魏桃员　陈玉婷　肖扬帆　何培弘

(1.武汉科技大学城市建设学院　武汉 430065；　2.宜昌市城市建设投资开发有限公司　 湖北宜昌 443002；3.武汉市政工程设计研究院有限责任公司　武汉 430023)



TMBR+NF/RO组合工艺处理垃圾渗滤液的工程应用

魏桃员1陈玉婷1肖扬帆2何培弘3

(1.武汉科技大学城市建设学院武汉 430065；2.宜昌市城市建设投资开发有限公司 湖北宜昌 443002；3.武汉市政工程设计研究院有限责任公司武汉 430023)

摘要采用TMBR+NF/RO组合工艺对湖北省宜昌市某垃圾卫生填埋场渗滤液进行处理，介绍了组合工艺的流程、特点、设备规格、技术参数。TMBR系统对可生化降解COD处理后，COD平均质量浓度为822 mg/L，平均去除率为95.8%，对 NH3-N平均去除率为94.9%；经过 NF/RO出水的COD平均值为45 mg/L，NH3-N均小于25 mg/L，达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889—2008)的排放标准。组合工艺处理成本为29.5元/m3。关键词垃圾渗滤液膜生物反应器纳滤反渗透

0引言

降水、垃圾本身的内含水以及垃圾中有机物降解所产生的水分是垃圾渗滤液的3个主要来源[1]。垃圾渗滤液具有不同于一般城镇污水的特点：水质水量变化大，成分复杂多变，BOD和COD浓度高，金属含量较高，氨氮的含量高，微生物营养元素比例失调等，给传统工艺处理带来难度，使渗滤液处理工艺更加复杂，工程投资和处理成本也相应增加[2]。

目前国内外垃圾渗滤液处理技术主要有土地处理、生物处理和物化处理[3]。仅仅采用一种方法处理渗滤液，往往不能达到排放要求，渗滤液处理宜采用“预处理+生物处理+深度处理”的组合工艺[4]。湖北省宜昌市某垃圾填埋场根据发展的需要以及国内垃圾处理场的实际运行情况，计划配套建设渗滤液处理站，根据当地情况以及本项目的处理规模，决定采用TMBR+NF/RO组合工艺。本文介绍了该组合工艺的具体应用和运行情况，以期为鄂西雨量充沛地区垃圾填埋场渗滤液以及其他高浓度有机废水处理设计方案的选择提供借鉴。

1工程概述

1.1工程背景

该垃圾处理场为Ⅱ级填埋场，填埋库区总库容为237万m3，有效库容为193.1万m3。垃圾场2014年7月开始运营，2028年封场，填埋场设计近期日均处理垃圾150 t，远期350 t/d。该工程项目渗滤液处理规模为200 m3/d，所有设备分两组，100 m3/d一组，单组可以单独运行。

根据本工程的特点，参照国内类似城市垃圾填埋场渗滤液进水指标，确定渗滤液进水水质设计值如表1所示，经处理后的渗滤液出水水质要求达到国家《污水综合排放标准》中的一级排放标准，同时符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889—2008)水污染物排放浓度限值。

表1　垃圾渗滤液进水水质和排放标准　mg/L(pH除外)

1.2工艺流程及特点

结合宜昌市当地气候条件、垃圾成分特性以及渗滤液水质特点，参考国内垃圾卫生填埋场渗滤液处理站的运行情况，确定处理工艺流程如图1所示。

图1　渗滤液处理工艺流程

来自填埋场的垃圾渗滤液收集后进入调节池，经提升泵提升进入400 μm的袋式过滤器，去除较大的颗粒物和悬浮物。预处理后渗滤液进入外置式管式膜生物反应器(简称TMBR)，TMBR是生物处理与膜过滤相结合的一种高效的废水处理技术，主要由生化系统和外置式管式超滤膜系统组成，是生物降解与膜分离的有效结合。生化反应包括前置式反硝化和硝化两部分。外置管式错流超滤膜组件将硝化池中水质较好的部分清液从混合液中分离出来，从而得到水质较好的超滤产水。

