生活垃圾滲濾液零排放處理系統(tǒng)應(yīng)用研究

摘 要：該文以河北省某生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目500 m3/d滲濾液處理系統(tǒng)為研究對象，對“預(yù)處理+厭氧UASB+MBR（兩級A/O+外置式超濾UF）+納濾（NF）+反滲透RO”的組合工藝流程、各處理單元設(shè)計(jì)參數(shù)、調(diào)試運(yùn)行效果及運(yùn)行成本進(jìn)行詳細(xì)介紹，分析厭氧系統(tǒng)、MBR系統(tǒng)對滲濾液中COD、氨氮指標(biāo)的去除效率。實(shí)際運(yùn)行效果表明，該系統(tǒng)垃圾滲濾液出水滿足設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其噸水處理成本為51.73元。

關(guān)鍵詞：垃圾滲濾液;處理工藝;UASB;MBR;COD;氨氮

中圖分類號：X703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）22-0173-04

Abstract： This paper takes the 500 m3/d leachate treatment system of a municipal solid waste incineration power generation project in Hebei Province as the research object， and introduces in detail the combined process flow of "pretreatment + anaerobic UASB+MBR （two-stage A/O + external ultrafiltration UF） + nanofiltration （NF） + reverse osmosis RO"， the design parameters of each treatment unit， debugging operation effect and operation cost， and analyzes the removal efficiency of COD and ammonia nitrogen in leachate by anaerobic system and MBR system. The actual operation results show that the effluent of the landfill leachate of the system meets the designed effluent quality standard， and the treatment cost per ton of water is CNY 51.73.

Keywords： landfill leachate; treatment process; UASB; MBR; COD; ammonia nitrogen

隨著我國城市人口的增加、城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大和居民生活水平的不斷提高，城市生活垃圾的產(chǎn)量正以每年8%～10%的速度急劇增長，傳統(tǒng)的垃圾填埋技術(shù)已滿足不了人們的日常需求，生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)作為處理生活垃圾的有效方式之一，具有無害化、資源化、減量化的特征，近年來已經(jīng)發(fā)展成為城鎮(zhèn)生活垃圾處理的主流工藝[1]。

生活垃圾焚燒發(fā)電廠內(nèi)的滲濾液主要產(chǎn)生于垃圾儲(chǔ)坑，屬于高濃度有機(jī)污水，其來源包括垃圾本身含有的水分、垃圾在儲(chǔ)坑內(nèi)發(fā)酵分解產(chǎn)生的水分、含污生產(chǎn)排水、初期雨水、車間沖洗水和卸料沖洗水等，具有污染物濃度高、成分復(fù)雜、氨氮含量高、水質(zhì)水量變化大、毒性大及惡臭味強(qiáng)烈等特點(diǎn)，主要污染物表征值為CODcr、NH3-N、SS等[2-3]。

1 工程概況

1.1 廢水水量及水質(zhì)

河北某地生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目配套建設(shè)的垃圾滲濾液零排放處理站設(shè)計(jì)規(guī)模為500 m3/d，其采用“預(yù)處理系統(tǒng)+UASB+MBR（兩級AO系統(tǒng)+外置式超濾UF）膜生物反應(yīng)器+納濾（NF）+反滲透RO+DTRO”的組合處理工藝，為保證處理系統(tǒng)能夠適應(yīng)滲濾液復(fù)雜多變的水質(zhì)水量，并且能夠最大程度地承受水質(zhì)波動(dòng)帶來的沖擊，使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，對設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行一定程度放大，使系統(tǒng)處理余量充足。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)見表1。

設(shè)計(jì)出水水質(zhì)滿足GB/T 19923—2005《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》中敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中總汞、總鎘、總鉻、六價(jià)鉻、總砷及總鉛滿足GB 16889—2008《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中表2濃度限值，垃圾滲濾液零排放處理站產(chǎn)水用于廠內(nèi)循環(huán)冷卻塔補(bǔ)水回用。主要設(shè)計(jì)出水水質(zhì)指標(biāo)見表2。

1.2 工藝流程

本項(xiàng)目采用格柵+沉砂池+調(diào)節(jié)池作為預(yù)處理系統(tǒng)，UASB厭氧+兩級AO作為生化處理，外置式UF+NF+RO作為膜處理，濃液深度處理采用DTRO工藝50%減量化提高濃水回用率，剩余濃縮液用于煙氣凈化系統(tǒng)制備石灰漿及飛灰螯合固化。厭氧UASB系統(tǒng)和兩級AO系統(tǒng)均采用2條線的形式布置，冬季由于滲濾液日產(chǎn)生量較少，系統(tǒng)可以進(jìn)行一條線交替運(yùn)行，有助于保持系統(tǒng)穩(wěn)定，并且可以降低運(yùn)行成本。結(jié)合國內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電廠現(xiàn)狀，垃圾滲濾液水量約占垃圾總量25%～30%，本項(xiàng)目垃圾焚燒量為1 500 t/d，根據(jù)河北省同類型垃圾焚燒廠滲瀝液統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并考慮未預(yù)見水量，滲瀝液處理站設(shè)計(jì)規(guī)模確定為500 m3/d，且設(shè)計(jì)為處理規(guī)模250 m3/d并行的2個(gè)系列。滲濾液處理工藝流程如圖1所示。

