UASB-MBR-NF-RO處理生活垃圾焚燒廠滲濾液

付真真

(福建省環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)院有限公司，福建 福州 350003)

生活垃圾焚燒是生活垃圾減量化處理的有效手段[1]，不僅能實(shí)現(xiàn)垃圾減量化處置，還能節(jié)約土地資源。在生活垃圾焚燒廠垃圾貯存過程中會產(chǎn)生一定數(shù)量的垃圾滲濾液，垃圾滲濾液是一種高濃度的難處理有機(jī)廢水[2]，必須得到有效處置。

1 滲濾液水質(zhì)特征

垃圾焚燒廠產(chǎn)生的垃圾滲濾液主要來自未焚燒前儲存在貯坑內(nèi)的垃圾受到一定的擠壓作用后排出的水分和垃圾中有機(jī)質(zhì)在貯坑內(nèi)酸性發(fā)酵產(chǎn)生的廢水[3]，其水質(zhì)具有如下特征[4]：①水質(zhì)成分復(fù)雜，有機(jī)物濃度較高。滲濾液中含有大量的苯胺類、雜環(huán)芳烴化合物等難降解有機(jī)物，其COD高達(dá)30～70g/L。②氨氮含量高。滲濾液中，氨氮質(zhì)量濃度一般超過1000mg/L，而且蛋白質(zhì)、苯胺類等化合物降解后，其含量還會繼續(xù)升高。③可生化性較好。相對于填埋垃圾滲濾液，其BOD5/COD一般超過0.4，VFA含量在5g/L以上，易被微生物降解。

焚燒廠垃圾滲濾液是一個(gè)非常棘手的問題[5]，若處理不達(dá)標(biāo)，將成為焚燒場下游、地表水、地下水、土壤等二次污染的主要根源[6,7]，會對環(huán)境產(chǎn)生極大的破壞。

本文以浙江某地垃圾焚燒廠滲濾液處理工程為例，介紹升流式厭氧反應(yīng)器(UASB)、膜生化反應(yīng)器(MBR)、納濾(NF)和反滲透(RO)膜過濾組合工藝在焚燒廠滲濾液處理工程中的應(yīng)用情況。

2 工程概況

2.1 滲濾液產(chǎn)生量核算

《生活垃圾滲濾液處理技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：垃圾焚燒廠滲濾液的日產(chǎn)量應(yīng)考慮集料坑的停留時(shí)間、主要成分等因素。垃圾滲濾液的日產(chǎn)量宜按垃圾量的10%～40%(重量比)計(jì)算。受垃圾收集、氣候、季節(jié)變化等因素影響，垃圾焚燒廠滲濾液水量波動較大，特別是季節(jié)變化對滲濾液水量變化影響較大，夏季滲濾液產(chǎn)量較大，而冬季相對較少。根據(jù)地區(qū)生活垃圾物理成分的初步調(diào)查，借鑒浙江省內(nèi)類似運(yùn)行的千噸級以上焚燒廠在不同季節(jié)的實(shí)際產(chǎn)生量等條件，枯水季節(jié)垃圾滲濾液按進(jìn)廠垃圾量的23%考慮，雨季垃圾滲濾液產(chǎn)量按進(jìn)廠垃圾量的25%考慮。

浙江某地生活垃圾焚燒廠垃圾焚燒日處理量為300t，垃圾滲濾液產(chǎn)生量按進(jìn)廠垃圾量的25%考慮,(300×0.25=75m3/d)，地磅房、卸料平臺沖洗污水20m3/d，生活污水日產(chǎn)生量為12.90m3/d，確定本項(xiàng)工程滲濾液處理規(guī)模為120m3/d，清水產(chǎn)出量81.6m3/d。

2.2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

參考國內(nèi)焚燒廠滲濾液典型水質(zhì)參數(shù)及同類地區(qū)同類型垃圾焚燒廠水質(zhì)參數(shù)，確定本生活垃圾滲濾液處理站進(jìn)水主要水質(zhì)參數(shù)(見表1)，出水水質(zhì)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)主要求達(dá)到《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T19923-2005)中的敞開式循環(huán)冷卻水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

