厭氧、好氧膜生物反應(yīng)器處理垃圾滲濾液-本科畢業(yè)論文

1、本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）（ 屆）題目： 厭氧/好氧膜生物反應(yīng)器處理垃圾滲濾液 學(xué)生姓名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 專業(yè)班級 學(xué) 院 提交日期 年 月 II厭氧/好氧膜生物反應(yīng)器處理垃圾滲濾液摘 要 垃圾滲濾液具有污染物濃度高、成分復(fù)雜、處理困難等特點，對周圍環(huán)境及地下水構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，是廢水處理領(lǐng)域研究的重點和難點。近年來，垃圾滲濾液的處理工藝發(fā)展迅速，其中膜生物反應(yīng)器(MBR)和其他生物處理方法逐漸成為主流手段。為了充分發(fā)揮厭氧與好氧微生物對污染物的的協(xié)同降解優(yōu)勢，同時減少曝氣的運行成本，本文擬采用厭氧/好氧膜生物反應(yīng)器組合工藝，以實際垃圾滲濾液為處理對象，考察對垃圾滲濾液的處理效果以及處理過程

2、中的膜污染現(xiàn)象。實驗表明，在進水B/C0.2時，這項組合工藝對滲濾液處理表現(xiàn)出了十分良好的效果，對COD、氨氮的平均去除率分別為80.88%、95.11%；對鈉離子的去除率僅為0.26%，對鉀離子的去除率為4.66%，對鎂離子、鎘離子和鉻離子的去除效率分別為49.12%、25.21%和40.97%，對銅離子的去除效果較為理想，在85%左右，鐵離子的去除效果則能達(dá)到98%以上；當(dāng)運行20天對膜進行清洗后，膜通量可以恢復(fù)到95%。關(guān)鍵詞：厭氧/好氧膜生物反應(yīng)器，垃圾滲濾液，微生物，膜污染TREATMENT OF LANDFILL LEACHATE BYANAEROBIC /AEROBICMEMBR

3、ANE BIOREACTORABSTRACTLandfill leachate is characterized by high concentration of pollutants, complex components and difficultly treatment. It would potentially contaminate the city residential environment and the groundwater if not appropriately treated before being discharged into the environment.

4、 Thus, it has become the emphasis and difficulty of sewage treatment fields in recent years. Over the years, new technologies for leachate treatment have gained a rapid development. Membrane bioreactor (MBR) and other biological treatment have gradually become the mainstream technology. In order to

5、fully use the co-treating advantages of anaerobic and aerobic microbes and reduce the operational cost of aeration, the study adopts anaerobic integrated technology for the treatment of landfill leachate. Using the actual landfill leachate as treatment object, the study was determined the treatment

6、effect and membrane fouling phenomenon.The experiments show that, when the B/C0.2, the results was good, the average removal rate of COD, ammonia nitrogen are 80.88% and 80.88% respectively. The removal rate of sodium ions, potassium ion, magnesium ion , cadmium ion and chromium ion are 0.26%, 4.66%

7、, 49.12%, 25.21% and 40.97% respectively. The removal rate ofcopper ionis more ideal, about 85%, whileiron ion removal efficiency can reach more than 98%. After running 20 days, when cleaned the membrane, the membrane flux can be measure up to 95%. Key words: anaerobic / aerobic membrane bioreactor,

8、 landfill leachate, microbial, membrane fouling目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc250 摘 要 第一章 緒論1.1 前言自1979年以來，中國的城市垃圾年增長率達(dá)8.89%，少數(shù)城市如北京的增長率達(dá)到15%20%，人均垃圾年產(chǎn)量在550600公斤。19861995這十年間，我國生活垃圾維持在一個較高的增長速度，增長率為8%10%1。人口的增加、城市規(guī)模的擴大和生活水平的提高使得垃圾產(chǎn)量的不斷增加，我國城市生活垃圾總量已經(jīng)進入世界垃圾高產(chǎn)的行列。根據(jù)世界銀行的報告，2004年中國固體廢棄物年產(chǎn)1.9億噸，已經(jīng)取代美國，

9、成為了全世界第一的垃圾生產(chǎn)大國2。到2012年，據(jù)中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒的統(tǒng)計，全國的城市垃圾總量已經(jīng)增加到了2.39億噸。盡管垃圾生產(chǎn)量如此巨大，卻并未因其太多人的注意或許更多時候，人們甚至將其當(dāng)作一個發(fā)展指標(biāo)。但不可輕視的是，垃圾已經(jīng)構(gòu)成了中國環(huán)境治理和城市管理的一個嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。近年來，我國城市生活垃圾已對城市及其周圍的生態(tài)環(huán)境造成日趨嚴(yán)重的威脅。對全國298個城市的調(diào)查結(jié)果表明，對城市垃圾不適當(dāng)?shù)奶幚硎沟铆h(huán)境衛(wèi)生遭受嚴(yán)重惡化，而且造成大量土地被占用。因此，我國各級城市垃圾管理部門和環(huán)境保護專家相繼對城市垃圾的處理和污染控制技術(shù)進行了研究與開發(fā)3。 城市垃圾的處理方法主要有焚燒處置法、堆肥處置

10、法和衛(wèi)生填埋法三種。由于衛(wèi)生填埋法具有處理費用較為低廉、適用范圍廣、技術(shù)成熟和管理方便等特點，因此成為我國城市垃圾的主要處理方式。但是在城市垃圾的衛(wèi)生填埋存在一個無法避免的難題，即在其轉(zhuǎn)運和填埋過程中會產(chǎn)生大量危害極大的垃圾滲濾液，對周邊環(huán)境和地下水造成嚴(yán)重污染。垃圾滲濾液的來源主要分三種：一是外來水分，包括直接降水（包括和降雪，主要來源）、地表徑流和滲入地下水：二是固體廢物中的原有水分及覆蓋材料中的水分：三是垃圾有機物降解過程中的產(chǎn)水。垃圾滲濾液是一種成分復(fù)雜，含較多的有機物、氨氮、重金屬離子以及致病菌等有毒有害物質(zhì)的高濃度有機廢水，其水質(zhì)水量受物理、化學(xué)、生物等諸多影響，變化幅度較大。1.

