膜生物反應(yīng)器在滲瀝液處理中的設(shè)計計算探討

陳剛，熊向陽，王黎佳，蔡輝，米洋

（1.中國城市建設(shè)研究院有限公司，北京100120；2.青島市團島污水處理廠，山東青島266071）

膜生物反應(yīng)器在滲瀝液處理中的設(shè)計計算探討

陳剛1，熊向陽1，王黎佳2，蔡輝1，米洋1

（1.中國城市建設(shè)研究院有限公司，北京100120；2.青島市團島污水處理廠，山東青島266071）

介紹了垃圾滲瀝液膜生物反應(yīng)器的組成和工藝流程，探討了膜生物反應(yīng)工藝在垃圾滲瀝液處理中的設(shè)計計算，并比較了核心計算參數(shù)與《室外排水設(shè)計規(guī)范》中AN/O法的區(qū)別。

膜生物反應(yīng)器；滲瀝液；設(shè)計計算

MBR工藝的引進，逐漸改變了業(yè)內(nèi)對垃圾滲瀝液脫氮技術(shù)認識，垃圾滲瀝液“生物處理”開啟了高效脫氮的生活處理模式。MBR成為垃圾滲瀝液“生物處理”單元的重點工藝，最大限度地降解有機污染物及總氮。因垃圾滲瀝液的特性不同和要求不同，滲瀝液行業(yè)的MBR系統(tǒng)的設(shè)計和計算尚不能參考市政污水和其他污水的設(shè)計依據(jù)和經(jīng)驗參數(shù)。

1 垃圾滲瀝液膜生物反應(yīng)器

垃圾滲瀝液MBR系統(tǒng)通常由預(yù)過濾器、A/O生物反應(yīng)器、膜組件、曝氣系統(tǒng)等單元組成，配套設(shè)施及設(shè)備包括膜組件清洗裝置、水泵、風(fēng)機、儀表及電氣控制等。

目前普遍應(yīng)用于垃圾滲瀝液處理工程實踐中的，主要有外置式A/O膜生物反應(yīng)器與內(nèi)置式A/O膜生物反應(yīng)器。

2 工藝流程

當(dāng)采用外置式MBR系統(tǒng)時，可參考如圖1的典型工藝流程設(shè)計；當(dāng)采用內(nèi)置式MBR系統(tǒng)時，可參考如圖2的典型工藝流程設(shè)計；當(dāng)需要強化生物處理時，通常設(shè)兩級硝化及硝化反應(yīng)器。

圖1 常規(guī)工藝流程

圖2 內(nèi)置式MBR工藝流程

3 設(shè)計計算

MBR工藝進水水質(zhì)主要污染物指標(biāo)如下：①生化需氧量與化學(xué)需氧量比值（BOD5/COD）不小于0.3；②氨氮（NH3-N）：不大于2 500 mg/L；③化學(xué)需氧量與氨氮比值（COD/NH3-N）通常為大于5（小于5時通常需要補加碳源，計算以補充碳源后的COD計算）。

3.1 反硝化池容積計算

式中：VdN為反硝化池容積，m3；Q為設(shè)計滲瀝液流量，m3/d；X為生物反應(yīng)池內(nèi)污泥濃度（MLSS），g/L；△XV為排出生物反應(yīng)池系統(tǒng)的微生物量，kg/d；Nto為生物反應(yīng)池進水總氮濃度，mg/L；Nte為生物反應(yīng)池出水總氮濃度，mg/L；KdN為脫氮速率，kg/（kg·d）；Yt為污泥總產(chǎn)率系數(shù)，kg/kg；y為單位體積混合液中，MLVSS占MLSS的比例，g/g，一般取0.6～0.8；So為生物反應(yīng)池進水化學(xué)需氧量濃度，mg/L；Se為生物反應(yīng)池出水化學(xué)需氧量濃度，mg/L。

上述計算公式基本依據(jù)為GB 50014—2006室外排水設(shè)計規(guī)范中A/O法計算公式，但由于垃圾滲瀝液污染物濃度是生活污水的近百倍，五日生化需氧量測量誤差較大，為了實際使用方便，采用實際進出水COD計算（規(guī)范原公式采用BOD5），活性污泥濃度也幾倍于市政污水行業(yè)，故停留時間差距較大，核心設(shè)計參數(shù)和經(jīng)驗參數(shù)如下：污泥濃度8～15g/L，脫氮速率0.06～0.11kg/（kg/d），污泥總產(chǎn)率系數(shù)0.2～0.3 kg/kg。

3.2 硝化池容積計算

分別計算出VS和VN值，取兩者中大者作為VO。

式中：VO為硝化池容積，m3；VS為去除碳有機物所需硝化池容積，m3；VN為硝化所需反應(yīng)器容積，m3；Q為設(shè)計滲瀝液流量，m3/d；So為生物反應(yīng)池進水化學(xué)需氧量濃度，mg/L；Se為生物反應(yīng)池出水化學(xué)需氧量濃度，mg/L；No為生物反應(yīng)池進水氨氮濃度，mg/L；Ne為生物反應(yīng)池出水氨氮濃度，mg/L；X為生物反應(yīng)池內(nèi)混合液懸浮固體平均濃度，g/L；KS為污泥負荷，kg/（kg·d）；KN為硝化速率，kg/（kg·d）。

上述計算公式是依據(jù)GB 50014—2006室外排水設(shè)計規(guī)范中A/O法計算公式和給排水設(shè)計手冊《城鎮(zhèn)排水》中曝氣池容積計算公式改造簡化而成。

