垃圾滲濾液處理技術之MBR+膜深度處理技術解析
【蘭州純水設備http://www.ilangnet.cn】垃圾滲濾液的特點及工藝難點
生活垃圾的處理方法主要有焚燒、堆肥、機械處理和填埋。垃圾在堆放、轉運、擠壓、運輸、填埋或焚燒的過程中，會產生各種代謝物和水分，形成組成極其復雜的高濃度有機廢水——填埋滲濾液。未經處理的垃圾滲濾液滲過地表或滲入地下水后，會破壞周圍土壤的生態平衡，造成土壤或水污染，對環境造成嚴重的二次污染。
垃圾滲濾液中氨氮和溶解的陽離子,重金屬、酚、可溶性脂肪酸和其他有機污染物,具有水質復雜,水的水質變化大,高有機物即BOD5和COD濃度、氨氮含量高、高金屬含量的顯著特征,因此在選擇垃圾滲濾液處理技術時,需要滿足以下條件:
1. 為滿足水量變化大的特點，工藝設計需要留有足夠的余量;
2. 對水質具有較強的抗沖擊負荷能力，滲濾液水質波動較大。因此，要求處理過程具有較強的抗沖擊載荷能力;
3.填埋場滲濾液COD濃度變化較大，最高可達80000mg/L或更高，具有較高的COD和BOD去除能力。因此，處理工藝需要具有很高的去除有機污染物的能力;
4. 氨氮處理能力高，滲濾液氨氮濃度一般在數百~數千mg/L之間，一般認為在1500 ~ 3000mg/L左右。但它可能高達4000毫克/升。對氨氮的去除率要求較高。
5. 盡量減少二次污染。
基于上述特點，僅依靠單獨的處理方法(生物法、物理法、化學法)很難滿足《生活垃圾填埋污染控制標準》(gb16889-2008)的排放標準。處理滲濾液必須采用物理、化學和生物相結合的方法，經濟可行、穩定，達到標準要求。
垃圾滲濾液處理工藝
“外膜生化反應器(MBR) +膜深度處理”技術原理
該膜生物反應器由前置反硝化反應器、硝化反應器和分體式超濾裝置組成。
硝化池中,大部分有機污染物高活動,由好氧微生物降解和氨氮和有機氮轉化為硝酸鹽和回到反硝化池被減少成氮和放電對脫氮在缺氧的環境中。
采用射流曝氣器和高生化反應器提高了氧的利用率。
超濾采用孔徑為0.02um的有機管狀超濾膜對純凈水和細菌進行分離。由于污泥與水完全分離，污泥回流可以使生化反應器中的污泥濃度達到15-25g/L。超濾出水無菌、無懸浮物，符合gb16889-1997三級標準。
為滿足排放標準，膜生化反應器在排放后加入納濾(或反滲透)及相應的濃縮物物化處理。由于膜生化反應器流出物氨氮、總金屬離子、SS和其他指標達到排放標準,但有些難生化降解與否不會刪除生化降解的有機污染物,使用納濾(或反滲透深度處理),更大的耐火有機物分子進一步分離,確保水指標滿足排放要求,其精礦經物理化學處理后形成一整套，可實現法院處理。
2 工藝流程
垃圾填埋場滲濾液處理工藝流程
03 MBR含義及其工作原理
MBR為膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor）的簡稱,是一種將膜分離技術與生物技術有 機結合的新型水處理技術，它利用膜分離設備將生化反應池中的活性污泥和大分子有機物截留住，省掉二沉池。膜-生物反應器工藝通過膜的分離技術大大強化了生物反應器的功能，使活性污泥濃度大大提高，其水力停留時間（HRT）和污泥停留時間（SRT）可以分別控制。
2 傳統活性污泥法流程
在傳統的污水生物處理技術中，泥水分離是在二沉池中靠重力作用完成的，其分離效率依賴于活性污泥的沉降性能，沉降性越好，泥水分離效率越高。而污泥的沉降性取決于曝氣池的運行狀況，改善污泥沉降性必須嚴格控制曝氣池的操作條件，這限制了該方法的適用范圍。由于二沉池固液分離的要求，曝氣池的污泥不能維持較高濃度，一般在 1.5~3.5g/L 左右，從而限制了生化反應速率。水力停留時間（ HRT ）與污泥齡（ SRT ）相互依賴，提高容積負荷與降低污泥負荷往往形成矛盾。系統在運行過程中還產生了大量的剩余污泥，其處置費用占污水處理廠運行費用的 25%～ 40%。傳統活性污泥處理系統還容易出現污泥膨脹現象，出水中含有懸浮固體，出水水質惡化。
3 MBR法流程
MBR 工藝通過將分離工程中的膜分離技術與傳統廢水生物處理技術有機結合，不僅省去了二沉池的建設，而且大大提高了固液分離效率，并且由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌(特別是優勢菌群)的出現，提高了生化反應速率。同時，通過降低 F/M 比減少剩余污泥產生量（甚至為零），水處理設備從而基本解決了傳統活性污泥法存在的許多突出問題。
