浸沒式中空纖維MBR膜組件處理垃圾滲濾液處理工藝

垃圾滲濾液普遍具有有機(jī)污染物含量高、氨氮含量高、色度大、毒性強(qiáng)等特點(diǎn)，且隨著填埋年齡不同水質(zhì)變化較大。目前，以MBR膜組件為核心的各類組合處理工藝主要分為以下幾種：①生化處理+MBR膜組件+納濾膜+反滲透膜;②MBR+膜處理/物化處理;③高級(jí)氧化法+MBR+深度處理;④HMBR。它們對(duì)垃圾滲濾液的處理均具有較好的效果，但同時(shí)也存在膜易受到污染、運(yùn)行成本高的問題。采用以MBR為核心的各類組合工藝技術(shù)處理垃圾滲濾液，今后應(yīng)重點(diǎn)解決和深入研究開發(fā)低能耗、低成本、高性能、抗污染的膜材料，降低投資和運(yùn)行成本;合理設(shè)計(jì)組合工藝，重視預(yù)處理;選擇合適的膜清洗方式。 據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)的生活垃圾無害化處理率呈逐年上升的趨勢(shì)，我國(guó)的垃圾處理處置方式主要為衛(wèi)生填埋和焚燒。由于不管是近階段的以填埋為主的垃圾處理方式，還是將來以焚燒處理為主的垃圾處理方式，不可燃廢棄物*終都需要通過填埋進(jìn)行處理。

對(duì)于垃圾填埋場(chǎng)而言*為關(guān)心的問題就是滲濾液處理的問題，由于膜生物反應(yīng)器(MBR)工藝作為常用的滲濾液處理組合工藝之一，因此，研究以MBR作為核心工藝與其他工藝相組合的各種形式非常必要。本文歸納總結(jié)了以MBR為核心的處理垃圾滲濾液的各類組合工藝，綜述了其研究和工程應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了存在問題，提出了適用范圍，并對(duì)MBR技術(shù)相關(guān)的研究提出一些建議，以期為未來垃圾滲濾液處理提供參考。

 

1滲濾液水質(zhì)特點(diǎn)及處理工藝

滲濾液為垃圾在堆放和填埋過程中由于壓實(shí)、發(fā)酵等物理、生物、化學(xué)作用，同時(shí)在降水和其他外部來水的滲流作用下產(chǎn)生的含有機(jī)或無機(jī)成分的液體[1]，垃圾滲濾液普遍具有污染物含量高、氨氮含量高、色度大、毒性強(qiáng)、污染時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，是一種成分復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水。

 

隨著填埋年齡的增長(zhǎng)，微生物對(duì)垃圾中有機(jī)物的降解速率、垃圾的持水能力和水的透過性會(huì)發(fā)生變化，中老齡填埋場(chǎng)的滲濾液中有機(jī)物大多為難降解的長(zhǎng)鏈碳水化合物或腐殖質(zhì)，而且普遍具有可生化降解物質(zhì)含量低，氨氮濃度較高的特點(diǎn)[2]。目前國(guó)內(nèi)滲濾液常用的處理方法是以MBR為核心的組合處理工藝，通常主要的處理流程如下：

 

(1)預(yù)處理。包括格柵、調(diào)節(jié)池等裝置。待處理的滲濾液通過預(yù)處理可以截留粗大的懸浮物并對(duì)水質(zhì)與水量進(jìn)行均質(zhì)化。

 

(2)前處理。包括氨吹脫、加入吸附劑、混凝沉淀等物化處理。該處理階段需結(jié)合滲濾液中的水質(zhì)情況選擇具體工藝，若水中存在高濃度的氨氮，則需考慮氨吹脫進(jìn)行前處理;若水中存在一定的色度、難降解的有機(jī)物、重金屬離子等，則可考慮采用活性炭吸附等方式進(jìn)行前處理，減輕后續(xù)處理設(shè)施的負(fù)荷。

 

(3)主處理。為MBR組合工藝處理技術(shù)。通過工藝聯(lián)合可以達(dá)到更好的氨氮及有機(jī)物處理效果。

 

(4)后處理。采用膜處理或者物化處理等方式進(jìn)行深度處理。膜處理工藝可進(jìn)一步處理重金屬離子及不可生化有機(jī)物，提升出水水質(zhì)。后處理工藝的選擇應(yīng)結(jié)合工程費(fèi)用以及需達(dá)到的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2以MBR為核心的滲濾液組合處理工藝

