魏桃員　陳玉婷　肖揚(yáng)帆　何培弘

(1.武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院　武漢 430065；　2.宜昌市城市建設(shè)投資開發(fā)有限公司　 湖北宜昌 443002；3.武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司　武漢 430023)

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TMBR+NF/RO組合工藝處理垃圾滲濾液的工程應(yīng)用

魏桃員1陳玉婷1肖揚(yáng)帆2何培弘3

(1.武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院武漢 430065；2.宜昌市城市建設(shè)投資開發(fā)有限公司 湖北宜昌 443002；3.武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司武漢 430023)

摘要采用TMBR+NF/RO組合工藝對湖北省宜昌市某垃圾衛(wèi)生填埋場滲濾液進(jìn)行處理，介紹了組合工藝的流程、特點(diǎn)、設(shè)備規(guī)格、技術(shù)參數(shù)。TMBR系統(tǒng)對可生化降解COD處理后，COD平均質(zhì)量濃度為822 mg/L，平均去除率為95.8%，對 NH3-N平均去除率為94.9%；經(jīng)過 NF/RO出水的COD平均值為45 mg/L，NH3-N均小于25 mg/L，達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889—2008)的排放標(biāo)準(zhǔn)。組合工藝處理成本為29.5元/m3。關(guān)鍵詞垃圾滲濾液膜生物反應(yīng)器納濾反滲透

0引言

降水、垃圾本身的內(nèi)含水以及垃圾中有機(jī)物降解所產(chǎn)生的水分是垃圾滲濾液的3個(gè)主要來源[1]。垃圾滲濾液具有不同于一般城鎮(zhèn)污水的特點(diǎn)：水質(zhì)水量變化大，成分復(fù)雜多變，BOD和COD濃度高，金屬含量較高，氨氮的含量高，微生物營養(yǎng)元素比例失調(diào)等，給傳統(tǒng)工藝處理帶來難度，使?jié)B濾液處理工藝更加復(fù)雜，工程投資和處理成本也相應(yīng)增加[2]。

目前國內(nèi)外垃圾滲濾液處理技術(shù)主要有土地處理、生物處理和物化處理[3]。僅僅采用一種方法處理滲濾液，往往不能達(dá)到排放要求，滲濾液處理宜采用“預(yù)處理+生物處理+深度處理”的組合工藝[4]。湖北省宜昌市某垃圾填埋場根據(jù)發(fā)展的需要以及國內(nèi)垃圾處理場的實(shí)際運(yùn)行情況，計(jì)劃配套建設(shè)滲濾液處理站，根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r以及本項(xiàng)目的處理規(guī)模，決定采用TMBR+NF/RO組合工藝。本文介紹了該組合工藝的具體應(yīng)用和運(yùn)行情況，以期為鄂西雨量充沛地區(qū)垃圾填埋場滲濾液以及其他高濃度有機(jī)廢水處理設(shè)計(jì)方案的選擇提供借鑒。

1工程概述

1.1工程背景

該垃圾處理場為Ⅱ級填埋場，填埋庫區(qū)總庫容為237萬m3，有效庫容為193.1萬m3。垃圾場2014年7月開始運(yùn)營，2028年封場，填埋場設(shè)計(jì)近期日均處理垃圾150 t，遠(yuǎn)期350 t/d。該工程項(xiàng)目滲濾液處理規(guī)模為200 m3/d，所有設(shè)備分兩組，100 m3/d一組，單組可以單獨(dú)運(yùn)行。

根據(jù)本工程的特點(diǎn)，參照國內(nèi)類似城市垃圾填埋場滲濾液進(jìn)水指標(biāo)，確定滲濾液進(jìn)水水質(zhì)設(shè)計(jì)值如表1所示，經(jīng)處理后的滲濾液出水水質(zhì)要求達(dá)到國家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)符合《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889—2008)水污染物排放濃度限值。

表1　垃圾滲濾液進(jìn)水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)　mg/L(pH除外)

1.2工藝流程及特點(diǎn)

結(jié)合宜昌市當(dāng)?shù)貧夂驐l件、垃圾成分特性以及滲濾液水質(zhì)特點(diǎn)，參考國內(nèi)垃圾衛(wèi)生填埋場滲濾液處理站的運(yùn)行情況，確定處理工藝流程如圖1所示。

