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微生物降解在垃圾渗滤液处理中的应用研究

2025-05-20 87 上传者：管理员

摘要：随着生活垃圾产量日益增长，垃圾填埋成为主要处理方式之一。然而，填埋过程中产生的垃圾渗滤液含有大量有机物、氨氮、重金属以及难降解的有毒有害物质，对地下水和土壤环境构成严重威胁。膜生物反应器（Membrane Bio Reactor, MBR）作为一种结合了生物处理和膜分离技术的新型工艺，在垃圾渗滤液处理领域展现出显著优势。本研究以贵阳市比例坝垃圾渗滤液处理中心为案例，深入探讨MBR微生物降解系统在实际应用中的效能，旨在促进垃圾渗滤液处理技术的创新与提升。

关键词：
MBR
垃圾渗滤液
垃圾渗滤液处理
微生物降解
生态环境
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垃圾填埋过程中产生的垃圾渗滤液,对地下水和生态环境构成严重威胁｡传统的生物处理方法难以有效应对垃圾渗滤液的复杂性和毒性,因此,急需寻找更高效､更环保的处理技术｡膜生物反应器技术作为一种集成生物处理与物理分离的新型工艺,通过高效的微生物降解和精密的膜分离,能有效去除渗滤液中的有机物､氮､磷等污染物,同时降低水的浊度和微生物风险,实现垃圾渗滤液的高标准排放[1]｡

1、MBR微生物降解系统特点

首先,由于膜组件的存在,该系统有效截留微生物,使得生化反应器内的活性污泥浓度显著提高,可达10000mg/L以上,有利于提高污染物的去除效率｡其次,MBR系统具有优良的出水水质,能高效地去除悬浮固体､有机物和氮磷等营养物质[2]｡再次,MBR工艺流程紧凑,占地小,适合于空间有限的场合｡最后,MBR系统操作灵活性高,易于实现自动化控制,可根据水质变化实时调整运行参数,保证处理效果的稳定性｡

2、贵阳市比例坝垃圾渗滤液特性分析

2.1设计日处理量600t

贵阳市比例坝垃圾渗滤液处理中心的设计日处理量为600t,该规模的设定基于该地区垃圾填埋场的产液量预测,以及对未来垃圾产生量的增长趋势分析｡考虑到垃圾渗滤液的不稳定性,设计时需预留一定的冗余处理能力,以应对可能的水量波动[3]｡此外,处理能力旨在确保渗滤液能够得到及时有效的处理,防止污染物未经控制地排入周围环境,对地下水和土壤造成污染｡同时,600t的日处理量也反映了在技术和经济可行性之间的平衡,保证系统的高效运行与投资回报｡

2.2渗滤液来源及成分

垃圾渗滤液是垃圾填埋场在垃圾分解过程中产生的液体,主要来源于垃圾本身的水分､大气降水的渗透以及地下水的入渗｡在贵阳市比例坝垃圾填埋场,渗滤液的产生受到多种因素影响,包括垃圾的湿度､组成､填埋时间以及季节性降水变化[4]｡据研究,该地区的垃圾渗滤液主要由以下几部分组成:1)垃圾自身含有的水分｡新填埋的垃圾中含有大量的水分,随着时间推移,这部分水分逐渐被释放出来｡2)降雨水渗入｡贵阳地处湿润气候区,降雨量充沛,雨水通过垃圾层时溶解并携带出各种有机和无机物质｡3)地下水渗透｡在某些情况下,地下水可能与垃圾堆体接触,导致地下水的污染｡

渗滤液的化学成分复杂,主要包括高浓度的有机物(如BOD､COD)､氨氮､硝酸盐､硫酸盐､重金属离子以及各种有毒有害的微量有机污染物｡例如,BOD和COD值通常远高于常规污水,反映了其极高的生物降解需求;氨氮含量高,对水体造成富营养化;而重金属离子的存在,则增加了处理的难度和环境风险[5]｡

2.3比例坝垃圾渗滤液的水质特征

比例坝垃圾渗滤液的水质复杂且变化大,主要由垃圾堆体中的有机物分解､微生物活动以及雨水渗透等因素共同决定｡其特征表现为高浓度的有机物､氨氮､重金属离子以及多种有毒有害物质｡具体来说,BOD5(五日生化需氧量)和COD(化学需氧量)值通常远高于常规废水,表明其有机污染程度严重;氨氮含量较高,超过常规污水处理标准的数倍,对水体自净能力构成挑战｡此外,渗滤液中还含有一定量的硝酸盐､硫酸盐以及微量的重金属元素,如铅､镉､铜､锌等,不仅对生态环境构成威胁,也对人体健康产生潜在风险｡由于垃圾渗滤液pH值波动较大,时而偏酸,时而偏碱,对处理工艺提出了更高的要求｡