11、2 垃圾滲濾液危害、水質(zhì)特點、特征1.2.1 垃圾滲濾液污染的危害 垃圾滲濾液作為一種成分極其復(fù)雜的高濃度有機廢水，其對周圍環(huán)境的污染主要體現(xiàn)在低下和地表雙重水體的污染，且其對地下水體的污染具有其他污染源所無法比擬的不宜察覺和持久的特點。 自從20實際60年代以來，垃圾滲濾液對自然水體的污染受到世界各國逐漸重視，并對其展開相應(yīng)的研究。滲濾液的氨氮含量和CODcr濃度高，能使地面水體缺氧，水質(zhì)惡化；氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的誘因，還可能嚴(yán)重影響飲用水水源；一般而言，CODcr、BOD5、BOD5/CODcr會隨填埋場的“年齡”增長而降低，堿度含量則升高。此外，隨著堆放年限的增加，新鮮垃圾

12、逐漸變成陳腐垃圾，滲濾液中的有機含量有所下降4，但氨氮含量增加，且可生化率降低，因此處理難度非常大。 垃圾滲濾液中的有機污染物非常多，高達(dá)77種，其中促癌物、輔致癌物5種，被列入我國環(huán)境優(yōu)先控制污染物“黑名單”。垃圾滲濾液中含有10多種金屬離子，這些金屬離子會對生物處理過程產(chǎn)生嚴(yán)重的抑制作用6。1.2.2 垃圾滲濾液的水質(zhì)特點垃圾滲濾液的水質(zhì)變化受垃圾組成、垃圾含水率、垃圾體內(nèi)溫度、垃圾填埋時間、填埋規(guī)律、填埋工藝、降雨滲透量等因素的影響，尤其是降雨量和填埋時間的影響。 滲濾液的水質(zhì)有以下幾個特點：（1）有機物質(zhì)量濃度高，其中腐殖酸為小分子有機物和氨基酸合成的大分子產(chǎn)物，是滲濾液長期性的最主要

13、污染物，通常有2001500mg/L的腐殖酸不能生物降解7。（2）氨氮質(zhì)量濃度高，一般小于3000mg/L，在5002400mg/L之間居多，其在厭氧垃圾填埋場內(nèi)不會被去除，是滲濾液中的長期性的最主要無機污染物8。（3）滲濾液水質(zhì)波動大，COD、BOD、可生化性隨填埋場時間的增長而下降并逐漸維持在較低水平。下表1.1是一般垃圾滲濾液的主要成分：表1.1 一般垃圾滲濾液的主要成分（mg/L）項目變化范圍項目變化范圍顏色黃褐色有機酸4624600嗅覺惡臭氯化物1893262pH值3.78.5Fe50600總殘渣235635703Cu0.11.43總硬度300010000Ca200300CODcr1

14、20045000Mg501500BOD520030000Pb0.12.0NH3-N207400Cr0.012.61總磷170Hg00.0321.2.3 垃圾滲濾液的特征 垃圾滲濾液是一種較為特殊的有機廢水，國內(nèi)外的研究表明，由于垃圾填埋場所處的地理環(huán)境、垃圾的成分、填埋的時間、垃圾的降解速度、衛(wèi)生填埋時的操作條件、垃圾的穩(wěn)定化程度以及當(dāng)?shù)刈匀粭l件和社會條件等復(fù)雜因素的影響，在不同的城市，其垃圾衛(wèi)生填埋場中產(chǎn)生的垃圾滲濾液之間性質(zhì)差別很大，特別由于國內(nèi)外垃圾的分類、收集途徑的不同，造成國內(nèi)外滲濾液水質(zhì)沒有一定的可比性。相比較來說，國內(nèi)的垃圾滲濾液的成分更為復(fù)雜9。在廣泛的調(diào)研和資料收集中，發(fā)現(xiàn)垃

15、圾滲濾液有如下四個特征：污染物濃度高垃圾經(jīng)過衛(wèi)生填埋后，在其內(nèi)微生物的作用下，垃圾中的有機物經(jīng)過厭氧/好氧雙重化學(xué)反應(yīng)下產(chǎn)生降解，在垃圾的生物降解過程中，垃圾中本身自含的污染物及降解后產(chǎn)生的大量有毒有害物質(zhì)進入滲濾液中，致使垃圾滲濾液中具有極高濃度的污染物。而且，由于垃圾在其降解過程中會產(chǎn)生較為可觀的CO2，CO2溶于垃圾滲濾液中使其pH呈偏酸性，垃圾中含有的金屬以及金屬氧化物會加速溶解于滲濾液中，這樣會造成垃圾滲濾液中會含較比較多的金屬離子10。持續(xù)時間長填埋場中垃圾內(nèi)含有機物的持續(xù)降解使得垃圾滲濾液在不間斷的產(chǎn)生，對垃圾中的有機物降解，可用一級的反應(yīng)動力學(xué)方程式對其進行表示：Ct=C0e-

16、kt。在此方程式中，t為降解反應(yīng)時間，k為垃圾中有機物的降解速率常數(shù)，C0表示t=0時垃圾中初始有機物濃度，Ct是t時刻有機物的濃度。降解速度常數(shù)是垃圾中內(nèi)含各種有機物的降解反應(yīng)速率的集體反映，它與降解反應(yīng)過程中的溫度、垃圾的成分等因素息息相關(guān)。下表（表1.2）是研究者們所獲得垃圾中有機物降解過程中的k值和與其對應(yīng)的半衰期t1/2。表1.2 垃圾中有機物的降解速率常數(shù)K以及半衰期t1/2時間研究者代表性物質(zhì)k(a-1)t1/21973年Farguha和Rovers0.3651.891974年Chen0.0120.7880.8855.751983年Hoeks食物類垃圾0.6931.001992年

