TMBR技术在垃圾渗滤液处理中的运行经验工艺优化问题及解决方法doc.docx
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TMBR技术在垃圾渗滤液处理中的运行经验工艺优化问题及解决方法doc
TMBR技术在垃圾渗滤液处理中的运行经验
——工艺优化,问题及解决方法
黄震1,曾郁楠2,张保成2
1、上海江桥垃圾渗滤液2、北京特里高膜技术有限公司
摘要:
本文针对我国垃圾渗滤液的特点及处理要求,重点介绍了管式膜生物反应技术(TMBR技术)。
结合TMBR技术处理上海江桥生活垃圾焚烧厂渗滤液一期处理工程项目调试及运行经验,对运行工艺进行优化,针对运行调试过程中遇到的问题提出可行的解决方案。
该渗滤液处理站日处理量约为300~330m3/d,MLSS>25g/L,渗滤液出水COD在500mg/L以下,NH3-N在10mg/L以下,系统已经高效稳定运行,5年以来,膜一直未更换,通量没有发生明显的变化。
关键词:
TMBR,垃圾渗滤液,管式膜,生化
渗滤液的高浓度氨氮垃圾渗滤液具有不同于一般城市污水的特点:
BOD5和COD浓度高,金属含量较高,水质水量变化大,微生物营养元素比例失调等。
因此,垃圾渗滤液的处理相比其他污水来说难度更大。
鉴于垃圾渗滤液的上述特点,在进行工艺选择时应考虑系统应满足很高的氨氮去除能力、高负荷渗滤液处理能力、能够适应不同季节、不同时间的渗滤液浓度的波动,渗滤液处理工艺能保证出水的稳定性等条件。
目前垃圾渗滤液的处理技术主要有化学混凝沉淀法、吹脱法、催化氧化法、生物法和膜处理法,在实际生产中应用比较多的是生物法和膜处理法。
结合渗滤液处理工程的经验,设计单位针对上海江桥生活垃圾焚烧厂渗滤液的水质水量特点和处理要求,采用了预处理系统+TMBR系统的组合工艺。
预处理采用调节池预曝气和离心分离工序,以减轻后续TMBR系统的处理负荷。
管式膜TMBR系统由生化和超滤组件构成,超滤膜采用德国Berghof管式膜,该管式膜具有处理效率高、稳定、操作简单、清洗周期长、通量恢复率高、适应性强、耐冲击、使用寿命长的特点,特别适合垃圾渗滤液的处理,超滤出水经过超滤清液池检测后达标排放。
一、Berghof管式膜介绍
管式膜TMBR工艺核心部件选用的是德国Berghof管式膜,膜管直径从5mm到12.7mm,具有优异的强度,最大压力可达到8bar,抗污染、抗氧化、耐酸碱(pH1-13),管式膜拥有独特的全定位、两端对称的封装技术,使得水流顺畅,膜阻最小,膜管不易堵塞和破裂;最大负压为0.5bar,可承受5m水头,不易瘪、不易破。
膜管工作温度可高达60℃,纯水通量高达750LMH,即使直接过滤活性污泥浓度高达40g/L的生化污水,膜通量仍然高达80-140LMH,寿命长达7年以上。
管式膜组件除常规3"、4"、6"、8"规格外,还特有8"4m、10"3m、10"4m超大型膜组件,灵活满足不同规模客户需要。
Berghof管式膜在垃圾渗透液、含油废水、电子废水、焦化废水、纺织等化工废水以及果汁、食品、茶饮料等物料分离领域已得到成功应用,在国内外拥有上千个工程案例。
TMBR技术仅在垃圾渗滤液处理领域中,国内就拥有200多个工程案例,其中包括国内最大的垃圾渗滤液工程(上海老港)以及众多大型工程,如兴丰、长沙、佛山等。
江桥、佛山、哈尔滨等多个项目已经运行5年以上,运行状况良好,通量一直保持在设计水平以上,并且膜一直未更换。
二、TMBR工艺介绍
