CN105621807A - 城市生活垃圾渗沥液（a/o）2组合式膜生化反应-反渗透膜处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市生活垃圾渗沥液(A/O)²组合式膜生化反应-反渗透膜处理工艺。该技术采用的核心工艺包含“(A/O)²组合式膜生化反应系统”和“反渗透系统”两部分。(A/O)²组合式膜生化反应系统是一个采用了低循环多级脱氮工艺的膜生物反应器，该系统结合了分级硝化、反硝化、多源水质调整和超滤/微滤膜出水分离等环节。反渗透膜系统利用反渗透膜的致密膜特性，截留大部分离子与全部悬浮物质，将生化处理无法降解的有机物和其他小分子物质进一步分离。该工艺具有水质适应性强、处理负荷大、处理效率高、设施占地小、综合能耗低、出水水质稳定等特点，该工艺同样适用于有机物浓度高、氨氮及总氮浓度高、出水要求严的废水处理。

Description

城市生活垃圾渗沥液（A/O）2组合式膜生化反应-反渗透膜处理工艺

技术领域

本发明涉及污水处理领域，特别涉及一种城市生活垃圾渗沥液(A/O)²组合式膜生化反应-反渗透膜处理工艺。

背景技术

渗沥液(又称渗滤液)是在城市固体废物填埋的过程中，由于压实和微生物的作用，垃圾中所含的污染物将随水分溶出，并与降雨、径流的等一起形成。渗沥液是垃圾填埋过程中产生的二次污染，可使地面水体缺氧、水质恶化、富营养化，威胁饮用水和工农业用水水源，使地下水丧失利用价值，有机污染物进入食物链将直接威胁人类健康。

由于渗沥液不同于一般废水，其特征表现在：有机污染负荷高、水质极为复杂、氨氮浓度极高、碳氮比失衡，是垃圾处理中最重要的末端污染源，其处理难度大。

自上世纪90年代开始，针对渗沥液污染物控制专项标准提出后处理工艺不断研究更新，但受制于投资与技术条件，处理出水难降解有机物及总氮浓度一直难以得到有效控制，且处理过程中的二次污染也成为技术发展的一个难题。对于渗沥液的处理，物理化学方法处理成本较高，不适于大水量垃圾渗滤液的处理，因此目前垃圾渗滤液主要是采用生物法。

《生活垃圾填埋场污染物控制标准》(GB16889-2008)于2008年4月颁布施行，对于填埋场污染物排放限制有很高要求，国内外对于垃圾渗沥液达标处理技术没有统一认识，各种思路与应用都处于尝试与探索阶段，大多研究单位对于现有工程的改造多采用增加处理环节或增加深度处理设备的方式，而由于对工艺掌握及处理设备不够成熟完善，导致设施重复建设、过分依赖国外专利设备、系统运行不稳定、维护不便等问题，最终造成渗沥液处理厂单位建设成本过高，运行成本难以控制的情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种城市生活垃圾渗沥液(A/O)²组合式膜生化反应-反渗透膜处理工艺。

为了解决上述技术问题，本发明的基本思路是：

一种城市生活垃圾渗沥液(A/O)²组合式膜生化反应-反渗透膜处理工艺包含“(A/O)²组合式膜生化反应系统”和“反渗透系统”；(A/O)²组合式膜生化反应系统是一个采用了低循环多级脱氮工艺的膜生物反应器，该系统结合了分级硝化、反硝化、多源水质调整和超滤/微滤膜出水分离等环节，利用生化处理、分级脱氮的方式，配合了适应水质变化的全流程综合调质系统，采用超滤/微滤膜分离，保证了活性污泥不会随出水流失，同时能保证后续反渗透膜处理系统进水的水质稳定性。反渗透膜系统利用反渗透膜的致密膜特性，截留大部分离子与全部悬浮物质，将生化处理无法降解的有机物和其他小分子物质进一步分离，保证渗沥液处理稳定达到本项目排放标准，真正意义削减了填埋场对外部环境污染，达到相关环境保护要求。该工艺具有水质适应性强、处理负荷大、处理效率高、设施占地小、综合能耗低、出水水质稳定等特点，该工艺不仅针对渗沥液处理有稳定达标的处理效果，同样适用于有机物浓度高、氨氮及总氮浓度高、出水要求严的废水处理。

