生活垃圾焚燒發(fā)電廠的滲濾液處理工程實例

陳 杰，肖誠斌，桂宏橋，古 創(chuàng),*

(1.光大環(huán)保能源<蘇州>有限公司，江蘇蘇州 215101；2.光大環(huán)境科技<中國>有限公司，江蘇南京 210007)

江蘇某生活垃圾焚燒發(fā)電廠設(shè)計處理生活垃圾量為2 000 t/d，配套工程包括焚燒系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、滲濾液系統(tǒng)及其他配套系統(tǒng)。其滲濾液采用“預(yù)處理+厭氧IOC+外置式MBR+膜深度處理”組合工藝，項目于2017年3月投產(chǎn)正式運行，系統(tǒng)穩(wěn)定且出水達到《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923—2005)敞開式冷卻塔回用水標(biāo)準(zhǔn)。本工程實例對生活垃圾焚燒廠滲濾液的設(shè)計和運行起到參考意義。

1 概況及工藝

1.1 處理規(guī)模

生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液的產(chǎn)生量變化主要受當(dāng)?shù)貧夂颉⑸钏健⒗者\體系等因素影響[1]。依據(jù)項目周邊類似工程經(jīng)驗，本項目滲濾液產(chǎn)生率取29%，卸料平臺沖洗水及其他廢水取50 m3/d，確定滲濾液處理規(guī)模為1 000 m3/d。

1.2 滲濾液進出水水質(zhì)

生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液具有污染物成分復(fù)雜、濃度高等特點[2-3]，考慮水質(zhì)和水量的最大沖擊負荷，項目設(shè)計進、出水水質(zhì)如表1所示。

表1 滲濾液處理系統(tǒng)主要進、出水水質(zhì)Tab.1 Influent and Effluent Quality of Leachate Treatment System

1.3 處理工藝

生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液成分復(fù)雜，水質(zhì)水量變化大且呈非周期性，處理難度大，針對生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液的進水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)要求，本項目采用生化和膜處理相結(jié)合的工藝，主要包括預(yù)處理系統(tǒng)、厭氧IOC系統(tǒng)、外置式MBR系統(tǒng)、膜深度處理系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)。工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process Flow Diagram

2 主要設(shè)計參數(shù)

2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

根據(jù)生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液原水的懸浮物和有機物濃度高的特點[4]，預(yù)處理一般包括沉淀、混凝沉淀、高級氧化等方式，從占地、運行效果及經(jīng)濟等角度綜合考慮，本項目預(yù)處理采用自清洗過濾器、豎流式沉淀池和調(diào)節(jié)池的組合方式。

自清洗過濾器設(shè)計2套，1用1備，過濾孔徑為1 mm。初沉池設(shè)計1 座，全地上鋼砼結(jié)構(gòu)，有效容積為340 m3，表面負荷為0.85 m3/(m2·h)。調(diào)節(jié)池設(shè)計1 座，半地上鋼砼結(jié)構(gòu)，停留時間為6.3 d，分為兩格，可獨立運行。自清洗設(shè)計在污泥池頂部，過濾器截留物直接通過管道輸送至污泥池，避免了臭氣的外溢，保障預(yù)處理區(qū)域無異味問題。

通過預(yù)處理系統(tǒng)對直徑大于1 mm和比重較大的無機顆粒物截留率達到90%以上，對水質(zhì)和水量均起到較好的均衡作用，降低后續(xù)處理系統(tǒng)的水量和水質(zhì)沖擊負荷，確保后續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2.2 厭氧系統(tǒng)

由于生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液中有機物質(zhì)量濃度基本在30 000～70 000 mg/L，厭氧工藝是對有機物去除效果較好的工藝，主要分為UASB、UBF、EGSB、IC等，本項目采用在IC反應(yīng)器基礎(chǔ)上將內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)相結(jié)合的IOC厭氧反應(yīng)器，反應(yīng)器采用底部八邊形進水方式。其主要特點體現(xiàn)在有機物去除率高、出水水質(zhì)好、調(diào)試周期短、系統(tǒng)運行更穩(wěn)定。

反應(yīng)器為碳鋼防腐結(jié)構(gòu)，尺寸為12 m×24.5 m，數(shù)量為3座，設(shè)計總?cè)莘e約為7 500 m3，停留時間為7.5 d，有機物去除率基本維持在90.0%以上，運行溫度為35 ℃，出水CODCr含量基本維持在6 000～10 000 mg/L。厭氧反應(yīng)器單位容積單位時間的產(chǎn)氣量為0.08～0.10 Nm3，沼氣通過風(fēng)機送入垃圾焚燒一次風(fēng)機入口進行助燃發(fā)電，同時設(shè)計1套內(nèi)燃式火炬進行應(yīng)急處理。厭氧反應(yīng)器整個啟動周期為21 d。為將3座厭氧罐出水平均分配兩條并行外置式MBR系統(tǒng)，厭氧系統(tǒng)設(shè)計1座配水井，通過配水井可將3座厭氧罐的出水水質(zhì)和水量進行均勻調(diào)配，避免兩條外置式MBR系統(tǒng)運行條件不同。厭氧系統(tǒng)接種污泥為焚燒廠滲濾液厭氧污泥，接種污泥總量約為1 800 m3(含水率為98%左右)，調(diào)試周期為21 d。

