超滤和纳滤在垃圾渗滤液中的应用
1.1 项目
项目处理能力：日处理垃圾渗滤液300吨
1.2 项目背景
随着人们生活水平的提高，城市生活垃圾的产生量也在不断增加。生活垃圾的主要特点如下： 1、数量大、范围广。生活垃圾伴随着人类生活而产生，无处不在；同时，每个人都是生活垃圾的生产者。根据《1998年中国环境状况公报》和《中国统计年鉴》，中国668个城市中，1998年城市生活垃圾产生量为1.4亿吨。该国三分之二的城市被垃圾包围。垃圾围城现象严重，白色垃圾污染问题突出。全国生活垃圾存量60亿吨。 2. 多变的构图。生活垃圾的成分非常复杂。由于气候、季节、生活水平和习惯、能源结构的差异，生活垃圾的成分和数量也不同，差异很大。例如，近年来，中国家庭燃料成分的变化导致垃圾中无机炉灰的比例大幅下降；食品冷冻和半成品的普及减少了食品浪费。 3. 产量异质性。生活垃圾随季节变化，具有一定的规律性。以北京为例，*嘴二季度产量大幅下滑，三季度创下新低。随后，随着天气转凉，四季度气温逐渐升高，很快达到高峰。 4. 严重的危险。
1.3 本项目主要设计材料
1.3.1 设计规模
水处理能力：300m3/D
1.3.2 渗滤液处理系统进水水质表。
项目 | CODcr | BOD5 | NH3-N | SS | 电导率 | PH值 |
(mg/L) | (mg/L) | (mg/L) | (mg/L) | Μs/cm | ||
进水 | ≤10000 | ≤6000 | ≤1000 | ≤500 | ≤20000 | 6-8 |
1.3.3出水标准：
渗滤液处理后出水水质达到污水综合排放标准。详细参数见下表
项目 | CODcr | BOD5 | SS | PH值 | 氨氮（mg/L） |
(mg/L) | (mg/L) | (mg/L) | |||
出水 | ≤150 | ≤60 | ≤200 | 6-9 | ≤25 |
垃圾渗滤液特性分析
二、
2.1 渗滤液水特性
垃圾焚烧发电是近年来城市垃圾处理的一种新方式。生活垃圾焚烧前，垃圾焚烧厂必须将新鲜垃圾在垃圾贮存坑内贮存3～5天发酵熟化，以达到排放和增加热值的目的，以保证垃圾的正常运行。随后的焚化炉。贮存期渗滤液为焚烧厂垃圾渗滤液。垃圾渗滤液的主要来源有：
1、垃圾自身的水分含量：包括垃圾自身携带的水分和从大气和雨水中吸收的水分。
2、废物降解产生的水：废物中的有机成分在现场分解时会产生水。
3、降水入渗：降水，包括雨雪，是渗滤液的主要来源。
4、地表外水：包括地表径流和地表灌溉。
2.2 渗滤液水质特征
渗滤液的物质成分和浓度变化很大，取决于污染物的类型、性质、填埋方式、溶解速度和化学作用、降雨量等。
1、水质复杂：渗滤液含有多种污染物，浓度往往相差很大。垃圾渗滤液不仅含有耗氧有机污染物，还含有大量的金属离子、氨氮等污染物。一般来说，它还含有有毒有害的有机污染物，水质非常复杂。
2、COD浓度高：垃圾焚烧厂渗滤液中COD高达60000mg/L，具有COD和BOD5浓度高、毒性大、处理难度大的特点。
3、金属含量高：垃圾焚烧厂渗滤液中含有十余种金属离子，其中主要金属离子浓度较高。比如铁的浓度可以达到2050mg/L，铅的浓度可以达到12.3mg/L，锌的浓度可以达到130mg/L，钙的浓度甚至可以达到4300mg/L。
