MBR+NF+RO+MVR用于填埋場后期滲瀝液全量處理

楊耀達

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東廣州 510000）

生活垃圾填埋場的滲瀝液有機污染物濃度較高，一直以來是廢水處理領域的難題之一。隨著填埋場運行年限增加，滲瀝液水質發(fā)生變化，且濃縮液回灌導致的污染積累問題愈發(fā)突出，因此填埋場后期滲瀝液處理難度較大。本文所述MBR+NF+RO+MVR工藝用于處理填埋場后期滲瀝液，且有效解決濃縮液問題，實現(xiàn)滲瀝液全量處理。

1 工程概況

本項目位于廣東省內某生活垃圾填埋場，現(xiàn)有滲瀝液處理規(guī)模為400 m3/d，采用兩極碟管式反滲透（DTRO）工藝進行處理。項目實際運行中，隨著填埋場運行年限增加，濃縮液回灌導致難降解有機物和鹽分不斷積累，DTRO產水率逐年下降，目前僅為50%～60%。為此，建設單位對滲瀝液處理進行改造，改造后采用MBR+NF+RO工藝，濃縮液采用DTRO減量+MVR處理工藝。由于無濃縮液回灌，改造后滲瀝液處理規(guī)模降低至300 m3/d。

2 設計進水、出水水質

垃圾滲瀝液的水質情況會隨填埋場運行時長的增加而發(fā)生變化，主要的變化趨勢為C/N比失調、電導率增大，生化性變差。滲瀝液變化規(guī)律如表1[1]。

表1 典型填埋場不同年限滲瀝液水質范圍

該填埋場運行時間已有8年，按表1劃分屬于填埋中后期，且場內現(xiàn)有滲瀝液處理后的濃縮液一直以來均采用回灌的方式，滲瀝液進水水質實測數(shù)據(jù)見表2。

表2 2021年滲瀝液進水水質檢測數(shù)據(jù)

考慮到填埋場繼續(xù)運營，NH3-N指標將進一步升高，以及滲瀝液的水質波動，本項目設計進水水質相關指標如表3所示。根據(jù)項目環(huán)評批復，出水水質執(zhí)行《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008）和廣東省地方標準《水污染排放限值》（DB 44/26—2001）第二時段一級標準的較嚴值。排放標準中主要污染物指標要求詳見表3[2-3]。

表3 設計進水、出水水質

3 處理工藝選擇

3.1 滲瀝液處理工藝選擇

填埋場后期滲瀝液C/N比失調，按設計進水水質，BOD5/CODCr約為0.3，BOD5/NH3-N＜1，污水的可生化性一般。結合填埋場后期滲瀝液的水質特點，參照國內外相似的垃圾滲瀝液處理工程的實踐，對本項目所處理的滲瀝液行之有效的處理技術路線主要有以下4類。

（1）預處理+深度處理，如混凝沉淀+DTRO工藝。該類工藝深度處理以膜處理技術居多，其中DTRO工藝在滲瀝液處理領域的應用最為廣泛，具有占地面積小、抗沖擊能力強、開停機迅速等優(yōu)點。但濃縮液的不斷回灌，導致滲瀝液電導率上升明顯，以本項目為例，改造前滲瀝液處理系統(tǒng)進水電導率已高達25 000 μS/cm，系統(tǒng)產水率僅50%～60%，且隨著污染物累積產水率進一步下降。在考慮增加濃縮液全量處理的條件下，僅采用DTRO工藝，濃縮液產生量依然較大，濃縮液全量處理成本較高。

（2）預處理+蒸發(fā)工藝，如混凝沉淀+蒸發(fā)（MVC）+氨吹脫。該類工藝已在高濃度有機廢水中的處理中應用多年，多用于垃圾填埋場的滲瀝液處理。該類工藝具有占地小、工藝流程簡單、運行管理簡單、開停機迅速的優(yōu)點，但由于電耗較大、蒸發(fā)器結垢嚴重、清洗頻繁等缺點，導致廢水處理成本逐年增加，且頻繁的停機清洗維護使處理能力不斷衰減，最終無法滿足處理需要。

（3）生化處理+膜處理，如膜生物反應器（MBR）+納濾（NF）+反滲透（RO）。該類工藝通過生化處理去除有機物及NH3-N，是有機廢水的主流處理工藝，具有運行成本低、去除效果好的優(yōu)點。填埋場后期的滲瀝液可生化性一般，采用該類工藝需要投加碳源。相比DTRO工藝，NF+RO工藝的濃縮液產生量更少，整個系統(tǒng)的濃縮液產出可控制在25%左右[4]。結合該填埋場的實際情況，濃縮液無法繼續(xù)回灌處理，因此采用該類工藝必須搭配濃縮液的全量處理。

（4）生化處理+高級氧化，如MBR+芬頓（Fenton）+曝氣生物濾池（BAF）。該類工藝處理工藝在國內起步較晚，高級氧化技術能有效增強廢水的可生化性，相比膜處理技術可解決濃縮液的處置問題，但相比生化處理+膜技術+濃縮液處理，該類工藝的流程復雜、占地面積大、出水穩(wěn)定性一般，且對運營管理水平要求更高。

