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标题: 经验：垃圾渗滤液MBR处理系统设计 [打印本页]
作者: 水进展    时间: 2021-4-12 08:07
标题: 经验：垃圾渗滤液MBR处理系统设计
无论是垃圾填埋场还是垃圾焚烧厂，渗滤液的特点是水量水质受季节、气候等因素的影响大，成分复杂、污染物浓度高、可生化性差，渗滤液处理工艺大多采用“预处理+生化+深度处理”工艺，其中生化处理普遍采用MBR工艺，是整个渗滤液处理系统的核心，是出水能否达标排放的重要保障。' r% X# e- S: A, i  l

0 O" r) V7 |- i0 a垃圾渗滤液MBR处理系统设计要点如下：
) U9 G! }: J. T3 J* u; @* p" T" K. ~$ A
◆MBR生化处理系统的设计应以COD进行计算；* \8 P1 j$ ^& c
" Y* |: w, ]/ r% o: N
◆规模较小时可以采用一条线，规模较大时需设置二条线；
9 t3 F; ~# {" x- O: Z" v* i8 ^, t9 S
◆渗滤液处理出水对总氮无要求时采用单级生物脱氮，出水对总氮有要求时采用二级生物脱氮；
: `% {7 p& I) S) U$ V
% ?. b( e6 Q# L◆合理选取水温、泥龄、污泥浓度、剩余污泥产率及单位耗氧量等设计参数，通过计算确定混合液回流比；* G0 z: j( O! ~2 Z  G
- c# K2 z/ {" d% ~$ f% D% \) H$ a
◆外加碳源可以采用甲醇、乙酸钠、葡萄糖等，分别投加在缺氧池和后置反硝化池；
, V7 [+ V" R- t: A0 C& H$ H; Y& W7 A
◆通过控制生物池内水的流态、利用空气管道控制曝气区域、控制膜分离和污水冷却系统回流位置等技术措施，可以取得良好的处理效果。
$ S- M& U) {1 Y& `) C2 r" A
+ S* N" I. h7 G6 p1用COD进行设计计算# c' V$ P1 P; m  @& T

5 q- T% a3 L8 w- |8 j1 [大部分的生化处理系计是按BOD进行设计计算的，但对垃圾渗滤液而言，COD浓度远远高于BOD浓度，二者的比值COD/BOD＞2.2，此种情况下如果仍按BOD进行设计，会存在较大误差，严重影响处理效果，因此垃圾渗滤液MBR生化处理系统应以COD进行设计计算，实际运行结果证明，这种计算方式是符合实际情况的、是合理的。* X0 n8 R6 N, q8 |