3、强化生物处理MBR系统流程

3.1进水

在该阶段,须对收集到的渗滤液进行初步的预处理,如通过格栅去除大颗粒悬浮物,以减少后续处理单元的负荷｡同时,监测并控制进水的pH值､温度､浊度等关键参数,确保其在MBR系统的适宜操作范围内,以保证微生物的活性和处理效率｡此外,对于超出允许范围的有毒有害物质,须额外的预处理措施,如化学沉淀或吸附,以防止对微生物的抑制或毒性影响｡

3.2一级缺氧反应器

一级缺氧反应器的主要目的是为后续的好氧反应提供适当的氮源,通过反硝化作用去除渗滤液中的硝酸盐和亚硝酸盐｡在缺氧条件下,微生物利用渗滤液中的有机物作为电子供体,将硝态氮还原为氮气,从而实现脱氮｡反应器内设计了合理的流态控制,确保足够的停留时间,以促进反硝化菌的活性和效率｡同时,为维持适宜的溶解氧浓度,反应器内部采取了适当的搅拌措施,以防止局部氧气过饱和或不足,确保反硝化过程的连续性和稳定性｡在比例坝垃圾渗滤液处理中心的具体实践中,一级缺氧反应器的运行参数如温度､pH值以及有机负荷等,都经过精确调控,以最大化氮去除效果,降低出水中的氮含量,从而达到排放标准｡

3.3一级好氧反应器(曝气)

在MBR系统中,一级好氧反应器主要负责有机物的生物降解｡在该阶段,渗滤液经过预处理后被引入反应器,通过曝气设备向反应器内提供充足的氧气,以支持微生物的活性｡曝气过程不仅为微生物提供必要的氧气,还起到混合和悬浮固体的作用,确保微生物与污染物充分接触,提高降解效率｡在比例坝垃圾渗滤液处理中心,一级好氧反应器设计为连续搅拌式,确保污水与微生物的均匀混合｡曝气系统采用微孔曝气技术,该技术能够提供高溶解氧效率,同时减少能耗｡通过调整曝气时间和强度,可以控制反应器内的氧化还原电位,以适应不同类型的有机物降解需求｡在实际运行中,一级好氧反应器的DO(溶解氧)浓度通常维持在2~4mg/L,以保证微生物的活性和处理效果｡通过监测和调控DO水平,有效去除渗滤液中的BOD(生化需氧量)和COD(化学需氧量),降低有毒有害物质的浓度,为后续的处理步骤创造有利条件｡此外,一级好氧反应器中的微生物群落会经历自然选择和驯化,逐渐形成适应垃圾渗滤液特性的优势菌种,这些微生物能够有效地分解渗滤液中的复杂有机化合物,如脂肪酸､醇类和某些难降解的有机物｡

3.4二级缺氧反应器(碳源)

在强化生物处理MBR系统流程中,二级缺氧反应器主要目标是进一步去除有机物并为反硝化过程提供必要的碳源｡在比例坝垃圾渗滤液处理中心的应用中,该阶段的设计考虑渗滤液中高浓度的硝酸盐和亚硝酸盐｡通过控制反应器内的溶解氧水平在极低状态(通常小于0.5mg/L),以促进反硝化细菌的活性,这些细菌利用渗滤液中的有机物作为电子供体,将硝态氮还原为氮气,从而实现氮的去除｡在该过程中,选择具有高效反硝化能力的微生物种群｡通常,会通过调整进水中的碳氮比(C/N)来确保充足的碳源供应｡在比例坝项目中,需要添加额外的有机物质如甲醇或乙酸,以补充渗滤液中天然碳源的不足,以维持理想的反硝化速率｡同时,反应器的停留时间､温度和pH值也需要精确控制,以优化微生物的代谢活动｡通过二级缺氧反应器,不仅有效地去除渗滤液中的氮化合物,还可降低后续膜分离单元的负荷,减少膜污染的可能性,从而提高整个MBR系统的稳定性和长期运行效率｡

3.5二级好氧反应器(曝气)