本发明的目的是提供一种以强化生物处理为基础，反渗透膜深度处理为出水把关的渗沥液处理工艺，有效应对渗沥液水质复杂多变的问题，高效、低能耗地实现渗沥液达标处理。

根据垃圾渗沥液的性质及标准要求，在《生活垃圾填埋场污染物控制标准》(GB16889-2008)实施后，针对新标准中高浓度有机污染物、含氮化合物的完整去除以及产品水的脱色成为了渗沥液处理的一大重点与难点。

(A/O)²组合式膜生化反应—反渗透深度处理是一种将污水生化处理和膜法处理结合的工艺，其主要工艺步骤为：

1、多源水质调整系统：包括入水调配系统与外界营养剂投加系统。通过在对调节池内不同时期的渗沥液按不同比例进行混合调质，使得进水水质能保持在一个较稳定的区间，提高了处理入水的可生化性；另一方面，根据水质变化，在工艺全流程设置了包括水温、酸碱度、C/N/P调配、生化性调整的综合调配系统，保证了后续生化系统的高效和稳定运行。并有效地降低了渗沥液处理投资和运行成本，减少了系统建设投资。

2、低循环分级脱氮的高负荷活性污泥处理：采用具有高污泥浓度、低硝酸盐循环的分级脱氮组合式膜生化反应系统。对组合式膜生化反应系统的各功能单元处理负荷的分配进行了优化调整，同时有机地整合了各循环回流系统，使生化系统能根据水质变化实施动态的控制管理，既满足不同条件下的脱氮要求，又能尽可能地节约药耗与电耗，并最大限度地降低了循环、曝气及冷却等系统的设备配置和能耗；与多源水质调整系统配合，结合合理的单元处理负荷分配，在保证系统在水质波动大、入水营养物失衡严重的情况下能发挥各阶段生化系统功能并降低营养剂消耗。出水膜分离单元利用超滤/微滤膜分离对生化池内污水进行泥水分离，绝大部分悬浮物被膜截留形成污泥，污泥回流生化系统循环利用或排至脱水系统脱水后处置；膜处理出水清液中悬浮物浓度可低于5mg/L、浊度低于1、SDI低于15(污水指标)，满足反渗透深度处理系统进水要求。

3、反渗透膜深度处理系统：采用反渗透膜作为生化处理出水的深度处理工艺，对于生化处理无法完全去除的难降解有机污染物与总氮，通过优化组合的反渗透膜系统可得到进一步净化，将污染物截留于浓缩液中，保证系统出水稳定达标，出水达到标准要求。

本发明采用以上技术方案的有益效果为：

1)根据污水反硝化脱氮效率与水质环境的关系，通过多源水质调整的方式，在反应器中创造出能实现高效反硝化作用的环境，通过高污泥浓度的生化系统设计，于入水总氮极高的情况下，在较小的反应池容实现高效脱氮。与传统的活性污泥系统对比，反应池容减少一半以上。

2)针对入水总氮极高的水质现状，在设计中采用分级硝化反硝化脱氮的设置，在较低的硝酸盐循环量下通过复合式的分级硝化反硝化系统的处理实现总氮的高效去除，在相同的脱氮率要求下，系统循环量仅为单级硝化反硝化系统的1/4；

3)采用了“生化+膜”处理为基础的设计思路，利用生化处理手段经济、彻底地转化降解主要污染物，同时采用膜法作为深度处理单元弥补生化处理的局限性，保障最终出水稳定达标。

附图说明

图1为基本工艺流程图；

图2为具体工艺流程图；

图中1-过滤器，2-过滤器，3-过滤器,4-搅拌器，5-曝气系统，51-鼓风机，52-曝气机，6-回流泵，20-垃圾填埋堆体，30-垃圾渗滤液调节库，11-水质均衡池，12-反硝化池，13-硝化池，14-后续硝化池，15-末端氧化池，16-超滤/微滤膜分离系统，17-反渗透系统。