2.1生化處理+MBR+膜處理

絕大部分垃圾滲濾液需通過組合工藝處理才能達(dá)到GB16889—2008《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中要求的污染物排放濃度限值。在滲濾液處理中常用的工藝組合方式是采用生化處理+MBR+膜處理組合工藝，上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)由于負(fù)荷能力很大，適用于高濃度有機(jī)廢水的處理，因此許多學(xué)者將該工藝與MBR進(jìn)行組合，通過試驗(yàn)或者工程應(yīng)用研究探討該組合工藝對(duì)滲濾液的處理效果，研究結(jié)果均表明UASB+MBR組合工藝能夠充分發(fā)揮厭氧、好氧生化處理與膜處理相結(jié)合的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，利用該工藝處理的滲濾液出水水質(zhì)穩(wěn)定且主要技術(shù)指標(biāo)CODCr和氨氮均可達(dá)到排放要求[3-8]。

 

通過UASB厭氧處理工藝可在一定程度上降低運(yùn)行費(fèi)用，但是容易造成后續(xù)A/O生化池中的碳氮比失衡，因此，應(yīng)注意控制運(yùn)行過程，減輕出水中的碳氮比失衡。

 

由于UASB工藝在寒冷地區(qū)的運(yùn)行負(fù)荷極低，應(yīng)考慮到該工藝不適用于東北等地區(qū)。后來隨著技術(shù)成熟出現(xiàn)了第三代厭氧反應(yīng)器UBF，UBF綜合了UASB和AF的優(yōu)點(diǎn)，集顆粒污泥與生物膜于一體，在處理水質(zhì)變化大、污染物濃度高的垃圾滲濾液時(shí)具有優(yōu)勢(shì)，常被用于與MBR工藝相結(jié)合處理焚燒廠滲濾液。采用UBF+MBR組合工藝處理焚燒電廠滲濾液，工程運(yùn)行結(jié)果表明綜合效益較好，但滲濾液中含氮化合物較高。采用兩級(jí)UBF+MBR+NF組合工藝處理垃圾焚燒廠滲濾液，運(yùn)行結(jié)果表明，CODCr、BOD5、SS、氨氮的去除率都大于99.8%，技術(shù)可行且經(jīng)濟(jì)合理。

 

填埋齡在10a以上的老齡化垃圾填埋場(chǎng)的滲濾液中氨氮的質(zhì)量濃度通常高達(dá)3000～4000mg/L，因此，在工程中老齡化的滲濾液處理中常采用厭氧處理技術(shù)作為前處理工藝。

 

采用厭氧好氧膜生物反應(yīng)器和厭氧+GAC膜生物反應(yīng)器對(duì)臺(tái)州某垃圾填埋場(chǎng)的老齡化垃圾滲濾液進(jìn)行了處理，并結(jié)合NF/RO工藝對(duì)MBR出水進(jìn)一步深度處理，結(jié)果表明出水基本滿足工業(yè)回用水的指標(biāo)要求。 

 

取北京市阿蘇衛(wèi)垃圾填埋場(chǎng)的晚期垃圾滲濾液作為處理對(duì)象，驗(yàn)證了水解酸化+缺氧+MBR組合工藝處理的出水具有水質(zhì)穩(wěn)定高效的效果。雖然硝化反硝化生物脫氮可以達(dá)到良好的脫氮效果，且運(yùn)行穩(wěn)定，但是往往需要投加大量碳源，在經(jīng)濟(jì)效益上不夠具有優(yōu)勢(shì)。然而，厭氧氨氧化具有良好的脫氮效果，相比傳統(tǒng)脫氮方式更能有效降低能耗而且不需要外加碳源，CODCr濃度也較低，因此，也有學(xué)者將其與MBR組合探討處理滲濾液的效果。
 

2.2MBR+膜處理/物化處理

2.2.1MBR+膜處理

膜處理技術(shù)主要是利用隔膜使溶劑同溶質(zhì)和微粒分離，其中微濾(MF)膜和超濾(UF)膜孔徑較大，對(duì)污染物去除率較低，一般作為滲濾液的預(yù)處理技術(shù);納濾(NF)膜和反滲透(RO)膜對(duì)滲濾液中污染物去除率較高，一般作為垃圾滲濾液的深度處理技術(shù)[14]。采用膜處理技術(shù)進(jìn)行滲濾液的*終處理，對(duì)其效果許多學(xué)者進(jìn)行了深入研究探討。

 

采用外置式MBR+NF工藝組合對(duì)進(jìn)水CODCr、BOD5、氨氮、SS的質(zhì)量濃度分別為4760、1840、835、690mg/L的垃圾滲濾液進(jìn)行處理，工程運(yùn)行結(jié)果表明上述各指標(biāo)均可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，去除率均可達(dá)到96%以上。采用MBR+RO組合工藝處理成都長(zhǎng)安垃圾填埋場(chǎng)的滲濾液，工程運(yùn)行結(jié)果表明該工藝能有效去除絕大部分有機(jī)物、氨氮和SS。

