陶瓷膜应用于MBR工艺处理垃圾渗滤液

2015年10月27日

一、             我国垃圾渗滤液处理技术介绍

  近10年来,我国工业化和城市化进程加快。城市垃圾总量以每年10%以上的速度增长,有一些城市增长率更是高达15%一20%。按这样的增长速度测算,到2010年底我国城市生活垃圾将达到2.6亿吨,2030年将超过4亿吨。目前我国城市生活垃圾的新鲜渗滤液年产量约2900万吨,可控点源排放的渗滤液约1515万吨,再加上填埋场、堆场历年垃圾产生的渗滤液,年产量估计为新鲜渗滤液的数倍,而1吨渗滤液约相当于100吨城市污水所含污染物的浓度。但目前为止,适合我国国情、符合“高效、低耗”处理标准的渗滤液处理工艺仍处于研发阶段。国家又制定了垃圾渗滤液新标准GB16889-2008,垃圾渗滤液现场处理并达标排放,则要求较复杂的处理工艺、较高的管理水平和较高成本。

表1  1997标准与2008标准的对比

污染物

1997年标准

2008年标准

(一级)

(二级)

(三级)

排放限值

特别限值

SS(mg/L)

70

200

400

30

30

BOD5 (mg/L)

30

150

600

30

20

CODcr(mg/L)

100

300

1000

100

60

氨氮(mg/L)

15

25

 

25

8

色度(倍)

---

 

---

40

30

总氮(mg/L)

---

 

---

40

20

总磷(mg/L)

---

 

---

3

1.5

  我国卫生填埋起步较晚,真正意义上的卫生填埋场从20世纪80年代末才开始建设。渗滤液处理厂的建设就更晚,从时间上看,渗滤液的处理经历了三个阶段,如图1所示。

  第一阶段:            好氧处理工艺(接触氧化、SBR、氧化沟等)

(处理出水达甚至达不到97年老的排放标准)

 

  第二阶段:                  厌氧(UASB等)+好氧处理工艺

(对氨氮处理效果不好,只能达到老标准中二、三级排放要求)

  第三阶段:             MBR+深度处理工艺&两级DTRO反渗透

(可以稳定达到新标准排放的要求)

图1 我国垃圾渗滤液处理工艺的发展

  目前,深度处理分为两类,膜法深度处理和高级氧化深度处理。从运行费用上看,目前主要采用膜法深度处理,其中应用到管式超滤膜,浸没式平板膜,纳滤膜,反渗透膜等。其中各种工艺的比较如表2所示。

表2 垃圾渗滤液处理工艺的比较

典型工艺

优势

劣势

回灌处理

1、工艺简单 2、投资小

1、非彻底去除,已经基本不再采用

物化+生化

1、设计成熟  2、投资适中  3、大部分填埋场采取的工艺

1、出水难以保障,无法达到2008新标准

2、构筑物多,占地大

两级反渗透RO

1、出水效果好 2、占地小

1、初投资和运行费用大

2、COD,盐分不断累积,无法彻底根除

3、需要30%浓缩液回灌处理

生化MBR+NF&RO

1、工艺成熟 2、出水效果好 3、彻底去除COD,氨氮

1.          对膜材料的选择及其维护上要求高

  较之其他所列工艺,目前,以生化MBR+NF&RO工艺最为成熟,在老填埋场的污水处理改造和新填埋场建设中使用范围更广。但选择MBR工艺时需要考虑选择能够耐高污泥浓度,抗膜污染,耐化学清洗的超滤膜膜产品。这不但可以保证MBR运行的稳定性,还可以给后序纳滤或者反渗透提供可靠稳定的出水水质。对保护纳滤膜或者反渗透膜的运行起到关键作用。

  二、陶瓷膜简介

  陶瓷膜以金属氧化物为支撑,起分离功能得是金属氧化物涂层、烧结而成的活性层,在支撑体和分离活性层之间可内插不同粒径的粒子作为中间过渡层。这种多种结构的陶瓷超滤膜孔径分布窄、空隙率高、分离层薄、过滤阻力小、单位膜表面积处理量高。与一般有机管式膜和中空纤维膜相比,陶瓷膜具有明显的优越性:使用寿命长、可以克服中空纤维膜膜孔严重堵塞、渗透通量底和有机管式膜清洗难等问题。

  陶瓷膜是以陶瓷材料如氧化铝、氧化锆、氧化钛等制成的不对称分离膜,呈单管状和多通道状,管壁密布微孔,在操作压差的作用下,料液在膜管内错流流动,小于膜孔径的部分通过膜孔进入渗透侧成为滤液,而大于孔径的物质被膜截留而成为浓缩液,从而达到物质的分离、浓缩和提纯的目的。

  无机陶瓷膜的性能特点

   化学稳定性好、耐酸、耐碱、耐有机溶剂;

  错流过滤,不会形成滤饼,持续操作时间长;

  机械强度大, 可承受几十个大气压的外压;

  不对称膜孔径分布,可反向冲洗, 再生能力强;

  抗微生物能力强,不与微生物发生作用;

  耐高温,一般可以在400℃以下操作,最高可以达800℃;

  孔径分布窄,分离效率高;

  分离过程简单,配套装置少,能耗低,操作运转简便;

  使用寿命长,垃圾渗滤液中应用超过3年。

  以陶瓷膜为核心的MBR工艺流程如下所示:

  原液→生化处理→陶瓷膜超滤→(纳滤或反渗透处理)→出水

  出水可达GB16889-2008排放限值标准,可作为回用水,以陶瓷膜为核心的MBR工艺流程具有以下优点。

  膜过滤系统抗有机污染及再生能力强,清洗周期长,使用寿命久;

  膜过滤系统对进液要求低,进液无需特别预处理,工艺及操作简单;

  出水质量好、水质稳定,膜过滤系统整体维护成本低、使用寿命高;

  浓缩效率高,极大降低浓缩液的后续处理成本;

  超滤系统机械强度高、化学稳定性好,可用强酸、强碱、强氧化剂等清洗剂来清洗再生,或在高温高压下使用和清洗。

  表3比较了各种不同MBR工艺,目前市场上应用比较多的是有机膜管式膜的MBR工艺(使用特里高的有机管式膜),其运行稳定,可靠。但其关键产品是有机材料(PES、PVDF材质),不耐化学清洗,当膜污染严重时,无法通过化学清洗恢复,使用寿命只有1年。中空纤维帘式膜和柱式膜由于容易发生污堵,断丝,清洗难等缺点已经很少再应用该项技术,其应用领域适合自来水生产,生活污水处理,而不适合高COD,高氨氮,高盐份的垃圾渗滤液处理。已有的该MBR工艺的工程在运行半年以后,频繁出现换膜等系列问题。

表3  MBR工艺的比较

MBR工艺

优点

缺点

有机管式膜

运行稳定,可靠,目前使用最为广泛

膜不可以反冲洗,膜使用寿命1年,化学恢复清洗差

陶瓷膜

皮实,耐酸、耐碱、可反冲洗,可化学恢复清洗,使用寿命长, 3年以上

初投资成本较高

中空纤维帘式膜

初投资低、运行能耗低

易断,易堵,寿命短(3-6个月), 膜不耐酸碱清洗

中空纤维柱式膜

便宜,能耗低,便于操作

易堵,难清洗,寿命短,

有机平板膜

便宜、能耗低

易裂,运行麻烦,

投资受限,不需要长期运行(6个月),

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