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        2. 方案中心

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          陶氏反滲透膜元件用于垃圾滲濾液深度處理回用

          滲濾液水質特點及主要處理工藝:
           

                填理場滲濾液是一種污染威脅大、性質復雜、難于處理的高濃度有機廢水。從填埋場的運行到封場后管理,都需要對滲濾液的產生進行有效控制,對排出的滲濾液進行妥善處理。滲濾液不僅有機物濃度高,而且NH3-N 濃度也很高,其中的重金屬離子和有毒有機物還可能對微生物產生毒性抑制作用,同時,其水質隨填埋場的填埋時間和穩定程度而不斷變化,從而給滲濾液的處理帶來額外的困難。滲濾液的主要水質特點如下: ①水質復雜,而且變化大。②CODcr和BOD5 濃度高。③金屬含量高。④氨氮含量高。⑤色度大且有惡臭。⑥微生物營養元素比例失調。

                國內外的垃圾滲濾液處理技術主要包括綜合處理法和單獨處理法。綜合處理法是將滲濾液直接排入城市污水廠與城市污水合并處理的方法,是最為簡單、經濟的方法。但它容易給污水廠造成沖擊負荷,影響污水廠的運行,使用時應加以控制。單獨處理法主要有物化處理、生化處理、土地處理和回灌法等。生化法包括厭氧處理、好氧處理和兩者結合的方法,它具有處理效果好、運行成本低等優點,適于處理生化性較好的滲濾液。物化法具有水質水量影響小、處理效果穩定的特點,尤其適于處理“老化”垃圾滲濾液。以物化為主的滲濾液深度處理技術,如人工濕地法、深度氧化法、膜處理技術等亦日益受到關注。尤其是膜分離技術在國外垃圾填埋場滲濾液處理中已經相當成熟,主要包括超濾、納濾、反滲透(卷式或碟管式)以及組合膜工藝。但在國內這一技術尚未得到充分的推廣和應用。

          卷式反滲透膜元件應用于垃圾滲濾液處理的歷史回顧:

                早在1976 年Chian[9]就提出,反滲透是降低滲濾液COD的最有效的方法。此后,Krug,Kinman,Bilstad等人[10-12]的工作分別證實了反滲透技術處理垃圾滲濾液的可行性。Chianese等人對卷式反滲透在各種壓力下去除滲濾液COD的效率進行了中試。實驗表明,Filmtec SW30-2521對COD的去除率能達到98%,同時COD的增加會使滲透壓大大增加。Piatkiewicz研究了“預處理—MF(微濾) —UF(超濾) —RO”的膜組合處理工藝處理垃圾滲濾液。Ahn等[14]報導了韓國Chung-Nam省垃圾滲濾液處理場將原來的物理化學處理工藝改進為膜生物反應器和反滲透(MBR+RO)組合膜工藝,以利用卷式反滲透(Filmtec)改進系統對于難生物降解物質和無機氮的脫除率。MBR+RO工藝對于COD和BOD5的脫除率高達97%,分別達到6–72 mg/l和1–7 mg/l,NH3-N和硝基分別達到10–47 mg/l和7–23 mg/l,出水達到排放標準。法國北部的Hersin-Coupigny滲濾液處理場也采用了類似的MBR+RO工藝。

                反滲透的優勢在于工藝簡單、占地面積小和處理效果好。滲濾液經反滲透膜處理后可同時高效地去除有機和無機污染物從而使滲濾液得到凈化,達到國家相應的排放標準,可直接排放。出水的回收率能到達80%,而濃縮液則可通過蒸發、固化或回灌工藝處理。該法能連續操作,機械化程度高,對水質和水量負荷的變化有較強的適應性。但膜材料成本高,且在處理這種受污染較嚴重的水體時易被污染。為了防止膜表面污染、結垢及受機械化學損傷,必須對滲濾液進行一定的預處理,同時進行及時的清洗和維護,以使膜有良好的性能和足夠長的使用壽命。

          端面自鎖連接卷式反滲透膜元件在垃圾滲濾液深度處理中的應用案例:

          1.單元流程和進出水指標

                廣州市興豐生活垃圾填埋場是目前國內僅有的幾家采用膜法深度處理工藝處理垃圾滲濾液用于回用的填埋場之一,運營單位為惠民(廣州)環境技術有限公司(Onxy)。該滲濾液處理系統采用了目前國內最為先進的厭氧、好氧和膜技術組合工藝,其單元流程如圖1:

                滲濾液處理廠設計進水水質采用的參數如下:

                pH: 6.5-9.0

                溫度 < 40℃

                BOD5 < =12000mg/l

                COD < = 20000mg/l

                SS < = 2000 mg/l

                凱氏氮< = 2100mg/l 

                TP < = 60mg/l

                滲濾液經處理后,其出水水質符合國家回用水標準《生活雜用水水質標準》中規定的洗車用水標準,如表1所示。

          2. 厭氧、好氧、膜法組合工藝及其特點
           

                滲濾液由調節池泵入均衡池,進行水質水量的均衡和pH調節,均衡池出水進入UASB反應池中,在反應池中COD負荷為10~15 kgCOD/(m3•d) ,BOD降解可達75%,COD降解可達70%。經厭氧后滲濾液進入SBR池,在此利用生物反應進行BOD、COD以及NH3-N的去除。

                SBR 反應器的操作以好氧,缺氧交替運作,在好氧情況下,微生物會產生硝化作用;在缺氧情況下,微生物會進行反硝化作用以去除氨氮。 

                經生化處理后的滲濾液進入連續微濾(CMF)系統,此系統作為反滲透系統的前處理,采用0.2μm中空纖維膜,隔除滲濾液中大于0.2μm的懸浮物、細菌和不溶性的有機物。經生化和微濾處理的滲濾液進入RO反滲透系統,RO系統采用寬幅螺旋卷式復合膜,設計最大工作壓力:35 Bar,最大回收率為80%,清洗周期為2~3星期,預期膜的工作壽命為2年。RO出水可直接進行回用,濃縮液直接回灌到填埋場。

                該工藝的技術特點是:

                (1)對于垃圾填埋場前期較為新鮮的滲瀝液污水,可生化性高,COD 濃度大,采用厭氧技術處理,能夠節約能耗,減少土建占地與投資,厭氧酸化還能改善污水可生化性,既為好氧處理減輕負荷,又有利于后續好氧生化降解。興豐填埋場采用能耗低效率高的UASB厭氧單元配合處理可減少SBR好氧單元的負荷,減少好氧單元的池容,降低運行費用。

                (2)好氧處理工藝是降解有機污染物最徹底、最經濟的處理方式,可以通過流程的安排進行硝化和反硝化來達到降解氨氮的目的。高效的SBR處理體系通過靈活地控制厭氧-好氧交替操作,可在不投加化學藥劑的情況下實現除磷脫氮,十分簡便,從而可在較長時間內節省氨吹脫設施的投資費用。

          對于興豐填埋場滲濾液,目前乃至今后多年內,有機污染物濃度將會很高,并且可生化性較好,因此,選用低能耗高負荷的UASB與SBR相結合的處理工藝是既經濟又靈活地去除有機物及氨氮的有效方式,且能節約成本,節省占地。

                (3)經過生化處理后滲瀝液剩余的COD 基本都是難降解的溶解性物質,而一般混凝處理對于該類廢水的去除率只有20%左右,并且污泥量較大,處理麻煩。而反滲透是可靠地去除COD的技術選擇。興豐采用的CMF+RO深度處理系統可確保出水水質穩定達標。

