UASB-外置式MBR-NF组合工艺处理垃圾渗滤液工程实例

赵淼，刘贺

（1.普罗名特流体控制（大连）有限公司，辽宁大连116600；2.吉林新金尔科技有限公司，长春130000）

UASB-外置式MBR-NF组合工艺处理垃圾渗滤液工程实例

赵淼1，刘贺2

（1.普罗名特流体控制（大连）有限公司，辽宁大连116600；2.吉林新金尔科技有限公司，长春130000）

采用UASB－外置式MBR－NF组合工艺对生活垃圾渗滤液进行处理，处理规模为50 m3／d。介绍了该工程的设计和运行情况，运行结果表明，该工艺耐冲击负荷，生物降解效率高，出水稳定，处理效果良好，出水水质满足GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》一般污染物排放要求。

UASB；外置式MBR；NF；垃圾渗滤液

1 工程概况

北方某市生活垃圾处理场日均接纳生活垃圾120 t，生活垃圾由收集车运至垃圾处理站，经过卸料、推平、压实覆盖后，完成填埋［1］。该填埋场为初期填埋场，地处北方的填埋场在初期几年内很难形成厌氧环境，CODCr浓度比南方填埋场高，但渗滤液可生化性较好，碳氮比协调，此阶段的渗滤液均较易处理。该填埋场垃圾渗滤液水量波动较大，年内不同季节波动量较大。垃圾渗滤液处理站占地面积约为9万m2，采用UASB-外置式MBR-NF组合工艺对其进行处理。本文介绍了该工程的设计及运行情况。

2 设计水质及水量

垃圾渗滤液设计处理量为50 m3／d，处理后的出水达到GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》一般地区排放标准的要求。垃圾渗滤液水质及处理后主要污染物控制要求见表1。

3 处理工艺流程

3.1 处理工艺选择

目前，国内垃圾渗滤液处理常用好氧处理、厌氧处理、厌氧-好氧结合处理，以及高级氧化技术、膜分离技术等深度处理工艺。常规的生物处理技术受水质波动影响较大，NH3-N出水指标仍达不到国家排放标准的要求［2］。一般生物法和高级氧化法虽可以实现CODCr和NH3-N的高去除率，但处理成本太高，不适宜广泛应用［3］。

表1 垃圾渗滤液水质（2011~2012年平均值）及出水主要污染物控制要求Tab.1Landfill leachate quality（2011-2012 annual mean）and main pollutants control requirements

由于北方地区天气寒冷，冰冻期较长（常常为11月份至来年4、5月份），冰冻后解冻速度较慢，因此，地处北方的填埋场在填埋初期本身很难形成厌氧环境，单纯的生物处理难以达标；兼顾到远期渗滤液水质中污染物成分复杂、水质波动较大，有机物浓度高（即CODCr、BOD5浓度高），NH3-N浓度高，重金属离子浓度和盐分高等特点［4］，考虑采用组合式工艺。

相较于其他厌氧工艺，UASB处理高浓度有机物的效率更高［4］，废水中大部分有机物和SS在厌氧生物处理系统中能够得到去除［5］；MBR与其他处理工艺相比，具有较强的抗冲击负荷能力［6］。由于垃圾渗滤液的难处理性，通常使用多种膜集成工艺处理［7］。

因此本工程工艺组合确定为：UASB-外置式MBR-NF。工艺流程见图1。

图1 垃圾渗滤液处理工艺流程Fig.1Process flow of landfill leachate treatment

3.2 工艺流程说明

来自垃圾填埋场调节池中的垃圾渗滤液通过提升泵进入UASB，UASB主要是为了降解部分CODCr和BOD5，同时起到均衡水质、水量的作用。

UASB出水排入中间水池，中间水池中设计了曝气装置，其目的是吹脱水中的硫化氢和部分NH3-N，以减轻硫化氢对好氧的抑制毒害作用。厌氧产生的过剩污泥排入浓缩液（污泥）储池，厌氧产生的沼气经过收集预处理后高空排放。

UASB放热较少，冬天需加热保证UASB正常运行，采用加热锅炉对UASB进行加热。同时设计了FeCl3投加系统，FeCl3在厌氧反应中能够提高沼气的产率和降低硫化物对厌氧微生物的毒害作用。