 

采用MBR+NF+RO聯(lián)合工藝進(jìn)行生產(chǎn)性試驗(yàn)，結(jié)果表明，該工藝流程簡(jiǎn)單，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，污染物去除率高。深度處理通過膜處理技術(shù)可以進(jìn)一步截留氨氮，但是會(huì)產(chǎn)生含有高濃度的鹽、有機(jī)污染物和重金屬離子等的濃縮液，因此，選用膜處理工藝時(shí)應(yīng)考慮后續(xù)對(duì)濃縮液的處理問題，而不僅僅是稀釋排放。在膜處理工藝中由于膜易受污染、堵塞，壽命較短是該工藝*大的缺點(diǎn)，因此具有抗污染能力強(qiáng)、操作壓力高、污染物截留能力強(qiáng)的碟管式反滲透膜(DTRO)也引起了學(xué)者的關(guān)注。

 

在滲濾液設(shè)計(jì)水量為900m3/d，進(jìn)水總氮質(zhì)量濃度高達(dá)2400mg/L的工程項(xiàng)目中采用MBR+DTRO+曝氣沸石生物濾池工藝去探討其處理垃圾滲濾液的效果，工程運(yùn)行結(jié)果表明，出水水質(zhì)能夠達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。雖然DTRO相對(duì)于其他膜而言具有膜片壽命較長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，在滲濾液處理中也被廣泛應(yīng)用，但是也存在能耗浪費(fèi)的現(xiàn)象，因此，有必要探討相關(guān)的改造方案以節(jié)約成本。

 

2.2.2MBR+物理處理

與MBR組合的物化處理法中常用的是吸附法，活性炭由于在去除水中難降解的有機(jī)物、重金屬離子和色度等方面具有較好的效果[20]，因此常被用于吸附處理工藝中。采用組合的膜-生物活性炭工藝來處理垃圾滲濾液，結(jié)果發(fā)現(xiàn)污染物在活性炭吸附+微生物降解+膜過濾的工藝處理過程中去除效果明顯，TOC的去除率高達(dá)95%以上。由于在采用膜處理法時(shí)*關(guān)注的是膜污染問題，因此，針對(duì)投加活性炭是否會(huì)引起膜污染，許多學(xué)者也進(jìn)行了深入的試驗(yàn)研究。

 

通過研究表明，粉末活性炭會(huì)與活性污泥在膜表面共同形成一層具有吸附功能的多孔狀膜，提高系統(tǒng)有機(jī)物的去除率。另外，這層PAC膜可在反沖洗時(shí)去除，因此，還可降低膜孔堵塞率，減緩膜污染。研究人員通過對(duì)PAC+MBR組合工藝進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)投加PAC之后膜通量的恢復(fù)率更高，能夠有效減緩膜污染，并且出水水質(zhì)得到提升[23-24]。在物化處理方式中除了可以采用活性炭外也可以采用其他方式，如加入混凝劑降低廢水濁度和色度，去除多種高分子物質(zhì)、有機(jī)物、某些金屬離子以及氮、磷等可溶性無機(jī)物，或者形成難溶鹽沉淀去除滲出水中氨氮和重金屬離子。

 

然而，此類處理方法中混凝劑的選取以及投加量的大小對(duì)處理效果和處理成本具有很大的影響，因此，對(duì)于混凝劑的種類與投加量也應(yīng)引起關(guān)注。氨氮含量較高的滲濾液中通常會(huì)采用氨吹脫進(jìn)行前處理，以減輕后續(xù)生物脫氮的負(fù)荷，確保滲濾液處理達(dá)標(biāo)排放。氨吹脫處理過程中需投加大量的石灰，石灰的運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用會(huì)對(duì)周圍的環(huán)境產(chǎn)生污染，而且吹脫出的氨需進(jìn)行回收，回收的硫酸銨處置問題也是一個(gè)難點(diǎn)。因此對(duì)于氨吹脫處理帶來的環(huán)境影響、處理成本等應(yīng)考慮如何有效平衡。

2.3高級(jí)氧化法+MBR+深度處理

高級(jí)氧化法一般作為垃圾滲濾液的預(yù)處理，主要目的是提高廢水的可生化性或是直接去除滲出水中難降解的有機(jī)物成分，利用UV/H2O2+MBR組合工藝處理CODCr的質(zhì)量濃度為850～950mg/L、氨氮的質(zhì)量濃度為450～550mg/L的垃圾滲濾液，試驗(yàn)結(jié)果表明，MBR對(duì)有機(jī)物的生化降解效果顯著，反應(yīng)器內(nèi)硝化作用好。臭氧氧化技術(shù)是通過臭氧分解產(chǎn)生的羥基自由基將廢水中的污染物轉(zhuǎn)化成低毒的中間產(chǎn)物或者無機(jī)物，是一種綠色環(huán)保的工藝技術(shù)，在該工藝中臭氧的投加量及滲濾液原液中的水質(zhì)等因素對(duì)工藝的處理效果均會(huì)產(chǎn)生影響。