管式膜TMBR技术是外置式MBR,是一种高效的废水处理技术,渗滤液进行生化后,泥水混合物在Berghof管式膜内进行分离。
通过水泵将泥水混合液打入膜管内,在压力驱动下进行膜分离,出水透过膜进入产水箱,而污泥回到生化池继续参与生化,TMBR工艺流程见下图:
图1TMBR工艺流程示意图
TMBR工艺采用高速交叉流过滤技术,污染物不宜在膜表面结存,而且膜的分离浓缩作用可将污泥浓度提高到10-20g/L,是常规活性污泥法的4-5倍,可有效提高生化效率。
一般只需3-6个月进行一次化学清洗。
微生物反应器体积减小,反应效率提高,出水中无菌体和悬浮物。
系统水回收率高,几乎100%,只有化学清洗时损失部分超滤产水。
TMBR系统紧凑简洁,特别适合处理垃圾渗滤液,处理效率大幅度提高,主要污染物和悬浮物、细菌等得到有效去除,出水水质好且稳定。
使用TMBR法处理垃圾渗滤液时,污泥浓度高,污泥量少,降解效率高;通量高,停留时间短;无须反冲,易清洗;独立运行控制,运行可靠,易更换;占地少,运行费用低。
使用该技术处理垃圾渗滤液完全可满足排放要求,若在继续用纳滤或反渗透进行进一步处理还可以满足更高的排放或回用要求。
三、上海江桥生活垃圾焚烧厂渗滤液处理工程介绍
上海江桥生活垃圾焚烧厂设计规模为日处理生活垃圾1500吨,江桥生活垃圾焚烧厂渗滤液处理工程于2005年11月10日动工建设,2006年2月25日设备安装启动,2006年5月建设工作全部完成,同月完成清水测试和生化培菌。
2006年6月底完成调试工作并通过了国家环保部门的出水水质检测,同期进入设备试运转,2006年8月初通过国家环保验收。
之后转入试运行,并通过168h满负荷观察运行,2006年12月31日试运行完成,于2007年1月1日起委托上海城环水务运营有限公司对该渗滤液处理设施进行运营管理。
1、设计进出水水质
上海江桥生活垃圾焚烧厂对渗滤液水质经过一年多的实验室连续检测,水质如下:
表1上海江桥生活垃圾焚烧厂渗滤液水质
密度
1025±5g/L
TN
2000-40mg/L00
CODcr
48000-71000mg/L
色度
4000-5000倍
BOD5
25000-30000mg/L
TP
122-173mg/L
SS
3000-20000mg/L
pH
4.0-6.3
NH3-N
380-1500mg/L
电导率
9-11.5μs/cm
NO3-N
96-180mg/L
根据上海市环保局要求,本渗滤液处理工程的出水水质应达到《生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-1997)中的三级标准,排放限值见下表。
表2生活垃圾渗滤液排放限制
生活垃圾渗滤液排放限制mg/L(大肠菌值除外)
一级
二级
三级
悬浮物
70
200
400
BOD5
30
150
600
CODcr
100
300
1000
氨氮
15
25
—
2、工艺流程
针对上海江桥生活垃圾焚烧厂渗滤液的水质水量特点和处理要求,采用了预处理系统(预曝气+离心脱水)+TMBR系统的组合工艺,本文主要介绍应用Berghof管式膜处理垃圾渗滤液上的主要工艺。
图2江桥渗滤液处理厂工艺流程示意图
1)生化处理系统
生化处理包括前置反硝化池和硝化池。
中间水池内的渗滤液由生化进水泵提升,经过粗滤器后进入膜生化反应器MBR的布水系统,通过生化反应去除污染物。
硝化池中水深达8米左右,采用特殊设计的高效内循环射流曝气系统,氧利用率可高达25%以上。
