李貝張璐顧錚

（1.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司 北京100038； 2.中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司 武漢430081）

外置浸沒(méi)式超濾膜處理垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液

李貝1張璐2顧錚2

（1.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司 北京100038； 2.中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司 武漢430081）

結(jié)合外置浸沒(méi)式超濾膜處理垃圾滲濾液的中試試驗(yàn)，對(duì)垃圾焚燒廠滲濾液SBR出水進(jìn)行處理，主要研究結(jié)果如下：外置浸沒(méi)式超濾膜（膜孔徑0.1μm）對(duì)CODCr去除率為36.86% ，出水SDI為1.87～3.69，可以作為納濾預(yù)處理工藝使用 ，選取10 L／（m2·h）的運(yùn)行通量較為合理。

垃圾滲濾液 外置浸沒(méi)式超濾膜 膜通量

0 引言

近年來(lái)，膜技術(shù)在垃圾滲濾液處理工藝中發(fā)展較快，是最具發(fā)展前景的處理技術(shù)之一。與常規(guī)活性污泥法相比較，外置浸沒(méi)式超濾膜能與活性污泥法組成膜生物反應(yīng)器 ，具有高效截流作用，使微生物完全截流在反應(yīng)器內(nèi) ，反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度高、耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)且傳質(zhì)效率高、設(shè)備布置具有靈活性等優(yōu)點(diǎn)，這也是超濾膜技術(shù)在垃圾滲濾液處理中得以迅速發(fā)展的原因所在［1］。本文結(jié)合外置浸沒(méi)式超濾膜處理垃圾滲濾液的中試試驗(yàn)，研究外置浸沒(méi)式超濾膜作為厭氧處理系統(tǒng)的后處理工藝，處理垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液的技術(shù)可行性。

1 處理工藝及裝置

1.1 焚燒廠垃圾滲濾液特性

焚燒法處理垃圾時(shí)必須將新鮮垃圾在垃圾儲(chǔ)坑中儲(chǔ)存3～5 d進(jìn)行發(fā)酵熟化，以達(dá)到瀝出水分、提高熱值的目的 ，保證焚燒爐的正常運(yùn)行。焚燒廠垃圾滲濾液具有如下特性：①COD和BOD均較高，可生化性較好；②氨氮含量高，滲濾液中的氮主要以NH＋4－N的形式存在，約占TN的70%～80% ；③營(yíng)養(yǎng)比例失調(diào) ，與城市污水相比，滲濾液中的C／N比失調(diào)，生物脫氨難以進(jìn)行 ，出水難以達(dá)標(biāo)排放；④水質(zhì)水量變化大，主要受垃圾的性質(zhì)、氣候變化和地域條件等因素的影響。

1.2 滲濾液處理工藝流程

滲濾液處理工藝流程見(jiàn)圖1。垃圾滲濾液經(jīng)過(guò)預(yù)處理及厭氧系統(tǒng)處理后進(jìn)入SBR系統(tǒng)進(jìn)行好氧反應(yīng)，去除大部分有機(jī)污染物及固體懸浮物。SBR系統(tǒng)出水進(jìn)入出水池并由潛水泵打入外置浸沒(méi)式超濾膜系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)一步處理，系統(tǒng)濃液回流到SBR出水池循環(huán)處理。鹽酸經(jīng)加藥泵打入外置浸沒(méi)式超濾膜箱，防止膜絲結(jié)垢。其中“預(yù)處理＋厭氧＋SBR”處理工藝為原有工藝，外置浸沒(méi)式超濾膜為本次試驗(yàn)新增的處理工藝，水質(zhì)對(duì)象為SBR系統(tǒng)出水。

圖1 滲濾液處理工藝流程

1.3 進(jìn)出水設(shè)計(jì)水質(zhì)

該中試試驗(yàn)處理規(guī)模為20～30 m3／d，以工程SBR好氧出水作為試驗(yàn)進(jìn)水 ，進(jìn)出水設(shè)計(jì)水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)參數(shù)指標(biāo) mg／L（pH除外）

1.4 試驗(yàn)裝置及其原理

外置浸沒(méi)式超濾膜中試裝置主體采用FLEXELL－200膜元件，膜面積為200 m2。整個(gè)膜塊的外形尺寸為1 200mm×720mm×2 050 mm，該單元由中空纖維膜絲、曝氣管、產(chǎn)水集合管組成，多根膜絲澆注成為一個(gè)膜束，若干個(gè)膜束形成一排，通過(guò)柔性管路與組件模塊相連；6排膜束共同構(gòu)成一個(gè)外置浸沒(méi)式超濾膜膜塊。