具体实施方式

下面结合附图对发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本技术方案的基本工艺流程为：

1、通过水质均衡池将填埋场内来自垃圾堆体、调节库及其他不同来源的污水按比例混合，并通过搅拌器将投加的药剂、营养剂等进行搅拌混合，形成预处理污水。

2、对预处理污水采用由反硝化、硝化、后反硝化、末端氧化、膜分离组成的(A/O)²组合式膜生化反应系统进行两级脱氮除碳处理，形成膜生化处理出水。

3、通过反渗透系统对膜生化处理出水进行深度处理，使出水达标。

如图2所示，本技术方案的具体流程步骤如下：

1、垃圾渗沥液分别来自垃圾填埋堆体20、垃圾渗滤液调节库30及垃圾处理设施其他区域的高浓度污水通过管道输送，分别进入过滤器1、过滤器2、过滤器3进行初步过滤，过滤器出水进入水质均衡池11混合。根据日常监测数据，调整各种不同来源渗沥液的入水比例。

2、根据池内混合水质C/N/P与pH情况，通过中央控制系统实时对投入营养剂、酸、碱的剂量进行调整，保证水质均衡池出水C/N>3、C/P>20、PH＝6.5-8。水质均衡池11出水进入反硝化池12。

3、反硝化池12进水与回流污水在反硝化池12内充分混合，在搅拌器4的搅拌混合作用下，回流进入池内的硝态氮将利用渗沥液中有机污染物作为碳源进行反硝化反应，通过500％的回流比设定，一级A/O系统的反硝化率将达到80％；

硝化池13内通过由潜水曝气机52和鼓风机51组成的曝气系统5供氧，进入池内的高浓度渗沥液马上被稀释扩散并开始进行硝化反应。维持硝化池13内溶解氧浓度高于2.0mg/L，污水中氨氮将在硝化池13内几乎完全转化为硝态氮，并通过设置500％的硝酸盐回流泵6将泥水回流进入反硝化池12。

4、二级A/O系统由一个后续反硝化池14与一个末端氧化池15组成。渗沥液一般碳氮比严重失衡，进入后续反硝化池14的污水中可生化利用的碳源已基本消耗完全，因此，通过外加碳源的方式调整污水水质，让污水中未还原的硝态氮在池中继续反应，后反硝化段的反硝化率设定为70％。通过两段反硝化设置，组合式膜生化反应系统的总反硝化率可达到94％，出水总氮浓度将低于200mg/L,通过后续反渗透系统17处理将能使出水达标排放。

5、系统末端设置了末端氧化池15，通过控制池内溶解氧浓度高于1.5mg/L，可将系统中剩余的有机污染物及残留氨氮削减，使至符合后续反渗透系统17的处理进水要求,出水输送至反渗透系统17处理。

6、两级生化系统的污泥浓度(MLVSS)设计为>10000mg/L,运行过程中通过定期排泥与污泥性状适时调整。

7、生化池泥水混合液进入超滤/微滤膜分离系统16，通过膜的过滤作用实现泥水分离，污泥回流至生化池以维持池中污泥浓度，部分污泥作为剩余污泥排入污泥储存池。透过液排入超滤/微滤清水储罐，进入下一处理流程。超滤/微滤膜分离系统16的膜组件孔径0.03μm(超滤)-0.1μm(微滤)。

8、生化系统自控主要由多种传感器、输入输出模块和PLC组成，生化系统进水主要监测流量、电导率、pH值，生化池主要监测pH值、溶解氧、污泥浓度、温度、液位等指标，通过对这些指标的分析控制供气量、排泥量和超滤/微滤运行时间，创造微生物适宜的生存环境。

9、经过(A/O)²组合式膜生化反应系统处理的出水进入反渗透系统17进行深度处理。在垃圾渗沥液电导率小于15000mS/cm的情况下，反渗透系统17的清液产生率能达到75％左右，对于经过生化处理污水的剩余有机污染物去除率可以达到95％以上，对于硝态氮的拦截率可达90～93％，因此只要保证生化出水总氮浓度低于400mg/L，反渗透系统17能保证出水满足《生活垃圾填埋场污染物控制标准》(GB16889-2008)要求。

