環(huán)保視角下垃圾焚燒廠滲濾液處理工程實(shí)例

鄭志彬

（廣東省環(huán)境保護(hù)工程研究設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510010）

近年來隨著城市經(jīng)濟(jì)和建設(shè)的快速發(fā)展，垃圾焚燒發(fā)電整個(gè)行業(yè)的興起與發(fā)展建立在我國城鎮(zhèn)化水平不斷提升，城鄉(xiāng)生活垃圾產(chǎn)生量、清運(yùn)量持續(xù)增長的基礎(chǔ)之上。廣東省人民政府辦公廳印發(fā)《廣東省能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃》，要求因地制宜地發(fā)展生物質(zhì)能，統(tǒng)籌規(guī)劃垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目開發(fā)，做好發(fā)展規(guī)劃、建設(shè)節(jié)奏與資源保障能力及地方財(cái)力等方面的銜接。垃圾焚燒發(fā)電已成為城市生活垃圾主要的處理方式。為了保障焚燒爐的穩(wěn)定運(yùn)行，在焚燒垃圾時(shí)，新鮮垃圾應(yīng)經(jīng)過3～5 d 的發(fā)酵熟化，從而瀝出大量的滲濾液[1]。

垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液具有濃度高、成分復(fù)雜的性質(zhì)，因此垃圾滲濾液的處理非常難。由于垃圾滲濾液中含有多種重金屬，特別是其中含有有毒的金屬，如果隔離措施做得不及時(shí)，就很有可能滲入到地下從而影響地下水，對周圍居民的正常生活以及植物的健康生存都存在著很大的影響。不僅如此，滲出的滲濾液味道也十分難聞，而且會(huì)產(chǎn)生沼氣，影響大氣環(huán)境。因此，對垃圾焚燒廠滲濾液的有效處理處置，是垃圾發(fā)電行業(yè)的需要，也是環(huán)境保護(hù)的要求[2]。

1 項(xiàng)目概況

廣東省某地新建垃圾焚燒廠日處理城市生活垃圾為1 700 t/d，配置2臺(tái)850 t/d機(jī)械爐排焚燒爐+1臺(tái)50 MW凝汽式汽輪機(jī)+1臺(tái)55 MW發(fā)電機(jī)。夏季最大日產(chǎn)生的垃圾滲濾液約為425 t/d，設(shè)計(jì)時(shí)考慮到預(yù)留一定處理負(fù)荷，垃圾滲濾液設(shè)計(jì)處理規(guī)模為450 t/d。

2 設(shè)計(jì)水量及水質(zhì)

2.1 設(shè)計(jì)水量

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)水量垃圾滲濾液設(shè)計(jì)處理規(guī)模為450 t/d。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的總回用率為72%，其中納濾清液得率為80%，反滲透清液得率為75%。

2.2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

垃圾焚燒廠的垃圾滲濾液主要產(chǎn)生于垃圾貯坑，其特點(diǎn)是強(qiáng)臭性和高污染性，屬高濃度有機(jī)廢水，主要污染物為BOD5、CODCr、NH3-N、SS及重金屬等。

本項(xiàng)目垃圾滲濾液處理出水要求達(dá)到或優(yōu)于《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)冷卻系統(tǒng)補(bǔ)充水標(biāo)準(zhǔn)后回用至冷卻塔循環(huán)水。設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)主要指標(biāo)見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)表 單位：mg/L

3 工藝流程及說明

根據(jù)國內(nèi)類似城市生活垃圾焚燒廠的設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目滲濾液處理主體工藝為“預(yù)處理+UASB厭氧反應(yīng)器+MBR生化處理系統(tǒng)+NF納濾膜+RO反滲透膜”，考慮到當(dāng)?shù)貧夂驅(qū)λ坎▌?dòng)的影響和運(yùn)行維護(hù)，滲濾液處理系統(tǒng)按兩條線并聯(lián)設(shè)計(jì)。納濾及RO濃縮液采用減量系統(tǒng)進(jìn)行處理，最終濃液用于煙氣凈化系統(tǒng)（石灰制漿）或入爐回噴，產(chǎn)水回用至冷卻塔循環(huán)水[3]。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

