通量0.2～0.25m³/(m²·d)，单组膜面积105m²，共14组，同时配膜在线清洗系统、自动控制系统各一套。膜分离池截留住氧化沟出水中的污泥、细菌和未降解或未完全降解的有机物，污泥负荷≤0.05kgBOD/(kgMLSS·d)，确保反应池中的污泥浓度和出水水质稳定达标。

A段设曝气系统，曝气头均布于生化池与膜组件池底，供气量为1617m³/h，供气压力0.5Mpa，功率为15kw，一用一备。膜分离池另配两台鼓风机为膜组件供气，风量840m³/h，供气压力0.5Mpa，功率11kw，一用一备，保证膜组件表面流体的流速，有效防止膜污染。同时，为消除有机物对膜内部的污染，设立在线清洗系统，采用定时、定压、定量自动对两组中的任一组膜组件进行反向浸润性化学清洗。系统配V为120L的储药罐，V为2000L的药液调配罐，V为2000L恒压加药罐和清洗泵等设备一套。结合曝气清洗、NaClO碱洗、HCl酸洗可使膜通量恢复至90%以上。

步骤4）高频振动膜系统进行处理：将经过MBR处理后排出的污水送入高频振动膜系统中进行深度处理；所述高频振动膜系统是由高频振动驱动系统和中空滤膜组件组成；由中空滤膜组件对污水进行过滤，中空滤膜组件的过滤膜为纳滤膜或反渗透膜；由高频振动驱动系统控制振幅在2cm，振动频率控制在50Hz；根据渗滤液的性质，所述纳滤膜的孔径为1-2nm，所述反渗透膜的孔径小于1nm，可保证出水质量的同时，提高了水处理效率。其超频振动膜的通量是常规膜过滤的3-10倍，可去除85%-90%的一般污染物。

其中，参照图2，高频振动驱动系统通过驱动轴上偏心块旋转产生的惯性力，惯性力通过扭弹簧传递到过滤圆盘，引发膜盘振动并使膜表面形成Stokes流，在膜表面产生强烈的正弦切力波，大大减少了膜表面颗粒物质的沉积，可有效防治膜堵塞的情况。

所述高频振动膜系统可采用美国New Logic公司研制的伟思(VSEP)振动膜处理装置。

各单元及最终出水水质见表2：

表2渗滤液各单元出水水质

经过3个月以上的连续运行，未进行膜的置换，实施例运行结果表明，本发明运行稳定可靠，出水水质好。出水感官良好，水质清澈，色度不到20倍。其它各项水质指标完全符合生活垃圾填埋场污染控制标准（GB16889-2008）排放浓度限值，如表2中的排放标准1，还可以达到更为严格的生活垃圾填埋场污染控制标准（GB16889-2008）,如表2中的排放标准2规定的水污染物特别排放限值要求。出水色度感官良好，经纳滤膜处理后，出水外观看不出明显的颜色，色度可在20倍以下，完全符合达标要求。

实施例2：

本实施例的特点是：还包括污泥处理步骤：收集ABR、MBR系统、超频振动膜系统的剩余污泥量，浓缩、脱水处理后运送至填埋场与垃圾一起填埋。厌氧部分的剩余污泥量约为1.3m³/d，MBR系统的剩余污泥量约为10.9m³/d，超频振动膜系统浓缩液约45.0m³/d，共约57.2m³/d。其他与实施例1相同。

对比实施例1：

本实施例与实施例1相比，仅在于步骤4）没有采用高频振动膜处理系统，而是采用了臭氧接触罐装置，以深度处理MBR系统出水，进一步降低色度。

本实施例适合在垃圾填埋场初期，垃圾渗滤液的可生化性较强，采用本实施例工艺，即ABR-MBR-高频振动膜组合工艺处理垃圾渗滤液，工艺主要包括：调节池→ABR反应器系统→MBR反应器→臭氧接触罐装置→排放。