          該系統實際運行處理效果大致如下表2所示。

          3. 反滲透系統運行狀況

                該填埋場滲濾液處理廠配有兩套反滲透單元。其中一套采用陶氏化學FILMTEC BW30-400/34i端面自鎖連接耐久型高產水量高脫鹽率苦咸水淡化反滲透元件。8只6芯裝壓力容器按一級兩段式排列,兩段分別有4只壓力容器,段間設增壓泵。設計最大工作壓力為35 Bar,最大回收率為80%。對于廢水回用的系統,要嚴格控制平均通量,使元件的污染趨勢降到最低。目前進水平均流量18m3/h,產水平均流量13.6m3/h,單只膜元件平均通量7.62 lmh。第一段平均進水壓力為25bar,第二段由于進水的TDS和COD已被大大濃縮,因此需設增壓泵,目前平均進水壓力為30bar。

                陶氏FILMTEC BW30-400/34i是適用于原水狀況為高污染或高挑戰性條件下的耐久型、高脫鹽率、高產水量的反滲透膜元件,可在很低的產水成本下實現無故障運行。采用已得到廣泛驗證的性能卓越而產水能力極高的FILMTEC BW30系列反滲透膜片。以進水流道為34mil為其顯著特征,降低了污堵對壓力容器內壓降的負面影響,并明顯提高了膜元件的清洗效果。采用iLEC端面自鎖連接技術,在降低系統運行成本的同時,減少了由于O形密封圈泄漏所致的產水水質下降的風險。

          經過UASB、SBR、CMF預處理后的反滲透進水水質大致如表3所示。該數據為2006年8月Filmtec反滲透膜元件投運時取樣結果,但要注意滲濾液水質受到降雨等因素影響波動較大,尤其是TDS, COD等值。

                經過11個月的運行和監測,證實反滲透對于總溶解固體、COD、和BOD都具有較好的脫除效果。其平均脫除效果如圖2、3所示。結合表2 中各階段出水水質平均值,證實反滲透對于COD和BOD的脫除率能達到98%以上。

                相對于普通的苦咸水系統,滲濾液處理系統中的反滲透元件要承受較大的總溶解固體(TDS),極高的COD和一定程度的氨氮。高TDS和COD值使得反滲透濃縮液的滲透壓很高,反滲透系統需要在較高的壓力下運行。同時,高COD使得膜系統污染趨勢增加。因此,反滲透單元要進行經常的預防性清洗和適當的離線清洗。膜元件的清洗恢復效果顯著影響系統的性能。目前的清洗周期為2-3星期。清洗方式為堿洗(NaOH)+酸洗(HCl)+堿洗(NaOH),清洗溫度30oC。對于經過生化處理和微濾處理的滲濾液,膜元件的有機物污染和結垢趨勢依然較大,因此采取的清洗酸堿濃度都較高,堿洗pH值達12-12.5,酸洗pH值達1.5-2。Onxy公司運營人員對該套反滲透單元進行幾次大型離線清洗表明Filmtec反滲透膜具有很好的清洗恢復性能。

                圖4和圖5是對反滲透單元第一和第二段進水壓力、濃水壓力及壓差變化的記錄。從兩張圖中可以看出,最初安裝的一個月內,兩段的進水壓力分別顯著上升,之后穩定下來。這是新安裝膜元件在非常高進水COD值下,表面被有機物附著污堵所致。此后,由于冬季溫度下降,系統運行溫度降低,兩段運行壓力均逐漸上升,07年三月之后系統運行壓力又有所下降。從圖中還可以看出,兩段反滲透的進水/濃水壓差一直保持在一個穩定的水平,表明通過有規律的對反滲透單元進行清洗,系統的污堵程度始終被控制在較小的范圍內。

          結論:

                廣州市興豐生活垃圾填埋場結合自身水質特點,采用先進的生化、物化和膜技術組合工藝深度處理滲濾液進行廢水回用。采用的卷式反滲透膜元件能有效去除有機和無機污染物,出水水質符合國家回用水標準。該類端面自鎖連接卷式反滲透膜元件在嚴重污染的進水水質條件下性能穩定,具有很好的清洗恢復性能。興豐滲濾液處理場的工程實踐證明該厭氧、好氧、微濾、反滲透組合工藝具有很好的靈活性和穩定性,值得探討和借鑒,同時也為反滲透技術在垃圾滲濾液處理方面的應用提供了新的佐證。

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