MBR+NF+RO+MVR用于填埋场后期渗沥液全量处理

杨耀达

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东广州 510000）

生活垃圾填埋场的渗沥液有机污染物浓度较高，一直以来是废水处理领域的难题之一。随着填埋场运行年限增加，渗沥液水质发生变化，且浓缩液回灌导致的污染积累问题愈发突出，因此填埋场后期渗沥液处理难度较大。本文所述MBR+NF+RO+MVR工艺用于处理填埋场后期渗沥液，且有效解决浓缩液问题，实现渗沥液全量处理。

本项目位于广东省内某生活垃圾填埋场，现有渗沥液处理规模为400 m3/d，采用两极碟管式反渗透（DTRO）工艺进行处理。项目实际运行中，随着填埋场运行年限增加，浓缩液回灌导致难降解有机物和盐分不断积累，DTRO产水率逐年下降，目前仅为50%～60%。为此，建设单位对渗沥液处理进行改造，改造后采用MBR+NF+RO工艺，浓缩液采用DTRO减量+MVR处理工艺。由于无浓缩液回灌，改造后渗沥液处理规模降低至300 m3/d。

垃圾渗沥液的水质情况会随填埋场运行时长的增加而发生变化，主要的变化趋势为C/N比失调、电导率增大，生化性变差。渗沥液变化规律如表1[1]。

表1 典型填埋场不同年限渗沥液水质范围

该填埋场运行时间已有8年，按表1划分属于填埋中后期，且场内现有渗沥液处理后的浓缩液一直以来均采用回灌的方式，渗沥液进水水质实测数据见表2。

表2 2021年渗沥液进水水质检测数据

考虑到填埋场继续运营，NH3-N指标将进一步升高，以及渗沥液的水质波动，本项目设计进水水质相关指标如表3所示。根据项目环评批复，出水水质执行《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）和广东省地方标准《水污染排放限值》（DB 44/26—2001）第二时段一级标准的较严值。排放标准中主要污染物指标要求详见表3[2-3]。

表3 设计进水、出水水质

3.1 渗沥液处理工艺选择

填埋场后期渗沥液C/N比失调，按设计进水水质，BOD5/CODCr约为0.3，BOD5/NH3-N＜1，污水的可生化性一般。结合填埋场后期渗沥液的水质特点，参照国内外相似的垃圾渗沥液处理工程的实践，对本项目所处理的渗沥液行之有效的处理技术路线主要有以下4类。

（1）预处理+深度处理，如混凝沉淀+DTRO工艺。该类工艺深度处理以膜处理技术居多，其中DTRO工艺在渗沥液处理领域的应用最为广泛，具有占地面积小、抗冲击能力强、开停机迅速等优点。但浓缩液的不断回灌，导致渗沥液电导率上升明显，以本项目为例，改造前渗沥液处理系统进水电导率已高达25 000 μS/cm，系统产水率仅50%～60%，且随着污染物累积产水率进一步下降。在考虑增加浓缩液全量处理的条件下，仅采用DTRO工艺，浓缩液产生量依然较大，浓缩液全量处理成本较高。

（2）预处理+蒸发工艺，如混凝沉淀+蒸发（MVC）+氨吹脱。该类工艺已在高浓度有机废水中的处理中应用多年，多用于垃圾填埋场的渗沥液处理。该类工艺具有占地小、工艺流程简单、运行管理简单、开停机迅速的优点，但由于电耗较大、蒸发器结垢严重、清洗频繁等缺点，导致废水处理成本逐年增加，且频繁的停机清洗维护使处理能力不断衰减，最终无法满足处理需要。

（3）生化处理+膜处理，如膜生物反应器（MBR）+纳滤（NF）+反渗透（RO）。该类工艺通过生化处理去除有机物及NH3-N，是有机废水的主流处理工艺，具有运行成本低、去除效果好的优点。填埋场后期的渗沥液可生化性一般，采用该类工艺需要投加碳源。相比DTRO工艺，NF+RO工艺的浓缩液产生量更少，整个系统的浓缩液产出可控制在25%左右[4]。结合该填埋场的实际情况，浓缩液无法继续回灌处理，因此采用该类工艺必须搭配浓缩液的全量处理。

（4）生化处理+高级氧化，如MBR+芬顿（Fenton）+曝气生物滤池（BAF）。该类工艺处理工艺在国内起步较晚，高级氧化技术能有效增强废水的可生化性，相比膜处理技术可解决浓缩液的处置问题，但相比生化处理+膜技术+浓缩液处理，该类工艺的流程复杂、占地面积大、出水稳定性一般，且对运营管理水平要求更高。