3 處理工藝選擇分析

3.1 滲濾液處理工藝現(xiàn)狀

目前，用于垃圾滲濾液處理的工藝很多，但由于垃圾滲濾液的濃度高和成分復(fù)雜，對處理工藝提出了特殊的要求。垃圾滲濾液的基本處理工藝是將幾種處理工藝單元進(jìn)行有機(jī)的優(yōu)化組合，滿足出水水質(zhì)要求，盡量發(fā)揮生化處理的經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性，以取得較好的經(jīng)濟(jì)和社會生態(tài)效益。

根據(jù)《生活垃圾滲濾液和處理技術(shù)規(guī)范》(CJJ150-2010)，滲濾液處理工藝宜選用“預(yù)處理+生物處理+深度處理”組合工藝，也可采用“預(yù)處理+深度處理”和“生物處理+深度處理”組合工藝。根據(jù)實(shí)際工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，我國垃圾滲濾液處理工藝基本按照規(guī)范要求設(shè)計(jì)執(zhí)行，幾種常見滲濾液處理組合工藝比較詳見表2。

表2 工藝方案比較

本項(xiàng)目滲瀝液為焚燒發(fā)電廠的滲瀝液，參考目前北京、上海、廣州、深圳等地建設(shè)的滲瀝液處理設(shè)施實(shí)際運(yùn)行情況，結(jié)合表2各處理工藝方案的特點(diǎn)，經(jīng)分析比較后，擬選用“預(yù)處理+厭氧+膜生物反應(yīng)器(MBR)+膜深度處理系統(tǒng)”處理垃圾滲濾液。

3.2 工藝流程

本項(xiàng)目工藝流程如圖1所示。來自垃圾坑中的滲濾液通過提升泵進(jìn)入調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池進(jìn)行水質(zhì)、水量調(diào)節(jié)，然后通過提升泵進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)，在厭氧系統(tǒng)中通過厭氧微生物作用大幅度降低進(jìn)水中COD，厭氧出水經(jīng)沉淀池沉淀后，進(jìn)入MBR生化系統(tǒng)。在MBR系統(tǒng)中，滲濾液由反硝化和硝化微生物進(jìn)行生物脫氮反應(yīng)，去除滲濾液中氨氮、總氮，而后經(jīng)過外置式超濾進(jìn)行固液分離，經(jīng)固液分離的濃水部分回流至生化系統(tǒng)，超濾出水進(jìn)入NF系統(tǒng)，在NF膜的過濾作用下進(jìn)一步截留不可生化的大分子有機(jī)物、氨氮、重金屬離子及鹽類，然后NF出水進(jìn)入RO系統(tǒng)，RO系統(tǒng)作為出水的最后屏障，只允許水分子通過，進(jìn)一步去除滲濾液中小分子物質(zhì)和一價(jià)鹽，保障系統(tǒng)出水達(dá)標(biāo)排放。

圖1 滲濾液處理工藝流程

厭氧產(chǎn)生的沼氣回噴焚燒爐助燃或應(yīng)急情況下采用火炬燃燒。

NF系統(tǒng)的濃縮液(18m3/d)和RO系統(tǒng)的濃縮液(20.4m3/d)用提升泵提升至垃圾坑，隨進(jìn)廠垃圾進(jìn)入鍋爐焚燒處置。

系統(tǒng)污泥經(jīng)濃縮脫水后(含水率80%)回噴至垃圾坑，隨垃圾一起進(jìn)入焚燒爐焚燒處置。

3.3 主要單元設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3.1 調(diào)節(jié)預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

①除渣預(yù)處理系統(tǒng)。在滲濾液進(jìn)入調(diào)節(jié)池前設(shè)置籃式過濾器和沉淀池，以去除部分懸浮固體和COD，減輕后續(xù)處理系統(tǒng)負(fù)荷。初沉池采用豎流式沉淀池，水力表面負(fù)荷為0.6m3/(m2·h)。

