垃圾焚燒發電廠滲濾液系統工程設計實踐

張成治

（南京萬德斯環保科技股份有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

洛陽市某垃圾焚燒廠2022年9月投產運行，生活垃圾平均日處理量1 200 t，配套滲濾液系統處理規模480 m3/d，按雙線并列設計運行。

采用“預處理+厭氧+MBR+納濾+反滲透+高壓反滲透濃液減量”的組合工藝，產水符合GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工業用水水質》中敞開式循環冷卻水系統補充水水質標準和GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》的一級A標準。

1 項目概況及工藝

1.1 處理規模及設計指標

本項目處理規模為480 m3/d，處理垃圾滲濾液和垃圾卸料區、污水溝道間沖洗混合水。主要設計指標如表1所示。

表1 設計進出水水質

1.2 處理工藝

焚燒發電廠垃圾滲濾液是一種含有高濃度有機物、高濃度氨氮的廢水[1]。針對水質和水量變化大、污染物質成分復雜、排放標準嚴格等特點，采用厭氧和好氧結合的生物處理技術以及納濾和反滲透組合的膜深度處理技術使水質達標，工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

2 主要單元設計

2.1 預處理單元

預處理包括自清洗籃式過濾器、初沉池和調節池。垃圾滲濾液處理系統中調節池具有均質均量的作用，對滲濾液系統也起到了緩沖作用[2]。設置自清洗籃式過濾器1臺，精度1 mm。設置豎流式池1座，尺寸6.5 m×6.5 m×12.0 m，表面負荷為1.18 m3/（m2·h）。設置調節池2座，總水力停留時間10 d，可單獨運行，調節池底部設置穿孔管曝氣系統，用于均勻攪拌和預充氧。經過過濾和初沉后，多數大顆粒物和比重較重的顆粒物被攔截去除，確保了后續系統穩定運行。

2.2 厭氧單元

厭氧罐按照雙線并聯設計，采用上流式厭氧污泥床反應器。厭氧罐共2座，單座罐體尺寸φ12 m×H22 m，有效容積2 260 m3，停留時間約9.4 d，有機物去除率高達75%～90%，容積負荷率達到6kgCOD/（m3·d），反應器內上升流速在0.5～1.0 m/h，出水CODcr含量基本維持在6 000～15 000 mg/L。厭氧反應器產生的沼氣經過增壓后進入垃圾焚燒發電系統，沼氣系統設計處理量600 m3/h，設置1套內燃式火炬進行應急燃燒。沼氣產率系數0.35～0.75 Nm3/kg COD。厭氧反應出水進入沉淀池，防止污泥流失，影響反應效果。

厭氧出水設置循環管路，管路上設置管道式蒸汽水射器，可根據出口水溫調節加熱蒸汽閥門開度，能高效調節系統水溫，確保厭氧溫度保持在33～35 ℃。由于滲濾液原水硬度高，易造成厭氧系統管道、設備結垢，對厭氧系統采用罐頂八邊形循環管道布水系統，罐內采用可拆卸式多點軟管布水管，方便布水管結垢后清理或更換，能夠有效減緩結垢以及在結垢后快速更換管道，確保系統高效運行。

2.3 外置MBR單元

對于垃圾滲濾液處理，采用外置式MBR工藝要優于內置式，主要因為滲濾液水質復雜，有機物、鹽分以及各種雜質較多，容易堵膜造成出水水質較差，不利于系統穩定運行。外置式超濾系統可降低后續納濾/反滲透系統的處理難度。

生化系統按照雙線并聯設計。各工藝段設計停留時間分別為一級A池2.7 d、二級A池1.8 d、一級O池7.9 d、二級O池2.1 d，系統總水力停留時間為14.5 d。曝氣系統采用多孔射流曝氣器，單個噴嘴空氣流量為0.9～1.2 m3/min，氣水比為3:1～4:1，硝化溶解氧含設計為2.0～3.5 mg/L，MLSS設計為10～15 g/L，pH為7～8。本項目設計厭氧超越管線用來補充碳源，具體補充量根據厭氧出水碳氮比進行調節。

原水氨氮和總氮均較高且排放標準要求又特別嚴格，回流比對總氮的去除影響較大，但較大的回流比也會影響總氮的去除效率[3]。為控制總氮脫除效果，系統設計24倍的總回流比。其中超濾回流9倍，分別回流至一級反硝化和二級反硝化，硝化液內回流15倍，由兩臺150 m3/h的硝化液回流泵回流至一級反硝化。通過調節實際回流量來控制總氮脫除率，回流泵進口管道可設置集水擋氣渠，確保管道從底部吸水，避免將大量空氣引入反硝化池內，影響脫氮效果。為保證夏季系統正常運行，需要考慮系統降溫。單線設置240 m3/h冷卻降溫系統，對系統溫度進行連續監測，當溫度升高超過40 ℃，開啟冷卻系統，降低運行風險。