工藝流程說明：

垃圾池中滲出垃圾滲濾液經(jīng)導(dǎo)流引出溝流出，通過粗格柵除去滲濾液中的大顆粒懸浮物及漂浮物后進(jìn)入滲濾液收集池。收集池滲濾液經(jīng)滲濾液輸送泵輸送進(jìn)入自清洗過濾器，進(jìn)一步去除滲濾液中的顆粒懸浮物及漂浮物后，進(jìn)入滲濾液沉淀池。經(jīng)沉淀處理，去除大部分的SS及部分不溶性有機(jī)物后自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池。

調(diào)節(jié)池進(jìn)行水量調(diào)節(jié)，同時(shí)調(diào)節(jié)池中設(shè)置潛水?dāng)嚢柙O(shè)備，實(shí)現(xiàn)均質(zhì)均量，并且滲濾液中的有機(jī)物顆粒在調(diào)節(jié)池中發(fā)生水解作用，提高了廢水的生化性。

調(diào)節(jié)池中滲濾液均質(zhì)均量后由提升泵提升至厭氧系統(tǒng)。調(diào)節(jié)池滲濾液經(jīng)厭氧進(jìn)泵提升進(jìn)入U(xiǎn)ASB厭氧反應(yīng)器，進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理，打開高分子物質(zhì)的鏈節(jié)或苯環(huán)，將大分子難降解有機(jī)物分解成較易生物降解的小分子有機(jī)物質(zhì)，并最終轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳和水。

經(jīng)UASB厭氧反應(yīng)器處理的滲濾液出水，自流依次進(jìn)入兩級(jí)缺氧/好氧（A/O）生化脫氮處理系統(tǒng)。在缺氧/好氧（A/O）系統(tǒng)中，滲濾液在硝化池（O段）好氧的條件下，硝化菌將氨氮氧化成硝態(tài)氮。硝化池中處理的滲濾液經(jīng)大回流量回流反硝化池，與滲濾液進(jìn)入原液混合，在反硝化池（A段）缺氧的條件下，反硝化菌將硝態(tài)還原成氮?dú)饷摮觥Ｔ谌毖酢⒑醚鯛顟B(tài)交替處理，達(dá)到去除大部分的有機(jī)物及脫氮目的。

經(jīng)A/O生化系統(tǒng)處理出水，通過UF系統(tǒng)進(jìn)水泵加壓進(jìn)入外置MBR超濾膜系統(tǒng)進(jìn)行泥水分離，水中大部分的顆粒和膠體有機(jī)物被截留，出水進(jìn)入納濾系統(tǒng)處理進(jìn)水池。

MBR超濾膜系統(tǒng)處理出水進(jìn)入NF納濾膜系統(tǒng)，去除大部分二價(jià)離子和分子量在200～1 000的有機(jī)物后，出水進(jìn)入NF納濾清液罐。

NF納濾系統(tǒng)處理出水通過RO反滲透進(jìn)水泵加壓進(jìn)入RO反滲透系統(tǒng)進(jìn)一步處理，可去除水中幾乎所有雜質(zhì)——各種一價(jià)離子、無機(jī)鹽、分子、有機(jī)膠體、細(xì)菌、病原體等。確保出水中CODcr、氨氮，總氮、重金屬離子等達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

NF系統(tǒng)及RO系統(tǒng)濃水進(jìn)一步通過濃液減量系統(tǒng)DTRO處理后，出水進(jìn)入NF納濾清液罐；濃液用于煙氣凈化系統(tǒng)（石灰制漿）或入爐回噴。

UASB厭氧反應(yīng)器、混凝沉淀池、MBR超濾排出的污泥先進(jìn)入污泥池，污泥經(jīng)污泥泵提升進(jìn)入污泥濃縮池，經(jīng)過污泥濃縮處理，濃縮污泥通過污泥脫水機(jī)脫水處理后，污泥含水率降至75%～80%后，運(yùn)至垃圾池通過焚燒爐焚燒處置。

4 主要構(gòu)筑物工藝設(shè)計(jì)

4.1 預(yù)處理系統(tǒng)