工藝選擇上，優(yōu)先考慮出水達標的穩(wěn)定性，填埋場后期滲瀝液的主要污染物依然以有機物及NH3-N為主，因此在投加碳源的情況下，采用生化處理是可行的，選擇第（3）類工藝，深度處理采用NF+RO工藝，搭配濃縮液全量處理，具體工藝路線為外置式MBR+NF+RO+濃縮液全量處理，該工藝出水穩(wěn)定，運行成本相對較低，可解決該填埋場后期滲瀝液的處理難題。

3.2 濃縮液處理工藝選擇

根據(jù)填埋場運行數(shù)據(jù)，濃縮液進水水質設計如表4所示。

表4 濃縮液進水設計水質

由于濃縮液含有大量難降解有機污染物、二價離子，采用生化工藝無法處理濃縮液，濃縮液本身來自于膜處理工藝，采用膜技術無法全量化處理濃縮液。因此本項目濃縮液全量處理工藝選擇為低溫蒸發(fā)（MVR）工藝。MVR可在廢液加熱至60 ℃時進行蒸發(fā)，能有效避免結垢。MVR技術適合類似濃縮液處理類的規(guī)模較小、處理難度大、生化性差、有全量處理需求的廢水處理項目。

此外，RO雖然無法全量處理濃縮液，但處理過程中增加RO單元可有效對濃縮液進行減量。為進一步降低成本，配置1套DTRO，用于濃縮液減量。

4 工藝流程

自調節(jié)池內的滲瀝液泵入均質池，再通過提升泵泵送至MBR系統(tǒng)，經過生物硝化、反硝化等生化處理，可大量去除污水的有機污染物、NH3-N、金屬離子[5]，生化處理后進入膜處理車間，通過NF、RO對污染物進一步去除，出水滿足排放標準。NF、RO濃縮液通過DTRO減量后進入MVR單元進行最終處理。具體的工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程及水量平衡圖

5 工藝設計

5.1 主要設計參數(shù)

一級反硝化池停留時間52 h；一級硝化池停留時間91 h；二級反硝化池停留時間29 h；二級硝化池停留時間31 h；超濾（UF）組件膜通量65 L/（m2·h）；NF組件膜通量16 L/（m2·h），綜合回收率≥80%；RO組件膜通量12 L/（m2·h），綜合回收率≥75%；DTRO組件膜通量10 L/（m2·h），綜合回收率≥60%。

5.2 主要單元設計

（1）均質池。滲瀝液水質具有一定的波動性，均質池主要用于均衡水質。均質池設計尺寸為3.0 m×5.0 m×4.0 m（長×寬×高，以下尺寸均為此形式），有效水深3.5 m，有效容積52.5 m3。均質池內主要配置設備：均質池提升泵，Q=10 m3/h，H=25 m，1臺；精密過濾器，過濾流量為0～20 m3/h，過濾精度為600 ～ 800 μm。

（2）一級反硝化池、二級反硝化池。一級反硝化池設計尺寸為14.0 m×7.5 m×8.0 m，有效水深7.0 m，有效容積735 m3。綜合考慮短程反硝化及一般反硝化作用，20 ℃下反硝化速率取 0.05 kgTN/（kgMLVSS·d）[6]，設計溫度25 ℃下反硝化速率為0.073 kgTN/（kgMLVSS·d），設計反硝化率為92%（TN為總氮，MLVSS為混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度，下同）。二級反硝化池設計尺寸為10.0 m×6.5 m×8.0 m，有效水深6.5 m，有效容積422 m3，設計反硝化率82%。

（3）一級硝化池、二級硝化池。一級硝化池設計尺寸為18.0 m×10.5 m×8.0 m，有效水深7.0 m，有效容積1 323 m3；設計溫度25 ℃，設計污泥濃度15 kg/m3，設計污泥產率系數(shù)為0.2 kgMLSS/kgCOD，本系統(tǒng)回流比為9（MLSS為混合液懸浮固體濃度，下同）。二級硝化池設計尺寸為10.0 m×7.0 m×8.0 m，有效水深6.5 m，有效容積455 m3；設計溫度為25 ℃，設計污泥濃度為15 kg/m3，設計污泥產率系數(shù)為0.2 kg MLSS/kgCOD。

（4）UF單元。UF設置在膜處理車間，主要配置設備：UF集成設備，Q=13.64 m3/h；膜元件8支；膜通量為65 L/（m2·h），過濾面積為216 m2，1臺。

（5）NF單元。NF設置在膜處理車間，主要配置設備：NF集成設備，Q=13.64 m3/h；膜元件18支；膜通量為16 L/（m2·h），過濾面積為666 m2，產水率為80%，1臺；NF單元設有在線清洗系統(tǒng)，用于對NF進行沖洗和化學清洗。

（6）RO單元。RO設置在膜處理車間，主要配置設備：RO集成設備，Q=12.5 m3/h；膜元件18支；膜通量為12 LMH，過濾面積為666 m2，產水率為75%，1臺；RO單元設有在線清洗系統(tǒng)，用于對RO進行沖洗和化學清洗。