2.3 外置式MBR系統(tǒng)

考慮工藝穩(wěn)定性，好氧生化系統(tǒng)采用外置式MBR系統(tǒng)，包含兩級反硝化/硝化系統(tǒng)和外置式超濾系統(tǒng)，通過pH、溶解氧、MLSS等指標(biāo)控制生化系統(tǒng)的運行。氨氮與TN去除效率均達到97%以上，CODCr去除效率可達到90%左右。外置式MBR系統(tǒng)可確保有機物和氮的去除率，降低后續(xù)膜深度處理系統(tǒng)的處理難度。

生化系統(tǒng)采用兩級硝化反硝化工藝，分為兩條平行工藝路線。生化系統(tǒng)總停留時間為11.6 d，其中一級反硝化為2.5 d、一級硝化為6.0 d、二級反硝化為2.3 d、二級硝化為0.8 d。采用鼓風(fēng)射流曝氣方式，一級硝化溶解氧含量設(shè)計為2.0 mg/L，二級硝化溶解氧含量設(shè)計為1.5 mg/L，MLSS設(shè)計為15 g/L，pH值為7～8。為保證反硝化所需要的碳源和堿度，本項目設(shè)計滲濾液原液直接超越厭氧設(shè)計碳源補充量，一級反硝化為30 m3/d，二級反硝化為20 m3/d，具體補充量根據(jù)厭氧出水碳氮比進行調(diào)節(jié)。生化系統(tǒng)接種污泥為焚燒廠滲濾液處理系統(tǒng)含水率80%的好氧池污泥，約200 t，整個生化系統(tǒng)調(diào)試周期為14 d。

為控制TN脫除效果，系統(tǒng)設(shè)計2 800%的大回流比和原液直接超越厭氧對一級反硝化和二級反硝化分別補充碳源和堿度。其中3條硝化回流管線為一級硝化回流至一級反硝化(500 m3/h)，二級硝化回流至二級反硝化(300 m3/h )，超濾回流至一級反硝化(400 m3/h)，總回流比為2 800%，回流比根據(jù)實際進出水水質(zhì)進行調(diào)節(jié)，基本維持在2 000%左右。為避免大回流比對反硝化中溶解氧的影響，本項目在回流泵和超濾進水泵進口設(shè)置3.5 m高擋氣墻，避免曝氣器的氣體直接被吸入回流泵進入反硝化，另外，生化采用鼓風(fēng)射流曝氣，氧氣利用率達35%以上，高污染物及高污泥濃度對氧氣的消耗速率也較快，實際運行結(jié)果表明反硝化池中的溶解氧含量維持在0.5 mg/L以下。

外置式超濾分4套，單套設(shè)計進水量為250 m3/d，設(shè)計通量約為65 L/(m2·h)，單套設(shè)計6支5 mm的膜元件，循環(huán)泵流量為275 m3/h。系統(tǒng)配備ICP自動沖洗和化學(xué)清洗系統(tǒng)，化學(xué)清洗周期為30 d。

2.4 膜深度處理系統(tǒng)

膜深度處理系統(tǒng)主要包括納濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)[5]。超濾系統(tǒng)出水通過水泵進入納濾系統(tǒng)，納濾系統(tǒng)出水通過水泵進入反滲透系統(tǒng)。膜深度處理系統(tǒng)總清液得率為65.0%。清液達到水質(zhì)要求后回用至冷卻塔，膜系統(tǒng)產(chǎn)生的納濾濃水和反滲透濃水進行收集后送至焚燒廠，進行石灰漿制備和消納處理。

納濾系統(tǒng)分為兩套，單套處理規(guī)模為500 m3/d，設(shè)計通量約為12 L/(m2·h)，單套系統(tǒng)設(shè)計36支200 mm 的膜元件，清液產(chǎn)率為85.0%。反滲透系統(tǒng)分為兩套，單套處理規(guī)模為430 m3/d，設(shè)計通量約為10 L/(m2·h)，單套設(shè)計42支200 mm的膜元件，清液產(chǎn)率為76.5%。膜深度處理系統(tǒng)均設(shè)置CIP自動化學(xué)清洗，清洗周期為30 d。

2.5 輔助系統(tǒng)

2.5.1 污泥處理系統(tǒng)

各單元產(chǎn)生的污泥經(jīng)收集后進入污泥池，通過螺桿泵輸送至污泥脫水機。設(shè)計處理量為20 m3/h，脫水機采用旋轉(zhuǎn)擠壓脫水機，脫水后含水率80%的干污泥經(jīng)過高壓輸送泵輸送至焚燒爐進行焚燒處理，脫水清液回流至一級反硝化池。