所述(A/O)²组合式膜生化反应系由反硝化、硝化、后反硝化、末端氧化化组成一个完整的两级脱氮系统。其中反硝化池、硝化池分为两组，总池容为14000m³，污水停留时间9d(天)。

一级硝化池总池容8000m³，污水停留时间约为5.4d。进入硝化池13的污水将由潜水曝气系统5供氧进行硝化反应，维持硝化池13内溶解氧浓度为2.0mg/L，污水中氨氮将在硝化池13内完全转化为硝态氮，并通过设置泥水回流反硝化池12。

一级反硝化池12总池容为4000m³，污水停留时间约为2.6d。通过进入反硝化池12的渗滤液与回流污水在池内充分混合，通过回流进入池内的硝态氮将使用渗滤液中有机污染物作为碳源进行反硝化反应，系统的一级硝化/反硝化系统的反硝化率将达到85％以上。

经过一级脱氮处理的污水将进入二级脱氮处理，二级脱氮系统由一个后续反硝化池14与一个末端氧化池15组成，后反硝化池14的池容为1000m³。在前期处理垃圾渗滤液阶段，由于进水有机物浓度较低，氨氮浓度高，经一级硝化/反硝化处理后的污水碳氮比严重失衡，一级脱氮未能将总氮去除理想，进入后续反硝化池14的污水中可生化碳源已基本消耗完全，因此，设计中将后续反硝化池14通过投加碳源的方式调整污水水质，让污水中未还原的硝态氮在池中继续反应，后续反硝化段的反硝化率设定为70％。通过两段反硝化设置，(A/O)²组合式膜生化反应系的总反硝化率将大于94％，出水总氮浓度将低于200mg/L,通过后续反渗透系统处理将能使出水达标排放。

系统末端设置一个池容为500m³的末端氧化池15，通过控制池内溶解氧浓度高于1.5mg/L，可将系统中剩余的有机污染物及氨氮削减，使至符合后续反渗透系统的处理进水要求。

超滤系统为全自动控制集成设备，含完整的外置式超滤膜系统及其配套清洗装置及CIP在线化学清洗装置，设备根据设定工况可全自动控制运行。

碳源投加系统可根据反硝化池12处理情况设定投加量，可在反硝化池12和后续反硝化池14两点进行连续投加碳源，从而调整后续反硝化池14中生物活性，以满足处理要求。

(A/O)²组合式膜生化反应系出水进入RO反渗透处理系统，RO一级反渗透的回收率约为70％，其中透过液即可达标排放。

反渗透系统17为全自动控制集成设备，含完整的卷式反渗透膜系统及其配套清洗装置及CIP在线化学清洗装置，设备根据设定工况可全自动控制运行。

一种渗沥液处理设备，包括依次排列设置的过滤器、水质均衡池11、反硝化池12、硝化池13、后续反硝化池14、末端氧化池15、超滤/微滤膜分离系统16、反渗透系统17，渗沥液污水源连接水质均衡池11，渗沥液污水源和水质均衡池11之间设有过滤器；水质均衡池11排水口连接反硝化池12入水口，反硝化池12内设有搅拌器4，反硝化池12排水口连接硝化池13入水口；硝化池13设有由潜水曝气机52和鼓风机51组成的曝气系统5，硝化池13通过回流泵6连接反硝化池12，硝化池13排水口连接后续反硝化池14，后续反硝化池14排水口连接末端氧化池15入水口，末端氧化池15排水口连接超滤/微滤膜分离系统16，末端氧化池15与超滤/微滤膜分离系统16之间设有回流通道；超滤/微滤膜分离系统16排水口连接反渗透系统17。通过反渗透系统17处理后，能使出水达标排放。

以上结合附图对发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.城市生活垃圾渗沥液(A/O)²组合式膜生化反应-反渗透膜处理工艺，其特征在于：其采用的核心工艺包含“多源水质调整系统”、“(A/O)²组合式膜生化反应系统”和“反渗透系统”，是一种复合工艺，包括以下处理流程：

多源水质调整系统：根据污水在处理各环节的污染物浓度自动控制原水、外界营养物和过程水等不同来源的污水进行混合调质，并通过对水温、PH、C/N、生化性进行调整，提供各环节反应器高效、稳定运行的水质条件；