17、Suflita纖維類垃圾0.0550.0877.9612.601995年Dean K.Wall和Chris Zeiss0.3120.0482.514.50注：半衰期按t1/2=0.693/K來計算 由表1.2可知：垃圾中有機物降解極其緩慢，產(chǎn)生的垃圾滲濾液時間持久，一般在2030a。流量不均勻 垃圾滲濾液的流量與其內(nèi)含和覆土的含水量有關(guān)、垃圾所承受壓力密度、地表水和地下水以及直接降雨的滲透量有相當(dāng)大的關(guān)系。若衛(wèi)生填埋場采取了阻水措施，則滲濾液的量主要受降雨大小的影響，相對而言，也就是滲濾液流量隨之大小變化而變化。其流量大小可根據(jù)以下公式計算： Q=CIA10-3公式中：Q即滲濾液的平均流量，C

18、是滲出系數(shù)，通常為0.30.8，I為平均降雨強度，A是填埋場的集雨面積大小。 滲濾液在垃圾中緩慢流動或者滲透，通常情況下在降雨后大概七天左右才會出現(xiàn)垃圾滲濾液的高峰期。垃圾滲濾液的流量大小受降雨量影響，隨其大小而變化，因此滲濾液的流量是不均勻的。(四)水質(zhì)變化 垃圾滲濾液的水質(zhì)在各個地方是不一樣的，受垃圾的成分、降解速度、穩(wěn)定化程度影響，且與當(dāng)?shù)亟邓疂B透量以及當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟發(fā)展和人們的日常生活狀況等因素息息相關(guān)。垃圾的降解速度主要受當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度影響，氣溫隨一年四季的變化影響著衛(wèi)生填埋場中垃圾的降解速度，因此，垃圾滲濾液的水質(zhì)也隨之變化11。此外，由于垃圾的穩(wěn)定程度不同，形成的滲濾液的水質(zhì)也大不

19、相同，存在很大的差別。在其他方面，如果降水的大量滲入，會對垃圾滲濾液進行稀釋，短期內(nèi)能造成垃圾滲濾液的水質(zhì)出現(xiàn)大幅度的波動。1.3 垃圾滲濾液的處理方法概述1.3.1 與城市污水合并處理 國內(nèi)將垃圾滲濾液與城市污水的合并處理作為常用的處理手段之一，但是因為滲濾液的復(fù)雜成分以及其水質(zhì)水量的波動幅度大使得不得不謹(jǐn)慎考慮城市污水與滲濾液之間的比例，主要防止負(fù)荷過大致使設(shè)備受嚴(yán)重?fù)p害。余建恒等人采用AAO生物膜工藝對垃圾滲濾液與城市污水按一定的投配比例進行合并處理，取得了不錯的研究效果。陳瑜等人通過對成都地區(qū)的垃圾滲濾液與城市污水進行不同比例的混合處理也對未來垃圾滲濾液的合并處理給出了良好的建議。1.

20、3.2 垃圾滲濾液的單獨處理垃圾滲濾液的單獨處理有許多種方法，主要根據(jù)垃圾滲濾液的水質(zhì)、水量、處理成本等因素進行選擇，現(xiàn)如今，垃圾滲濾液的單獨處理仍是國內(nèi)外的主流處理方式，其主要分物化、生物和物化生化相結(jié)合的方法。 物化處理法 物化法處理垃圾滲濾液又分吸附、化學(xué)沉淀、催化氧化和膜法等。物化法一般用在綜合處理的預(yù)處理或者生化處理后的最終處理。吸附法 吸附法是一種較為高效的物化處理手段，通過使用各色各樣的吸附劑達(dá)到對污水中污染物的去除，現(xiàn)物化處理中常用的吸附劑有活性炭、高嶺土、硅藻土、粉煤灰以及城市垃圾焚燒爐底灰等。吸附法廣泛用于化工廢水、印染廢水等污水的處理。在吸附法用于處理垃圾滲濾液時，吸附劑

21、能除去滲濾液中的難降解有機物（酚、苯類化合物等），金屬離子（鉛、汞等）和色度。Aziz12等對垃圾滲濾液采用活性炭吸附處理，其中滲濾液中氨氮的去除率在42%左右，金屬離子的去除率則能達(dá)到96%。然而，活性炭的吸附雖然能大幅度除去垃圾滲濾液中的COD、氨氮以及金屬離子，但是其成本較高，由于活性炭的不菲價格和較高的運行費用。化學(xué)沉淀法 化學(xué)沉淀法主要通過加入某種化學(xué)試劑，使得水中的溶解性離子因化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成不溶性的固體沉淀，達(dá)到與水體分離的目的?；炷ㄊ腔瘜W(xué)沉淀法中一種重要的方法，其中硫酸鋁、氯化鐵等是比較常用的混凝劑。眾多學(xué)者對城市垃圾滲濾液處理中的混凝沉降工藝進行過深入研究。沈耀良等以焦炭吸附