生活垃圾滲濾液中含有大量SS，滲濾液進(jìn)調(diào)節(jié)池前先經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)去除大部分懸浮物，其預(yù)處理系統(tǒng)為采用精度為1 mm的旋轉(zhuǎn)過濾器去除大顆粒SS，再經(jīng)過平流沉砂池的沉降作用將小顆粒SS去除，使后續(xù)出水滿足厭氧系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)要求[4]。調(diào)節(jié)池出水泵送至UASB系統(tǒng)，大部分COD在厭氧反應(yīng)器中得到降解，產(chǎn)水先經(jīng)過厭氧出水沉淀池進(jìn)行泥渣過濾，再經(jīng)過生化系統(tǒng)進(jìn)行硝化反硝化反應(yīng)，將大部分氨氮及剩余COD進(jìn)行降解，滿足外置式UF的進(jìn)水要求[5-6]。MBR系統(tǒng)采用外置式UF，系統(tǒng)設(shè)置超濾泵循環(huán)，可在不啟動(dòng)超濾機(jī)組的情況下單獨(dú)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)污泥回流的效果，兩級AO系統(tǒng)出水經(jīng)過外置式UF膜的高效物理分離，出水清澈，無可見懸浮物，不過超濾產(chǎn)水呈棕黃色，可能為仍含有較少有機(jī)物導(dǎo)致。外置式超濾系統(tǒng)產(chǎn)水進(jìn)入納濾系統(tǒng)、反滲透RO系統(tǒng)進(jìn)行深度處理，RO產(chǎn)水進(jìn)入循環(huán)冷卻水池進(jìn)行回用。納濾濃水和RO濃水進(jìn)入濃水箱暫存，然后進(jìn)入DTRO系統(tǒng)進(jìn)行50%減量處理，DTRO系統(tǒng)產(chǎn)生的濃縮液在濃縮液池進(jìn)行暫存，之后供給煙氣凈化系統(tǒng)飛灰螯合及半干法脫硫系統(tǒng)石灰漿制備。

2 系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)與運(yùn)行

2.1 UASB系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行

厭氧UASB系統(tǒng)設(shè)計(jì)成并聯(lián)的2個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的UASB罐體，單個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)水規(guī)模為250 m3/d，水力停留時(shí)間不小于10 d。UASB系統(tǒng)采用頂部進(jìn)水方式方便對堵塞的進(jìn)水管路進(jìn)行檢修;內(nèi)置三相分離器進(jìn)行固、液、汽分離;外置厭氧循環(huán)泵，使罐內(nèi)滲濾液充分循環(huán);UASB罐頂配硫化氫報(bào)警儀和甲烷報(bào)警器。厭氧UASB系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用電廠來蒸汽通過汽水混合器對系統(tǒng)進(jìn)水進(jìn)行加熱，加熱溫度至35 ℃。厭氧系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，UASB出水水量及水質(zhì)較穩(wěn)定，COD去除率在68%～78%之間，系統(tǒng)對氨氮無去除作用。表3為2021年7月7日至8月3日期間厭氧系統(tǒng)進(jìn)出水COD水質(zhì)數(shù)據(jù)，圖2為COD去除率曲線。

2.2 MBR系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行

MBR系統(tǒng)同厭氧UASB系統(tǒng)一致，設(shè)計(jì)成并聯(lián)的2條線，每條線設(shè)計(jì)規(guī)模為250 m3/d，好氧采用池體設(shè)計(jì)，兩級AO設(shè)計(jì)，總停留時(shí)間不低于11 d，同時(shí)考慮沉淀池及中間水池，與AO共壁設(shè)計(jì)。MBR系統(tǒng)采用外置式超濾膜，采用德國MEMOS膜組件，外形尺寸為Φ200×3 000 mm，膜過濾孔徑為0.03 μm，膜材料為PVDF，該超濾膜組件共12只膜元件，單只膜有效過濾面積為27 m2，膜組件通量不高于65 L/m3·h。超濾系統(tǒng)進(jìn)水管路設(shè)置保安過濾器;系統(tǒng)設(shè)置消泡劑投加裝置及物理消泡裝置，避免泡沫溢出池頂;系統(tǒng)設(shè)置小型室外循環(huán)冷卻塔對一級硝化池回流污泥進(jìn)行有效的溫度控制;超濾系統(tǒng)設(shè)置超濾泵循環(huán)，可以在不啟動(dòng)超濾機(jī)組的情況下單獨(dú)循環(huán)。MBR系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中， 外置式超濾裝置出水水質(zhì)色度為棕黃色，原因?yàn)樗|(zhì)中含有部分無機(jī)鹽及有機(jī)物導(dǎo)致，測定出水COD去除率在89%～95%之間，氨氮去除率高達(dá)99.89%。表4為2021年8月8日至8月20日期間MBR系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)，圖3為COD、氨氮去除率曲線。