 

通過試驗(yàn)分析了各影響因素，并通過試驗(yàn)表明臭氧化法和催化臭氧化法對(duì)垃圾滲濾液的色度和腐殖酸都有較高的去除率，并可有效提高垃圾滲濾液的可生化性。采用臭氧高級(jí)氧化技術(shù)，并結(jié)合混凝預(yù)處理及生化處理進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，對(duì)于垃圾焚燒廠MBR出水，當(dāng)總AOP投加量在3.0～3.5個(gè)單位時(shí)就可達(dá)到新排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，該工藝適用于垃圾滲濾液深度處理。

 

雖然臭氧技術(shù)具有無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，但是臭氧的氧化性具有選擇性，因此，難徹底去除水中的CODCr和TOD，而且操作費(fèi)用較高，大多數(shù)情況下需與其他工藝進(jìn)行組合應(yīng)用。

 

采用超聲波+MBR聯(lián)合處理垃圾焚燒廠滲濾液，試驗(yàn)結(jié)果表明，超聲波預(yù)處理有助于提高后期MBR對(duì)CODCr和氨氮的去除效果，但是出水效果不夠理想。

 

高級(jí)氧化法中的Fenton氧化法也常被廣泛應(yīng)用于處理滲濾液的工藝中，通過試驗(yàn)研究了Fenton氧化工藝+MBR組合工藝對(duì)滲濾液的處理效果，試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)初始pH值為4，H2O2投加量為0.048mol/L，H2O2和Fe2+物質(zhì)的量比為2.5∶1時(shí)，可達(dá)到*佳的處理效果。高級(jí)氧化法雖然具有高效、徹底、適用范圍廣、無二污染等優(yōu)點(diǎn)，但是通常處理費(fèi)用普遍偏高、氧化劑消耗大，因此不適用于低濃度、大流量的廢水。

2.4復(fù)合膜生物反應(yīng)器(HMBR)

HMBR是將膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)的廢水生物反應(yīng)器有機(jī)組合形成的一種新型高效的污水處理系統(tǒng)。

 

HMBR集合了活性污泥法中的生物降解和膜的高效截留作用的共同優(yōu)勢(shì)，可使系統(tǒng)出水得到大幅度提高，另外，由于膜組件分離區(qū)污泥濃度較低，能夠有效延緩膜污染，提升膜的使用效率。

 

利用HMBR工藝研究填埋場(chǎng)垃圾滲濾液脫氨運(yùn)行環(huán)境，運(yùn)行結(jié)果表明，氨氮的去除率達(dá)95%～98%，采用HMBR處理高濃度氨氮垃圾滲濾液，不僅能夠有效降解大分子物質(zhì)，也可高效去除氨氮。中后期的垃圾滲濾液中氨氮的去除是垃圾滲濾液處理的難點(diǎn)。采用HMBR工藝處理老齡垃圾滲濾液，中試結(jié)果表明，HMBR內(nèi)的污泥濃度較高，對(duì)去除氨氮起到了較大的作用，但是對(duì)CODCr的去除率只有56.85%。為了探討單一工藝MBR與組合工藝A/O+MBR、A/O+HMBR對(duì)滲濾液的處理情況，崔佳[32]通過試驗(yàn)研究對(duì)比了3種不同工藝處理CODCr、氨氮、總氮的效果，結(jié)果表明，A/O+HMBR工藝由于填料表面富集生物膜，不僅在宏觀上具有缺氧條件，而且在微觀上同樣具有缺氧條件，使得系統(tǒng)中的硝酸鹽進(jìn)行反硝化反應(yīng)更為充分，去除效果顯著優(yōu)于其他2種形式。

 

通過研究表明，二級(jí)厭氧+厭氧氨氧化+MBR組合工藝處理焚燒廠滲濾液這類高濃度有機(jī)廢水能夠更充分發(fā)揮厭氧處理的優(yōu)勢(shì)，去除有機(jī)物和氨氮，降低后續(xù)MBR系統(tǒng)的污染物負(fù)荷。該工藝可大幅去除氨氮，只需設(shè)計(jì)一級(jí)硝化反硝化即可，不用額外碳源，是一種穩(wěn)定可持續(xù)的生物處理技術(shù)。