膜生物反應器在滲瀝液處理中的設計計算探討

陳剛，熊向陽，王黎佳，蔡輝，米洋

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

膜生物反應器在滲瀝液處理中的設計計算探討

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器的組成和工藝流程，探討了膜生物反應工藝在垃圾滲瀝液處理中的設計計算，并比較了核心計算參數與《室外排水設計規范》中AN/O法的區別。

膜生物反應器；滲瀝液；設計計算

MBR工藝的引進，逐漸改變了業內對垃圾滲瀝液脫氮技術認識，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，滲瀝液行業的MBR系統的設計和計算尚不能參考市政污水和其他污水的設計依據和經驗參數。

1 垃圾滲瀝液膜生物反應器

垃圾滲瀝液MBR系統通常由預過濾器、A/O生物反應器、膜組件、曝氣系統等單元組成，配套設施及設備包括膜組件清洗裝置、水泵、風機、儀表及電氣控制等。

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

2 工藝流程

當采用外置式MBR系統時，可參考如圖1的典型工藝流程設計；當采用內置式MBR系統時，可參考如圖2的典型工藝流程設計；當需要強化生物處理時，通常設兩級硝化及硝化反應器。

圖1 常規工藝流程

圖2 內置式MBR工藝流程

3 設計計算

MBR工藝進水水質主要污染物指標如下：①生化需氧量與化學需氧量比值（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為設計滲瀝液流量，m3/d；X為生物反應池內污泥濃度（MLSS），g/L；△XV為排出生物反應池系統的微生物量，kg/d；Nto為生物反應池進水總氮濃度，mg/L；Nte為生物反應池出水總氮濃度，mg/L；KdN為脫氮速率，kg/（kg·d）；Yt為污泥總產率系數，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為生物反應池進水化學需氧量濃度，mg/L；Se為生物反應池出水化學需氧量濃度，mg/L。

上述計算公式基本依據為GB 50014—2006室外排水設計規范中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（規范原公式采用BOD5），活性污泥濃度也幾倍于市政污水行業，故停留時間差距較大，核心設計參數和經驗參數如下：污泥濃度8～15g/L，脫氮速率0.06～0.11kg/（kg/d），污泥總產率系數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為硝化所需反應器容積，m3；Q為設計滲瀝液流量，m3/d；So為生物反應池進水化學需氧量濃度，mg/L；Se為生物反應池出水化學需氧量濃度，mg/L；No為生物反應池進水氨氮濃度，mg/L；Ne為生物反應池出水氨氮濃度，mg/L；X為生物反應池內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GB 50014—2006室外排水設計規范中A/O法計算公式和給排水設計手冊《城鎮排水》中曝氣池容積計算公式改造簡化而成。

主要核心參數是污泥負荷和硝化速率根據大量的工程案例的經驗分析而來，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為設計滲瀝液流量，m3/d；QR為混合液回流量，m3/d；f為設計脫氮效率，%；R為回流比。

3.4 硝化池中的污水需氧量

根據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），計算時可用化學需氧量代替，但需根據水質情況考慮換算系數；Se為硝化池出水五日生化需氧量（mg/L），計算時可用化學需氧量代替，但需根據水質情況考慮換算系數；ΔXV為排出硝化池系統的微生物量（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為硝化池出水硝態氮濃度（mg/L）；0.12ΔXV為排出硝化池系統的微生物中含氮量（kg/d）；a為碳的氧當量，當含碳物質以COD計時，取1.0；b為常數，氧化每kg氨氮所需氧量（kg/kg），取4.57；c為常數，細菌細胞的氧當量，取1.42。

3.5 膜計算

膜生物反應器系統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）。內置式按材質區分，PVDF材質的膜通量宜為8～12L/（m2·h），PTFE材質的膜通量宜為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為膜數量（支）；S為膜面積（m2）；Sa為單支膜面積（m2）。

4 生化系統主要設計參數匯總

雖然垃圾滲瀝液成分復雜，污染物濃度較高，是市政污水的幾十倍到近百倍，經過從業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備，采用A/O型MBR系統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，具體設計參數與《室外排水規范》AN/O工藝對比如表1所示。

表1 垃圾滲瀝液MBR系統的主要設計參數

5 結論

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

2）通過參考和簡化常規A/O法計算公式，得出一套垃圾滲瀝液MBR系統的計算公式，并根據工程案例經驗，得出核心經驗參數；同時把主要設計參數與《室外排水規范》中AN/O工藝的相應參數做了比較。

3）因垃圾滲瀝液中有機污染物、氨氮均數十倍于市政污水，相比常規市政污水A/O法，垃圾滲瀝液MBR系統具有污泥濃度高、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速率快等特點。

［1］生活垃圾滲瀝液處理技術規范：CJJ 150—2010［S］.

［2］生活垃圾滲瀝液處理技術導則：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、城市污水設計。

E-mail：cgg2010@126.com。

2016-10-12