4、垃圾渗滤液中微生物营养元素的比例不均衡：一般来说，生物处理，垃圾渗滤液中的磷总是缺乏的，尤其是系统开始调试时，应加入一定量的二磷酸盐.添加钾氢以补充磷营养。
项目 特性
颜色和味道： 浅棕色或深棕色，色度2000~4000倍，有强烈的腐臭味
酸碱值： 焚烧厂垃圾渗滤液一般呈弱酸性
生化需氧量 5： 焚烧厂垃圾渗滤液BOD5很高，本项目的醉高可达30000mg/L
鳕鱼： 本项目浓缩液可达60000mg/L
SS： 新鲜垃圾渗滤液SS比较高，本项目可达200
氨： 氨氮浓度高，以氨态为主，可达2500mg/L。为保证生化系统的运行条件，应合理设计生化系统。
胚芽： 渗滤液含有有毒有害物质、细菌、病毒和寄生虫，其中大肠杆菌的含量较高。
渗滤液处理工艺的选择
三、
3.1 渗滤液处理工艺应满足的条件
对于废水处理工艺，选择工艺的前提是分析废水的特点，根据废水的特点选择合适的工艺或工艺组合进行设计。垃圾渗滤液处理的工艺设计和工艺选择主要满足以下条件：
1、 高负载处理能力
由于渗滤液中有机污染物浓度较高，属于高负荷有机废水。由于国家政策的限制，对渗滤液处理出水水质的要求越来越严格。因此，该工艺具有处理高负荷有机废水的能力，出水水质好。
2、高氨氮处理能力
垃圾渗滤液的氨氮浓度一般在每升几百到几千毫克之间。与城市污水相比，垃圾渗滤液中氨氮的浓度高出几十到几百倍。处理后的废水若要到达受纳水体，废水对氨氮的需求量很低，要求处理过程中氨氮去除率达到98%以上。由于高浓度的氨氮对生物处理系统有一定的抑制作用，传统工艺无法满足上述要求。
3、 重金属离子和盐分含量高
如上所述，渗滤液中重金属和盐类的含量会非常高。如果采用一般的生化处理方法，可能会抑制生化，选择的工艺应避免抑制毒性。
3.2 渗滤液处理工艺对比
目前污水处理工艺很多，但由于渗滤液浓度高，成分复杂，对处理工艺提出了特殊要求。总的来说，在充分利用生化处理经济优势的原则下，垃圾渗滤液的基础处理工艺也需要优化多个不同处理工艺单元的组合，以实现经济和社会生态的双重效益。该工艺难以满足对出水的严格要求或对残留物的后处理要求。下面简单介绍几种常见的处理工艺。
A. 生物处理
生物法是污水处理中常用的方法。由于其运行成本低、处理效率高、污染物去除效果好、二次污染少，在世界范围内得到广泛应用。具体工艺形式包括厌氧生物处理和好氧生物处理。
1、厌氧生物处理
该工艺可以降低COD和BOD，但厌氧处理出水COD浓度较高，厌氧处理对氨氮没有影响。不适合直接排入河流或湖泊，一般需要后续好氧处理。单纯采用厌氧生物处理法处理垃圾渗滤液的案例很少。
2、好氧生物处理
好氧生物处理技术在废水处理中比较成熟，主要有活性污泥法、序批式活性污泥法、氧化沟、好氧稳定池、生物转盘、反硝化和硝化等。好氧处理可有效降低BOD5、COD和氨氮，去除铁、锰等金属污染物。在好氧生物处理过程中，有机物与污泥的比例与污泥负荷有关。污泥处理工艺复杂，成本高。对于垃圾渗滤液，由于其水质成分复杂，BOD5和CODcr浓度高，金属含量高，水质和水量变化大，氨氮含量高，采用简单的传统好氧生物处理难以处理.工艺和微生物营养元素不平衡等因素。如果排放要求高，出水水质难以达到要求，处理过程占地面积大，难以满足脱硝要求。