( |: v; n$ ~2 d' c4 T6 D2一条线和二条线的设定原则设置9 o! G$ \9 w' F# N4 e& u; r
8 h" b5 n1 ?1 V3 i' s8 Y7 S
许多垃圾渗滤液处理工程，生化处理部分往往只设置一条线，检修、维护时整个系统必须停止运行，对整个渗滤液处理系统影响很大，而且恢复运行难度也很大。因此为保证渗滤液处理系统能够连续稳定运行，同时考虑到渗滤液处理规模大小不一，原则上规模较小时可考虑设置一条线，规模较大时可应采用二条线，使系统的运行更加可靠、灵活和合理，把由于检修维护的影响降到最低。
' j! s% p2 u/ S* y  b
9 N8 \' j& y" k根据渗滤液处理工程的特点，工程规模Q≤200m3/d的渗滤液处理工程可以按一条线进行设计，工程规模Q＜400m3/d的渗滤液处理工程，优先考虑采用二条线，如果现场条件不允许也可采用一条线，工程规模Q≥400m3/d的渗滤液处理工程应采用二条线。. b' D5 T$ E# O
) E3 s5 O3 h# e
3单级生物脱氮和二级生物脱氮的适用条件
- S7 j( S4 i" p% A, ~  t) H) Q/ X8 F, i  W5 v# _* X2 v+ d
所谓单级生物脱氮系统，就是在系统内设置缺氧池和好氧池，利用微生物的硝化和反硝化反应达到去除总氮的目的，对于进水氨氮浓度较低或排放标准对总氮没有要求的项目，采用单级生物脱氮即可满足要求。: F) _( t/ l4 n- U$ Q3 R  _+ O
' B; s7 {0 ]; k$ ~& ^9 k5 E
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 & G- Q% ^8 T% @
图1单级生物脱氮系统示意图
  |! I/ n9 [% |# j
( C; f. o; P* h5 \: f/ W/ |事实上经过单级生物脱氮处理后，出水中仍会含有一定量的硝酸盐，尤其是进水氨氮浓度高的情况下，出水中硝酸盐的含量会更高，总氮也相应偏高。在出水对总氮有严格要求的地区，为保证出水总氮达标，在单级生物脱氮后再增设后置反硝化池和后曝气池，亦即二级生物脱氮系统，通过投加外加碳源，利用微生物的硝化和反硝化反应进一步去除剩余的硝酸盐，进而达到提高总氮去除率的目的。! {! c& J; l) v/ i1 T7 N7 I$ ^: q" ^8 F
, ~! C* `( U+ M) |7 q
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# B6 Y+ |( i3 r$ o8 z图2二级生物脱氮系统示意图, I* @0 |* ^0 Q/ H

4 X8 \* }) h3 Z& h& N垃圾渗滤液原液中氨氮浓度很高，一般介于2000mg/L~3000mg/L之间，也有高达3000mg/L~4000mg/L，一些排放标准要求出水总氮低于40mg/L，总氮去除率高达98%以上，如此高的去除率对MBR系统提出了更高的要求，单级生物脱氮系统很难达标，必须采用二级生物脱氮方能满足要求。
8 y; Q. j- Z5 |; j% R# w" ]/ P, i- k& N
  C$ U; S. m. p% ~: s9 m" n% k) [6 k对于垃圾渗滤液而言，排放标准对总氮没有要求的项目，生化处理系统采用单级生物脱氮，如果排放标准对总氮有严格的要求，应采用二级生物脱氮处理系统，通过控制硝化和反硝化反应的完全程度来控制出水中的总氮。
9 I# x) p9 }( d5 i* k
* E; N; N, I0 |" C1 Z8 U$ A0 B/ J; s4主要设计参数8 P+ P( V; y: K$ J$ g
  r: e7 m' @3 \* p8 b/ S0 {3 @
4.1主要设计参数的选取
! A6 ]' L; b/ a& G
9 h& L+ L5 @8 q生化处理系统设计参数取值见表1。
* P/ Y  P8 g5 o1 F! C% E
: u# O/ K7 m9 H( g) U6 j" h; x表1MBR系统主要设计参数
) K. e- I% U6 W& Y. O' Q$ n" }
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 5 G# E$ b& s- b) g

) ~/ t- ~8 `; M9 g6 I8 c4.2混合液回流比的计算7 l' o1 c  r* _$ [2 z* ^1 E7 p3 d* w

8 [& H$ z- l/ i垃圾渗滤液进水氨氮浓度高，排放标准对氨氮和总氮的要求非常严格，混合液回流比对总氮的去除率影响较大，混合液回流比增大，TN去除率也增大，合理确定混合液回流比，才能达到良好的脱氮效果。实际工程设计中，许多工程设计混合液回流比不能满足脱氮要求，出水总氮超标现象非常普遍。8 C1 @# }# h" [; H5 r! x: f% G
2 M3 O2 o3 w9 {9 f% s
反硝化所需的硝酸盐由污泥回流和混合液回流提供，反硝化率用回流比控制，它们之间的关系为：: V7 K9 Y( H9 Z