4 MBR工藝分類
分置式
膜組件和生物反應器分開設置。生物反應器中的混合液經循環泵增壓后打至膜組件的過濾端，在壓力作用下混合液中的液體透過膜，成為系統處理水。
一體式
膜組件置于生物反應器內部，進水進入膜-生物反應器，其中的大部分污染物被混合液中的活性污泥去除，再在負壓作用下由膜過濾出水。
復合式
形式上也屬于一體式膜-生物反應器，所不同的是在生物反應器內加裝填料，從而形成復合式膜-生物反應器，改變了反應器的某些性狀。
5 MBR工藝優越性
1、高效的固液分離，出水水質優質穩定。
2、剩余污泥產量少。
3、占地面積小，無需二沉池，工藝設備集中。
4、可去除氨氮及難降解有機物。
5、克服了傳統活性污泥法易發生污泥膨脹的弊端。
6、操作管理方便，易于實現自動控制。
6 MBR工藝的不足
1、投資大：膜組件的造價高，導致工程的投資比常規處理方法增加約30％－50％。
2、能耗高：泥水分離的膜驅動壓力;高強度曝氣；為減輕膜污染需增大流速。
3、膜污染清洗。
4、膜的壽命及更換，導致運行成本高。膜組件一般使用壽命在5年左右，到期需更換。
7 MBR用膜介紹
高分子有機膜材料
材質：聚烯烴類、聚乙烯類、聚丙烯腈、聚砜類、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。
優點：成本相對較低，造價便宜，膜的制造工藝較為成熟，膜孔徑和形式也較為多樣，應用廣泛。
不足：運行過程易污染、強度低、使用壽命短。
無機膜
材質：金屬、金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、無機高分子材料等。
優點（陶瓷膜為例）：耐酸、抗壓、抗溫，其通量高、能耗相對較低。
不足：造價昂貴、不耐堿、彈性小、膜的加工制備有一定困難。
04 MBR用膜介紹
目前MBR膜組件中使用量較大的只有聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚乙烯（PE）和聚丙稀（PP）。其中聚偏二氟乙烯（PVDF）由于其優良的物理和化學性能（強度和耐腐蝕性）在國內和國外用量均最大。
MBR工藝中用膜一般為微濾膜（ MF ）和超濾膜（ UF ），大都采用0.1 ～0.4 μ m 膜孔徑。
微濾常用的聚合物材料有：聚碳酸酯、纖維素酯、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚酰亞胺、聚丙烯、聚醚醚酮、聚酰胺等。
超濾常用聚合物材料有：聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚酰胺、聚丙烯腈（ PAN ）、聚偏氟乙烯、纖維素酯、聚醚醚酮、聚亞酰胺、聚醚酰胺等。
PVDF(聚偏氟乙烯)材質中空纖維膜，PVDF是一種氟化聚合物，具有300萬～400萬的分子量，有很強的物理強度和化學穩定性。
膜橫斷面放大照片
膜表面放大照片
陶瓷膜主要是A12O3，ZrO2，TiO2和SiO2等無機材料制備的多孔膜，其孔徑為0.1－50μm。
具有化學穩定性好，能耐酸、耐堿、耐有機溶劑、機械強度大，可反向沖洗、抗微生物能力強、耐高溫、孔徑分布窄、分離效率高等特點。
陶瓷膜與同類的有機高分子膜相比具有許多優點：它堅硬、承受力強、耐用、不易阻寨，對具有化學侵害性液體和高溫清潔液有更強的抵抗能力，水處理設備其主要缺點就是價格昂貴目，制造過程復雜。
05 MBR膜組件
中空纖維
中空纖維具有高壓下不變形的強度，勿需支撐材料。把大量(多達幾十萬根)中空纖維膜裝入圓筒型耐壓容器內。纖維束的開口端用環氧樹脂鑄成管板。外徑一般為 40～ 250μm ，內徑為 25 ～ 42μm 。在 MBR 中，常把組件直接放入反應器中，不需耐壓容器，構成浸沒式膜-生物反應器，一般為外壓式膜組件。
優點：裝填密度高，一般可達16000－30000 m2/m3 ；造價相對較低；壽命較長；可以采用物化性能穩定，透水率低的尼龍中空纖維膜；膜耐壓性能好，不需要支撐材料。
缺點：對堵塞敏感，污染和濃差極化對膜的分離性能有很大影響,壓力降較大；再生清洗困難；原料的前處理成本高。
框板式