与传统的垃圾渗滤液好氧生物处理工艺相比，硝化（好氧）和反硝化（缺氧）生物处理越来越多地应用于垃圾渗滤液的处理。硝化反硝化生物处理可通过生物降解去除COD、BOD和NH3-N。在硝化工艺设计中，预脱氮还可以降低需氧量和碳耗。使用高负荷、高生物量的生化过程可以减少场地。
B. 理化处理
物理和化学方法包括絮凝沉淀法、活性炭吸附法、膜分离法和化学氧化法。物化法是处理垃圾渗滤液的重要单元。单独使用较少，运行成本较高。一般来说，有二次污染物。
1、化学氧化
其原理是利用强氧化剂对废水中的污染物进行强氧化，氧化去除COD和一些不能或难以降解有机物的有毒物质。化学氧化过程通常不会产生需要处理的残留物。常见的化学氧化剂有氯化钠、次氯酸钠、过氧化氢和臭氧。该工艺通常用于废水消毒和有机物氧化。由于数量庞大，它带来了经济问题。
2、絮凝沉淀
该方法用于生物处理浸出液经过生物处理后的絮凝沉淀，去除COD、重金属和难熔聚合物。絮凝沉淀工艺的缺点是会产生大量的化学污泥；含盐量高；氨氮去除率低。
3、活性炭吸附
污水中的有机物可以通过吸附去除。一般用于后续处理，对出水量要求高，但运行成本高。
4、 膜技术
近年来，许多新技术应用于垃圾渗滤液的处理，并取得了较快的发展。膜技术的应用，包括超滤、纳滤和反渗透，是最成功的发展和当前应用趋势之一。膜技术的优点是出水水质好，可以满足更高的排放要求。
微滤（MF）的孔径范围一般为0.1-75μm，超滤（UF）的孔径范围为1nm-70μm，用于从污水中分离微生物和沉积物，压力在0.2-7bar之间。近年来，微滤和超滤在与好氧生物工艺相结合的应用中显示出明显的技术和经济优势，即所谓的膜生物反应器（MBR）技术。
3.3 渗滤液处理工艺总体设计
3.3.1 工艺设计
通过以上工艺的比较和近年来的成功应用，近年来微生物处理工艺的经济效益和膜技术的高标准出水水质促进了膜技术与生物脱硝处理工艺的结合，表明渗滤液处理技术与经济优势的相对结合。工艺流程图所示的方法适用于本项目的设计。根据水质分析，本项目采用生化+理化法处理渗滤液：调节池+袋滤器+反硝化池+硝化池+错流MBR系统+纳滤系统+排放。
3.3.2 本设计核心工艺流程
渗滤液由现场渗滤液收集井排至调节池，通过设置在调节池前部的自动格栅去除废水中的大颗粒杂质。由于渗滤液水质变化较大，调节池的主要作用是调节水量和水质。
调节池中垃圾渗滤液的水质和水量调节后，为了保护后续的超滤膜，预处理系统必须由精格网或其他精度小于1mm的过滤系统组成。预处理后，大部分悬浮物被去除，然后进入缺氧系统。设置预缺氧区和足够的反硝化能力。在土建投资和设备投资没有明显增加的情况下，脱硝可以充分利用BOD形式的碳源，回收碱度工艺资源，节约曝气能耗，降低运行成本，改善出水水质。同时可以有效去除废水。氨氮。反硝化池出水进入硝化池。好氧活性污泥经过处理后，废水中的鳕鱼、生化需氧量、氨氮等污染物大大减少。好氧处理后，出水通过外置超滤超滤系统与泥水分离。为保证出水水质达标，外置MBR出水进入后续一级纳滤，一级纳滤净水率85%以上，纳滤处理后废水达标.