工艺选择上，优先考虑出水达标的稳定性，填埋场后期渗沥液的主要污染物依然以有机物及NH3-N为主，因此在投加碳源的情况下，采用生化处理是可行的，选择第（3）类工艺，深度处理采用NF+RO工艺，搭配浓缩液全量处理，具体工艺路线为外置式MBR+NF+RO+浓缩液全量处理，该工艺出水稳定，运行成本相对较低，可解决该填埋场后期渗沥液的处理难题。

3.2 浓缩液处理工艺选择

根据填埋场运行数据，浓缩液进水水质设计如表4所示。

表4 浓缩液进水设计水质

由于浓缩液含有大量难降解有机污染物、二价离子，采用生化工艺无法处理浓缩液，浓缩液本身来自于膜处理工艺，采用膜技术无法全量化处理浓缩液。因此本项目浓缩液全量处理工艺选择为低温蒸发（MVR）工艺。MVR可在废液加热至60 ℃时进行蒸发，能有效避免结垢。MVR技术适合类似浓缩液处理类的规模较小、处理难度大、生化性差、有全量处理需求的废水处理项目。

此外，RO虽然无法全量处理浓缩液，但处理过程中增加RO单元可有效对浓缩液进行减量。为进一步降低成本，配置1套DTRO，用于浓缩液减量。

自调节池内的渗沥液泵入均质池，再通过提升泵泵送至MBR系统，经过生物硝化、反硝化等生化处理，可大量去除污水的有机污染物、NH3-N、金属离子[5]，生化处理后进入膜处理车间，通过NF、RO对污染物进一步去除，出水满足排放标准。NF、RO浓缩液通过DTRO减量后进入MVR单元进行最终处理。具体的工艺流程见图1。

图1 工艺流程及水量平衡图

5.1 主要设计参数

一级反硝化池停留时间52 h；
一级硝化池停留时间91 h；
二级反硝化池停留时间29 h；
二级硝化池停留时间31 h；
超滤（UF）组件膜通量65 L/（m2·h）；
NF组件膜通量16 L/（m2·h），综合回收率≥80%；
RO组件膜通量12 L/（m2·h），综合回收率≥75%；
DTRO组件膜通量10 L/（m2·h），综合回收率≥60%。

5.2 主要单元设计

（1）均质池。渗沥液水质具有一定的波动性，均质池主要用于均衡水质。均质池设计尺寸为3.0 m×5.0 m×4.0 m（长×宽×高，以下尺寸均为此形式），有效水深3.5 m，有效容积52.5 m3。均质池内主要配置设备：均质池提升泵，Q=10 m3/h，H=25 m，1台；
精密过滤器，过滤流量为0～20 m3/h，过滤精度为600 ～ 800 μm。

（2）一级反硝化池、二级反硝化池。一级反硝化池设计尺寸为14.0 m×7.5 m×8.0 m，有效水深7.0 m，有效容积735 m3。综合考虑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]，设计温度25 ℃下反硝化速率为0.073 kgTN/（kgMLVSS·d），设计反硝化率为92%（TN为总氮，MLVSS为混合液挥发性悬浮固体浓度，下同）。二级反硝化池设计尺寸为10.0 m×6.5 m×8.0 m，有效水深6.5 m，有效容积422 m3，设计反硝化率82%。

（3）一级硝化池、二级硝化池。一级硝化池设计尺寸为18.0 m×10.5 m×8.0 m，有效水深7.0 m，有效容积1 323 m3；
设计温度25 ℃，设计污泥浓度15 kg/m3，设计污泥产率系数为0.2 kgMLSS/kgCOD，本系统回流比为9（MLSS为混合液悬浮固体浓度，下同）。二级硝化池设计尺寸为10.0 m×7.0 m×8.0 m，有效水深6.5 m，有效容积455 m3；
设计温度为25 ℃，设计污泥浓度为15 kg/m3，设计污泥产率系数为0.2 kg MLSS/kgCOD。

（4）UF单元。UF设置在膜处理车间，主要配置设备：UF集成设备，Q=13.64 m3/h；
膜元件8支；
膜通量为65 L/（m2·h），过滤面积为216 m2，1台。

（5）NF单元。NF设置在膜处理车间，主要配置设备：NF集成设备，Q=13.64 m3/h；
膜元件18支；
膜通量为16 L/（m2·h），过滤面积为666 m2，产水率为80%，1台；
NF单元设有在线清洗系统，用于对NF进行冲洗和化学清洗。

（6）RO单元。RO设置在膜处理车间，主要配置设备：RO集成设备，Q=12.5 m3/h；
膜元件18支；
膜通量为12 LMH，过滤面积为666 m2，产水率为75%，1台；
RO单元设有在线清洗系统，用于对RO进行冲洗和化学清洗。