旋轉(zhuǎn)擠壓脫水系統(tǒng)及干污泥輸送系統(tǒng)具有完全密閉結(jié)構(gòu)防止臭氣外溢。旋轉(zhuǎn)擠壓脫水機轉(zhuǎn)速為5～8 r/min，能耗僅為傳統(tǒng)離心脫水的1/4。干污泥輸送既節(jié)省了運輸車輛和運行人員數(shù)量，同時也避免了運輸過程中“跑冒滴漏”現(xiàn)象。該項目污泥處理的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益較傳統(tǒng)污泥脫水明顯。

2.5.2 臭氣處理系統(tǒng)

滲濾液處理區(qū)設(shè)計1套除臭收集系統(tǒng)，設(shè)計兩臺除臭離心風(fēng)機，1用1備，總收集量為16 000 m3/h。滲濾液各單元臭氣經(jīng)收集后通過離心風(fēng)機輸送至焚燒廠一次風(fēng)機入口用于焚燒助燃及應(yīng)急除臭系統(tǒng)。滲濾液除臭與垃圾焚燒協(xié)同既節(jié)省投資和運行成本，又能對臭氣進行有效地去除。

2.5.3 濃縮液處理系統(tǒng)

濃縮液主要來自納濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)，其中納濾濃縮液量為150 m3/d，反滲透濃縮液量為200 m3/d。兩種濃縮液經(jīng)過混合后用泵輸送至垃圾焚燒廠用于石灰漿制備協(xié)同處理。

3 運行效果

工程于2017年2月進行調(diào)試，2017年3月達到滿負荷運行，調(diào)試結(jié)束后系統(tǒng)進入正式運行，各項出水指標(biāo)達標(biāo)。各單元處理效果如表2所示。

由表2可知，預(yù)處理主要對粒徑大于1 mm的顆粒物和泥沙進行攔截，對SS的截留率在20.8%～31.3%。厭氧系統(tǒng)采用改進IC工藝，對CODCr的去除率可達91.0%左右，由于厭氧反應(yīng)過程中部分有機氮轉(zhuǎn)化為氨氮，導(dǎo)致厭氧出水氨氮略高于進水氨氮。剩余CODCr、氨氮和TN基本在MBR系統(tǒng)中進行去除，總?cè)コ驶揪_到90.0%以上，后續(xù)膜深度處理作為系統(tǒng)最后保障。

表2 各單元處理結(jié)果Tab.2 Treatment Results of Each Unit

實際運行過程中，焚燒廠滲濾液水量和水質(zhì)主要受季節(jié)變化影響，每年5月—10月為豐水期，11月—次年4月為枯水期。兩個時期在水質(zhì)和水量上有較大差異，豐水期水量維持在設(shè)計量的80%～110%，水質(zhì)基本接近設(shè)計值，運行壓力較大。枯水期水量基本維持在設(shè)計量的50%～70%，各污染物濃度也基本在設(shè)計值的70%左右。

4 經(jīng)濟分析

整個滲濾液工程總投資約為7 080萬元(不含征地費用)，其中土建投資約為2 300萬元，設(shè)備及安裝投資約為4 500萬元，其他費用約為280萬元。滲濾液噸水建設(shè)投資約為7.08萬元/m3,實際運行成本經(jīng)核算后約為33.94元/m3，其中電費約為20.00元/m3，水費約為1.30元/m3，藥劑費約為2.60元/m3，人工費約為6.00元/m3，日常維護及檢修費約為2.50元/m3，折舊費約為1.54元/m3。

5 結(jié)論

(1)厭氧系統(tǒng)和外置式MBR系統(tǒng)是設(shè)計和運行的核心。厭氧采用改進型IC反應(yīng)器，增加了外循環(huán)，提高了厭氧系統(tǒng)的混合效果，有機物去除率和沼氣產(chǎn)率均較常規(guī)的UASB及UBF工藝高。

(2)外置式MBR工藝采用鼓風(fēng)射流曝氣，對CODCr、氨氮具有較好的去除效果，MBR出水CODCr≤500 mg/L，去除率達到90.0%以上，氨氮≤10.0 mg/L，去除率達到99.0%以上。減輕了后續(xù)系統(tǒng)運行負荷。

(3)采用“預(yù)處理→改進型IC厭氧→兩級外置式MBR→膜深度處理”工藝處理生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液，系統(tǒng)運行效果穩(wěn)定，系統(tǒng)耐沖擊能力強，最終產(chǎn)水水質(zhì)達到《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923—2005)中敞開式循環(huán)冷卻水補水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

(4)原液超越厭氧補充反硝化和大回流比是該項目一大特點，可保證生化系統(tǒng)出水TN含量維持在100～300 mg/L，經(jīng)過后續(xù)膜深度處理系統(tǒng)處理后TN的去除率達到97.0%以上。

(5)滲濾液系統(tǒng)產(chǎn)水用于焚燒廠冷卻塔補水，滲濾液處理產(chǎn)生的污泥、濃縮液、臭氣等二次污染物送至垃圾焚燒處理。滲濾液處理與垃圾焚燒協(xié)同處理方式不僅解決了滲濾液的濃水、污泥等難題，而且實現(xiàn)環(huán)境和經(jīng)濟雙重效益。