UASB-MBR-RO工艺在垃圾渗滤液处理上的适用性分析

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　　摘要：根据广州李坑垃圾处理板块产生渗滤液情况的预测，分析采用UASB-MBR-RO工艺在处理垃圾渗滤液的适用性。经调查实际运行后的情况，验证了UASB-MBR-R0工艺处理后垃圾渗滤液可满足《城市杂用水水质标准（GB/T18920-2002）》标准，实现“零排放”。
　　关键词：垃圾渗滤液、UASB、MBR、RO
　　
　　 根据广州市垃圾处理的布局规划，李坑板块作为生活垃圾处理的重要基地。李坑板块中计划包含已封场的李坑垃圾填埋场，已建成的李坑焚烧发电厂、计划建设的李坑焚烧发电二厂和生活垃圾综合处理厂。为配套上述垃圾处理项目,需要对原有的污水处理站进行扩容和全面升级改造，下面分析了UASB-MBR-RO工艺组合对于本项目的适用性。
　　一、进水水质分析
　　 本项目的进水来自已封场的李坑垃圾填埋场，已建成的李坑焚烧发电厂、新计划建设的李坑焚烧发电二厂和生活垃圾综合处理厂。水质情况可分为3类：
　　 第一类是已封场的李坑垃圾填埋场的垃圾渗滤液。由于填埋垃圾经过长时间的厌氧分解，使得封场后的填埋渗滤液具有"老"渗滤液的特征，其主要表现为：1)有机污染物的浓度逐渐降低，可生化性越来越差，BOD/COD值降至0.1以下;2)氨氮浓度较高，封场后较长时间内基本保持在1500～2500mg/L左右；3)随着渗滤液pH值的升高，渗滤液中重金属含量逐渐降低；
　　 第二类是垃圾焚烧发电厂的高浓度污水。垃圾焚烧发电厂产生的高浓度污水主要来源是垃圾贮存坑渗出水和卸料平台冲洗水等，特点是：1）污水CODcr、BOD5浓度很高，可以达到60000mg/L，但BOD5/CODcr的比值高于0.3，可生化性较好，并随季节变化；2）营养元素比例失调：渗滤液中磷含量很小，特别是溶解性磷酸盐浓度更低；3）金属离子浓度较高，含有较多重金属例如有镉（Cd）、镍（Ni）、锌（Zn）、铜（Cu）、铬（Cr）、和铅（Pb）等。
　　 第三类是计划建成的李坑综合垃圾处理厂的高浓度污水。预测其排出的高浓度的污水主要包括垃圾贮存坑渗出水、有机物厌氧发酵残留物脱水后的污水和卸料平台冲洗水入、综合处理厂的填埋场沼气冷凝液等。其特点是可生化性不高，氨氮浓度较高。
　　 以上三类的渗滤液进入李坑污水处理站混合后，其水质特点如下：1）有机物浓度极高，达标处理难度大，2）随垃圾成分的变化而不同时期的水质变化大，难以确认各时期的准确水质，3）碳氮比约为12：1，比例适中，需要补充磷。
　　 根据污水来源的情况，设定了李坑渗滤液处理厂的进水水质指标，详见表1.
　　 表1 进水水质表 mg/L(pH除外)
　　
　　
　　二、垃圾渗滤液的可生化性分析
　　 生物处理方式是以污水中所含污染物作为营养源，利用微生物的代谢作用使污染物被降解，污水得以净化。本项目进水水质来源复杂，因此需要进行可生化性分析，以确定采取生物处理的具体方式。
　　 1、用BOD5/CODcr值评判污水的可生化性是广泛采用的一种最为简易的方法，一般情况下，BOD5/CODcr值越大，说明污水可生化处理性越好，综合国内外的研究成果，可参照下表2中所列的数据来评价污水的可生物降解性能。
　　
　　表2 污水可生化性评价表
　　
　　
　　 据测算本项目进水的BOD5/CODcr约在0.45-0.55之间，可生化性好，可采用生化处理方法。
　　 2、BOD5/TN指标是鉴别能否采用生物脱氮的主要指标，由于反硝化细菌是在分解有机物的过程中进行反硝化脱氮的，所以，污水中必须有足够的有机物（碳源），才能保证反硝化的梳理进行，一般认为，BOD5/TN＞3～5，即可认为污水有足够的碳源供反硝化菌利用，本工程可以采用生物脱氮工艺。
　　 据测算本项目进水的BOD5/NH3- N的比值约为10， TN/NH3-N的比值一般为1.25-2，因此BOD5/TN的比值为5-8，推断进水有足够且过剩的碳源，而且有必要在进入生物除氮前，采取生化处理降低污水中有机物的浓度（BOD5）。
　　 3、BOD5/TP指标也反映可生化性。垃圾渗滤液中磷含量很小，特别是溶解性磷酸盐浓度更低，据测算BOD5/TP的比值大于300，与微生物生长所需的磷元素相差较大，需补给。
　　从以上指标分析总结得知，本项目进水具有好的可生化性，经过生化处理降低有机物的浓度后，可采用生物脱氮工艺，但需补给一定量的磷。