②調(diào)節(jié)池。用以調(diào)配滲濾液水量及水質(zhì)，防止水質(zhì)和水量波動對后續(xù)生化系統(tǒng)的影響。調(diào)節(jié)池水力停留時(shí)間4.6d，設(shè)計(jì)總有效容積560m3，調(diào)節(jié)池尺寸為13.5×5.5×8.5m。調(diào)節(jié)池設(shè)置攪拌機(jī)2臺，葉槳直徑620mm，轉(zhuǎn)速480r/min，N=4.0kW。

③調(diào)節(jié)池設(shè)置臭氣收集系統(tǒng)。采用玻璃鋼管，經(jīng)核算，調(diào)節(jié)池臭氣產(chǎn)生量為972m3/h，配置玻璃鋼離心風(fēng)機(jī)1臺，風(fēng)量1000m3/h，全壓304Pa,轉(zhuǎn)速為1450r/min，功率為0.55kW。臭氣由風(fēng)機(jī)輸送至電廠垃圾負(fù)壓坑。

3.3.2 厭氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)

厭氧反應(yīng)器采用中溫厭氧(30～35℃)，容積負(fù)荷8.0kgCOD/(m3·d)，COD去除率80%。設(shè)計(jì)厭氧反應(yīng)池1座2格，厭氧池尺寸為11.0m×7.5m×11.5m，有效容積840m3，水力停留時(shí)間7.0d。產(chǎn)氣率0.45m3/kgCOD，沼氣產(chǎn)生量137.45m3/h。

厭氧池其他輔助設(shè)施：①設(shè)計(jì)采用焚燒廠余熱蒸汽對厭氧反應(yīng)器內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行保溫加熱。②設(shè)計(jì)三氯化鐵投加系統(tǒng)，避免對厭氧過程中產(chǎn)生的硫化氫對菌種的毒性抑制作用。③設(shè)計(jì)厭氧反應(yīng)器部分出水回流，用以緩沖進(jìn)水污染負(fù)荷變化，同時(shí)緩沖堿度。④厭氧產(chǎn)生的沼氣回噴焚燒爐助燃。⑤厭氧出水采用沉淀處理，沉淀污泥部分回流至厭氧反應(yīng)器。

3.3.3 MBR系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用硝化反硝化+外置式超濾形式，外置式超濾代替了傳統(tǒng)的二沉池，污泥濃度從傳統(tǒng)工藝的3～5g/L增加到15～20g/L，提高系統(tǒng)的處理負(fù)荷，節(jié)約占地面積和投資成本。內(nèi)設(shè)高效的射流曝氣裝置，氧的利用率可達(dá)30%以上，為生化反應(yīng)提供合適溶解氧的同時(shí)，對高濃度的污水起到了混合攪拌的作用，防止活性污泥的沉積。

反硝化池和硝化組合池尺寸為18.0m×11.5m×8.5m：反硝化池1格，有效容積360m3，停留時(shí)間3d，硝化池2格，有效容積730m3，停留時(shí)間6d，消泡池1格，有效容積105m3。

反硝化池安裝潛水?dāng)嚢杵?臺，N=2.5kW,葉輪直徑400mm，轉(zhuǎn)速740r/min。

硝化池安裝射流曝氣器4套，射流曝氣器接管D氣/D液=125/200，每臺射流曝氣器接7個(gè)噴嘴；射流循環(huán)泵2臺，Q=210m3/h，H=13m，N=15kW；羅茨鼓風(fēng)機(jī)3臺(2用1備)，Q=14m3/min，H=8m，N=55kW；超濾進(jìn)水泵2臺，Q=90m3/h，H=25m，N=7.5kW，進(jìn)水泵出口配置籃式過濾器2臺，過濾精度800um。

設(shè)計(jì)外置式超濾系統(tǒng)1套，每天運(yùn)行時(shí)間24h，設(shè)計(jì)膜通量60LMH。采用8寸PVDF管式超濾膜4支，單支膜面積27，膜孔徑8mm，長度3m，配有超濾循環(huán)泵1臺，Q=270m3/h，H=63m，N=55kW；超濾膜清洗裝置1套，超濾清洗水箱1臺，V=5m3，清洗泵1臺(兼沖洗泵)，Q=90m3/h，H=28，N=11kW，堿加藥泵1臺，Q=26L/h，H=10bar，N=0.25kW酸Q=60L/h，H=10bar，N=0.37kW；超濾產(chǎn)水箱1臺，V=10m3。超濾清洗頻率為每月1次。