膜池為圓形桶，直徑2 160mm，通過(guò)管道與其他輔助系統(tǒng)相連接；膜池中放置1個(gè)超濾膜膜塊。超濾膜膜塊浸沒(méi)在膜池中，通過(guò)管道連接與系統(tǒng)形成一整套完整的外置浸沒(méi)式超濾膜中試裝置。

待過(guò)濾水即SBR出水通過(guò)進(jìn)水泵進(jìn)入膜池，膜池由鼓風(fēng)機(jī)提供曝氣。產(chǎn)水系統(tǒng)的自吸泵負(fù)壓抽吸將原水從中空纖維膜外側(cè)抽吸過(guò)膜壁，收集于集水管，進(jìn)入產(chǎn)水箱。膜池內(nèi)濃液回流入SBR出水池。在過(guò)濾過(guò)程中，鼓風(fēng)機(jī)對(duì)膜系統(tǒng)進(jìn)行曝氣，在膜表面形成切向力使膜絲表面污染物質(zhì)脫離。定期通過(guò)清洗泵將藥液打入膜絲內(nèi)部并浸泡進(jìn)行維護(hù)性清洗 ，用以減緩超濾膜的污染，見(jiàn)圖2。

圖2 外置浸沒(méi)式超濾膜工作原理

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)CODCr的去除效果

進(jìn)出水CODCr值變化趨勢(shì)見(jiàn)圖3。

圖3顯示，外置浸沒(méi)式超濾膜系統(tǒng)進(jìn)水CODCr質(zhì)量濃度為344～896mg／L，平均值為626mg／L。出水CODCr質(zhì)量濃度為286～672 mg／L，平均值為421 mg／L；對(duì)CODCr的去除率范圍為12.50%～55.95% ，平均值為36.86%。在運(yùn)行過(guò)程中僅有一次出水CODCr質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)500mg／L，可見(jiàn)作為生化處理的后續(xù)處理工藝，通過(guò)超濾膜處理后基本能較為穩(wěn)定地將生化段工藝出水CODCr質(zhì)量濃度控制在500mg／L以?xún)?nèi)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，當(dāng)前段工藝出水CODCr質(zhì)量濃度小于500 mg／L時(shí)，納濾系統(tǒng)出水CODCr質(zhì)量濃度基本處在100mg／L以?xún)?nèi)，即厭氧出水通過(guò)“外置浸沒(méi)式超濾膜＋NF”的組合工藝處理后，CODCr出水指標(biāo)能夠達(dá)到一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 進(jìn)出水CODCr值變化趨勢(shì)

2.2對(duì)NH3－N的去除效果

進(jìn)出水NH3－N值變化趨勢(shì)見(jiàn)圖4。

圖4 進(jìn)出水NH3－N值變化趨勢(shì)

圖4顯示，外置浸沒(méi)式超濾膜進(jìn)水NH3－N質(zhì)量濃度為6.1～19.8 mg／L，平均值為15.45 mg／L。出水NH3－N質(zhì)量濃度為3.7～14.2 mg／L，平均值為12.5 mg／L，不經(jīng)過(guò)納濾系統(tǒng)處理即能達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)出水NH3－N質(zhì)量濃度小于15 mg／L的要求。對(duì)NH3－N平均去除率約為19.1% ，也顯示出對(duì)于0.1 μm膜孔徑的超濾膜并不足以對(duì)分子直徑較小的NH3－N起到較好的攔截效果。

2.3 對(duì)SS去除效果

外置浸沒(méi)式超濾膜對(duì)SS去除效果見(jiàn)圖5。

圖5 外置浸沒(méi)式超濾膜對(duì)SS去除效果

圖5顯示，外置浸沒(méi)式超濾膜進(jìn)水SS質(zhì)量濃度為156～2 104 mg／L，平均值為644 mg／L，出水SS質(zhì)量濃度為10～22 mg／L，平均值為16mg／L；SS的去除率為92.25%～99.31% ，平均值為96.44%。顯示出超濾膜對(duì)固體懸浮物的高效攔截作用，對(duì)于0.1 μm膜孔徑的超濾膜，基本能將出水SS質(zhì)量濃度穩(wěn)定控制在20mg／L以下，從而保證出水SS達(dá)標(biāo)。具有傳統(tǒng)二沉池工藝無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