圖1　滲濾液處理工藝流程

來自填埋場的垃圾滲濾液收集后進(jìn)入調(diào)節(jié)池，經(jīng)提升泵提升進(jìn)入400 μm的袋式過濾器，去除較大的顆粒物和懸浮物。預(yù)處理后滲濾液進(jìn)入外置式管式膜生物反應(yīng)器(簡稱TMBR)，TMBR是生物處理與膜過濾相結(jié)合的一種高效的廢水處理技術(shù)，主要由生化系統(tǒng)和外置式管式超濾膜系統(tǒng)組成，是生物降解與膜分離的有效結(jié)合。生化反應(yīng)包括前置式反硝化和硝化兩部分。外置管式錯(cuò)流超濾膜組件將硝化池中水質(zhì)較好的部分清液從混合液中分離出來，從而得到水質(zhì)較好的超濾產(chǎn)水。

TMBR 出水進(jìn)入納濾系統(tǒng)，進(jìn)一步分離難降解較大分子量的有機(jī)物和部分氨氮，同時(shí)進(jìn)一步進(jìn)行脫鹽處理。納濾系統(tǒng)的核心是通過抗污染濃縮分離膜(卷式有機(jī)復(fù)合膜)，在1.3 MPa左右的壓力下對污水進(jìn)行濃縮分離，納濾采用濃水內(nèi)循環(huán)兩段式系統(tǒng)。納濾出水經(jīng)清液罐調(diào)節(jié)后進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，反滲透膜采用卷式有機(jī)復(fù)合膜，其工作壓力為2.3 MPa左右，濃縮分離出水進(jìn)入反滲透出水罐臨時(shí)調(diào)節(jié)，其余自流排放到貯水池。反滲透同樣采用濃水內(nèi)循環(huán)二段式系統(tǒng)，確保系統(tǒng)出水達(dá)到較高的COD去除率和回收率。

1.3處理單元構(gòu)筑物、設(shè)備

(1)調(diào)節(jié)池。調(diào)節(jié)池的主要作用是對滲濾液進(jìn)行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)，以緩解對后續(xù)水處理的沖擊負(fù)荷。結(jié)合實(shí)際地形確定調(diào)節(jié)池實(shí)際有效容積18 000 m3，平均水深3.5 m。調(diào)節(jié)池配備2臺提升泵，1用1備，Q=5 m3/h，H=20 m，N=2.2 kW。

(2)TMBR。垃圾滲濾液進(jìn)水預(yù)處理后進(jìn)入TMBR系統(tǒng)，在系統(tǒng)內(nèi)微生物逐漸形成了適合降解污廢水中有機(jī)物的生物鏈。由于超濾膜的截留作用，生物反應(yīng)器內(nèi)的污泥質(zhì)量濃度可達(dá)到15～30 g/L，主要污染物COD，BOD和氨氮得到有效降解，出水水質(zhì)好。TMBR系統(tǒng)反硝化罐和硝化罐均為環(huán)氧樹脂、鋼防腐結(jié)構(gòu)，工作時(shí)間為24 h，設(shè)計(jì)污泥質(zhì)量濃度20 g/L，回流比400%，溫度20～40 ℃，pH值6.5～8.0。反硝化罐污泥負(fù)荷(NO3-N/MLSS)0.18 kg/kg，硝化罐污泥負(fù)荷(COD/MLSS)0.15 kg/(kg·d)。超濾UF采用孔徑0.03 pm的超濾膜，膜通量68 L/(m2·h)。TMBR系統(tǒng)反硝化、硝化、外置式超濾膜組件3個(gè)部分的主要構(gòu)筑物、設(shè)備的規(guī)格和型號見表2。

表2　TMBR系統(tǒng)構(gòu)筑物、設(shè)備的規(guī)格和型號

續(xù)表

(3)NF系統(tǒng)。型號為DURASLICK 8040F的抗?jié)饪s污染分離膜(卷式有機(jī)復(fù)合膜),過濾方式為外壓式,截留分子量在80～1 000的范圍內(nèi)，操作壓力0.7 MPa，工作溫度25 ℃，膜通量1 000 L/h。采用濃水內(nèi)循環(huán)式系統(tǒng)，回收率90%以上。NF系統(tǒng)的主要設(shè)備和規(guī)格型號見表3。