TMBR 出水进入纳滤系统，进一步分离难降解较大分子量的有机物和部分氨氮，同时进一步进行脱盐处理。纳滤系统的核心是通过抗污染浓缩分离膜(卷式有机复合膜)，在1.3 MPa左右的压力下对污水进行浓缩分离，纳滤采用浓水内循环两段式系统。纳滤出水经清液罐调节后进入反渗透系统，反渗透膜采用卷式有机复合膜，其工作压力为2.3 MPa左右，浓缩分离出水进入反渗透出水罐临时调节，其余自流排放到贮水池。反渗透同样采用浓水内循环二段式系统，确保系统出水达到较高的COD去除率和回收率。

1.3处理单元构筑物、设备

(1)调节池。调节池的主要作用是对渗滤液进行水质水量调节，以缓解对后续水处理的冲击负荷。结合实际地形确定调节池实际有效容积18 000 m3，平均水深3.5 m。调节池配备2台提升泵，1用1备，Q=5 m3/h，H=20 m，N=2.2 kW。

(2)TMBR。垃圾渗滤液进水预处理后进入TMBR系统，在系统内微生物逐渐形成了适合降解污废水中有机物的生物链。由于超滤膜的截留作用，生物反应器内的污泥质量浓度可达到15～30 g/L，主要污染物COD，BOD和氨氮得到有效降解，出水水质好。TMBR系统反硝化罐和硝化罐均为环氧树脂、钢防腐结构，工作时间为24 h，设计污泥质量浓度20 g/L，回流比400%，温度20～40 ℃，pH值6.5～8.0。反硝化罐污泥负荷(NO3-N/MLSS)0.18 kg/kg，硝化罐污泥负荷(COD/MLSS)0.15 kg/(kg·d)。超滤UF采用孔径0.03 pm的超滤膜，膜通量68 L/(m2·h)。TMBR系统反硝化、硝化、外置式超滤膜组件3个部分的主要构筑物、设备的规格和型号见表2。

表2　TMBR系统构筑物、设备的规格和型号

续表

(3)NF系统。型号为DURASLICK 8040F的抗浓缩污染分离膜(卷式有机复合膜),过滤方式为外压式,截留分子量在80～1 000的范围内，操作压力0.7 MPa，工作温度25 ℃，膜通量1 000 L/h。采用浓水内循环式系统，回收率90%以上。NF系统的主要设备和规格型号见表3。

表3　NF系统设备的规格和型号

RO系统的主要设备和规格型号见表4。

表4　RO系统设备的规格和型号

(4)污泥脱水系统。污泥脱水系统污泥产量设计为20 kg/d，由于垃圾渗滤液停留时间较长，污泥可充分消解，实际产泥量很少。污泥脱水机房设置1台脱水进料泵(Q=5 m3/h，H=15 m，N=2.2 kW)，1套过滤面积8 m2、功率1.5 kW的厢式自动压滤机，还配置了1套自动压滤机系统，浓缩后污泥由污泥泵回灌至填埋场库区。

2运行结果分析

工程于2014年8月进入试运行阶段，按设计流量和设计参数运行3个月后监测发现，实际运行中进水COD质量浓度在6 500～36 036 mg/L，为设计进水COD质量浓度的1.30～1.92倍，NH3-N，TN分别在400～1 400 mg/L，570～2 000 mg/L，高于垃圾渗滤液设计进水NH3-N，TN浓度。在此情况下，TMBR+NF/RO组合工艺对各项水质指标的处理效果依然较好，系统出水水质完全能达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889—2008)水污染物浓度排放标准。2014年8月—10月该系统各处理单元对COD，NH3-N，TN的处理效果见图2～图4。

图2　各工艺出水COD质量浓度

图3　各工艺出水NH3-N质量浓度

图4　各工艺出水TN质量浓度

由图2可知，随着进水COD质量浓度的提高，TMBR系统出水COD 会相应增加。进水COD质量浓度在29 800 mg/L以下时，TMBR系统出水COD 稳定在1 000 mg/L以下；进水COD质量浓度在29 800 mg/L以上时，TMBR系统出水COD稳定在1 500 mg/L以下。尽管整个运行期间进水水质变化幅度较大，TMBR系统出水COD的质量浓度平均为822 mg/L，COD平均去除率为95.8%。由TMBR系统处理的COD大部分属于可生化降解有机物，剩下部分难生化降解有机物经过NF系统处理后，出水COD低于200 mg/L，NF系统对TMBR系统出水COD去除效率在74%左右。NF系统出水进入RO系统，通过膜分离作用，出水COD均值为45 mg/L，低于排放限值100 mg/L，完全达到了新标准的排放要求。