工艺要点和工艺可行性论证
四、
4.1 渗滤液特点及处理难点
1、 污染物成分复杂
由于垃圾成分复杂，渗滤液中的污染物更为复杂。渗滤液的污染成分包括有机物、无机离子和养分。主要是氨氮和各种可溶性阳离子、重金属、酚类、可溶性脂肪酸等有机污染物。
2、 高浓度有机物意味着高浓度的COD和BOD
垃圾渗滤液中BOD和COD的浓度高达每升几万毫克，渗滤液中含有大量的腐植酸。传统的生化处理工艺很难达到二级甚至低于一级标准。一般而言，渗滤液中近500~600mg/L的COD无法进行生物处理。焚烧厂垃圾渗滤液的生物降解性较好，但COD等污染物浓度较高。
3、氨氮浓度高
渗滤液中的氮主要以氨氮的形式存在，氨氮含量较高。目前一般认为1500-2000mg/L左右，但也可高达3000mg/L左右。
4.2 水的波动和应变演示
由于本工程设计的调节池容量较大，当水量较大时，调节池有较大的缓冲空间。此外，该工艺系统的设计具有较大的安全裕度，生化和膜成分在一定范围内可抗水冲击，能有效应对水的波动。
4.3 水质波动与应变论证
1、本项目设置水质平衡池进行水质调节。在实际运行中，可根据水质情况调整废水的pH值或C:n:P组成比，扩大了系统运行的灵活性。
2、生化给水配水设计采用给水与泥浆混合，可有效缓冲水污染负荷的冲击，减少瞬时冲击。
3、A/O生化槽采用软填料，将生物接触氧化与普通全混合活性污泥工艺相结合，增加泥龄，大大提高好氧段抗冲击能力。
4、外膜生化反应器微生物浓度高（污泥浓度高达10-12g/L），污泥负荷低，抗水冲击负荷能力强。这是一个大的污泥量化过程。
4.4 高浓度有机污染物工艺示范
渗滤液中有机污染物浓度高，即COD和BOD浓度高，是渗滤液处理的难点之一。传统的处理工艺难以达到良好稳定的出水水质。外膜生化反应过程采用生化膜和超滤膜相结合。超滤膜取代传统的二沉池，实现活性污泥中纯净水和微生物的完全分离，即水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT）的完全分离。因此，微生物菌群被完全拦截在生物反应器中，使系统能够保持更高的微生物浓度和更长的污泥龄。由此产生的高活性好氧微生物对渗滤液中有机污染物的高负荷具有很高的降解效率。微生物菌群在生物反应器中被完全拦截，有利于生长缓慢的微生物的拦截和生长。驯化产生的微生物菌群具有很强的降解难降解有机物的能力。与普通污水处理工艺相比，还可以有效降解渗滤液中的难降解有机物。确保更好的水质和稳定的水质。
4.5 高氨氮浓度工艺示范
目前，处理高浓度氨氮废水的脱硝工艺主要有吹氨法和生物脱氮法。
1、 脱氨基
氨汽提的主要原理是先调节废水的pH值，将废水的pH值调至10左右，然后将汽提塔内的氨氮吹出，但汽提不完全。当废水进入后续处理单元时，需要将废水的pH值调回中性或碱性状态。对于垃圾渗滤液，由于以下原因，该过程不适用：
A.PH值调整问题
渗滤液本身是一种耐酸碱的缓冲溶液，具有很强的缓冲能力。需要大量的碱来调节pH值到10左右。如果使用氢氧化钠溶液，运行成本高；此外，污水排放不彻底。当废水进入后续处理单元时，需要将废水的pH值调回中性或碱性状态，造成巨大的化学品消耗。
B级问题
如果用石灰水调节浸出液的pH值，由于浸出液中钙、镁离子、硫酸根离子、碳酸根离子和碳酸氢根离子的浓度较高，当pH值调至碱性时，大部分钙、镁离子会在汽提塔中结晶沉淀，防止氮气在短时间内被汽提，直至不能再运行。
2、 外膜生化反应器生物脱氮