通过高活性好氧微生物的作用,可降解大部分有机物,并使氨氮和有机氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐,并使之回流到反硝化池中,在缺氧环境下还原成氮气排出,达到脱氮目的。
同时,在实现脱氮处理的条件下确保其余污染物的降解处理。
反硝化池和硝化池之间采用了既可串联又可并联的管路连接形式,以增强系统工艺运行的灵活性和可操作性。
2)管式膜超滤系统
膜生化反应器MBR用超滤代替常规的二沉池,本工程通过十组Berghof管式膜组成的超滤系统实现泥水分离。
每个膜管内安装有一束直径为8mm、内表面为聚合物的管式过滤膜。
超滤系统设置2个环路,每个环路分别有5根膜管,每个环路中设置一台单独的循环泵,以产生较大的过滤通量,避免堵塞。
运行时,超滤进水泵把生化池的混合液分配到各UF环路,分离净化水和菌体,污泥回流到生化处理系统中,可使生化反应器中的污泥浓度达到15g/L左右,系统最大操作压力为6bar。
超滤膜管偶尔也需要冲刷清洗,可由储存有清水或清液的“清洗槽”通过清洗泵来完成。
每个环路可在另一环路运行的同时进行冲刷、清洗或维护。
3、项目调试与运营
调试工作分为三部分:
一是清水试车,二是生化培菌,三是系统调试。
1)清水试车阶段
完成机电设备电机空载测试、单机试运转,检查各构筑物、管道、贮罐等,清扫池内、管道和贮罐内杂物,对水管、水池、贮罐等放水观察,排除渗漏现象,对管道进行清水试压。
用清水代替废水,对处理设施进行一定时间的清水运转,确保水流贯通并无异常现象。
同时观察曝气系统曝气是否均匀,以确保气管无泄漏。
2)生化培菌阶段
2006年5月17日从松江污水处理厂接种1200m3活性污泥作为菌种,通过污泥泵送入反硝化池,进而进入生化系统。
随后在不进水的条件下连续曝气,数小时后,开始进水,进水量逐渐由少增多。
经过三日曝气、循环(视SV30变化)之后开始连续进水,并开启超滤进水泵和超滤设备,系统进入循环运行状态,10天后硝化池有较多数量的活性污泥出现,之后按2%的比例缓慢提高负荷,污泥接种工作完成。
3)系统调试阶段
当生化处理系统具备连续运行的条件后,启动全系统串联调试,其目的是一方面检测各构筑物及设备连续运行的工作状况,另一方面在于筛选生化池生物菌种,使生化处理系统达到预期的生物降解、脱氮和除磷效果。
同时启用中央控制系统,以进一步调试与测试中央控制系统的完整性与正确性。
2006年12月31日起由上海城环水务运营有限公司承担江桥生活垃圾焚烧厂渗滤液处理站运营管理工作。
根据上海江桥的生活垃圾渗滤液工程2006年、2007年的统计数据,渗滤液的产生量与初步设计时参考的2004、2005年的统计数据发生了很大的变化。
渗滤液年平均产生量由242吨提高到了468吨,急剧地增长了93%,最高日的产生量也由411吨增加到678吨,急剧增加了65%。
实际的进水水质与原初步设计的进水水质发生了较大的变化,COD原设计为60000mg/L,实际平均值为71366mg/L,增加了18.9%。
BOD原设计为30000mg/L,实际平均值为45826mg/L,增加了52.7%。
2010年1月10日,江桥渗滤液处理站实施了自2006年6月投产以来,系统初次大修。
在此次大修之前,渗滤液处理站日处理量约为300~330m3/d,渗滤液进水COD浓度约为65000~75000mg/L,进水NH3-N浓度约为750~2000mg/L。