本項(xiàng)目預(yù)處理包括過濾器及沉淀池，配置自清洗過濾器1臺(tái)，設(shè)計(jì)過水流速不小于50 m3/h，配置柵渣輸送及收集裝置。沉淀池采用豎流沉淀池，出水自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池，初沉池頂標(biāo)高須高于調(diào)節(jié)池1 m，初沉池出水進(jìn)入各調(diào)節(jié)池的出水管須設(shè)置閥門。設(shè)計(jì)表面水力負(fù)荷為1 m3/(m2·h)，中心筒流速不大于30 mm/s，中心管下部應(yīng)設(shè)喇叭口和反射板，排泥斗坡度55 °，配置排泥泵2臺(tái)，一用一備。

4.2 調(diào)節(jié)池

本項(xiàng)目調(diào)節(jié)池分格設(shè)計(jì)，總有效容積約3 000 m3。采用“調(diào)節(jié)池+事故池”分2個(gè)水池布置，調(diào)節(jié)池不設(shè)置及廊道，池體保護(hù)高度不超過0.5 m，設(shè)置攪拌機(jī)4臺(tái)。各調(diào)節(jié)池采用一根出水母管，出水泵為2用1備，備用泵兼作AO池碳源補(bǔ)充泵（即超越水泵）。

4.3 厭氧系統(tǒng)

本項(xiàng)目厭氧系統(tǒng)采用UASB工藝，厭氧反應(yīng)器采用2座鋼制厭氧罐，設(shè)置正負(fù)壓監(jiān)測及防護(hù)措施。厭氧罐總設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為10.5 d，污泥容積負(fù)荷為7.0 kg COD/(m3·d)。每臺(tái)厭氧罐配置2臺(tái)循環(huán)泵，1用1備；配置1臺(tái)排泥泵。每臺(tái)厭氧罐出水口設(shè)置相對應(yīng)的厭氧沉淀池，沉淀池各設(shè)置1臺(tái)螺桿泵作為排泥泵，且互為備用。厭氧罐沼氣管設(shè)置汽水分離器及沼氣水封罐，厭氧系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣進(jìn)入垃圾焚燒車間焚燒爐焚燒，同時(shí)配備沼氣燃燒火炬燃燒處置做備用處置。

4.4 A/O生化系統(tǒng)

本項(xiàng)目好氧系統(tǒng)采用AO工藝，設(shè)置兩級(jí)A/O系統(tǒng)。分兩組運(yùn)行，設(shè)一級(jí)反硝化池2座，有效容積為800 m3，一級(jí)硝化池2座，有效容積為1 200 m3，二級(jí)反硝化池2座，有效容積為250 m3，一級(jí)硝化池2座，有效容積為250 m3。AO系統(tǒng)污泥濃度(MLSS)設(shè)計(jì)取值為15 g/L，COD污泥容積負(fù)荷為0.15 kg COD/kg MLSS·d；設(shè)計(jì)反硝化速率為0.128 kg NO3-N/kg MLSS·d，反硝化回流比為40∶1。曝氣風(fēng)機(jī)采用空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)，曝氣器采用射流曝氣器，配置曝氣風(fēng)機(jī)4臺(tái)，3用1備。A/O系統(tǒng)在池頂設(shè)置單獨(dú)的冷卻換熱系統(tǒng)；曝氣池設(shè)消泡劑加藥裝置，設(shè)置調(diào)節(jié)池至A池超越進(jìn)水管道作為碳源不足時(shí)補(bǔ)充[4]。

4.5 超濾系統(tǒng)

本項(xiàng)目超濾采用外置式管式超濾膜，按每天運(yùn)行22 h設(shè)計(jì)，采用錯(cuò)流過濾，外置式超濾膜通量設(shè)計(jì)值為68 L/(m2·h)，膜支數(shù)為12支，分2組，膜規(guī)格為8英寸，長度3 m，單支膜面積為27.05 m2。系統(tǒng)運(yùn)行壓力為4.4～6 bar。超濾進(jìn)水配置袋式過濾器，系統(tǒng)配置超濾膜清洗系統(tǒng)。超濾膜系統(tǒng)配置獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)，可以連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行。