2.3 膜處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行

納濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為單套500 m3/d，進(jìn)水泵為2臺(tái)1用1備;處理系統(tǒng)包括必要的預(yù)處理系統(tǒng)和深度系統(tǒng);膜處理系統(tǒng)所采用的膜為美國陶氏膜，總共48支膜組件，單只膜有效過濾面積為33.8 m2，膜殼為8寸6芯裝;膜處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)水率為80%，納濾系統(tǒng)設(shè)置清洗裝置。

反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為單套425 m3/d，進(jìn)水泵為2臺(tái)1用1備;膜處理系統(tǒng)所采用的膜為美國陶氏膜，總共48支膜組件;膜處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)水率為75%，反滲透系統(tǒng)設(shè)置清洗裝置。實(shí)際運(yùn)行過程中，反滲透產(chǎn)水達(dá)到設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

濃縮液減量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)濃縮液50%減量處理規(guī)模為一套200 m3/d，進(jìn)水泵為2臺(tái)1用1備;DTRO膜采用德國CONSEPTEC，共49只膜，單只膜面積為9.405 m2，90 bar，膜處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)水率為50%。

2.4 污泥處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行

生化系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥通過排泥泵及污泥輸送管路排入污泥池，池內(nèi)設(shè)有液位攪拌器，防止污泥沉積。污泥儲(chǔ)池中的污泥通過離心泵提升至離心脫水機(jī)，進(jìn)料過程中設(shè)置絮凝劑加藥系統(tǒng)提高固液分離效果。離心脫水產(chǎn)生的清液回入脫水上清液池，通過清液提升泵排入反硝化池，離心脫水產(chǎn)生的干泥經(jīng)過干污泥輸送泵及管路回入焚燒爐進(jìn)行焚燒處理。

2.5 沼氣燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)行

厭氧系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣正常時(shí)經(jīng)沼氣儲(chǔ)罐回噴焚燒爐，作為焚燒系統(tǒng)助燃;在焚燒爐檢修或其他應(yīng)急情況下經(jīng)封閉式內(nèi)焰式火燃燒盤火炬燃燒。

2.6 臭氣收集及處理系統(tǒng)技術(shù)要求

臭氣源主要包括預(yù)處理工段、調(diào)節(jié)池、厭氧沉淀池、污泥池和脫水車間。

調(diào)節(jié)池、污泥池、濃縮液池及厭氧沉淀池均采用混凝土蓋密封設(shè)計(jì)，充分保證臭氣不外溢。

2.7 系統(tǒng)運(yùn)行成本分析

本項(xiàng)目垃圾滲濾液處理系統(tǒng)運(yùn)行成本包括人工費(fèi)、藥劑費(fèi)、電費(fèi)、蒸汽費(fèi)、日常化驗(yàn)用藥費(fèi)和備品備件費(fèi)等項(xiàng)目，按全年滲濾液產(chǎn)生量132 000 t計(jì)算，其噸水處理成本為51.73元。運(yùn)行成本核算數(shù)據(jù)見表5。

3 結(jié)論

河北某地區(qū)生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目配套建設(shè)的滲濾液處理站經(jīng)過3個(gè)月的系統(tǒng)調(diào)試、試運(yùn)行，出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)MBR單元后氨氮去除率已達(dá)到99.8%，COD去除率已達(dá)到95%，其噸滲濾液處理成本為51.73元，該組合工藝可以較好地應(yīng)用于生活垃圾焚燒廠滲濾液處理工程。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賈川.我國生活垃圾焚燒發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2019（4）：59-62.

[2] 康廣鳳，寧海麗，左華.MBR+膜分離技術(shù)處理生活垃圾焚燒廠滲濾液工程研究[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2018，44（6）：90-95.

[3] 王艷芳，孫娜，任丹，等.MBR處理生活垃圾焚燒廠滲濾液的工程實(shí)踐[J].給水排水，2016（42）：105-108.

[4] 黃春.MBR+NF+RO工藝在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用[J].低溫建筑技術(shù)，2010（4）：97-98.

[5] 吳靖宇，張愛軍，戴小東，等.平板膜在生活垃圾焚燒廠滲濾液處理系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國給水排水，2020，36（16）：126-131.

[6] 李俊.滲濾液處理工藝原理[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2023，49（8）：44-46，53.

作者簡介：高震（1992-），男，碩士，工程師，水處理工程師。研究方向?yàn)楣I(yè)水處理。