3.3.4 NF系統(tǒng)設(shè)計(jì)

納濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于處理MBR出水。進(jìn)一步去除COD、BOD、重金屬鹽分等污染物質(zhì)，為提供保障。

設(shè)計(jì)納濾系統(tǒng)1套，每天運(yùn)行22h，設(shè)計(jì)膜通量13LMH，設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力5～15bar，最大運(yùn)行壓力18bar。納濾采用二段式濃水循環(huán)模式，清液產(chǎn)率85%，產(chǎn)水量4.6m3/h，納濾膜濃縮液0.8m3/h。進(jìn)水設(shè)有阻垢劑和還原劑投加裝置各1套。

一段和二段循環(huán)膜殼排列采用2+1組合，每支膜殼串聯(lián)4支8寸膜元件，單只膜殼循環(huán)進(jìn)水流量8-12m3/h。納濾進(jìn)水泵2臺(1用1備)，Q=8m3/h，H=27m，N=1.1kW，配套保安過濾器2臺(1用1備)，過濾精度5um，納濾高壓泵1臺，Q=8m3/h，H=120m，N=4.0kW；一段納濾循環(huán)泵1臺，Q=24m3/h，H=30m，N=4.0kW，二段納濾循環(huán)泵1臺Q=12m3/h，H=30m，N=2.2kW。納濾產(chǎn)水箱1臺，V=6m3。納濾濃縮液排入濃縮液儲池。

納濾系統(tǒng)沖洗周期為每連續(xù)運(yùn)行2小時(shí)1次，每次3～5min，設(shè)置沖洗泵1臺，沖洗流量12m3/h，沖洗壓力3～4bar；納濾系統(tǒng)化學(xué)清洗周期為至少每月1次，每次6～12h，設(shè)置清洗系統(tǒng)和加藥系統(tǒng)各1套：化學(xué)清洗泵1臺，化學(xué)清洗流量12m3/h，清洗壓力3～4bar；酸加藥泵1臺，堿加藥泵1臺，酸堿加藥箱2臺。

3.3.5 RO系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目采用的反滲透為卷式反滲透，屬于致密膜范疇，為卷式有機(jī)復(fù)合膜，其分離粒徑一般為0.1nm，其分離粒子級別可達(dá)到離子級別。可完全截留有機(jī)污染物質(zhì)和鹽類離子，出水COD可降低至30mg/L以下，同時(shí)能保證氨氮和總氮的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

設(shè)計(jì)反滲透系統(tǒng)1套，每天運(yùn)行22h，設(shè)計(jì)膜通量10LMH，設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力0～40bar，最大運(yùn)行壓力40bar。反滲透采用二段式濃水循環(huán)模式，清液產(chǎn)率80%，產(chǎn)水量3.71m3/h，反滲透濃縮液0.89m3/h。進(jìn)水設(shè)有阻垢劑投加裝置1套。

一段和二段循環(huán)膜殼排列采用2+1組合，每支膜殼串聯(lián)4支8寸膜元件，單只膜殼循環(huán)進(jìn)水流量8-12m3/h。反滲透進(jìn)水泵2臺(1用1備)，Q=8m3/h，H=27m，N=1.1kW，反滲透高壓泵1臺，Q=8m3/h，H=278m，N=5.5kW；一段反滲透循環(huán)泵1臺，Q=24m3/h，H=30m，N=4.0kW，二段反滲透循環(huán)泵1臺Q=12m3/h，H=35m，N=3.0kW。反滲透產(chǎn)水箱1臺，V=6m3。反滲透濃縮液排入濃縮液儲池。