2.4 出水SDI

出水SDI變化趨勢(shì)見(jiàn)圖6。

圖6 出水SDI變化趨勢(shì)

圖6顯示，外置浸沒(méi)式超濾膜系統(tǒng)出水SDI處在1.87～3.45之間，平均值為2.5。SDI能較全面反應(yīng)膜出水效果，圖6顯示出無(wú)論是最高值還是平均值都符合一般反滲透系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水SDI小于5的要求，且較為穩(wěn)定，可以作為納濾或反滲透的前處理工藝使用。同時(shí)也起到了降低反滲透系統(tǒng)負(fù)荷的作用，延長(zhǎng)了反滲透系統(tǒng)的使用壽命。

2.5 膜通量的選取

運(yùn)行通量對(duì)化學(xué)清洗周期影響見(jiàn)表2。

表2運(yùn)行通量對(duì)化學(xué)清洗周期影響

由表2可知，浸沒(méi)式超濾膜系統(tǒng)運(yùn)行化學(xué)清洗周期與運(yùn)行通量大小成反比，隨著運(yùn)行通量的降低，膜污染速度放緩，化學(xué)清洗周期逐步增加。但通過(guò)降低膜通量獲得的周期延長(zhǎng)效果并不顯著 ，同時(shí)過(guò)低的運(yùn)行通量在經(jīng)濟(jì)考慮上并不合理。綜上所述，在試驗(yàn)過(guò)程中較為適合的膜通量為10 L／（m2·h）。

2.6 運(yùn)行費(fèi)用

膜系統(tǒng)運(yùn)行能耗為4 kW／h，大大低于外置管式超濾膜系統(tǒng)運(yùn)行能耗［2］。綜合考慮人工費(fèi)、電費(fèi)、水費(fèi)、藥劑費(fèi)用，該套試驗(yàn)裝置噸水運(yùn)行成本約為3.1元／m3污水。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）外置浸沒(méi)式超濾膜能夠有效地降低焚燒廠生活垃圾滲濾液的有機(jī)負(fù)荷。對(duì)CODCr的平均去除率為36.86%；對(duì)NH3－N的平均去除率為19.1%；對(duì)SS的平均去除率為96.44%，較為穩(wěn)定。

（2）試驗(yàn)中超濾膜出水SS質(zhì)量濃度＜20mg／L，SDI＜5，符合一般反滲透系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水SDI的要求，可以作為納濾／反滲透的前處理工藝使用。

（3）在處理垃圾滲濾液這類(lèi)高濃度有機(jī)廢水時(shí) ，較高的膜通量會(huì)加速膜的污染 ，造成浸沒(méi)式超濾膜無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行。試驗(yàn)設(shè)計(jì)膜通量為15～20 L／（m2·h），而在實(shí)際運(yùn)行中證明選取10 L／（m2·h）的運(yùn)行通量較為合理。

（4）在下一步工程應(yīng)用中應(yīng)針對(duì)膜材質(zhì)、孔徑、膜反洗工藝作出改進(jìn)，簡(jiǎn)化運(yùn)行流程，延長(zhǎng)化學(xué)清洗周期，以便得到最佳的處理效果。

［1］曾一鳴.膜生物反應(yīng)器技術(shù)［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

［2］申歡，李明波.膜生物法處理城市垃圾滲濾液［J］.中國(guó)給水排水，2004，20（3）：56－59.

Research of Treatment for Incineration Power Plant Leachate by External UFMembrane

LIBei1ZHANG Lu2GU Zheng2
（1.ChinaWell Philippines Engineering Technology Co.，Ltd.Beijing100038）

In thispaper，theexternal immersion UF isapplied to treat leachateand themain research resultsshow，theexternal UFmembranewith 0.1micron aperture has 36.86%ofCODCrremovalefficiency and theoutlet SDI rangesbetween 1.87 and 3.69，which can be used for the pretreatment process of nanofiltration systems and it ismore reasonable to choosemembrane flux of 10 L／（m2·h）.

leachate TBIMB membrane flux

李貝，男，1984年生 ，碩士 ，主要從事垃圾焚燒廠煙氣脫酸、超濾膜系統(tǒng)在滲濾液中的應(yīng)用等工作。

2015－10－28）