4.6 納濾系統(tǒng)

本項(xiàng)目納濾系統(tǒng)采用卷式納濾膜，按每天運(yùn)行22 h設(shè)計(jì)，采用錯(cuò)流過濾，納濾系統(tǒng)分為2組系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，NF膜設(shè)計(jì)通量15 L/ (m2·h)，單組膜元件數(shù)量18支，膜面積703 m2，系統(tǒng)產(chǎn)水回收率為85%。采用8英寸聚酰胺復(fù)合膜，單支膜面積為37 m2，系統(tǒng)運(yùn)行壓力為5～15 bar。進(jìn)水配置保安過濾器，配置加酸及阻垢劑加藥系統(tǒng)，系統(tǒng)配置CIP在線清洗系統(tǒng)。納濾系統(tǒng)配置獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)，連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行。

4.7 反滲透系統(tǒng)

本項(xiàng)目反滲透系統(tǒng)采用卷式納濾膜，按每天運(yùn)行22 h設(shè)計(jì)，采用錯(cuò)流過濾，系統(tǒng)分為2組系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，設(shè)計(jì)通量12 L/ (m2·h)，單組膜元件數(shù)量18支，膜面積619.2 m2，系統(tǒng)產(chǎn)水回收率為85%。采用8英寸聚酰胺復(fù)合膜，單支膜面積為34.4 m2，系統(tǒng)運(yùn)行壓力為25～40 bar。進(jìn)水配置保安過濾器，系統(tǒng)配置CIP在線清洗系統(tǒng)，配自動(dòng)加藥系統(tǒng)。反滲透系統(tǒng)配置獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)，可連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行。

4.8 濃水減量化系統(tǒng)

本項(xiàng)目濃水減量化系統(tǒng)主要處理納濾產(chǎn)生的濃縮液，采用“DTRO”工藝減量處理，最終濃液用于煙氣凈化系統(tǒng)（石灰制漿）或入爐回噴。濃水減量化系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間按20 h設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目按100 t/d，即5 t/h進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.9 污泥處理系統(tǒng)

本項(xiàng)目預(yù)處理、厭氧系統(tǒng)、好氧系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥采用“濃縮+污泥脫水”工藝進(jìn)水脫水處理。污泥脫水機(jī)采用臥式離心脫水機(jī)，脫水干泥含水率為80%。脫水后干泥量約為14.5 t/d。

各單體污泥先排入污泥儲(chǔ)池預(yù)濃縮，濃縮后泵入離心脫水機(jī)脫水。脫水后的干污泥送至焚燒廠垃圾池進(jìn)行焚燒處置。配置聚丙烯酰胺加藥系統(tǒng)。污泥脫水系統(tǒng)配置一套獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)。

5 工藝運(yùn)行效果

本項(xiàng)目建成至今已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行一年，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，實(shí)際運(yùn)行進(jìn)出水水質(zhì)見表2。

表2 進(jìn)、出水水質(zhì)表

6 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)分析

6.1 項(xiàng)目建設(shè)投資

本項(xiàng)目工程建設(shè)投資4 258萬元，其中土建工程1 528萬元，設(shè)備購置及安裝費(fèi)2 730萬元，噸水建設(shè)費(fèi)用為9.46萬元。

6.2 運(yùn)行成本分析

本項(xiàng)目運(yùn)行成本主要由電費(fèi)、藥劑費(fèi)、人工費(fèi)用構(gòu)成，經(jīng)過核算，本項(xiàng)目運(yùn)行成本費(fèi)用為30.44元/噸（不含膜更換折舊及設(shè)備維修等費(fèi)用），其中電費(fèi)22.24元/噸，人工成本2.59元/噸，藥劑費(fèi)用5.61元/噸。

7 結(jié)語

本工程在處理垃圾焚燒廠滲濾液廢水采用“預(yù)處理+UASB厭氧反應(yīng)器+MBR生化處理系統(tǒng)+NF納濾膜+RO反滲透膜”工藝，工程運(yùn)行穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，有效地消減了污染量。具有良好的環(huán)境效益與社會(huì)效益，為其他同類項(xiàng)目提供了參考依據(jù)。