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    3. 行業動態

      垃圾滲濾液MBR、膜深度兩大關鍵技術解析!

      2019-10-12 17:26:10 小沐管家 0

      生活垃圾處理方法主要有焚燒、堆肥、機械處理和填埋等。垃圾在堆放、中轉、擠壓、運輸、填埋或焚燒處理過程中會產生多種代謝產物和水分,形成成分極為復雜的高濃度有機廢水——垃圾滲濾液;未經處理的垃圾滲濾液流經地表或滲入地下水后,破壞周圍土壤的生態平衡,造成土壤或水源污染,將對環境造成嚴重的二次污染。


      垃圾滲濾液中含有氨氮和各種溶解態的陽離子、重金屬、酚類、可溶性脂肪酸及其它有機污染物,具有水質復雜、水質水量變化大、有機物即BOD5和COD濃度高、氨氮含量高,金屬含量較高等顯著特點。因此在選擇垃圾滲濾液處理工藝時,需要滿足以下條件:


      1、滿足水量變化大的特點,工藝設計需留有足夠的余量;


      2、抗水質沖擊負荷能力強,滲濾液水質波動變化較大,因此,要求處理工藝需要有極強的抗沖擊負荷能力;


      3、高COD、BOD去除能力,垃圾滲濾液COD濃度變化范圍大,最高達80000mg/L,甚至更高。因此處理工藝需要具備極高的有機污染物去除能力;


      4、高氨氮處理能力,滲濾液氨氮濃度一般從數百到幾千mg/L不等,一般認為在1500-3000mg/L左右。但也可高達4000mg/L左右。要求處理工藝具有很高的氨氮去除率;


      5、盡可能的減少二次污染。


      基于以上特點,要滿足《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-2008)排放標準,依靠的單獨處理方法(生物法、物理法、化學法)難以滿足以上所有條件。比較經濟可行、又可穩定達標的滲濾液處理工藝需采用物理、化學與生物法相結合的處理工藝。


      二、垃圾滲濾液處理工藝


      1、“外置式膜生化反應器(MBR)+膜深度處理”工藝技術原理


      外置式膜生化反應器,由前置式反硝化、硝化反應器和分體式超濾單元組成。


      在硝化池中通過高活性的好氧微生物作用降解大部分有機污染物,并使氨氮和有機氮轉化為硝酸鹽回流至反硝化池,在缺氧的環境中還原成氮氣排出進行脫氮。


      為提高氧的利用率采用射流曝氣器和高液位生化反應器,超濾采用孔徑為0.02um的有機管式超濾膜,分離出凈化水和菌體,由于實現了泥水完全分離,污泥回流可使生化反應器中的污泥濃度達到15-25g/L,經馴化形成的微生物菌群對廢水中難生物降解的有機物也能逐步降解。超濾清液出水無菌,無懸浮物,可達到GB16889-1997三級標準。


      為滿足排放標準,在膜生化反應器出水之后增加納濾(或反滲透)以及配套的濃縮液物理化學處理的技術。由于膜生化反應器的出水氨氮、總金屬離子、SS等指標已經達到排放標準,但部分難生化降解或不可生化降解的有機污染物尚不能去除,采用納濾(或反滲透)進行深度處理,進一步分離難降解較大分子有機物,確保出水指標全部達到排放要求,其濃縮液通過配套的物理化學處理后,可以實現場內處置。


      2、工藝流程


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      垃圾填埋場滲濾液處理工藝流程


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      垃圾焚燒廠滲濾液處理工藝流程


      三、MBR含義及其工作原理


      1、定義


      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


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      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流程


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      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),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


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      分置式:



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      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:


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      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:


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      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


      a、高效的固液分離,出水水質優質穩定;

      b、剩余污泥產量少;

      c、占地面積小,無需二沉池,工藝設備集中;

      d、可去除氨氮及難降解有機物;

      e、克服了傳統活性污泥法易發生污泥膨脹的弊端;

      f、操作管理方便,易于實現自動控制。


      6、MBR工藝的不足


      a、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%;

      b、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;

      c、膜污染清洗;

      d、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。


      四、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?。≒P)。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 ~0.4μm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。


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      膜橫斷面放大照片


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      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,其主要缺點就是價格昂貴目,制造過程復雜。


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      五、MBR膜組件


      1、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。


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      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。



      2、板框式


      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。


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      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。


      3、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。


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      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 。


      4、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。


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      優點:膜的裝填密度高;膜支撐結構簡單;濃差極化??;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。


      六、三種常見的MBR膜組件


      1、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。


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      2、中空纖維柱狀浸入式膜組件


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      具有膜面積大,占地面積小等特點。


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      3、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。


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      七、MBR系統設計


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      八、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。


      九、設計職責


      1、預處理:格柵—GE要求,初沉池、沉砂池—設計方決定


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      2、生化工藝部分:由GE或設計方決定。


      3、膜過濾部分:膜工藝(或產品)由GE決定。


      4、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。


      十、MBR工藝路線選擇


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      針對生活污水的MBR工藝流程


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      針對工業廢水的MBR工藝流程


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      以氨氮去除為主的MBR工藝流程


      十一、膜池的設計


      1、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


      2、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。


      3、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


      4、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;對于高MLSS的系統,可選用抽吸與停抽相結合的運行方式。


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      5、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:

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      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。


      單列模;峰值情況:高結垢情況下不能采取10/30曝氣。


      十二、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。


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      十三、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。

      沐歌環保來源:天海環保


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