由图3可知，整个处理流程中，TMBR系统对NH3-N去除作用最为明显，NH3-N的净化主要是通过TMBR系统的硝化、反硝化来实现的，TMBR系统能将生长缓慢的固氮菌和硝化菌截留在反应器内，从而强化了活性污泥的硝化能力。TMBR系统NH3-N去除效率维持在94.9%，出水NH3-N平均值为39 mg/L，经过NF，RO系统后，出水NH3-N平均值分别为24 mg/L，22 mg/L，运行较为稳定，出水效果较好。后续的NF，RO系统虽然对NH3-N具有持续的去除作用，但平均去除率都低于30.0%，去除效果比较有限。

由图4可知，TMBR+NF/RO组合工艺可以有效去除渗滤液中的TN，出水TN质量浓度在40 mg/L以下，满足该项目出水总氮指标要求。前段TMBR系统中，出水TN 在46～80 mg/L之间变化，平均去除率为94.0%，实现了对总氮的高效去除。后段由深度膜处理系统对总氮进行截留，纳滤、反渗透对渗滤液TN去除效率分别在5.0%～8.1%和40.5%～64.7%之间。经过纳滤、反渗透处理后，出水TN 低于30 mg/L。

实践中，纳滤系统的清水产率可以达到80%以上，浓液产率为21%～23%；反渗透系统的清水产率可以达到75%以上，浓液产率为20%～25%。

3经济指标分析

整个生活垃圾处理工程项目总投资11 559.15万元，年均垃圾处理总成本3 190.1万元，年均垃圾处理经营成本1 311.75万元。本套垃圾渗滤液处理系统年运行费用为637.92万元，运行单价为29.5元/m3。系统运行成本分析见表5。

表5　系统运行成本分析

4结论

(1)采用TMBR+NF/RO组合工艺处理垃圾渗滤液，生化部分为前置反硝化/硝化工艺，再经超滤/纳滤/反渗透等膜分离技术处理，处理效果明显，保证了渗滤液出水水质达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889—2008)。

(2)系统继承了生化反应和物理分离技术优势，有机物主要在TMBR工艺中去除,去除率平均达到95.8%，部分不可生化降解有机物主要通过NF/RO系统去除，而NH3-N，TN在TMBR工艺中去除效果较为明显，去除率平均达到95.0%，94.0%。经过TMBR+NF/RO工艺处理后，可以满足渗滤液排放限值的要求。

(3)本工艺将生化处理系统与膜处理系统有机结合，渗滤液处理成本为29.5元/m3，总体经济效益、社会效益和环境效益较好，可为鄂西周边地区甚至我国部分城镇垃圾渗滤液深度处理提供参考。

参考文献

[1]WANG H Q, TIAN K M, QI Y Q, et al. A simulation analysis of the migration and transformation of pollutants contained in landfill leachate [J]. Journal of Environmental Sciences，2003，15(6)：827-828．

[2]SUN H W,YANG Q,PENG Y Z．Advanced landfill leachate treatment using a two-stage UASB-SBR system at low temperature [J]．Journal of Environmental Sciences，2010，22(4)：481-485．

[3]杨飞黄. 膜组合技术处理城市垃圾焚烧厂渗滤液运行特性的研究[D]. 成都：西南交通大学，2007:21-64.

[4]喻泽斌，孙玲芳，李瑞华，等.膜组合工艺在垃圾渗滤液处理中的工程应用[J].中国给水排水，2013,29(6):84-85.

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)

作者简介魏桃员，女，1970年生，硕士，副教授。主要研究方向：污废水生物强化处理技术，生物能源开发。

(收稿日期：2015-04-09)