反滲透系統(tǒng)沖洗周期為每連續(xù)運(yùn)行2小時(shí)1次，每次3～5min，設(shè)置沖洗泵1臺，沖洗流量11m3/h，沖洗壓力3～4bar；反滲透系統(tǒng)化學(xué)清洗周期為每月1次，每次6～12h，化學(xué)清洗泵與納濾系統(tǒng)共用。

3.3.6 集水池設(shè)計(jì)

垃圾滲濾液處理站設(shè)有集水池1座，有效容積50m3，主要用來收集廠區(qū)設(shè)備檢修清洗廢水和膜車間沖洗廢水，池體尺寸為4.35m×3.50m×5.5m，有效水深5.0m。集水池設(shè)潛水排污泵1臺，Q=15m3/h，H=22m，N=2.2kW。收集池廢水經(jīng)潛污泵排入調(diào)節(jié)池進(jìn)行進(jìn)一步處理。

3.3.7 濃縮池設(shè)計(jì)

垃圾滲濾液處理站設(shè)有濃縮液儲池1座，有效容積35m3，主要用來收集儲存納濾和反滲透產(chǎn)生的膜濃縮液，池體尺寸6.05m×2.2m×5.5m，有效水深5.0m。濃縮液儲池設(shè)耐腐蝕潛水排污泵1臺，Q=6m3/h，H=25m，N=2.2kW。濃縮液經(jīng)潛污泵提升進(jìn)入電廠垃圾儲坑，隨進(jìn)廠垃圾一同進(jìn)入電廠焚燒爐進(jìn)行處理。

3.3.8 污泥處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目初沉系統(tǒng)產(chǎn)生污泥量12m3/d，厭氧系統(tǒng)剩余污泥產(chǎn)量7.6m3/d，MBR系統(tǒng)剩余污泥產(chǎn)量15.2m3/d。設(shè)污泥儲池1座，尺寸7.2m×3.29m×5.5m，有效水深5.0m，污泥儲池有效容積80m3。污泥經(jīng)污泥進(jìn)料螺桿泵輸送進(jìn)入污泥疊螺脫水機(jī)進(jìn)行脫水處理，脫水上清液排入系統(tǒng)集水池進(jìn)行處理，脫水泥餅(含水率80%)回電廠焚燒爐焚燒處置。

4 運(yùn)行效果分析

垃圾滲濾液處理站于2019年正式投入使用，垃圾滲濾液屬于原生滲瀝液，未經(jīng)過厭氧發(fā)酵、水解、酸化過程，滲濾液中有機(jī)物種類高達(dá)百余種，有機(jī)物和氨氮濃度高，可生化性較好。該組合工藝經(jīng)過近3個(gè)月的調(diào)試運(yùn)行后，達(dá)到了設(shè)計(jì)處理量，在滿負(fù)荷運(yùn)行階段(1個(gè)月)各項(xiàng)指標(biāo)去除率高達(dá)99%以上，出水水質(zhì)達(dá)到《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T19923-2005)敞開式循環(huán)冷卻水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

滿負(fù)荷運(yùn)行階段測得的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的平均值見表 3。

表3 系統(tǒng)各單元運(yùn)行效果

5 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

本項(xiàng)目總投資942.88萬元，其中建筑工程費(fèi)用422.88萬元，設(shè)備購置費(fèi)用406.25萬元，運(yùn)輸安裝調(diào)試費(fèi)用81.25萬元，稅收費(fèi)用32.5萬元。滲濾液處理站運(yùn)行費(fèi)用主要由電費(fèi)、藥劑費(fèi)、人工費(fèi)、膜更換費(fèi)用、設(shè)備維修費(fèi)用及藥劑監(jiān)測費(fèi)用等組成，其中運(yùn)行直接成本費(fèi)用為電費(fèi)(28.58元/m3)+藥劑費(fèi)(2.54元/m3)為31.12元/m3。

6 結(jié)論

運(yùn)行結(jié)果表明，采用“預(yù)處理+厭氧+MBR+NF+RO”組合工藝處理浙江某地區(qū)生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液，組合工藝具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力，較高的COD、氨氮去除率，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、污泥負(fù)荷高、產(chǎn)水率高，膜組污堵頻率低，運(yùn)行成本適中。