膜生物反应器在渗沥液处理中的设计计算探讨

陈刚，熊向阳，王黎佳，蔡辉，米洋

（1.中国城市建设研究院有限公司，北京100120；2.青岛市团岛污水处理厂，山东青岛266071）

膜生物反应器在渗沥液处理中的设计计算探讨

陈刚1，熊向阳1，王黎佳2，蔡辉1，米洋1

（1.中国城市建设研究院有限公司，北京100120；2.青岛市团岛污水处理厂，山东青岛266071）

介绍了垃圾渗沥液膜生物反应器的组成和工艺流程，探讨了膜生物反应工艺在垃圾渗沥液处理中的设计计算，并比较了核心计算参数与《室外排水设计规范》中AN/O法的区别。

膜生物反应器；渗沥液；设计计算

MBR工艺的引进，逐渐改变了业内对垃圾渗沥液脱氮技术认识，垃圾渗沥液“生物处理”开启了高效脱氮的生活处理模式。MBR成为垃圾渗沥液“生物处理”单元的重点工艺，最大限度地降解有机污染物及总氮。因垃圾渗沥液的特性不同和要求不同，渗沥液行业的MBR系统的设计和计算尚不能参考市政污水和其他污水的设计依据和经验参数。

1 垃圾渗沥液膜生物反应器

垃圾渗沥液MBR系统通常由预过滤器、A/O生物反应器、膜组件、曝气系统等单元组成，配套设施及设备包括膜组件清洗装置、水泵、风机、仪表及电气控制等。

目前普遍应用于垃圾渗沥液处理工程实践中的，主要有外置式A/O膜生物反应器与内置式A/O膜生物反应器。

2 工艺流程

当采用外置式MBR系统时，可参考如图1的典型工艺流程设计；当采用内置式MBR系统时，可参考如图2的典型工艺流程设计；当需要强化生物处理时，通常设两级硝化及硝化反应器。

图1 常规工艺流程

图2 内置式MBR工艺流程

3 设计计算

MBR工艺进水水质主要污染物指标如下：①生化需氧量与化学需氧量比值（BOD5/COD）不小于0.3；②氨氮（NH3-N）：不大于2 500 mg/L；③化学需氧量与氨氮比值（COD/NH3-N）通常为大于5（小于5时通常需要补加碳源，计算以补充碳源后的COD计算）。

3.1 反硝化池容积计算

式中：VdN为反硝化池容积，m3；Q为设计渗沥液流量，m3/d；X为生物反应池内污泥浓度（MLSS），g/L；△XV为排出生物反应池系统的微生物量，kg/d；Nto为生物反应池进水总氮浓度，mg/L；Nte为生物反应池出水总氮浓度，mg/L；KdN为脱氮速率，kg/（kg·d）；Yt为污泥总产率系数，kg/kg；y为单位体积混合液中，MLVSS占MLSS的比例，g/g，一般取0.6～0.8；So为生物反应池进水化学需氧量浓度，mg/L；Se为生物反应池出水化学需氧量浓度，mg/L。

上述计算公式基本依据为GB 50014—2006室外排水设计规范中A/O法计算公式，但由于垃圾渗沥液污染物浓度是生活污水的近百倍，五日生化需氧量测量误差较大，为了实际使用方便，采用实际进出水COD计算（规范原公式采用BOD5），活性污泥浓度也几倍于市政污水行业，故停留时间差距较大，核心设计参数和经验参数如下：污泥浓度8～15g/L，脱氮速率0.06～0.11kg/（kg/d），污泥总产率系数0.2～0.3 kg/kg。

3.2 硝化池容积计算

分别计算出VS和VN值，取两者中大者作为VO。

式中：VO为硝化池容积，m3；VS为去除碳有机物所需硝化池容积，m3；VN为硝化所需反应器容积，m3；Q为设计渗沥液流量，m3/d；So为生物反应池进水化学需氧量浓度，mg/L；Se为生物反应池出水化学需氧量浓度，mg/L；No为生物反应池进水氨氮浓度，mg/L；Ne为生物反应池出水氨氮浓度，mg/L；X为生物反应池内混合液悬浮固体平均浓度，g/L；KS为污泥负荷，kg/（kg·d）；KN为硝化速率，kg/（kg·d）。

