垃圾滲濾液膜生物法處理污水性能研究

垃圾滲濾液膜生物法處理污水性能研究

膜生物法（pmr）是近年來采用膜濾和生物處理為基礎(chǔ)的新型高效生物處理技術(shù)的一部分。同常規(guī)的好氧生物處理法相比,MBR具有污泥濃度高、污泥齡長(zhǎng)、容積負(fù)荷高、剩余污泥產(chǎn)量低、出水水質(zhì)好以及占地面積小等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),這使其在處理高濃度難降解有機(jī)廢水方面有著廣泛的應(yīng)用前景。1試驗(yàn)材料和方法1.1膜區(qū)的回流泵加壓反硝化試驗(yàn)采用一體式外壓MBR,試驗(yàn)裝置如圖1所示。反應(yīng)器分為水解區(qū)、曝氣區(qū)和膜區(qū)三個(gè)部分,相應(yīng)容積分別為5、3和8L,水解區(qū)裝有填料。抽吸泵的工作壓力維持在0.013～0.020MPa之間?；亓鞅脤⒛^(qū)的混合液回流到水解區(qū)進(jìn)行反硝化。膜組件采用聚乙烯板式中空纖維膜,孔徑為0.18μm,膜面積為0.6m2。1.2氨氮吹脫和厭氧處理uasb的處理試驗(yàn)用垃圾滲濾液取自西安市江村溝城市垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng),水質(zhì)為:COD=18000～59000mg/L,BOD5=11200～40000mg/L,BOD5/COD=0.62～0.68,NH3-N=1500～2600mg/L。由于該垃圾滲濾液含有高濃度的有機(jī)物和氨氮,因此在進(jìn)行MBR處理之前,安排了氨氮吹脫和厭氧處理(UASB)兩級(jí)預(yù)處理。MBR的實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)為:COD=800～1700mg/L,BOD5=200～500mg/L,BOD5/COD=0.25～0.30,NH3-N=50～430mg/L。1.3膜的清洗lm整個(gè)試驗(yàn)過程分為三個(gè)階段,第一個(gè)階段的工作壓力為0.013MPa,后面兩個(gè)階段的工作壓力均為0.02MPa,每個(gè)階段結(jié)束后均對(duì)膜采取化學(xué)清洗。在試驗(yàn)中,控制HRT為2d,混合液回流比為100%,水解區(qū)DO<0.5mg/L,曝氣區(qū)和膜區(qū)DO>3mg/L。2結(jié)果和討論2.1mbr去除cod的特性MBR對(duì)滲濾液COD的去除效果如圖2所示。由圖2可知,在前72天里,COD去除率維持在70%～85%之間,出水COD<300mg/L,達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。但隨后COD去除率不斷下降,其原因?yàn)?①由于進(jìn)水可生化性差,從而影響了MBR對(duì)COD的去除效果。在試驗(yàn)前期,膜的截留作用和污泥的吸附作用強(qiáng)化了MBR對(duì)COD的去除效果,COD的去除率維持在70%～85%之間。但污泥由于長(zhǎng)時(shí)間得不到充足的基質(zhì)而逐漸進(jìn)入了內(nèi)源代謝階段,久而久之會(huì)造成污泥微生物數(shù)量的減少和活性的降低。試驗(yàn)過程中MBR的污泥濃度(VSS)和污泥活性(VSS/SS)由開始的3.9g/L和0.6分別逐漸下降到1.8g/L和0.43,相應(yīng)COD的去除率由開始的70%～85%逐漸下降到28%～33%。②微生物內(nèi)源代謝會(huì)產(chǎn)生大量難以生物降解的溶解性微生物產(chǎn)物(SMP)。SMP多是一些大分子有機(jī)物(腐殖質(zhì)、蛋白質(zhì)、多糖等),這些物質(zhì)可以在MBR中積累。許多學(xué)者認(rèn)為,MBR中積累的SMP會(huì)抑制微生物活性。ΔCOD(濾紙過濾出水COD與膜濾出水COD之差)在不斷上升,也說明了SMP的不斷積累是導(dǎo)致COD去除率逐漸下降的一個(gè)原因。針對(duì)于此,可采取適量排泥的解決措施。2.2nh3-n的去除效果MBR對(duì)NH3-N有很好的去除效果。在前55d里,進(jìn)水NH3-N在50～100mg/L之間,去除率基本保持在90%以上;在55～63d里,進(jìn)水NH3-N由100mg/L迅速增加到260mg/L,去除率下降到50%左右;隨后微生物很快適應(yīng)了高濃度的NH3-N,盡管NH3-N的濃度不斷增加,甚至達(dá)到450mg/L,但去除率穩(wěn)步上升,并最終穩(wěn)定在95%以上。在第88天和100天對(duì)MBR出水中氮存在的形態(tài)和濃度進(jìn)行了分析監(jiān)測(cè),結(jié)果表明:當(dāng)進(jìn)水中NH3-N濃度分別為425mg/L和326mg/L時(shí),出水中未檢測(cè)到NO-3-N,只含有135mg/L和155mg/L的NO-2-N以及10.8mg/L和6.12mg/L的NH3-N。