中间水池内的厌氧出水由泵提升通过布水系统进入外置式MBR。外置式MBR包括生化反应器和超滤（UF）2个单元，是生物降解和膜分离的有效结合方式，采用了前置反硝化，硝化后置方式。硝化池内通过高活性的好氧微生物作用，污水中的大部分有机污染物在硝化池内得到降解，同时NH3-N和有机氮氧化为硝酸盐和亚硝酸盐。

硝化池内设射流鼓风曝气装置，同时设有混合液回流（硝态氮回流）至前置反硝化池措施，在缺氧环境中硝态氮还原成氮气排出，达到生物脱氮的目的。UF浓缩液回流至反硝化池中进一步降解浓缩液中的不可生化或难生化降解的有机污染物。

UF出水进入后续的NF进行深度处理，采用的NF膜为卷式有机复合NF膜，最大优点是过滤级别高，出水水质好，对一价离子几乎不作截留、NF分离技术原理近似机械筛分（因为NF膜本体带有电荷性），同时也有溶解扩散效应。它在低压力下仍具有较高的大分子与二价离子截留效果。NF的产水率达到85%以上，NF单元的清液出水即可达标排放。

4 主要处理构筑物及设备

（1）调节池（原有）。1座，钢筋混凝土结构，有效容积约为500 m3。

（2）UASB。1座，密闭式，钢筋混凝土结构，尺寸为φ4.8 m×9.0 m，有效容积为150 m3，设计温度为中温35℃，pH值控制范围为6.8~7.2，CODCr容积负荷设计为4 kg／（m3·d）（低温负荷）；上升流速为0.6 m／s，表面水力负荷为0.6~0.8 m3／（m2·h），设计CODCr去除率为60%。设置厌氧进水泵2台（1用1备），Q＝7 m3／h，H＝60 m，P=1.5 kW；厌氧循环泵2台，Q＝10 m3／h，H＝10 m，P= 0.75 kW。设置三相分离器、沼气水封及排空装置、三氯化铁投加装置、保温加热器各1套。

（3）反硝化池。1座，碳钢防腐防冻结构，全地上式，尺寸为φ5.2 m×9.0 m（含中间水池），中间水池有效容积为50 m3，反硝化池有效容积为120 m3，反硝化池BOD5负荷为0.056 kg／（kg［MLSS］·d），反硝化池脱氮负荷为0.05 kg［N］／（kg［MLSS］· d）。设置液下搅拌器1台，不锈钢材质。

（4）硝化池。1座，碳钢防腐防冻结构，全地上式，尺寸为φ6.8 m×9.0 m，有效容积为280 m3，BOD5负荷为0.056 kg／（kg［MLSS］·d），去除BOD5总耗氧系数为1.0 kg［O2］／kg［BOD5］（含污泥耗氧及硝酸盐氧利用），去除1 kg NH3－N需消耗4.6 kg O2，污泥质量浓度可以达到15~30 g／L。设置射流曝气器1套，不锈钢材质，喷嘴数量8个，单个喷嘴液体流量为0.34～0.40 m3／min，单个喷嘴气体流量为0.285～0.850 m3／min，氧利用率为35%；设射流循环泵2台（1用1备），Q＝145 m3／h，H＝15 m，P=15 kW；硝酸盐回流泵2台，Q＝95 m3／h，H＝12 m，P=5.5 kW；罗茨鼓风机2台（1用1备），n=1 400 r／min，Q＝8.37 m3／min，H＝8 m，P=18.5 kW，在线溶解氧及变频控制，6.8 m3／min用于硝化池射流曝气器，其余用于加药筒等的搅拌；冷却塔1台，Q＝50 m3／h，P=2.2 kW；板式换热器2台，冷却流量为50 m3／h；冷却污泥泵1台，Q＝45 m3／h，H＝15 m，P=3.7 kW；冷却水泵1台，Q＝45 m3／h，H＝15 m，P=3.7 kW；消泡剂加药装置、碳源加药装置各1套，分别包含投加泵及药桶。

（5）UF系统。膜组数量6只，内压式管式超滤膜，材质PVDF，错流过滤方式，膜面积为7.5 m2／只，最高操作压力为0.55 MPa，最高膜前压力为0.5 MPa，循环速度为4.5 m／s，通量为80～120 L／（m2·h），跨膜压差为0.3~0.6 MPa，能耗为3~6 kW·h／m3。超滤进水箱1个，V＝5 m3；自清洗过滤器1台，过滤精度为800 μm；UF循环泵1台，Q＝150 m3／h，H＝35 m，P=45 kW；UF进水泵2台，Q＝3 m3／h；H＝25 m；P=1.5 kW；在线CIP清洗系统1套，4~8周清洗1次。