22、、聚合氯化鋁混凝對滲濾液進行處理，發(fā)現(xiàn)垃圾滲濾液中的COD 和重金屬離子都能得到較好的去除效果。Amokrane等對滲濾液分別加入鐵鹽和鋁鹽，發(fā)現(xiàn)三氯化鐵對滲濾液中的有機物為55%，而硫酸鋁卻為42%。趙慶良等采用氯化鎂和磷酸鈉鹽將氨氮轉(zhuǎn)化成磷酸銨鎂的方法達(dá)到對滲濾液中的氨氮去除，發(fā)現(xiàn)該法能有效的去除其內(nèi)的高濃度氨氮，且不會出現(xiàn)如傳統(tǒng)吹脫法中碳酸鹽結(jié)垢的問題?；瘜W(xué)氧化和催化氧化化學(xué)氧化：可分解滲濾液中難以降解的有機物，使得廢水更加容易生化降解。其中的高級氧化技術(shù)通過利用羥基自由基的強氧化能力使?jié)B濾液中的有機污染物由大分子氧化成小分子的有機污染物，甚至達(dá)到完全去除的程度。 催化氧化：作為高級氧化

23、技術(shù)中的一種，光催化氧化技術(shù)也逐步用于水處理中，因其工藝簡單、低能耗、操作容易、無二次污染等特點得到許多專家學(xué)者重視，而且在對一些特殊污染物的處理中，光催化氧化法比其他氧化技術(shù)處理效果更為顯著。因此，光催化氧化法在深度處理垃圾滲濾液方面有著良好的應(yīng)用前景。其機理是利用光照射在半導(dǎo)體材料或者催化氧化劑中，產(chǎn)生自由基（OH），此自由基擁有強氧化性13。氯化鋅和二氧化鈦等都是光催化氧化中常用的半導(dǎo)體材料，其中，最廣泛使用的是二氧化鈦，因其價格低廉、性質(zhì)穩(wěn)定且無毒。譚小萍等對光催化處理垃圾滲濾液進行了研究。試驗結(jié)果得出，最佳二氧化鈦投放量與光強成反比關(guān)系；最佳反應(yīng)時間為1.52.5h；波長為253.7

24、nm的紫外線殺菌燈對COD的去除率能達(dá)到40%50%，脫色率為70%80%14。目前，關(guān)于光催化氧化降解有機物的理論研究還處在探索階段。 除此之外，物化法還有離子交換，電滲析等。這些物化處理方法對垃圾滲濾液的水質(zhì)和水量都能起到一定程度的改善作用，但是卻無法在根本上解決垃圾滲濾液的污染問題。 生物法處理 生物法是目前垃圾滲濾液處理的最主要方法，其分好氧生物處理和厭氧生物處理?，F(xiàn)大多采用厭氧+好氧組合工藝處理滲濾液。(一) 厭氧生物處理法 厭氧生物法近20年來隨微生物學(xué)，生物化學(xué)等學(xué)科的發(fā)展和工程實踐得到了很大的發(fā)展。 厭氧生物法：厭氧生物濾池、上流式污泥床反應(yīng)器（UASB）、厭氧折流板反應(yīng)器（A

25、BR）等。厭氧生物處理法能使高濃度的垃圾滲濾液中的大部分有機物得到降解，且有毒有害的物質(zhì)也可以得到一定程度上的降解效用。厭氧生物濾池（anaerobic biological filtration process，AF），即內(nèi)裝微生物載體的厭氧反應(yīng)器，其內(nèi)微生物生長在填料上，不隨水的流動而損失，因此具有較高的污泥濃度和較長的泥齡（長達(dá)100d以上）。AF運行穩(wěn)定，能適應(yīng)廢水濃度和水力負(fù)荷的變化而不致引起長時間的性能破壞，其能在低pH值和含毒條件下穩(wěn)定運行，并且再啟動迅速。UASB是一種新型的厭氧生物水處理技術(shù)，該項技術(shù)首次將顆粒污泥的概念引入，其反應(yīng)器屬于懸浮生長型，具有非常高的處理能力和處理

26、效率，在各種高濃度的有機廢水處理中尤其有效15。其優(yōu)點主要體現(xiàn)在工藝結(jié)構(gòu)緊湊、處理效果好且成本不高。缺點是不適合處理高懸浮物固體濃度的廢水。ABR是20世紀(jì)80年代中期開發(fā)研究的新型高效的厭氧生物處理污水工藝。在ABR工藝中，反應(yīng)器中最主要的結(jié)構(gòu)是其內(nèi)的一系列垂直安裝的擇流板，需要處理的廢水繞著這些擇流板進行流動，因此，廢水的流經(jīng)長度大大增加，加上擇流板的阻擋以及污泥的沉降作用，使得生物固體被截留在反應(yīng)器內(nèi)。ABR具有水利條件好、生物固體截留能力強、微生物種群分布好、結(jié)構(gòu)簡單、啟動較快及運行穩(wěn)定等優(yōu)良性能16。（二） 好氧生物處理法 好氧生物處理污水能使其中的BOD、COD和氨氮得到有效降低，

27、其工藝主要有活性污泥法、SBR、CAST、CASS、氧化溝等。 傳統(tǒng)活性污泥法因其費用低、效率高等優(yōu)點而得到較為廣泛的應(yīng)用。通過提高污泥濃度降低污泥有機負(fù)荷的方法能得到很好的垃圾滲濾液處理效果。但是由于傳統(tǒng)活性污泥法有機負(fù)荷較低易致使發(fā)生污泥膨脹等問題，所以在國內(nèi)，此法用于垃圾滲濾液的處理較為少見。氧化溝又名連續(xù)循環(huán)曝氣池，是活性污泥法的一種變型，由荷蘭公共衛(wèi)生研究所在1950年研究成功。隨后經(jīng)過30余年的使用與發(fā)展改進，氧化溝系統(tǒng)在池形、結(jié)構(gòu)、運行方式、曝氣裝置、處理規(guī)模、適用范圍等方面得到了長足的進步。我國從80年代起也開始使用此技術(shù)處理城市污水17。氧化溝具有便于操作、生物量高、出水水質(zhì)