（7）DTRO单元。DTRO设置在膜处理车间，主要配置设备：进水浓缩液储罐，φ2 500 mm×3 100 mm，15 m3，1个；
DTRO进水泵，Q=10 m3/h，H=30 m，2台（一用一备）；
DTRO集成设备，Q=6.83 m3/h；
膜元件18支；
膜通量为10 L/（m2·h），过滤面积为640 m2，产水率为60%，1台；
DTRO浓缩液泵，Q=5 m3/h，H=20 m，2台（一用一备）。

（8）浓缩液处理单元。经DTRO减量后的浓缩液泵至室外的浓缩液池，浓缩液池设计尺寸为8.0 m×5.0 m×4.0 m，有效水深3.2 m，有效容积128 m3。浓缩液处理单元设置在单独的浓缩液处理车间内，主要配置设备：预换热器，冷侧流量为2.5 m3/h，介质为后端蒸发废气，1台；
主换热器，冷侧流量1 400 m3/h，介质为锅炉蒸汽，换热面积400 m2，1台；
蒸发罐，φ1 400 mm×10 000 mm，1台；
蒸汽压缩机，流量为1.6 t/h，1台；
脱气罐，有效容积为2 000 L，1台；
冷凝水换热器，80 ℃至35 ℃，1台；
电锅炉，锅炉出力为300 kg/h，1台；
冷却塔，30 m3/h，37 ℃至32 ℃，1台；
干化螯合装置，处理量1 t/h，1套。

（9）污泥脱水系统。本项目产生的剩余污泥量41.7 m3/d，设计采用板框脱水机对剩余污泥进行脱水处理，脱水上清液回入调节池，脱水产生的干污泥填埋处置。污泥浓缩池设计尺寸均为3.0 m×5.0 m×4.0 m。污泥脱水系统主要配置设备：压滤机，过滤面积100 m2，过滤/压榨工作压力≤1.0/1.6 MPa，1套；
PAM制备装置，1 000 L/h，浓度2‰～3‰，1套；
PAM投加泵，Q=2 m3/h，H=40 m，1台。

（1）本项目处理填埋场后期渗沥液，结合实际的进水水质合理设计工艺路线及参数，渗沥液中NH3-N含量高而有机碳不足，补充RO工艺，在弱酸性环境下，对NH3-N具有较好的去除率[7]，可保障出水稳定达标。

（2）填埋场内由于浓缩液回灌，难降解有机物和盐分积累，单纯使用膜技术产水率过低，回灌的浓缩液又很快通过混入渗沥液中一并流出，形成恶性循环，造成渗沥液的设计处理规模远超过实际渗沥液产生量。本文中采用MBR+NF+RO，搭配浓缩液处理，可有效解决该问题，且实现了渗沥液的全量处理。原有渗沥液处理系统设计规模为400 m3/d，尚不能完全满足处理需要，经升级改造后，处理规模可降低至300 m3/d，有效节省MBR系统占地面积和运行成本。

（3）为减少浓缩液处理成本，使用DTRO对浓缩液进行减量化处理，可有效减少运行成本。本项目MVR处理单吨浓缩液的运行成本约100元/m3，DTRO运行成本约40元/m3，DTRO进水117.7 m3/d，经DTRO减量后约减少70.6 m3/d，即采用DTRO+MVR的方式运行成本为80元/m3，相比单独使用MVR每年节省费用85.8万元，运行成本显著降低，且MVR规模缩减带来的投资降低也能完全覆盖DTRO的建设投资。

（4）采用MVR工艺，使废水蒸发温度要求降低，与传统MVC相比，既节省了能耗，又减缓结垢问题。

按以上工艺设计，渗沥液处理阶段各单元去除效果及出水情况见表5，浓缩液处理效果及出水情况见表6。

表5 渗沥液处理各阶段去除率及出水水质

表6 浓缩液处理去除率及出水水质

（1）本项目采用MBR+NF+RO+MVR工艺能够实现渗沥液全量处理。经升级改造后，解决了填埋场后期运营中浓缩液回灌后立即流出、渗沥液处理产水率低等问题，渗沥液处理规模由原400 m3/d降低至300 m3/d，该工艺对这类项目具有指导意义。

（2）本项目出水水质要求严格，其出水水质可满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）中表2和广东省地方标准《水污染排放限值》（DB 44/26—2001）第二时段一级标准的较严值。

（3）浓缩液采用DTRO进行减量，再进入MVR处理，可有效降低运行成本和建设投资，运行成本每年节省费用85.8万元。