（7）DTRO單元。DTRO設置在膜處理車間，主要配置設備：進水濃縮液儲罐，φ2 500 mm×3 100 mm，15 m3，1個；DTRO進水泵，Q=10 m3/h，H=30 m，2臺（一用一備）；DTRO集成設備，Q=6.83 m3/h；膜元件18支；膜通量為10 L/（m2·h），過濾面積為640 m2，產水率為60%，1臺；DTRO濃縮液泵，Q=5 m3/h，H=20 m，2臺（一用一備）。

（8）濃縮液處理單元。經DTRO減量后的濃縮液泵至室外的濃縮液池，濃縮液池設計尺寸為8.0 m×5.0 m×4.0 m，有效水深3.2 m，有效容積128 m3。濃縮液處理單元設置在單獨的濃縮液處理車間內，主要配置設備：預換熱器，冷側流量為2.5 m3/h，介質為后端蒸發(fā)廢氣，1臺；主換熱器，冷側流量1 400 m3/h，介質為鍋爐蒸汽，換熱面積400 m2，1臺；蒸發(fā)罐，φ1 400 mm×10 000 mm，1臺；蒸汽壓縮機，流量為1.6 t/h，1臺；脫氣罐，有效容積為2 000 L，1臺；冷凝水換熱器，80 ℃至35 ℃，1臺；電鍋爐，鍋爐出力為300 kg/h，1臺；冷卻塔，30 m3/h，37 ℃至32 ℃，1臺；干化螯合裝置，處理量1 t/h，1套。

（9）污泥脫水系統(tǒng)。本項目產生的剩余污泥量41.7 m3/d，設計采用板框脫水機對剩余污泥進行脫水處理，脫水上清液回入調節(jié)池，脫水產生的干污泥填埋處置。污泥濃縮池設計尺寸均為3.0 m×5.0 m×4.0 m。污泥脫水系統(tǒng)主要配置設備：壓濾機，過濾面積100 m2，過濾/壓榨工作壓力≤1.0/1.6 MPa，1套；PAM制備裝置，1 000 L/h，濃度2‰～3‰，1套；PAM投加泵，Q=2 m3/h，H=40 m，1臺。

6 工藝特點

（1）本項目處理填埋場后期滲瀝液，結合實際的進水水質合理設計工藝路線及參數(shù)，滲瀝液中NH3-N含量高而有機碳不足，補充RO工藝，在弱酸性環(huán)境下，對NH3-N具有較好的去除率[7]，可保障出水穩(wěn)定達標。

（2）填埋場內由于濃縮液回灌，難降解有機物和鹽分積累，單純使用膜技術產水率過低，回灌的濃縮液又很快通過混入滲瀝液中一并流出，形成惡性循環(huán)，造成滲瀝液的設計處理規(guī)模遠超過實際滲瀝液產生量。本文中采用MBR+NF+RO，搭配濃縮液處理，可有效解決該問題，且實現(xiàn)了滲瀝液的全量處理。原有滲瀝液處理系統(tǒng)設計規(guī)模為400 m3/d，尚不能完全滿足處理需要，經升級改造后，處理規(guī)?？山档椭?00 m3/d，有效節(jié)省MBR系統(tǒng)占地面積和運行成本。

（3）為減少濃縮液處理成本，使用DTRO對濃縮液進行減量化處理，可有效減少運行成本。本項目MVR處理單噸濃縮液的運行成本約100元/m3，DTRO運行成本約40元/m3，DTRO進水117.7 m3/d，經DTRO減量后約減少70.6 m3/d，即采用DTRO+MVR的方式運行成本為80元/m3，相比單獨使用MVR每年節(jié)省費用85.8萬元，運行成本顯著降低，且MVR規(guī)?？s減帶來的投資降低也能完全覆蓋DTRO的建設投資。

（4）采用MVR工藝，使廢水蒸發(fā)溫度要求降低，與傳統(tǒng)MVC相比，既節(jié)省了能耗，又減緩結垢問題。

7 運行效果分析

按以上工藝設計，滲瀝液處理階段各單元去除效果及出水情況見表5，濃縮液處理效果及出水情況見表6。

表5 滲瀝液處理各階段去除率及出水水質

表6 濃縮液處理去除率及出水水質

8 結論

（1）本項目采用MBR+NF+RO+MVR工藝能夠實現(xiàn)滲瀝液全量處理。經升級改造后，解決了填埋場后期運營中濃縮液回灌后立即流出、滲瀝液處理產水率低等問題，滲瀝液處理規(guī)模由原400 m3/d降低至300 m3/d，該工藝對這類項目具有指導意義。

（2）本項目出水水質要求嚴格，其出水水質可滿足《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889—2008）中表2和廣東省地方標準《水污染排放限值》（DB 44/26—2001）第二時段一級標準的較嚴值。

（3）濃縮液采用DTRO進行減量，再進入MVR處理，可有效降低運行成本和建設投資，運行成本每年節(jié)省費用85.8萬元。