28、穩(wěn)定、水力停留時間（HRT）和污泥停留時間(SRT)長等優(yōu)點。這些優(yōu)點使得氧化溝技術(shù)在垃圾滲濾液處理技術(shù)中擁有先天優(yōu)勢，因此氧化溝技術(shù)受到許多專家的重視與研究。周期循環(huán)的間歇式活性污泥法（SBR）將均勻水質(zhì)、曝氣氧化、沉淀排水等功能集于一身。與其他連續(xù)活性污泥法比較，它不但工藝簡單，而且能根據(jù)進水負(fù)荷調(diào)整運行參數(shù)，十分適合處理垃圾滲濾液。1.4 膜生物反應(yīng)器在垃圾滲濾液中的作用1.4.1 膜生物反應(yīng)器工作類型 膜生物反應(yīng)器（Membrane Bioreactor，簡稱MBR）是現(xiàn)如今公認(rèn)的先進污水處理和資源化技術(shù)，這種新型水處理系統(tǒng)將膜分離技術(shù)中的超濾、微濾或者納濾膜組件與污水生物處理相結(jié)合。

29、其原理是污水從薄膜中的微孔滲透而過，將污水里的有機物截留在膜生物反應(yīng)器中，隨后被微生物分解，獲得低濃度的穩(wěn)定膜出水。MBR優(yōu)點：此工藝脫氮、除磷效率高于其他水處理技術(shù)；MBR出水水質(zhì)極高，占地面積小，能夠?qū)崿F(xiàn)對HRT和SRT的分別控制；MBR工藝價格相對傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)已經(jīng)具有相當(dāng)?shù)母偁帉嵙Γl(fā)展前景十分廣大。根據(jù)MBR反應(yīng)器和膜組件的結(jié)合方式及運行方式可將膜生物反應(yīng)器分為膜分離生物反應(yīng)器（MBR）、曝氣膜生物反應(yīng)器（MABR）和萃取膜生物反應(yīng)器（EMBR）。MBR主要用于固體的分離與截留，MABR主要用于在反應(yīng)器中進行無泡曝氣，EMBR主要用于從工業(yè)廢水中萃取優(yōu)先污染物18。而根據(jù)膜組件防

30、止方式的不同可分為分置式與一體式（浸沒式）。一體式具有生化效率高、抗負(fù)荷沖擊能力強和易實現(xiàn)自動化控制等優(yōu)點。但是由于膜組件直接置于MBR中，因此容易發(fā)生膜污染，且膜通量較低，這成為一體式膜生物反應(yīng)器發(fā)展不快的主因19。分置式MBR將膜組件置于生物反應(yīng)器之外，具有膜通量高、系統(tǒng)便于放大、組件易于清洗與更換等優(yōu)點，但是其能耗較高、錯流產(chǎn)生的剪切力對微生物活性有一定影響。MBR工藝受其高投資、高能耗、膜污染與清洗、運行成本高等因素制約了其發(fā)展。因此，在本試驗中，我們試圖通過搭建組合膜生物反應(yīng)器使其在高效處理垃圾滲濾液的同時，降低MBR組合工藝的成本。1.4.2 膜材料與膜組件 膜材料主要分有機（聚合

31、物）和無機兩類。有機膜材料主要有聚乙烯類（PE）、含氟化合物（PVDF、PTFE）等。該類材料成本低、造價低廉、制造工藝成熟以及膜孔徑與形式多樣等優(yōu)點；但是有機膜材料在運行過程中容易產(chǎn)生膜污染，且強度低、壽命短，對更換周期要求較高。無機材料有金屬及其氧化物、沸石和高分子氧化物等，其中以陶瓷膜最為常用。無機膜材料以其耐酸、抗溫抗壓、通量高和能耗較低著稱，但是造價高昂、彈性小、不耐堿，且工藝不夠成熟。1.4.3 膜污染 膜污染有狹義與廣義之分，狹義的膜污染指的是廢水中的有機物質(zhì)在污水處理過程中與膜材料表面發(fā)生物理化學(xué)等作用使得膜表面產(chǎn)生物質(zhì)積累導(dǎo)致膜孔徑變小、膜通量下降的現(xiàn)象；廣義的膜污染則擴大到

32、由于濃差極化導(dǎo)致膜材料表面凝膠層和污泥濾餅層累積等。1.4.4 膜生物反應(yīng)器在垃圾滲濾液處理中的作用膜生物反應(yīng)器因其處理效果穩(wěn)定、出水回收率高在垃圾滲濾液處理中得到長足應(yīng)用。常州維爾利公司生產(chǎn)的MBR+NF處理裝置能使出水達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)，因此應(yīng)用相當(dāng)廣泛20。此外，國內(nèi)也有許多應(yīng)用組合MBR工藝處理垃圾滲濾液的應(yīng)用工程實例。例如深圳平湖垃圾焚燒發(fā)電廠采用的生化+MBR+UF+NF的組合工藝處理城市垃圾焚燒發(fā)電廠的滲濾液，日處理量能達(dá)150噸，出水水質(zhì)優(yōu)于國家排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著垃圾滲濾液膜分離裝置的國產(chǎn)化，膜生物反應(yīng)器處理垃圾滲濾液的成本將得到大幅降低，因此，此項技術(shù)在滲濾液的處理中的應(yīng)用前景

33、是十分光明的。但是，有利必有弊，應(yīng)用過程中也存在許許多多的問題，主要體現(xiàn)在對預(yù)處理工藝要求高，因水質(zhì)及處理要求的不同等；膜污染及膜清洗的問題仍困擾著此項技術(shù)的發(fā)展，MBR的長期運行使膜污染速率增加，清洗效果也隨之減弱，導(dǎo)致出水水質(zhì)水量變化；膜壽命較短、更換頻繁導(dǎo)致運行成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他水處理技術(shù)成本，國產(chǎn)膜較進口膜仍存在相當(dāng)大的差距。第二章 實驗材料及方法2.1 實驗用水 實驗室所用的垃圾滲濾液取自杭州市天子嶺生活垃圾衛(wèi)生填埋場的集水井。 HYPERLINK /view/6885.htm t _blank 杭州市天子嶺生活垃圾衛(wèi)生填埋場地處杭州市北郊的 HYPERLINK /subview/14