出水COD在500mg/L、NH3-N在10mg/L以下,该工程运行情况一直运行比较稳定。
四、调试运行中出现的问题
由于管式膜的独特性和渗滤液水质水量的复杂性,在调试过程中遇到了一些特有的问题,以下对调试运营中的问题进行分析总结,为今后渗滤液处理设施以及管式膜生物反应器的调试和运营提供参考和借鉴。
1、调试中出现的问题
1)超滤膜系统堵塞
2006年5月底进行活性污泥培菌接种时,采用松江污水处理厂二沉池的活性污泥,其中含有大量的毛发等纤维物质,接种污泥事先未进行过滤使得超滤系统在运转几天后即出现膜管严重堵塞,不得不拆开超滤膜进行清理。
2)膜表面未及时冲刷而堵塞
在2006年7-8月期间,在系统污泥膨胀时,污泥浓度过高,在超滤膜面形成较厚的浓差极化层,因未及时进行清洗冲刷而堵塞。
2)生化系统的水温过高
调试初期正值夏季,发现垃圾焚烧厂产生的渗滤液原水水温远高于设计水温(设计水温为25℃,实际高达50-55℃),并且在设计时未考虑到水温过高时的应急方案。
从2006年5月17日采用松江污水处理厂的活性污泥培菌开始,生化系统污泥接种进展顺利,但由于最初未控制好渗滤液的进水量,使得生化系统温度聚涨,最高温度超过40℃,系统中菌种活性降低,直接的结果是出水氨氮严重超标、微生物系统崩溃。
2007年7月下旬在两套冷却系统24小时运行情况下,1号硝化池最高温度已超39℃,2号硝化池最高温度也超36℃,对微生物的生化反应造成威胁。
3)系统中杂质超标
系统中的杂质主要来源于垃圾贮坑,当贮坑底部发生堵塞,产生积水时,大量垃圾淹没于渗滤液中,造成垃圾表面颗粒杂质悬浮于渗滤液中,而且底部堵塞后,一般采用抓斗挖坑,潜水泵抽水的方式排出坑内的渗滤液。
此种方式排出的渗滤液中悬浮物较多,且粒径较大,进入生化系统后极易堵塞和破坏超滤膜系统。
2、运营过程中遇到的问题
1)膜通量下降
运营初期,化学清洗后膜通量持续下降,成为困扰处理水量提高的一大问题。
此段时间采用的化学清洗方法为NaOH和HCl依次清洗,未使用氧化剂进行清洗。
2)生物泡沫
2007年4月-6月,膜生物反应器持续出现了较为严重的泡沫问题,生化池表面被泡沫覆盖,厚度高达1m以上。
运营人员最初采用持续降低进水量和减少曝气量的消极方法防止泡沫外溢,致使处理设施4月-6月渗滤液处理量明显低于其他月份。
3)管道堵塞
由于渗滤液成分复杂,埋地式输送管道易出现堵塞,如果管道过长,清通极为困难。
江桥生化反应池进水管道经常出现堵塞现象,由于管道埋地,长度过大,超出清通器械清通范围,清通效果欠佳。
五、问题的解决方法
针对TMBR技术处理上海江桥生活垃圾渗滤液工程的调试和运行出现的膜管、管道堵塞、系统中出现杂质、通量下降、膜污染等问题,我们提出了以下的解决办法及建议:
1)解决超滤膜堵塞问题
建议在进行膜生物反应器调试时,接种污泥时尽量选择其他膜生物反应设施的污泥;如无条件,应对普通污水处理厂接种污泥进行过滤处理。
一般情况下,膜生物反应器均前置过滤设备,在设计时可考虑在污泥储池出泥管路中设计旁路至过滤装置,接种污泥可通过污泥储池和过滤装置进入膜生物反应器。
2)解决管道堵塞问题
对于埋地管道,建议按照排水管道中设置检查井和清扫口的思路在管道设计中增设清通管件;对于明管或管沟内敷设管道,可采用法兰连接,管道堵塞后便于清通和更换。
3)调试初期超滤膜系统的及时监控运行参数