板框式是MBR 工藝最早應用的一種膜組件形式，外形類似于普通的板框式壓濾機。
優點：制造組裝簡單，操作方便，易于維護、清洗、更換。
缺點：密封較復雜，壓力損失大，裝填密度小。
管狀膜
由膜和膜的支撐體構成，有內壓型和外壓型兩種運行方式。實際中多采用內壓型，即進水從管內流入，滲透液從管外流出。膜直徑在 6～24mm 之間。管狀膜被放在一個多孔的不銹鋼、陶瓷或塑料管內，每個膜器中膜管數目一般為4－18根。管狀膜目前主要有燒結聚乙烯微孔濾膜、陶瓷膜、多孔石墨管等，價格較高，但耐污染且易清洗。尤其對高溫介質適用。
優點：料液可以控制湍流流動，不易堵塞，易清洗，壓力損失小。
缺點：裝填密度小，一般低于300m2/m3 。
螺旋卷式膜組件
主要部件為多孔支撐材料，兩側是膜，三邊密封，開放邊與一根多孔的中心產品水收集管密封連接，在膜袋外部的原水側墊一層網眼型間隔材料，把膜袋－隔網依次迭合，繞中心集水管緊密地卷起來，形成一個膜卷，裝進圓柱形壓力容器內，就制成了一個螺旋卷式膜組件。
優點：膜的裝填密度高；水處理設備膜支撐結構簡單；濃差極化小；容易調整膜面流態。
缺點：中心管處易泄漏；膜與支撐材料的粘結處膜易破裂而泄漏；膜的安裝和更換困難。
06 三種常見的MBR膜組件
中空纖維簾狀浸入式膜組件
具有膜面積大，易于安裝，清洗方便等特點。
中空纖維柱狀浸入式膜組件
具有膜面積大，占地面積小等特點。
平板型簾狀浸入式膜組件
具有膜通量大，易于組裝，清洗方便等特點。
07 MBR系統設計
08 MBR工藝組成
以ZW-MBR為例
1、預處理——細格柵，要求≦2mm，推薦≦1mm，圓孔和網格型
2、生化工藝部分
3、膜過濾部分
4、剩余污泥處理部分。
09 設計職責
預處理:格柵—GE要求，初沉池、沉砂池—設計方決定
生化工藝部分:由GE或設計方決定
膜過濾部分:膜工藝（或產品）由GE決定
剩余污泥處理部分:污泥脫水—GE決定是否加聚合物，消化處理機—設計方決定，污泥處置方式—設計方決定
010 MBR工藝路線選擇
針對生活污水的MBR工藝流程
針對工業廢水的MBR工藝流程
以氨氮去除為主的MBR工藝流程
011 膜池的設計
缺氧池設計
設計原則：氮容積負荷定位0.2kg/（m3.d）以下
流入缺氧池水的含氮量：Q2*C氨氮
需要缺氧池容積為：Q1*C氨氮/0.2以上
膜池設計
設計原則：BOD容積負荷在2.0 kg-BOD/(m3.d)以下。
設計缺氧池對進水BOD的去除率為η(20%～50%)，則流入膜生物反應池的BOD濃度為CBOD×(1-20%)；
需要的膜生物反應池的容積為CBOD×(1-20%)÷2以上。
膜元件的選擇
1、選擇核實的膜通量
2、確定所需要的膜面積
3、根據單支元件的膜面積確定膜元件的數量
4、MBR膜在運行過程中涉及反洗等操作，因此必須綜合考慮水的利用率以及元件的停歇時間
MBR產水系統
產水系統可采用連續運行或間歇運行兩種不同的運行方式；對于微污染源水或MBR池MLSS濃度低的系統可連續產水；水處理設備對于高MLSS的系統，可選用抽吸與停抽相結合的運行方式。
MBR曝氣系統
需氧量：曝氣系統主要為膜生物反應池的微生物生長代謝提供氧氣，主要有三個方面：
1.微生物氧化分解有機物的需氧量
2.微生物自身細胞物質的氧化分解的需氧量
3.對污水中氨氮進行氧化所需氧量。
10/30曝氣：
通過改進采取循環曝氣可以降低能耗。
以前為10S開10S關→現在10S開30S關，該曝氣方式要求膜組件為偶數列。兩列膜同時工作，可以降低75%能耗，在低流速和低污垢的情況下可降低50%能耗；該曝氣方式降低了微生物的剪切力，提高了絮體結構及去除性。
單列膜；峰值情況；高結垢情況下不能采取10/30曝氣。
012 MBR反洗系統
結合有機物污染通過堿洗效果明顯、鹽結垢通過酸洗效果明顯的原理，將化學加強反洗程序引入到MBR膜的運行過程中。通過類似于低強度的化學清洗的操作，將MBR膜的污染消除在剛形成的階段，阻止膜污染得不到及時恢復形成協同惡化的效應。
013 MBR加藥系統
化學清洗的頻率和操作的條件與進水的水質有關。通常情況下運行1～3個月或在相同的運行條件下透過膜的壓差比初期上升的0.5bar以上時就應該進行化學清洗。水處理設備 去離子水設備
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