34、4932/144932.htm t _blank 半山鎮(zhèn) HYPERLINK /subview/934013/6129165.htm t _blank 石塘村天子嶺山的青龍塢山谷，為全國首座符合國家建設(shè)部 HYPERLINK /subview/758415/758415.htm t _blank 衛(wèi)生填埋標(biāo)準(zhǔn)的大型山谷型 HYPERLINK /subview/129034/129034.htm t _blank 垃圾填埋場，1991年4月投入使用至2006年年底，已處理 HYPERLINK /subview/480312/480312.htm t _blank 城市垃圾800多萬噸，擁有甲級環(huán)

35、保運營資質(zhì)和工程咨詢級資質(zhì)。 實驗用水于2014年12月至現(xiàn)場采集。取來的垃圾滲濾液未經(jīng)任何預(yù)處理，實驗室常溫保存于30L塑料桶中，與此同時取1000ml垃圾滲濾液原液裝于棕色玻璃瓶中，置放在低溫冰箱避光保存，用于與后期滲濾液監(jiān)測濃度相比較。原液顏色為黃褐色，惡臭難聞。采集后對該垃圾衛(wèi)生填埋場滲濾液進行分析研究，內(nèi)容包括COD、氨氮、懸浮物等各項指標(biāo)濃度。分析原液得到水質(zhì)情況如下表（表2.1）：表2.1 原液水質(zhì)分析參數(shù)平均值參數(shù)平均值pH7.85SO42- (mg/L)576.98BOD5 (mg/L)450.56Na (mg/L)10.89COD (mg/L)3134.88K (mg/L)

36、7.71NH3-N (mg/L)434.76Mg (mg/L)4.68導(dǎo)電性(S/cm)7150Fe (mg/L)3.02濁度(NTU)103Cu (mg/L)0.06色度385Cd (mg/L)0.11Cl- (mg/L)1623.57Pb (mg/L)0.29Cr (mg/L)0.21 水質(zhì)分析顯示，垃圾滲濾液中的氨氮濃度在430mg/L左右，并不是太高，而BOD5/CODcr的值約為0.144，以上數(shù)據(jù)中氯離子濃度較高氯離子濃度極高，可能受廚余垃圾分解影響，氯離子濃度的過高可能會抑制微生物的生長。實驗用水為為加入人工配水的稀釋滲濾液混合用水，同時也向垃圾滲濾液中補充缺乏的營養(yǎng)元素以及維持

37、實驗用水的碳氮比不致失衡，另外還能調(diào)節(jié)水中碳氮磷等原色的比例。其中，加入葡萄糖作為碳源，適量的KH2PO4、CuSO45H2O等營養(yǎng)物質(zhì)和無機鹽的加入維持試驗用水中的C:N:P約為100:5:1。將上述各種物質(zhì)混合配成營養(yǎng)液導(dǎo)入20L塑料桶中，攪拌溶解，調(diào)節(jié)pH約為8.0。2.2實驗裝置及運行方式如圖2.2所示，本實驗裝置由厭氧池、好氧池和膜室三個主體部分串聯(lián)而成。膜組件采用聚乙烯板式中空纖維膜，孔徑為0.1um，膜面積為0.2m2。試驗用水從膜生物反應(yīng)器的厭氧池下部進入，在厭氧池與好氧池的上部、好氧池與膜室的下部分別設(shè)有接通口。提升泵將試驗用水輸入?yún)捬醭睾蠼?jīng)連通口進入好氧池，膜室等。膜出水是

38、由真空抽吸泵抽吸排出。此膜生物反應(yīng)器采用連續(xù)進水，通過安裝在好氧池的液位控制器來控制進水泵，保持水位在一個穩(wěn)定值。好氧池和膜室的曝氣量則由氣體流量計和氣閥控制調(diào)節(jié)，出水流量由液體流量計控制。膜抽吸壓由真空表測定。1.試驗用水 2.缺氧池 3.好氧池 4.膜室 5.提升泵 6.攪拌器 7.空壓機8.氣體流量計 9.回流泵 10.微孔曝氣砂頭 11.穿孔曝氣管12.膜組件 13.膜盒壓力表 14.抽吸泵 15.液體流量計圖2.2 厭氧好氧膜生物反應(yīng)器示意圖如表2.2為膜生物反應(yīng)器各區(qū)的尺寸大小表2.2 反應(yīng)器各區(qū)尺寸水池長（m）寬（m）高（m）有效高度（m）超高（m）有效體積（L）缺氧池0.200

39、.300.90.750.154500好氧池0.200.300.90.750.1545.00膜室0.250.300.90.750.1556.252.3分析項目與測試方法2.3.1 試驗分析儀器試驗分析主要儀器如下表:表2.3.1 主要分析儀器設(shè)備及儀器名稱型號空壓機LP-40分析天平FA2004COD恒溫加熱器JH-12型液體流量計LZB-6玻璃轉(zhuǎn)子流量計氣體流量計LZB-10玻璃轉(zhuǎn)子流量計提升/抽吸泵MP-15RN回流泵普羅名特電磁驅(qū)動計量泵2.3.2 分析方法 試驗中測定的各項指標(biāo)及測定方法，如表2.3.2。表2.3.2 分析項目及測定方法一覽表分析項目分析方法pHpH分析測試儀SV100m