* p9 ]2 }( ?9 o+ b; F: Z
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( m& H+ ~1 f+ A2 X: F( f* R, |5 F+ q* j% N% F1 M; f: e9 \# K; ~
反硝化率fde按下式计算：
- {+ R* d4 I% L$ a. V1 G& e+ B& U- u- U* s! u8 h3 X2 }
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9 @8 G. a- E9 X  n/ Z, |. S& A! s9 |* e. u9 Q- x
需硝化的氨氮量按下式计算：
* O' B" I8 X: x6 L% Q; L6 ^6 h( u9 G7 G9 ~4 ]8 v
（4）Nht=24Q［N-0.05（S0-Se）］×10-3（kg/d）
. E5 F1 D3 Y/ G: a, f5 r
, l# g7 _0 E1 ?" \MBR系统采用外置式超滤膜，出水SS接近于零,其含氮量亦按零考虑。
3 v2 ]9 o9 N4 i* h- b% Y3 V- Z  x& {5 Y$ a' M: n/ Z, ?4 L) T
反硝化的硝酸盐量按下式计算：, l, B; t5 u2 S) b& M- Z# k

3 @6 r" u0 V) }2 x（5）NOt=24QNO×10-3（kg/d）% p9 E; d7 U2 |& p! G

2 a. q' z, [8 d9 g' ?' b9 `3 Z$ y式中需反硝化的硝态氮浓度NO按下式计算：
* J8 J2 A0 r7 S, F! _& B/ N% g
& g+ Z! b0 s0 f5 ^! s! B% V* R（6）NO=N-0.05（S0-Se）-Ne8 X2 R- B# B, k8 C' e

& X# u! c1 Z* N8 t5外部碳源投加系统
. v* c4 [$ ^# H2 i2 D
1 z( T) s7 O4 U! Y1 Z% b4 ?( @5.1外部碳源的种类- Z& c* K4 y$ o4 H' p# W

; q# V) c- K/ n2 L0 X' E3 p( D目前普遍使用的外部碳源有甲醇、乙烷、乙酸、乙酸钠、葡萄糖等，各种碳源各有优缺点，合理选择外部碳源对脱氮效果、运行成本等影响很大。* A+ S8 ?& j9 ]" r: V

3 A2 Y# m- Q7 r3 p9 S; b9 l6 n/ E不同碳源类型对系统的脱氮性能影响存在差异，在实际工程应用中应根据工程的具体情况合理选用外部碳源，综合分析并参考以往的工程经验，外部碳源宜优先考虑采用葡萄糖。
. ^7 C: b' Z+ U( y8 T& E
! u5 ~9 z( U) O2 L' q  q* n2 U7 H' l5.2外部碳源投加位置/ v8 ?% t0 X8 e

" b5 @) z* {: a+ H5 [渗滤液原液碳源极度缺失的情况下，如果不投加外部碳源，会导致生化处理系统内硝酸盐过度积累、碱度缺失，轻则抑制微生物的活性，重则导致系统崩溃，此种情况下为确保系统稳定运行，应在缺氧池和后置反硝化池都投加外部碳源。
) G2 c9 W: l9 y" A
: X0 U; x3 F# N% S如果碳源不是很缺乏，硝酸盐积累现象也不是很严重，系统内能维持正常的硝化反硝化反应，此时宜在后置反硝化池内投加外部碳源，可以节省投加量，从而达到降低运行成本的目的。
+ p1 R: e0 Y* S) c1 w; R: P1 l% g$ G# q0 e
国内大部分渗滤液处理工程，在后置反硝化池投加新鲜渗滤液，确实可以达到节省运行成本的目的；但由于渗滤液原液含有高浓度的氨氮，而后曝气池未设置内回流系统，导致出水总氮增加，因此在后置反硝化池应投加甲醇或乙酸钠等不含“氮”的外部碳源，而不应投加新鲜渗滤液。" O: {: j9 ~+ I: R