外置式超濾分兩套，單套設計進水量為240 m3/d，設計通量為65～100 L/（m2·h），單套設計6支8寸膜元件，循環泵流量為270 m3/h。

2.4 納濾/反滲透單元

納濾反滲透系統處理超濾清液，脫除鹽分和有機物，使產水最終達標回用。清液得率為60%～64%。清液達到水質要求后作為循環冷卻水補充水輸送至冷卻塔，納濾和反滲透濃水收集后進入濃液減量化系統進一步濃縮。

納濾系統設置兩套，單套處理規模為240 m3/d，設計通量為14～16 L/（m2·h），單套系統設計18支膜元件，膜面積37 m2，產水回收率范圍為80%～85%。反滲透系統設置兩套，單套處理規模為204 m3/d，設計通量為10～12 L/（m2·h），單套設計18支膜元件，采用海水淡化膜，膜面積34.4 m2，產水回收率范圍為70%～75%。

2.5 濃液減量單元

濃液減量系統主要處理納濾和反滲透的混合濃液，采用經過DTRO進一步濃縮后，清液與反滲透清液混合后達標回用，濃縮液回噴焚燒爐。

DTRO減量系統設置兩套，單套處理規模為87m3/d，設計通量約為10 L/（m2·h），單套系統設計22支膜柱，膜柱采用海淡膜片，單支膜面積9.4 m2，壓力等級9 MPa（90 bar），清液產率為50%。最終總清液產量393 m3/d，濃縮液產量87 m3/d，總的清液產率約82%。

2.6 污泥處理單元

初沉污泥、厭氧和好氧生化污泥經收集后進入污泥池混合，污泥池設置穿孔管系統進行空氣攪拌，防止污泥厭氧。混合污泥大部分為生化污泥，含水率在98%～99%，通過螺桿泵輸送至污泥脫水機。脫水機采用臥螺離心脫水機，它對于粒度細、比重小的垃圾滲濾液污泥特別適用，設計處理量為10 m3/h，可連續不間斷運行，脫水后含水率不高于80%。脫水污泥經干污泥輸送泵輸送至焚燒爐處理，濾液回流至生化系統。

3 工藝運行去除率

滲濾液處理系統經過三個月工藝調試及連續試運行，整個系統運行穩定，最終產水符合回用標準，各階段進出水指標基本符合設計要求，指標平均值如表2所示。

表2 工藝主要污染物去除效果

4 運行費用

實際工程運行中的直接運行成本主要包括電費、藥劑費、膜更換費、人工費、日常設備維修費用。

（1）電費：主要設備運行功率為967 kW·h，總耗電量18 850 kW·h/d，電費按0.65元/（kW·h）計，每天電費為12 252.5元，折合噸水成本為25.53元。

（2）藥劑費：藥劑費包括系統投加的藥劑以及實驗室檢測藥劑的花費，每日為926元，折合噸水成本為1.93元。

（3）膜更換費：膜更換費按照超濾、納濾、反滲透和DTRO膜元件更換周期3年計，噸水更換費用為2.01元。

（4）人工費：人員以6人計，包括1名站長、1名工程師、4名操作人員。每年以504 000元計算，噸水處理成本為3.18元。

（5）日常設備維修費用：按照每年平均300 000元來計算，噸水處理成本為1.89元。

處理焚燒廠滲濾液的運營成本合計為34.54元/m3。

5 結論與建議

（1）采用“預處理+厭氧+MBR+納濾+反滲透+高壓反滲透濃液減量”的組合工藝，COD去除率為99.9%，氨氮去除率為99.7%，總氮去除率為99.3%，出水達標回用。

（2）厭氧系統采用UASB反應器，有較強的抗垃圾滲濾液水質沖擊的能力，采用罐頂八邊形循環管道布水系統和罐內可拆卸式多點軟管布水系統，可有效緩解厭氧系統布水系統易結垢和污垢難清理的問題。

（3）以“預處理+厭氧+MBR+納濾+反滲透+高壓反滲透濃液減量”的組合工藝處理垃圾焚燒廠滲濾液，運營成本合計為34.54元/m3。