监测膜组件的循环流量是否达到设计要求,当超滤循环泵的流量小于厂家要求时暂停超滤系统运行,使系统进行自动冲刷,同时观察环路中清洗水流量和压力。
如发现系统环路中压力过高,则建议再次冲刷,然后进行循环清洗,冲刷完成后重新启动。
4)生化系统水温控制
管式膜与生化是相互联系的,并不是两个孤立的连接,因此,生化效果直接影响到后续超滤系统的稳定运行。
由于生化冷却系统选型偏小,导致生化温度不能得到有效控制,为此,设计单位重新进行了热平衡计算,增设了一套冷却系统。
新的冷却系统2006年7月30日投入运行,生化系统温度控制在35℃左右。
在夏季高温来临之前应提前做好散热系统的设备维护工作,当高温期间换热器效率降低时,应在最短时间内完成换热器清洗工作,保证散热系统的正常运行。
5)系统中杂质的控制
建议尽可能使渗滤液从垃圾堆体里渗出,减少渗滤液中的悬浮物质;避免颗粒较大的垃圾进入渗滤液收集坑,并在后续处理设施中避免颗粒物质通过调节池以及中间水池进入超滤系统;离心脱水后的干污泥倒入垃圾坑后应及时移走焚烧。
6)生物泡沫的消除
在活性污泥法处理中,泡沫问题是普遍存在的困扰运行管理的问题。
工艺条件、水质和环境条件都会对生物泡沫的形成产生影响。
江桥泡沫爆发的因素可能有工艺运行条件(如负荷、溶解氧等)、水质的变化(油脂质物质和表面活性剂的增加)、消泡剂和春夏气候交替等。
工艺调整是消除泡沫的根本,物化方法仅能暂时控制泡沫;当泡沫爆发时,物化方法可为工艺调整争取时间和空间。
工艺调整的原则是在设计范围内合理控制污泥负荷,污泥负荷应稳步调整,不易大幅提高或降低污泥负荷;同时,合理控制硝化池溶解氧,其中生化池末端溶解氧宜控制在2.0mg/L左右。
7)膜污染的清洗
化学清洗方法中,酸洗对膜表面的无机垢体污染物的清除效果较为显著;碱洗和氧化剂清洗对有机污染物均有效果,其中氧化剂对膜通量恢复效果较碱好,但其对膜材料会造成一定程度的损坏。
江桥渗滤液采用的管式膜材料本身也是一种有机物在采用氧化剂清洗方法时,应严格控制氧化剂清洗液浓度以及浸泡和冲洗时间,在实际清洗中摸索最佳时间,尽量减少氧化剂对膜表面的损害。
上海江桥渗滤液项目在出现膜通量持续下降后,城环水务运营公司在特里高公司的指导下,采用膜生产厂家推荐的清洗方法,清洗后膜通量明显回升。
8)设置备用设备
膜生物反应器作为生物处理方法的一种,温度、溶解氧、排泥量、回流量、进水量和出水量等因素是微生物系统正常生长的关键。
这就要求满足上述因素的设备在任何时间都要满足工艺要求。
江桥渗滤液处理站由于最初在一些主线设备上均无备用,设备出现故障后工艺的正常运行受到较大影响,2007年4月至6月主线设备的一系列故障也是造成处理水量减少的原因之一。
因此,建议业主设置备用设备,维持整个系统长时间连续稳定运行。
9)其他注意事项
膜组件在停机后需立即用清水冲洗干净,否则很容易造成膜污染。
展望
目前我国垃圾渗滤液处理的关键问题集中在高浓度氨氮处理和渗滤液深度处理两个方面,而TMBR技术就是有效解决这两个问题的途径之一。
TMBR技术处理渗滤液时,系统氨氮去除能力高、出水水质稳定,无论从投资成本、处理效果,还是自动化程度均有较大的优势。
TMBR技术已经成为垃圾渗滤液处理技术的发展趋势,在国内TMBR技术处理渗滤液拥有超过200个工程案例,系统运行较稳定。
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- TMBR 技术 垃圾 渗滤 处理 中的 运行 经验 工艺 优化 问题 解决方法 doc