(A/O)²组合式膜生化反应系统：采用了低循环多级脱氮工艺的膜生物反应器，反应器包括分级硝化/反硝化和出水膜分离几个主要单元；分级硝化/反硝化为一个低循环分级脱氮的高负荷活性污泥系统，通过将脱氮负荷分配于串联的各级硝化/反硝化系统，污水中大部分有机物及几乎全部氨氮在硝化/反硝化系统去除，去除率分别大于90％及98％以上，氨氮出水浓度降到20mg/L以下；出水膜分离单元利用超滤/微滤膜分离对生化池内污水进行泥水分离，保证出水浊度低于1，SDI低于15；

反渗透系统：采用反渗透膜作为生化处理出水的深度处理工艺，对于生化处理无法完全去除的难降解有机污染物与总氮，通过优化组合的反渗透膜系统可得到进一步净化，将污染物截留于浓缩液中，保证系统出水稳定达到《生活垃圾填埋场污染物控制标准》(GB16889-2008)相关要求。

将多源水质调整系统、(A/O)²组合式膜生化反应系统与反渗透膜处理系统依序结合为一个完整的工艺模式，解决了垃圾渗沥液普遍存在的可生化性差、碳氮比失衡等问题，并降低了生化脱氮的循环能量消耗、碳源投加量，从根本上解决了渗沥液中含氮化合物难以降解达标的问题。

2.根据权利要求1所述的城市生活垃圾渗沥液(A/O)²组合式膜生化反应-反渗透膜处理工艺，其特征在于：所述多源水质调整系统可依据填埋场不同时期与来源的渗沥液水质，根据生化系统脱氮的需求，有选择性地对渗沥液进行水质互补调配，满足生化系统高效脱氮的营养环境需求。

3.根据权利要求1或2所述的城市生活垃圾渗沥液(A/O)²组合式膜生化反应-反渗透膜处理工艺，其特征在于：通过将生化系统脱氮负荷进行分级排布，合理分配各级硝化/反硝化系统的脱氮负荷，减少子系统内的硝酸盐循环量，降低系统能耗，其特征表现为：污水硝酸盐循环与污水处理量之比小于10:1,生化反应系统有效污泥浓度(MLVSS)大于10000mg/L。

4.根据权利要求1或2所述的城市生活垃圾渗沥液(A/O)²组合式膜生化反应-反渗透膜处理工艺，其特征在于：生化反应出水膜分离单元利用超滤/微滤膜分离对生化池内污水进行泥水分离，绝大部分悬浮物被膜截留形成污泥，污泥回流至生化系统循环利用或排至脱水系统脱水后处置；膜处理出水清液中悬浮物浓度可低于5mg/L、浊度低于1、SDI低于15，满足反渗透系统进水要求。

5.根据权利要求1或2所述的城市生活垃圾渗沥液(A/O)²组合式膜生化反应-反渗透膜处理工艺，其特征在于：采用反渗透膜作为生化处理出水的深度处理工艺，对于生化处理无法完全去除的难降解有机污染物与总氮，通过优化组合的反渗透膜系统可得到进一步净化，将污染物截留于浓缩液中，保证系统出水稳定达标。

6.一种渗沥液处理设备，包括依次连接设置的过滤器、水质均衡池、反硝化池、硝化池、后续反硝化池、末端氧化池、超滤/微滤膜分离系统、反渗透系统，其特征在于：渗沥液污水源连接水质均衡池，渗沥液污水源和水质均衡池之间设有过滤器；水质均衡池排水口连接反硝化池入水口，反硝化池内设有搅拌器，反硝化池排水口连接硝化池入水口；硝化池设有由潜水曝气机和鼓风机组成的曝气系统，硝化池通过回流泵连接反硝化池，硝化池排水口连接后续反硝化池，后续反硝化池排水口连接末端氧化池入水口，末端氧化池排水口连接超滤/微滤膜分离系统，末端氧化池与超滤/微滤膜分离系统之间设有回流通道；超滤/微滤膜分离系统排水口连接反渗透系统；通过反渗透系统处理后，能使出水达标排放。