NH3-N的去除率分別為97.5%和98.1%,總氮的去除率分別為67.5%和50.7%。這一結(jié)果表明,在MBR中發(fā)生了完全的硝化反應(yīng)和部分的反硝化反應(yīng)。UASB出水中缺少可生物降解的有機(jī)物是導(dǎo)致水解區(qū)反硝化反應(yīng)不能完全進(jìn)行的主要原因。2.3dm—膜通量衰減規(guī)律試驗(yàn)過程中三個(gè)階段膜通量的衰減情況如圖3所示。由圖3可知,各個(gè)階段膜通量均隨運(yùn)行時(shí)間的增加而逐漸下降,并最終趨于穩(wěn)定。對(duì)三個(gè)階段的膜通量衰減情況按照下式進(jìn)行擬合,結(jié)果如表1所示。J=at-m(1)式中J——膜通量,L/(m2·h)a——常數(shù)t——運(yùn)行時(shí)間,dm——通量衰減系數(shù)由表1可知,第一階段的操作壓力比第二階段的小,但第一階段的m值卻比第二階段的大,說明膜在低操作壓力下更容易受到污染,這與通常人們所認(rèn)識(shí)到的規(guī)律正好相反。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是:第一階段采用的是新膜,因此膜在第一階段承受的污染梯度比第二階段大,這就造成膜在低操作壓力下更容易受到污染的反?，F(xiàn)象。第二階段和第三階段的操作壓力相同且起始膜通量接近,但第三階段的m值比第二階段的大得多,這主要是因?yàn)樵谠囼?yàn)后期MBR中積累的大量SMP增加了膜的過濾阻力。2.4膜污染阻力rop和無織物膜污染阻力rip的計(jì)算方法根據(jù)Darcy公式可以計(jì)算出膜面各種阻力的大小:JV=ΔPμRt=ΔPμ(Rm+Rp+Rc)(2)JV=ΔΡμRt=ΔΡμ(Rm+Rp+Rc)(2)式中μ——濾液粘度,Pa·sJV——膜通量,m3/(m2·s)ΔP——膜兩側(cè)壓力差,PaRt——膜面總阻力,m-1Rm——純膜阻力,m-1Rc——濾餅層阻力,m-1Rp——膜污染阻力,m-1,可分為有機(jī)型膜污染阻力Rop和無機(jī)型膜污染阻力Rip各項(xiàng)阻力的計(jì)算方法如下:①Rm。測(cè)量新膜在清水中的通量,此時(shí)的Rt=Rm,根據(jù)式(2)即可求出Rm。②Rp。取出運(yùn)行一段時(shí)間后的膜并將其表面的泥餅清洗干凈,立即測(cè)定清水通量,此時(shí)Rt=Rm+Rp,根據(jù)式(2)即可求出Rp。③Rip。對(duì)膜進(jìn)行堿洗(將膜置于pH值為12的氫氧化鈉溶液中浸泡6h)后立即測(cè)定清水通量,此時(shí)Rt=Rm+Rip,根據(jù)式(2)即可求出Rip。④Rop。Rop=Rp-Rip。⑤Rc。測(cè)定膜在混合液中的通量,此時(shí)Rt=Rm+Rp+Rc,根據(jù)式(2)即可求出Rc。在計(jì)算過程中假設(shè)混合液的粘度與純水的粘度相同。計(jì)算得出的各階段結(jié)束時(shí)膜面阻力的分布情況如表2所示。由表2可以看出以下幾點(diǎn)規(guī)律:首先,在總阻力中濾餅層阻力所占的比例最大,而膜自身阻力所占的比例最小,這一點(diǎn)與其他人的研究結(jié)果相同;其次,濾餅層阻力在總阻力中所占的比例不斷增加,這與SMP在MBR中不斷積累有著直接的關(guān)系;最后,在膜污染阻力中無機(jī)型膜污染阻力要比有機(jī)型膜污染阻力大得多,且無機(jī)型膜污染阻力在膜污染阻力中所占的比例不斷增加,這與滲濾液獨(dú)特的水質(zhì)特點(diǎn)(含有高濃度的無機(jī)物)以及MBR污泥中的無機(jī)成分比例不斷增加有著直接的關(guān)系。2.5酸堿洗后膜通量的恢復(fù)在第一、二階段結(jié)束時(shí)對(duì)膜進(jìn)行了堿洗,而在第三階段結(jié)束時(shí)除對(duì)膜進(jìn)行堿洗外,還進(jìn)行了酸洗(在pH值為2的鹽酸中浸泡6h)。清洗前后膜通量的變化如圖4所示。由圖4可知,堿洗對(duì)膜通量的恢復(fù)效果甚小,各階段膜通量恢復(fù)率均小于5%;而酸洗對(duì)膜通量的恢復(fù)效果比較好,膜通量恢復(fù)率為79%,原因?yàn)樵囼?yàn)中以無機(jī)型膜污染為主。3膜通量和阻力①在前72天里,COD去除率維持在70%～85%之間,出水COD<300mg/L,達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。隨后由于污泥活性的降低以及SMP過多的積累,導(dǎo)致COD去除率不斷下降,可以采用適量排泥的措施來解決。②MBR對(duì)滲濾中的氨氮有良好的去除效果,氨氮的去除率基本上維持在90%～99.8%之間。由于UASB處理后的滲濾液中缺少足夠的碳源進(jìn)行反硝化,因此MBR對(duì)總氮的去除率只有50%～67%。③膜通量與運(yùn)行時(shí)間呈冪函數(shù)關(guān)系,三個(gè)階段的膜通量衰減規(guī)律依次為:J=16.4t-0.58,R2=0.69;J=3.4t-