40、l量筒MLSS濾紙重量法COD重絡(luò)酸鉀法氨氮蒸餾法進水流量轉(zhuǎn)子流量計出水流量轉(zhuǎn)子流量計第三章 結(jié)果與討論3.1 污泥體積指數(shù)（SVI）的變化SVI隨時間變化見圖3.1圖3.1 污泥指數(shù)隨時間變化趨勢圖從圖中可以看出，活性污泥體積指數(shù)在剛開始兩周變化幅度較大，后來隨著實驗的進行逐漸趨向平穩(wěn)。活性污泥體積指數(shù)的變化可能由于實驗剛開始時加入較多的營養(yǎng)液使得活性污泥內(nèi)的微生物大量繁殖，在35天左右的時間達(dá)到一個峰值，隨后隨著營養(yǎng)液在培養(yǎng)池中達(dá)到一個比較穩(wěn)定的值后，微生物的數(shù)量也比較平穩(wěn)，使得SVI隨時間變化逐步穩(wěn)定在5556左右。3.2 膜通量隨時間變化下表3.2.1中膜通量的單位為L/(m2hKpa

41、)。表3.2.1膜清洗前（左）膜通量的值和膜清洗后（右）膜通量的值時間（d）膜通量時間（d）膜通量01.53211.4610.79220.6820.41230.3930.38240.3740.32250.3150.29260.2960.26270.2970.25280.2880.25290.2490.24300.22100.23320.21120.21340.19140.19360.18160.19380.17180.18400.16200.17以上表作膜通量隨時間變化圖3.2.3。圖3.2.3 膜通量隨時間變化圖從上圖可知，膜通量的起始值為1.5左右，隨后在3天內(nèi)呈大幅度下降趨勢，主要受膜表

42、面膜污染的影響，垃圾滲濾液中大量的大分子物質(zhì)在膜表面上積累結(jié)垢，對膜孔徑進行堵塞使得通量下降明顯。在23天后，膜表面物質(zhì)的積累由劇烈變得平緩使得膜通量的值也不再劇烈下降，呈水平趨勢緩慢下降。在實驗進行第20天，對膜表面進行清洗，由于是第一次清洗膜表面，膜通量的值與起始值相差不是很大，膜通量恢復(fù)率達(dá)到95%以上，隨著實驗的繼續(xù)進行，膜通量的值又呈現(xiàn)與膜清洗前的變化趨勢。3.3 對COD的去除效果試驗中進水COD和出水COD如下圖所示，其中濃度為mg/L。圖3.3.1 試驗中進水COD的值與出水COD的值隨時間變化圖膜生物反應(yīng)器對COD的去除率見圖3.3.2。圖3.3.2 COD的去除率隨時間變化

43、圖由圖3.3.1可以看出，進水COD的濃度值在前兩周左右的時間波動比較大，而后三周左右的時間則變化不太明顯，進水COD的濃度平均值為3132mg/L；出水COD的濃度則一直比較穩(wěn)定，為500750mg/L左右，平均值為599mg/L。COD的去除率最大值為84.28%，最小值為77.03%，平均值在80.88%左右。試驗開始時，由于膜表面不存在膜污染，使得COD的去除率較高，在第4天達(dá)到峰值，隨后隨著膜污染的加重使得COD去除率下降明顯；在20天的時候因為膜清洗使得膜性能得到較大的恢復(fù)，COD的去除率因此得到大幅度提升，隨后變化趨勢與前20天膜清洗前的COD去除率變化趨勢相類似。3.4 對氨氮

44、的去除效果表3.4.1的數(shù)據(jù)為進水氨氮和出水氨氮的濃度值以及試驗中膜生物反應(yīng)器氨氮的去除率的值，其中氨氮濃度為mg/L。圖3.4.2為氨氮去除率隨時間變化趨勢圖。表3.4.1 試驗中有關(guān)氨氮的值天數(shù)進水氨氮出水氨氮去除率1435.8418.6595.72%4425.8619.8995.33%7413.7418.0195.65%10465.8719.5695.80%13423.8620.3495.20%16424.7618.5695.63%19431.8619.3295.53%22443.8120.3695.41%25438.56919.8695.47%28443.2118.5695.81%31

45、441.98720.5995.34%34438.65424.5694.40%37442.987530.3293.16%40457.332931.8693.03%圖3.4.2 氨氮去除率隨時間變化趨勢圖 從上圖來看，試驗中厭氧/好氧膜生物反應(yīng)器對氨氮的去除效果十分不錯，最高可達(dá)96%，最小值也有93%。在40天試驗中的前一個月，氨氮的去除率雖然有所波動，但是總體維持在95%96%之間；從第28天到第37天這9天期間，氨氮去除率從96%下降到93%，下降了三個百分點，總體趨勢下降明顯，這可能由于長期累積污泥量的變化使得反應(yīng)器內(nèi)溶解氧的量發(fā)生變化，致使硝化細(xì)菌的硝化過程受到抑制，所以氨氮去除率呈下降

46、趨勢；最后三天氨氮的去除率穩(wěn)定在93%左右。3.5 對金屬離子的影響表3.5.1為進出水離子濃度值以及去除率大小，金屬離子濃度單位為mg/L。表3.5.1 金屬離子濃度與其去除率金屬離子KMgFeCdCrPbCu進水濃度7.706714.675263.018277227.32443.6901575.65217出水濃度7.347332.296470.0582253.8516.1357.6911.05去除率4.66%49.12%98.07%25.21%40.97%-32.04%85.39% 從上表可以看出，進出水的鈉離子濃度變化十分小，去除率僅為0.26%，實驗裝置對其幾乎沒有任何去除效果；對鉀離