表3　NF系統(tǒng)設(shè)備的規(guī)格和型號

RO系統(tǒng)的主要設(shè)備和規(guī)格型號見表4。

表4　RO系統(tǒng)設(shè)備的規(guī)格和型號

(4)污泥脫水系統(tǒng)。污泥脫水系統(tǒng)污泥產(chǎn)量設(shè)計(jì)為20 kg/d，由于垃圾滲濾液停留時(shí)間較長，污泥可充分消解，實(shí)際產(chǎn)泥量很少。污泥脫水機(jī)房設(shè)置1臺脫水進(jìn)料泵(Q=5 m3/h，H=15 m，N=2.2 kW)，1套過濾面積8 m2、功率1.5 kW的廂式自動(dòng)壓濾機(jī)，還配置了1套自動(dòng)壓濾機(jī)系統(tǒng)，濃縮后污泥由污泥泵回灌至填埋場庫區(qū)。

2運(yùn)行結(jié)果分析

工程于2014年8月進(jìn)入試運(yùn)行階段，按設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)參數(shù)運(yùn)行3個(gè)月后監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，實(shí)際運(yùn)行中進(jìn)水COD質(zhì)量濃度在6 500～36 036 mg/L，為設(shè)計(jì)進(jìn)水COD質(zhì)量濃度的1.30～1.92倍，NH3-N，TN分別在400～1 400 mg/L，570～2 000 mg/L，高于垃圾滲濾液設(shè)計(jì)進(jìn)水NH3-N，TN濃度。在此情況下，TMBR+NF/RO組合工藝對各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的處理效果依然較好，系統(tǒng)出水水質(zhì)完全能達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889—2008)水污染物濃度排放標(biāo)準(zhǔn)。2014年8月—10月該系統(tǒng)各處理單元對COD，NH3-N，TN的處理效果見圖2～圖4。

圖2　各工藝出水COD質(zhì)量濃度

圖3　各工藝出水NH3-N質(zhì)量濃度

圖4　各工藝出水TN質(zhì)量濃度

由圖2可知，隨著進(jìn)水COD質(zhì)量濃度的提高，TMBR系統(tǒng)出水COD 會(huì)相應(yīng)增加。進(jìn)水COD質(zhì)量濃度在29 800 mg/L以下時(shí)，TMBR系統(tǒng)出水COD 穩(wěn)定在1 000 mg/L以下；進(jìn)水COD質(zhì)量濃度在29 800 mg/L以上時(shí)，TMBR系統(tǒng)出水COD穩(wěn)定在1 500 mg/L以下。盡管整個(gè)運(yùn)行期間進(jìn)水水質(zhì)變化幅度較大，TMBR系統(tǒng)出水COD的質(zhì)量濃度平均為822 mg/L，COD平均去除率為95.8%。由TMBR系統(tǒng)處理的COD大部分屬于可生化降解有機(jī)物，剩下部分難生化降解有機(jī)物經(jīng)過NF系統(tǒng)處理后，出水COD低于200 mg/L，NF系統(tǒng)對TMBR系統(tǒng)出水COD去除效率在74%左右。NF系統(tǒng)出水進(jìn)入RO系統(tǒng)，通過膜分離作用，出水COD均值為45 mg/L，低于排放限值100 mg/L，完全達(dá)到了新標(biāo)準(zhǔn)的排放要求。

由圖3可知，整個(gè)處理流程中，TMBR系統(tǒng)對NH3-N去除作用最為明顯，NH3-N的凈化主要是通過TMBR系統(tǒng)的硝化、反硝化來實(shí)現(xiàn)的，TMBR系統(tǒng)能將生長緩慢的固氮菌和硝化菌截留在反應(yīng)器內(nèi)，從而強(qiáng)化了活性污泥的硝化能力。TMBR系統(tǒng)NH3-N去除效率維持在94.9%，出水NH3-N平均值為39 mg/L，經(jīng)過NF，RO系統(tǒng)后，出水NH3-N平均值分別為24 mg/L，22 mg/L，運(yùn)行較為穩(wěn)定，出水效果較好。后續(xù)的NF，RO系統(tǒng)雖然對NH3-N具有持續(xù)的去除作用，但平均去除率都低于30.0%，去除效果比較有限。