上述计算公式是依据GB 50014—2006室外排水设计规范中A/O法计算公式和给排水设计手册《城镇排水》中曝气池容积计算公式改造简化而成。

主要核心参数是污泥负荷和硝化速率根据大量的工程案例的经验分析而来，分别为：硝化速率0.02～0.05 kg/（kg·d）；污泥负荷0.1～0.25 kg/（kg·d）。其他污泥浓度等同反硝化池容积计算公式。

式中：Q为设计渗沥液流量，m3/d；QR为混合液回流量，m3/d；f为设计脱氮效率，%；R为回流比。

3.4 硝化池中的污水需氧量

根据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）计算：

式中：O2为污水需氧量（kg/d）；Q为硝化池的进水流量（m3/d）；So为硝化池进水五日生化需氧量（mg/L），计算时可用化学需氧量代替，但需根据水质情况考虑换算系数；Se为硝化池出水五日生化需氧量（mg/L），计算时可用化学需氧量代替，但需根据水质情况考虑换算系数；ΔXV为排出硝化池系统的微生物量（kg/d）；Nk为硝化池进水总凯氏氮浓度（mg/L）；Nt为硝化池进水总氮浓度（mg/L）；Noe为硝化池出水硝态氮浓度（mg/L）；0.12ΔXV为排出硝化池系统的微生物中含氮量（kg/d）；a为碳的氧当量，当含碳物质以COD计时，取1.0；b为常数，氧化每kg氨氮所需氧量（kg/kg），取4.57；c为常数，细菌细胞的氧当量，取1.42。

3.5 膜计算

膜生物反应器系统一般采用超滤或微滤膜作为泥水分离装置膜的计算如下。

1）外置膜膜通量宜为60～68L/（m2·h）。内置式按材质区分，PVDF材质的膜通量宜为8～12L/（m2·h），PTFE材质的膜通量宜为12～20 L/（m2·h）。

2）膜面积计算：

式中：S为膜总面积（m2）；Qh为进水流量（m3/h）；J为膜通量（L/（m2·h））。

3）膜元件计算：

式中：n为膜数量（支）；S为膜面积（m2）；Sa为单支膜面积（m2）。

4 生化系统主要设计参数汇总

虽然垃圾渗沥液成分复杂，污染物浓度较高，是市政污水的几十倍到近百倍，经过从业者多年的研究实践和不断地摸索改进，选择了综合性能

3.3 混合液回流量计算较高的膜分离和辅助设备，采用A/O型MBR系统处理垃圾渗沥液取得了较大成果，与有机污染物和总氮的去除率相比市政污水更高，具体设计参数与《室外排水规范》AN/O工艺对比如表1所示。

表1 垃圾渗沥液MBR系统的主要设计参数

5 结论

1）A/O膜生物反应器系统的长泥龄、高污泥浓度等优势使得垃圾渗沥液生化处理中，MBR成为主导工艺；因垃圾渗沥液的特性不同和要求不同，渗沥液行业的MBR系统的设计和计算尚不能参考市政污水和其他污水的设计依据和经验参数。

2）通过参考和简化常规A/O法计算公式，得出一套垃圾渗沥液MBR系统的计算公式，并根据工程案例经验，得出核心经验参数；同时把主要设计参数与《室外排水规范》中AN/O工艺的相应参数做了比较。

3）因垃圾渗沥液中有机污染物、氨氮均数十倍于市政污水，相比常规市政污水A/O法，垃圾渗沥液MBR系统具有污泥浓度高、停留时间长、回流比大等显著特点；由于其底物浓度高，还具有有机物和氨氮反应速率快等特点。

［1］生活垃圾渗沥液处理技术规范：CJJ 150—2010［S］.

［2］生活垃圾渗沥液处理技术导则：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

陈刚（1982—），高级工程师，主要从事生活垃圾渗沥液、城市污水设计。

E-mail：cgg2010@126.com。

2016-10-12