外膜生化反应过程采用生物反硝化，即反硝化作用，有效去除和降解氨氮。采用反硝化和硝化作用的生物脱硝工艺被认为是业内最有效的反硝化工艺。反硝化过程的原理是硝化池中的硝化微生物（硝化微生物和硝化微生物）将氨氮转化为硝态氮（nitrate），在反硝化作用下还原为氮（存在于活性污泥中）。胚芽。兼性异养细菌，如产碱杆菌和假单胞菌）。反硝化池处于缺氧状态，但传统的反硝化工艺处理高浓度氨氮废水往往效果不佳。膜与反硝化工艺的结合有效地解决了这个问题：
硝化系统中用于反硝化作用的硝化微生物（硝化细菌）为自养微生物，其微生物繁殖速度慢，即生产周期长。在实际设计和工程应用中，硝化污泥的龄期必须很长。传统的反硝化和硝化工艺受反应器内污泥流失量的限制等因素不能完全硝化。由于其对微生物的完全截留，使微生物的泥龄达到并远远超过硝化微生物生长所需的时间，并能繁殖、聚集，达到完全硝化所需的微生物浓度，从而使氨氮达到完全硝化。
由于硝化和反硝化微生物对温度的敏感性，外膜生化反应过程高度集成，采用密闭罐，使污泥浓度保持在较高水平。由于高负荷生物反应的机械热转换和放热作用，反应器温度可保持在35℃以上（夏季降温），适合反硝化微生物的快速增殖。理论计算和工程实验表明，即使在北京、哈尔滨等地，外膜生化反应器的温度也保持在35℃以上。
工程实例表明，外膜生化反应工艺对氨氮的去除效果可达99%以上。
4.6 内外膜生化反应器的比较与选择
1、 供水方式
分离式MBR超滤膜安装在好氧生物反应池外，循环给水泵提供给各超滤单元的水质一致；分离的MBR超滤膜组件包括多条管式膜管线。内压设计保证各膜管供水均匀。因此，截留在每根膜丝中的污染物分布均匀，不会在膜壳内堆积。
浸没式MBR超滤膜组件浸没在好氧生物反应池中，供水管设置在水池的一端。因此，浸没式膜在运行时的供水为推流，靠近供水侧的膜组件供水中污染物浓度较低。由于水源源不断地泵入制水端，离给水端越远，膜组件给水的污染浓度越高，因此被超滤膜截留的污染物分布不均；浸没式MBR超滤膜组件由许多中空纤维膜组成。外压设计会造成运行时膜丝堆积的问题。由于污染物在膜丝之间堆积，大量膜丝相互粘连，导致实际过滤面积减少，膜通量大于实际设计通量。
2、化学清洗法
MBR超滤膜组件的分离采用常规的化学增强反冲洗方法。清洗剂限于MBR超滤系统空间小，不影响好氧生物反应池内微生物的生长繁殖，可实现自动化。
化学强化反冲洗步骤：液压反冲洗-加入清洗液-浸泡-液压反冲洗。这个过程既简单又耗时。
浸没式MBR超滤膜组件采用定期化学清洗。为了不影响MBR好氧生物反应池中微生物的生长繁殖，需要将超滤膜组件从生化池中取出，放入清洗池进行化学清洗。清洗剂需要装满整个储罐，浪费了大量清洗液。
化学清洗步骤：将膜组件从生化槽中取出—加入清洗液—浸泡—反冲洗，排干清洗液—将膜组件放回生化槽中。该过程复杂、耗时且劳动密集。
3、设备维护和检修
单独的MBR超滤设备易于维护和维修。完整性测试无需拆开膜组件，通过压力衰减法快速定位膜组件中膜线损坏的膜组件。通过简单的产水侧水压和进水侧水流，可以快速找到膜组件中膜线损坏的膜组件。
浸没式MBR超滤设备仅采用压力衰减法。如果膜线损坏，需要用起重机将整个膜组件吊出水池，然后依次对膜组件中的所有膜组件进行测试，这需要大量的工作。
4、 封闭系统和开放系统
分离式MBR超滤系统为密闭系统，长期运行不会引起视觉和嗅觉不适。
浸没式超滤系统是一个开放式系统。由于是放在好氧生物反应池中运行，经常有异味和变色，给维修带来不便。
5、投资成本
单独的MBR超滤系统土建投资低，不需要特殊的土建设计。适用于各种生化处理罐。此外，该设备可根据不同时期、不同生产的要求进行安装设置。具有良好的灵活性，可根据实际情况增减。
水下超滤系统在建设初期需要设计专门的土建工程，结构复杂，投资大。设备适应性差，不能随水量、水质变化进行调整设计。设备一旦安装好，修改和扩展的可能性很小。如果调整水量，就不能实现经济的运行方式。此外，整套设备（包括膜、曝气头、鼓风机、真空泵等设备）投资大，运行管理要求高。