由圖4可知，TMBR+NF/RO組合工藝可以有效去除滲濾液中的TN，出水TN質(zhì)量濃度在40 mg/L以下，滿足該項(xiàng)目出水總氮指標(biāo)要求。前段TMBR系統(tǒng)中，出水TN 在46～80 mg/L之間變化，平均去除率為94.0%，實(shí)現(xiàn)了對總氮的高效去除。后段由深度膜處理系統(tǒng)對總氮進(jìn)行截留，納濾、反滲透對滲濾液TN去除效率分別在5.0%～8.1%和40.5%～64.7%之間。經(jīng)過納濾、反滲透處理后，出水TN 低于30 mg/L。

實(shí)踐中，納濾系統(tǒng)的清水產(chǎn)率可以達(dá)到80%以上，濃液產(chǎn)率為21%～23%；反滲透系統(tǒng)的清水產(chǎn)率可以達(dá)到75%以上，濃液產(chǎn)率為20%～25%。

3經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

整個(gè)生活垃圾處理工程項(xiàng)目總投資11 559.15萬元，年均垃圾處理總成本3 190.1萬元，年均垃圾處理經(jīng)營成本1 311.75萬元。本套垃圾滲濾液處理系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用為637.92萬元，運(yùn)行單價(jià)為29.5元/m3。系統(tǒng)運(yùn)行成本分析見表5。

表5　系統(tǒng)運(yùn)行成本分析

4結(jié)論

(1)采用TMBR+NF/RO組合工藝處理垃圾滲濾液，生化部分為前置反硝化/硝化工藝，再經(jīng)超濾/納濾/反滲透等膜分離技術(shù)處理，處理效果明顯，保證了滲濾液出水水質(zhì)達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889—2008)。

(2)系統(tǒng)繼承了生化反應(yīng)和物理分離技術(shù)優(yōu)勢，有機(jī)物主要在TMBR工藝中去除,去除率平均達(dá)到95.8%，部分不可生化降解有機(jī)物主要通過NF/RO系統(tǒng)去除，而NH3-N，TN在TMBR工藝中去除效果較為明顯，去除率平均達(dá)到95.0%，94.0%。經(jīng)過TMBR+NF/RO工藝處理后，可以滿足滲濾液排放限值的要求。

(3)本工藝將生化處理系統(tǒng)與膜處理系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，滲濾液處理成本為29.5元/m3，總體經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益較好，可為鄂西周邊地區(qū)甚至我國部分城鎮(zhèn)垃圾滲濾液深度處理提供參考。

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Application of TMBR and NF/RO Combined Technology in Landfill Leachate Treatment

WEI Taoyuan1CHEN Yuting1XIAO Yangfan2HE Peihong3

(1.SchoolofUrbanConstruction,WuhanUniversityofScienceandTechnologyWuhan430065)

AbstractA combined process of TMBR and NF/RO is applied to treat leachate from a sanitary waste landfill site in Yichang, Hubei province, China. The technological process, characteristics of the combination process, equipment specifications and technical parameters are introduced and the engineering experience of operating the TMBR and NF/RO combination process and controlling landfill leachate are also summarized. The average concentration of COD is 822 mg/L after biochemical degradation of TMBR process, the average removal rate is 95.8% , the average effluent COD is 45 mg/L after the NF/RO process and the average NH3-N removal rate is 94.9%. The concentration of NH3-N is less than 25 mg/L after further separation and purification by the NF/RO process and it meets the landfill pollution control standard (GB 16889—2008).The composite processing cost is 29.5 yuan/m3.

Key Wordslandfill leachatemembrane bio-reactor (MBR)Nanofiltration (NF)reverse osmosis (RO)

作者簡介魏桃員，女，1970年生，碩士，副教授。主要研究方向：污廢水生物強(qiáng)化處理技術(shù)，生物能源開發(fā)。

(收稿日期：2015-04-09)