二级好氧反应器主要用于进一步降解､矿化一级好氧反应器未完全处理的有机物质｡在该阶段,通过曝气设备向反应器内提供充足的溶解氧,以支持微生物的活性和新陈代谢｡曝气过程不仅为微生物提供氧气,同时也起到混合和悬浮固体的作用,防止污泥沉降,保持反应器内的良好传质条件｡在比例坝垃圾渗滤液处理项目中,二级好氧反应器的设计容量和曝气效率是关键参数｡根据渗滤液的特性,选择高效低能耗的曝气系统,如盘式或管式曝气器,以确保足够的氧气传递效率｡曝气时间､气水比以及曝气强度被精细调控,以达到最佳的生物降解效果,同时最小化能源消耗｡在实际运行中,二级好氧反应器能够有效去除BOD(生化需氧量)､COD(化学需氧量)以及氮磷等营养元素,提高出水水质｡通过微生物的硝化和反硝化作用,可以实现氨氮的转化,降低总氮含量｡

3.6超滤/微滤膜装置(膜清洗)

超滤/微滤膜组件是MBR系统的核心部分,负责从生物反应器出水中截留微生物和大部分溶解性有机物｡比例坝垃圾渗滤液处理中心采用的是抗污染性强且通量稳定的PVDF材质膜元件｡由于垃圾渗滤液中的有机物､无机盐和微生物浓度较高,膜表面易发生污堵和生物膜形成,因此定期的膜清洗至关重要｡膜清洗包括物理清洗和化学清洗两个阶段｡物理清洗主要通过反洗和气洗来去除膜表面的悬浮固体,反洗通过逆向水流冲洗膜表面,而气洗则利用压缩空气产生的气泡扰动膜表面,有效去除附着物｡在比例坝项目中,设定了一定的反洗和气洗频率,以保持膜通量的稳定｡化学清洗通常在物理清洗效果不佳时进行,采用酸､碱或酶制剂进行清洗,以去除吸附在膜上的有机物和微生物膜层｡例如,使用一定浓度的柠檬酸溶液进行酸洗,可去除碳酸盐垢和金属氧化物;而碱洗如氢氧化钠溶液则有助于去除蛋白质和脂肪类物质｡酶制剂清洗则能针对性地分解生物膜,提高清洗效率｡在实际运行中,会根据膜通量的下降趋势和出水水质变化,制定合理的清洗周期和方法,确保MBR系统高效稳定运行,同时延长膜组件的使用寿命｡

3.7出水

经过MBR系统,出水主要指标如BOD(生化需氧量)､COD(化学需氧量)､氨氮和总氮等均达到国家排放标准｡实验数据显示,BOD和COD去除率超过95%,氨氮和总氮的去除效率分别达到了90%和80%以上,显示出MBR系统的高效净化能力｡此外,出水中病原体和微生物负荷大幅度降低,确保了公众健康安全｡膜过滤组件的使用,进一步拦截了微小悬浮固体,使出水清澈透明,无可见杂质｡通过定期监测和调整运行参数,确保出水质量的稳定性和持续达标,从而证明MBR系统在比例坝垃圾渗滤液处理中的有效性和可靠性｡

4、结语

综上所述,经过对贵阳市比例坝垃圾渗滤液处理中心MBR微生物降解系统的深入研究,得出以下结论:MBR技术在垃圾渗滤液处理中展现出显著的效能,能有效去除渗滤液中的有机物､氨氮及微生物污染物,使出水水质达到严格的排放标准｡通过精细的工艺流程设计和设备选型,MBR系统在确保高效处理的同时,也具备良好的运行稳定性和耐冲击负荷能力｡未来,须结合微生物学､环境工程和材料科学等多学科知识,持续改进MBR技术,以应对日益严峻的垃圾渗滤液处理挑战,实现可持续的环境治理｡

参考文献:

[1]薛姗.垃圾渗滤液中四溴双酚A的微生物降解研究[D].武汉:长江大学,2023.

[2]高宇轩,靳静晨,高雅娟,等.异养硝化-好氧反硝化复合菌剂在垃圾渗滤液处理中的应用[J].生物技术进展,2022,12(4):630-637.

[3]李逸昊.垃圾渗滤液处理效能与污染生态风险评价研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2023.

[4]陈之均.垃圾渗滤液深度脱氮工艺中试应用及碳排放分析[D].桂林:桂林理工大学,2023.

[5]罗玲,袁野,钟常明.MBR过程溶解性微生物产物对膜污染影响研究进展[J].应用化工,2021,50(4):1100-1106.

文章来源:龚浪子.微生物降解在垃圾渗滤液处理中的应用研究[J].黑龙江环境通报,2025,38(05):82-84.