（6）NF系统。NF膜组件分三段式排列，采用4040型抗污染型膜元件，膜元件数为15只，采用5只装的膜壳3只，膜面积为7.2 m2／只，设计膜通量为16 L／（m2·h），UF系统操作压力为1.5 MPa，系统回收率为85%，温度为25℃。设中间水箱1个，V＝5 m3；进水泵1台，Q＝2.5 m3／h，H＝35 m，P＝0.75 kW；增压泵1台，Q＝2.5 m3／h，H＝150 m，P＝3.0 kW；浓水循环泵2台，Q＝2.5 m3／h，H＝40 m，P＝0.75 kW；精密过滤器2台，过滤精度为5 μm，Q＝3 m3／h；阻垢剂、pH值调节剂加药装置各1套；在线CIP清洗系统1套。

（7）纳滤浓缩液储池。1座，防渗土池结构，全地下式，有效容积为150 m3。

5 工程运行效果

实际运行中，系统运行稳定，处理后的出水达到GB 16889—2008一般地区排放标准，主要污染物处理效果见表2。

表2 各工艺段去除率效果（2011~2012年平均值）Tab.2Pollutants removal efficiency of each process section（2011-2012 annual mean）

6 技术经济分析

工程投资约为500万元。人工费用为2.95元／t，电耗为16.17元／t，药剂费为5.50元／t，运行费用总计为24.62元／t。

7 结语

（1）采用UASB-外置式MBR-NF组合工艺处理垃圾渗滤液，处理后的出水达到GB 16889—2008一般地区排放标准要求。该工艺可以在高容积负荷、低污泥负荷（F／M）下运行，剩余污泥产量低，降低了污泥处理费用。外置式MBR高效集成，占地面积小，节省用地。

（2）本工程主要污染物CODCr、BOD5得以有效降解，硝化部分对NH3-N的去除率为95%以上，反硝化率为98%~99%。无二次污染，NF深度处理耐冲击负荷，运行稳定，出水水质优良。

［1］宁蔚，施卫红，陆涛.混凝沉淀－UASB－AS－气浮工艺在垃圾渗滤液处理中的应用［J］.工业用水与废水，2011，42（6）：84－86.

［2］RENOU S，GIVAUDAN J G，POULAIN S，et al.Landfill leachate treatment：review and opportunity［J］.Journal of Hazardous Materials，2008，150（3）：468－493.

［3］周健，李宝霞，龙腾锐，等.微波强化Fenton氧化法处理垃圾渗滤液试验研究［J］.中国给水排水，2009，25（17）：97－99.

［4］刘珊珊，吴双，朱南文.垃圾渗滤液生物处理技术的研究现状及展望［J］.广州化工，2014，42（4）：8－10.

［5］许高平.垃圾填埋场渗滤液的处理工艺介绍［J］.工业用水与废水，2008，39（5）：86－88.

［6］孙月驰，叶雅丽，肖宁，等.MBR工艺处理垃圾渗滤液几种典型工艺流程分析［J］.中国给水排水，2014，30（12）：5－8.

［7］许丽华，戚丽，刘恩华，等.纳滤／反渗透／石灰混凝法深度处理垃圾渗滤［J］.水处理技术，2012，38（4）：96－99.

Project example of landfill leachate treatment by UASB-external MBR-NF combined process

ZHAO Miao1，LIU He2
（1.ProMinent Dosiertechnik GmbH,Dalian 116600,China;2.Jilin XinjinEr Technical Co.,Ltd., Changchun 130000,China）

Using UASB-external MBR-NF combined process to treat domestic landfill leachate,the treatment scale was 50 m3/d.The design and operation condition of the said project was introduced.The running result showed that,the said process had strong anti-shock loading capacity and high biodegradation efficiency,the effluent water quality was stable.The effluent water quality met the specification for common pollutants discharge in GB 16889-2008 Standard for Pollution Control on the Landfill Site of Municipal Solid Waste.

UASB;external MBR;NF;landfill leachate

X703.1

B

1009－2455（2016）06－0068－03

赵淼（1981－），女，吉林长春人，助理工程师，本科，主要从事污水、工业用水处理工艺设计及设备选型，（电子信箱）carolina2004＠163.com。

2016-08-05（修回稿）