　　三、生物处理工艺分析
　　 生物处理主要是指依靠处理系统中的微生物的新陈代谢作用以及微生物絮体对污染物的吸附作用来去除渗滤液中的有机污染物的废水处理方法，可分为厌氧和好氧处理两种。
　　 厌氧处理工艺主要有升流式厌氧污泥床(UASB)、内循环厌氧反应器（IC）、厌氧流化床反应器、厌氧固定床反应器(厌氧滤池AF)以及上述反应器的组合型如厌氧复合反应器(UBF)等。厌氧工艺具有设计负荷高的优点，且处理过程基本不耗能，因此在高浓度有机废水处理中，常被作为首选工艺。
　　 渗滤液处理常用的好氧处理工艺包括MBR、氧化沟、A/O工艺、SBR，这些方法的两大功能是去除有机物和生物脱氮。对降低垃圾渗滤液中的BOD5、COD和氨氮都取得一定的效果，还可以去除另一些污染物如铁、锰等金属离子。
　　 渗滤液的生化处理工艺一般采用厌氧-好氧组合工艺。其特点是：
　　 1、厌氧具有处理负荷高、耐冲击负荷的优点，将其置于好氧生化之前，能有效地降低COD，减轻好氧的处理负荷，节约投资和运行成本。
　　 2、厌氧微生物经驯化后对毒性、抑制性物质的耐受能力比好氧强得多，并能将大分子难降解有机物水解为小分子有机物，有利于提高好氧生化的处理效率。
　　 3、渗滤液中含有大量表面活性物质，直接采用好氧处理在曝气池往往产生大量泡沫，并加剧污泥膨胀问题。经厌氧处理后表面活性物质得到了分解，可显著减少好氧池的泡沫。
　　 4、在厌氧处理过程中，厌氧微生物将有机物更多地转化为热量和能源，而合成较少的细胞物质，因此厌氧的污泥产率较低，减少了污泥处理的投资和运行管理工作量。
　　 由于厌氧-好氧组合工艺具有以上优点，在处理高浓度有机废水包括垃圾渗滤液方面已获得大量成功经验和设计数据，工艺比较成熟、运行费用较为低廉。。
　　 通过生化工艺组合可以去除绝大多数的有机物和氨氮，但是由于渗滤液污染物浓度较高，并且渗滤液中有较多的生物无法降解物质，采用生物处理方法无法直接达到城市下水道和城市杂用水的标准。
　　四、深度处理工艺RO的适用性
　　 根据排放标准的要求，深度处理渗滤液需要截留氨氮等污染物，需要采用反渗透技术（RO）。
　　 反渗透技术（RO）是以压力为驱动力的膜分离技术，其基本原理以压力差为推动力，施加超过溶液渗透压的压力于半透膜，将浓溶液中的水压渗到膜的稀溶液一侧，而浓溶液则不断浓缩留在膜的另一侧，达到浓溶液分离的目的。
　　 RO的优点是：一、过滤精度比较高，膜的孔径比较小，特别是反渗透膜孔径一般在0.1nm～1nm，能去除细菌、微生物、溶解盐和氨氮等，从而保证出水达标回用；二、运行不容易受环境的影响，对反渗透影响比较大的环境因素主要是压力，温度、进水水质。而这些量可以测量，并且可以控制。
　　 但RO同时存在局限性，主要在于：一、当进水污染物浓度较高时，进水的渗透压就特别高，就需要进水有较高的压力克服渗透压，才能实现物料分离。这导致能耗较高，运行费用高。二、膜法是一种纯粹的物理分离，因此膜法本身不能消解污染物，它只能把水和污染物分离，而不能降解污染物，更不能实现污染物的无害化和资源化。
　　五、UASB-MBR-RO工艺线路的适用性综合分析
　　 综上分析，本项目的工艺路线定为UASB+MBR+RO，主体工艺单元分别为：UASB（厌氧生物处理）、MBR（好氧生物膜反应器）、RO（反渗透）。
　　 采用本工艺路线，将生物处理与物理处理相结合，充分利用了生物处理、物理处理的优势，克服了各自的局限性，使处理效果能够稳定可靠，并满足回用水标准的要求，而且能节省用地、自动化程度高。存在的难点在于RO产生的浓缩液处置，本项目的浓缩液现采用会喷垃圾焚烧炉焚烧处置。
　　六、工艺验证
　　 2011年1月李坑渗滤液处理厂开始投入使用，根据监测结果，出水CODcr 13.3mg/L, BOD54.3 mg/L，氨氮0.73 mg/L ,SS 4mg/L，水质指标均满足《城市杂用水水质标准（GB/T18920-2002）》标准，出水现用于厂区和填埋场区的绿化，实现了“零排放”。
　　七、结语
　　 UASB-MBR-RO工艺线路适用于广州李坑板块垃圾渗滤液的处理，并实现了出水完全回用，本工艺的成功应用对于类似的垃圾处理集中基地的渗滤液处理提供了有利借鉴。
　　
　　注：文章内的图表、公式请到PDF格式下查看

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