47、子的去除效果也微乎其微，只有4.66%；對鎂離子、鎘離子和鉻離子的去除效果較為一般，在25%50%之間，分別為49.12%、25.21%和40.97%；對銅離子的去除效果較為理想，在85%左右；鐵離子的去除效果則能達(dá)到98%以上，幾乎達(dá)到完全去除效果。3.6 膜污染狀況為了解試驗運行中膜污染狀況，我們通過使用顯微鏡進行拍攝，得到圖3.6.1。圖3.6.1 膜污染電鏡圖圖3.6.1(a)為初期膜表面圖，從圖中可以看出膜表面仍存在較多的雜質(zhì)，使得試驗中使用的膜性能無法恢復(fù)完全。圖3.6.1（b）為運行一周后膜表面污染物的積累狀況圖。由于初期膜表面比較光滑，比較大顆粒的物質(zhì)都不容易粘附在膜表面，主要

48、由溶解性微生物產(chǎn)物（SMP）、細(xì)胞外高分子聚合物（EPS）、生物膠體等粘性物質(zhì)首先吸附或者黏附在膜表面，形成小區(qū)域范圍內(nèi)的凝膠層，也就是膜阻力層的最基本層次。而后，隨著粘附性物質(zhì)附著在膜表面，膜表面之間的小區(qū)域污染源開始向外擴展，直至兩兩相互連接在一起，最后形成大范圍的膜表面絮凝層、結(jié)垢層等，使得膜表面的孔隙逐漸遭受堵塞，膜過濾實際面積變小，大量污泥顆粒隨之附著在這些后來形成的膜表面污染層上，膜阻力大幅度上升。因此，為了延長膜組件壽命以及考慮到反應(yīng)器內(nèi)膜組件的安全，要定期對膜組件進行清洗恢復(fù)。3.7小結(jié)與建議通過眾多學(xué)者的大量研究證明，MBR在垃圾滲濾液的處理上擁有十分巨大的潛力。本文得到以下

49、結(jié)論：采用厭氧/好氧組合膜生物反應(yīng)器技術(shù)處理垃圾滲濾液時，在進水B/C0.2時，這項組合工藝對滲濾液處理表現(xiàn)出了十分良好的效果，對COD、氨氮的平均去除率分別為80.88%、95.11%，這是其他生物接觸氧化工藝不能達(dá)到的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的垃圾滲濾液處理方法；：在處理成分異常復(fù)雜的垃圾滲濾液的情況下，MBR仍能保證高質(zhì)量的穩(wěn)定出水。如果將出水進行進一步的處理，例如使用反滲透或者納濾工藝將出水進一步分離，則能達(dá)到更加高的標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)水資源的回收利用；：MBR在處理含大量粘附性物質(zhì)或者絮凝狀生物的時候，其效果不如傳統(tǒng)的水處理技術(shù)，因粘附性與絮凝狀物質(zhì)對膜表面?zhèn)Υ螅斐赡の廴緺顩r十分嚴(yán)重。加入?yún)捬跎?/p>

50、反應(yīng)池的MBR在處理通常含高濃度有機物及氨氮的城市垃圾滲濾液時，能得到更為顯著的效果 本實驗僅僅對厭氧/好氧膜生物反應(yīng)器處理垃圾滲濾液進行了初步研究，如何進一步的提高處理效果以及其中其他影響效果的因素仍需要進一步的實驗研究。本文中沒有詳細(xì)系統(tǒng)地考擦其余因素對實驗的影響，例如實驗水溫、水力停留時間等對實驗效果的影響，建議深入考察其余因素對厭氧/好氧膜生物反應(yīng)器處理垃圾滲濾液效果的影響。此外，本實驗僅對膜污染進行了初步影響因素分析，建議可以從滲濾液的成分、微生物群體、污泥停留時間、細(xì)胞外聚合物等對膜污染進行綜合詳細(xì)的分析。第四章 展望未來伴隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市的生活垃圾總量居高不下，垃圾對水資

51、源的危害也得到了人們越來越多的關(guān)注。隨著水污染問題的日益嚴(yán)重，伴生的水處理技術(shù)也在不斷得到發(fā)展，其中膜生物反應(yīng)器技術(shù)的應(yīng)用也愈加廣泛。雖然膜生物反應(yīng)器在處理污水時仍存在這膜污染以及高能耗的問題，但是與傳統(tǒng)工藝相比MBR也有著它們無法比擬的優(yōu)勢。近年來，有機高分子材料科學(xué)飛速的發(fā)展也使得膜生物反應(yīng)器的應(yīng)用愈加廣泛，相信膜生物反應(yīng)器在處理垃圾滲濾液這種特殊的污水領(lǐng)域也能得到長足的發(fā)展，未來必有其一席之地。通過國內(nèi)外的加強交流，膜的開發(fā)與制造也能得到快速發(fā)展，膜污染問題的解決、能耗的降低、運行成本的減少在未來研究開發(fā)中必是重中之重，當(dāng)這些問題得到良好的解決之后，膜生物反應(yīng)器在處理垃圾滲濾液等污水領(lǐng)域

52、的競爭力將得到劇烈增強，在人們期待不遠(yuǎn)的將來必將得到更為廣泛的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1吳鵬,沈耀良.膜生物反應(yīng)器處理垃圾滲濾液研究綜述J.上海環(huán)境科學(xué) 2013-32-12Pirbazari M，Ravindran V，Badriyha B N，et a1Hybrid membrane filtration process for leachate treatmentJWater Res，1996，30：269l-27063Tsi1ogeorgis J，Zouboulis A，Samaras P，et a1Application of a membrane sequencing batch react

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55、物填埋場滲濾液處理J.給水排水,1997,23(11):121411Yamalnoto T，Yasuhara AQuantities of bisphenol A leached from plastic waste samplesJChemosphere，l999，38：2569-257612余建恒.城市污水與垃圾滲濾液及糞便污水合并處理技術(shù)研究J華南理工大學(xué)，環(huán)境工程，201013申歡,金奇庭,等. HYPERLINK /kcms/detail/detail.aspx?filename=GSPS200403016&dbcode=CJFQ&dbname=CJFD2004&v= t _blan

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