$ Q8 k; x% C& s& s  f5.3外加碳源对生化处理系统的影响! }8 ]- a" M% ^9 O0 `+ s# {: Y3 G

' `) |/ _- V  k  P" V如果渗滤液进水C/N比严重失调，生化处理系统长期靠投加外部碳源维持运行，这种情况与单纯处理垃圾渗滤液有很大不同。无论采用何种碳源，其反应速度均远远高于渗滤液原液，水力停留时间也相应很短，因此池容积也较小。
5 r1 [# O7 m8 o: R& X7 Y- X4 c7 I6 |2 a5 o2 o0 E% e
如果池容积过大、水力停留时间过长，异养好氧反硝化菌得不到足够的营养物质．因而利用自身体内的原生物质进行内源呼吸，进而降低活性污泥的活性，影响处理效果。因此在靠投加外部碳源维持运行的渗滤液生化处理系统，其生物反应池容积不能过大，应通过计算合理确定。
" N! R7 a/ b& ~1 m# \2 o; N
  g0 _* H6 Q0 g+ C$ }6工程设计技术措施
) b7 B" s; ^+ v, S. a% [
& }) c7 G+ Q- G# ]6.1水流形态的控制
  |" m3 _1 v* f; Q% H+ a" J& ~* l' V" x) k6 r
许多生物池的设计对水的流态缺少控制，极易发生短流，减少实际水力停留时间，降低整个系统的处理效果。垃圾渗滤液处理生物池内的混合液悬浮固体浓度一般控制住12g/L~15g/L，实际运行过程中有时高达20g/L~30g/L，如此高的污泥浓度，在水流发生短流的情况下，极易发生污泥沉积，从而降低活性污泥的活性，导致处理效率下降。
6 s8 }  J6 G, H4 |6 d
4 i) x6 e+ ]; K; x5 J, U在工程设计中，尤其是大规模的渗滤液处理工程，应在生物池内采取必要措施，控制生物池内水的流态，避免污泥沉积并提高处理效率。
, z/ u8 {' R# f) x' Y' z: q. N% P9 U6 X
6.2污水冷却系统回流管的设置
: _0 \' G; R7 W" F" g& C8 V% i+ J) n2 d
由于高浓度污水在生化反应过程中会释放出大量的热能，同时由于部分电能转化成热能的缘故，垃圾渗滤液处理生物池内会保持较高的温度，过高的水温会抑制微生物的活性，严重时会使生化处理系统瘫痪。因此垃圾渗滤液生化处理均设有污水冷却系统，用污水泵抽取生物池内的混合液进入换热器，与冷却水在换热器内进行热交换，降温后混合液再回到生物池内，从而达到降低生物池内水温的目的。
" y- K  G3 R9 D) P& T  o8 U; P/ b$ O( `5 m6 b1 v/ b
对于设有污水冷却设施的生化系统，由好氧池末端取水，将冷却后的污水回流到缺氧池进水端，可以同时起到混合液回流的作用，提高脱氮效果，也可以取代内回流泵节省能耗，但实际操作中要考虑冷却系统间歇运行的影响。& H) v2 l, m% w+ g4 |% s7 R) ^5 u
) O! x0 M) D1 y3 G: c& y
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图3污水冷却系统示意图
4 W6 c/ M8 h; m! U, c7 b8 |
; r) Y1 h5 m* c7 |1 y6.3膜分离系统回流管的设置, d4 e" j$ Y# b: y+ m
, }6 W  t, b* r0 g: b& |4 `3 M
在许多垃圾渗滤液处理工程中，MBR系统采用管式膜超滤分离系统，超滤进水泵由好氧池末端取水，进入管式膜浓缩又回流到生物池内。将含有硝酸盐的超滤回流管接至缺氧池进水端，同样可以起到混合液内回流的作用，提高脱氮效率、节省能耗。
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) j3 ]* g# d; a5 f3 Q  I- O' X: ]/ F/ F) l; l! j
图4膜分离系统示意图0 f1 f- S5 q  `% R& U0 j
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