但随着垃圾填埋场的填埋时间推移，垃圾渗滤液逐渐更加复杂、氨氮浓度更高、更难降解，本实施例工艺不再满足要求，出水水质难以达标。如表3所示。

表3渗滤液各单元出水水质

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种基于高频振动膜的垃圾渗滤液处理方法，其特征在于包括如下步骤：

1）调节池处理：将垃圾渗滤液通过调节池调节水量、均衡水质、沉淀部分SS；

2）ABR反应器处理：将经过调节池处理后排出的污水送入折流式厌氧反应器中进行处理，分解污水中的大分子有机物，提高污水的可生化性，以及去除部分SS、COD；其中，所述的ABR反应器包括两组并列的反应池，分别为主反应器和副反应器；均为下沉式构筑物；每组反应池由四个向上流和四个向下流隔室单元串联而成；其中，主反应池的水流向上，并在其向上流隔室单元中设置厌氧填料，在主反应池内还设有若干个不同宽度的隔板，使废水在池内多次变速上下折流；控制COD体积负荷率Nv=1-3 kgCOD/(m ³ ·d)，控制MLSS浓度X＝1000-6000 mg/L，控制平均流速Vu=0.2-1 m/h；

3）MBR处理：将经过ABR反应器处理后排出的污水，依次送入缺氧池中进行反硝化处理、好氧池中进行硝化处理；然后送入MBR中对污泥、细菌和有机物进行截留；其中，缺氧池的污泥负荷为0.05-0.2 kgBOD/(kgMLSS·d)，0.01-0.2 kg NH ₄ ⁺ -N/(kgMLSS·d)；HRT为10-80 h；所述的MBR中设有中空纤维膜组件，其膜通量为0.1-0.5 m ³ /(m ² ·d)；

4）高频振动膜系统进行处理：将经过MBR处理后排出的污水送入高频振动膜系统中进行深度处理；所述高频振动膜系统是由高频振动驱动系统和中空滤膜组件组成；由中空滤膜组件对污水进行过滤，中空滤膜组件的过滤膜为纳滤膜或反渗透膜；由高频振动驱动系统控制振幅在0.1-4 cm，振动频率控制在10-60 Hz；

在步骤4）中，所述高频振动驱动系统的最佳振幅范围为1.5-2.5 cm，最佳频率为45-50 Hz；

在步骤4）中，所述纳滤膜的孔径为1-2 nm；

在步骤4）中，所述反渗透膜的孔径小于1 nm。

2.根据权利要求1所述的基于高频振动膜的垃圾渗滤液处理方法，其特征在于：在步骤1）中，所述调节池的容积应大于最低调节容量，最低调节容量即根据每月渗滤液产生量和每月处理量计算出来的累计最大余量；安全系数在1.1以上。

3.根据权利要求1所述的基于高频振动膜的垃圾渗滤液处理方法，其特征在于：在步骤3）中，好氧池与ABR反应器之间设回流泵，回流比2-20。

4.根据权利要求1所述的基于高频振动膜的垃圾渗滤液处理方法，其特征在于：在步骤3）中，还包括曝气系统，其曝气头均布于好氧池与MBR的底部，供气压力0.1-2 Mpa，一用一备。

5.根据权利要求1所述的基于高频振动膜的垃圾渗滤液处理方法，其特征在于：在步骤3）中，还设有两台鼓风机为中空纤维膜组件供气，供气压力0.1-2 Mpa，一用一备；鼓风机配有防振器和消声器。

6.根据权利要求1所述的基于高频振动膜的垃圾渗滤液处理方法，其特征在于：在步骤3）中，还设有在线清洗系统，采用定压、定量、定时自动对中空纤维膜组件进行反向浸润性化学清洗。

7.根据权利要求1所述的基于高频振动膜的垃圾渗滤液处理方法，其特征在于，还包括污泥处理步骤：收集ABR、MBR系统、超频振动膜系统的剩余污泥量，浓缩、脱水处理后运送至填埋场与垃圾一起填埋。