6、运营成本
分离式MBR超滤系统运行成本（电耗成本+清洗剂成本+人工成本）低，其中电耗成本（水泵运行成本）小于0.25kw/吨水。此外，由于采用了先进的成膜技术和PVDF，使灯丝的耐腐蚀性能和耐老化性大大提高，运行中的中断率非常低。在正常工作条件下，膜丝在使用寿命周期内（通常为5-7年）的断线率几乎为零。
浸没式超滤系统的耗电成本比较高，因为它不仅要承担水泵的耗电，还要转换成风机的耗电成本。同时，由于浸没式超滤系统的结构，断丝率高，膜丝使用寿命短，更换周期短，使用成本高。
4.7 严格证明总氮排放标准
本项目总氮排放标准应满足《污水综合排放标准》GB8978-1996规定的水污染质量浓度排放限值，即25mg/L。
本工艺采用的外膜生化反应器为生物脱硝工艺。出水氨氮可达到排放限值，出水总氮主要由硝态氮和少量有机氮组成。因此，本工艺方案采用以下设计和措施，确保出水总氮达标：
膜生化反应器预脱硝（一级反硝化）
本设计中膜生化反应器硝化部分氨氮去除率大于99%，即大部分氨氮在硝化过程中转化为硝态氮，通过部分硝化。预脱氮设计脱氮率为92.3-99.2%。实际操作中的脱硝率可通过回流比进行调节；
纳滤应用
MBR膜处理后的出水经纳滤（NF）处理后排放。纳滤的孔径多为纳米级，介于超滤和反渗透之间。纳滤由外部压力驱动以保留水中溶解的物质。因为反渗透膜对水中所有离子的截留率都很高，而纳滤膜对水中的离子有很高的选择性，所以纳滤膜只有二价离子，分子量在200-1000之间。因此，选择纳滤工艺代替反渗透工艺，既可以保证水中COD的高去除率，又可以避免反渗透膜长期运行后出现的污水堵塞和浓盐循环积聚等问题。 , 延长系统使用寿命，降低系统运行成本。
工艺原理及工艺设计
五、
5.1 外膜生化反应器工艺原理及工艺设计
5.1.1 外膜生化反应器原理
外膜生化反应器由反硝化、硝化和外超滤（UF）组成。
生化反应器的作用是降解原水中可生物降解的污染物。可采用普通好氧反应器工艺或反硝化工艺。对于垃圾渗滤液，由于氨氮和COD的浓度较高，该指标的排放要求一般非常严格。因此，生化反应器需要具有良好的有机污染物降解和生物脱硝功能。外膜生化反应器根据进水和水质进行配置和控制，实现反硝化和硝化，同时降解有机污染物。为了充分利用反硝化给水中的碳源，外膜生化反应器采用前反硝化和后硝化两种形式，可以减少硝化池中有机污染物降解所需的氧气。
外膜生化反应器硝化池按要求配备鼓风曝气设备，可培养高活性好氧微生物，使污水中可生物降解的有机污染物在硝化池中几乎完全降解，氨氮和有机氮被氧化成硝酸盐。由于细菌（活性污泥）和净化水被超滤膜完全分离，在生化系统中不断驯化产生的微生物菌群可以大量繁殖。与普通污水处理工艺相比，它可以逐步降解渗滤液中的难降解有机物，从而获得优质的出水水质。超滤进水还具有回流作用，即超滤浓缩后清液排出，浓缩液返回脱硝池，还原为氮气，在缺氧环境下排出，从而达到脱硝的目的。脱硝罐装有水下混合装置。
外膜生化反应器采用外管超滤代替传统的二沉池，实现泥水完全分离。因此，生化系统污泥浓度可达10-12g/L。由于生化反应器中的污泥浓度是传统活性污泥法的3-6倍，且渗滤液中的盐分含量很高，如果采用普通曝气法，氧传递效率、空气扩散和气-液体混合效果非常好。好的。受限，无法满足高污泥浓度、高污染物负荷条件下的需氧量。外膜生化反应器硝化池采用特殊设计的射流曝气机构。
由于外膜生化反应器的生化反应器是根据所需的进出水量和水质进行特殊配置和控制的，采用外管式超滤膜避免了内置的易污染、易堵塞的缺点。膜生化反应膜。出水量和水质稳定。