主要核心參數(shù)是污泥負荷和硝化速率根據(jù)大量的工程案例的經(jīng)驗分析而來，分別為：硝化速率0.02～0.05 kg/（kg·d）；污泥負荷0.1～0.25 kg/（kg·d）。其他污泥濃度等同反硝化池容積計算公式。

式中：Q為設(shè)計滲瀝液流量，m3/d；QR為混合液回流量，m3/d；f為設(shè)計脫氮效率，%；R為回流比。

3.4 硝化池中的污水需氧量

根據(jù)去除的五日生化需氧量、氨氮的硝化和除氮等要求，按公式（7）計算：

式中：O2為污水需氧量（kg/d）；Q為硝化池的進水流量（m3/d）；So為硝化池進水五日生化需氧量（mg/L），計算時可用化學(xué)需氧量代替，但需根據(jù)水質(zhì)情況考慮換算系數(shù)；Se為硝化池出水五日生化需氧量（mg/L），計算時可用化學(xué)需氧量代替，但需根據(jù)水質(zhì)情況考慮換算系數(shù)；ΔXV為排出硝化池系統(tǒng)的微生物量（kg/d）；Nk為硝化池進水總凱氏氮濃度（mg/L）；Nt為硝化池進水總氮濃度（mg/L）；Noe為硝化池出水硝態(tài)氮濃度（mg/L）；0.12ΔXV為排出硝化池系統(tǒng)的微生物中含氮量（kg/d）；a為碳的氧當(dāng)量，當(dāng)含碳物質(zhì)以COD計時，取1.0；b為常數(shù)，氧化每kg氨氮所需氧量（kg/kg），取4.57；c為常數(shù)，細菌細胞的氧當(dāng)量，取1.42。

3.5 膜計算

膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)一般采用超濾或微濾膜作為泥水分離裝置膜的計算如下。

1）外置膜膜通量宜為60～68L/（m2·h）。內(nèi)置式按材質(zhì)區(qū)分，PVDF材質(zhì)的膜通量宜為8～12L/（m2·h），PTFE材質(zhì)的膜通量宜為12～20 L/（m2·h）。

2）膜面積計算：

式中：S為膜總面積（m2）；Qh為進水流量（m3/h）；J為膜通量（L/（m2·h））。

3）膜元件計算：

式中：n為膜數(shù)量（支）；S為膜面積（m2）；Sa為單支膜面積（m2）。

4 生化系統(tǒng)主要設(shè)計參數(shù)匯總

雖然垃圾滲瀝液成分復(fù)雜，污染物濃度較高，是市政污水的幾十倍到近百倍，經(jīng)過從業(yè)者多年的研究實踐和不斷地摸索改進，選擇了綜合性能

3.3 混合液回流量計算較高的膜分離和輔助設(shè)備，采用A/O型MBR系統(tǒng)處理垃圾滲瀝液取得了較大成果，與有機污染物和總氮的去除率相比市政污水更高，具體設(shè)計參數(shù)與《室外排水規(guī)范》AN/O工藝對比如表1所示。

表1 垃圾滲瀝液MBR系統(tǒng)的主要設(shè)計參數(shù)

5 結(jié)論

1）A/O膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)的長泥齡、高污泥濃度等優(yōu)勢使得垃圾滲瀝液生化處理中，MBR成為主導(dǎo)工藝；因垃圾滲瀝液的特性不同和要求不同，滲瀝液行業(yè)的MBR系統(tǒng)的設(shè)計和計算尚不能參考市政污水和其他污水的設(shè)計依據(jù)和經(jīng)驗參數(shù)。

2）通過參考和簡化常規(guī)A/O法計算公式，得出一套垃圾滲瀝液MBR系統(tǒng)的計算公式，并根據(jù)工程案例經(jīng)驗，得出核心經(jīng)驗參數(shù)；同時把主要設(shè)計參數(shù)與《室外排水規(guī)范》中AN/O工藝的相應(yīng)參數(shù)做了比較。

3）因垃圾滲瀝液中有機污染物、氨氮均數(shù)十倍于市政污水，相比常規(guī)市政污水A/O法，垃圾滲瀝液MBR系統(tǒng)具有污泥濃度高、停留時間長、回流比大等顯著特點；由于其底物濃度高，還具有有機物和氨氮反應(yīng)速率快等特點。

［1］生活垃圾滲瀝液處理技術(shù)規(guī)范：CJJ 150—2010［S］.

［2］生活垃圾滲瀝液處理技術(shù)導(dǎo)則：RISN-TG 023—2016［S］.

Design Calculation for Membrane Bioreactor in the Treatment of Landfill Leachate

Chen Gang1，Xiong Xiangyang1，Wang Lijia2，Cai Hui1，Mi Yang1
（1.China Urban Construction Design＆Research Institute Co.Ltd.，Beijing100120；2.Qingdao Tuandao Sewage Treatment Plant，QingdaoShandong266071）

We introduced the composition and process of landfill leachate membrane bioreactor，discussed the design calculation of membrane biological reaction process in the treatment of landfill leachate，and compared the difference between the core calculation parametersand the AN/O method in Code for Design of Outdoor Wastewater Engineering.

membrane bioreactor；leachate；design calculation

X703

A

1005-8206（2017）02-0053-03

陳剛（1982—），高級工程師，主要從事生活垃圾滲瀝液、城市污水設(shè)計。

E-mail：cgg2010@126.com。

2016-10-12