UASB-MBR-NF-RO處理生活垃圾焚燒廠滲濾液

付真真

(福建省環(huán)境保護設計院有限公司，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]，不僅能實現垃圾減量化處置，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生一定數量的垃圾滲濾液，垃圾滲濾液是一種高濃度的難處理有機廢水[2]，必須得到有效處置。

1 滲濾液水質特征

垃圾焚燒廠產生的垃圾滲濾液主要來自未焚燒前儲存在貯坑內的垃圾受到一定的擠壓作用后排出的水分和垃圾中有機質在貯坑內酸性發(fā)酵產生的廢水[3]，其水質具有如下特征[4]：①水質成分復雜，有機物濃度較高。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物，其COD高達30～70g/L。②氨氮含量高。滲濾液中，氨氮質量濃度一般超過1000mg/L，而且蛋白質、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非常棘手的問題[5]，若處理不達標，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器(UASB)、膜生化反應器(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用情況。

2 工程概況

2.1 滲濾液產生量核算

《生活垃圾滲濾液處理技術規(guī)范》規(guī)定：垃圾焚燒廠滲濾液的日產量應考慮集料坑的停留時間、主要成分等因素。垃圾滲濾液的日產量宜按垃圾量的10%～40%(重量比)計算。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，夏季滲濾液產量較大，而冬季相對較少。根據地區(qū)生活垃圾物理成分的初步調查，借鑒浙江省內類似運行的千噸級以上焚燒廠在不同季節(jié)的實際產生量等條件，枯水季節(jié)垃圾滲濾液按進廠垃圾量的23%考慮，雨季垃圾滲濾液產量按進廠垃圾量的25%考慮。

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

2.2 設計進出水水質

參考國內焚燒廠滲濾液典型水質參數及同類地區(qū)同類型垃圾焚燒廠水質參數，確定本生活垃圾滲濾液處理站進水主要水質參數(見表1)，出水水質按照相關標準和業(yè)主要求達到《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質》(GB/T19923-2005)中的敞開式循環(huán)冷卻水水質標準。

表1 設計進出水水質

3 處理工藝選擇分析

3.1 滲濾液處理工藝現狀

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行有機的優(yōu)化組合，滿足出水水質要求，盡量發(fā)揮生化處理的經濟優(yōu)越性，以取得較好的經濟和社會生態(tài)效益。

根據《生活垃圾滲濾液和處理技術規(guī)范》(CJJ150-2010)，滲濾液處理工藝宜選用“預處理+生物處理+深度處理”組合工藝，也可采用“預處理+深度處理”和“生物處理+深度處理”組合工藝。根據實際工程設計經驗，我國垃圾滲濾液處理工藝基本按照規(guī)范要求設計執(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、深圳等地建設的滲瀝液處理設施實際運行情況，結合表2各處理工藝方案的特點，經分析比較后，擬選用“預處理+厭氧+膜生物反應器(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入調節(jié)池，在調節(jié)池進行水質、水量調節(jié)，然后通過提升泵進入厭氧系統(tǒng)，在厭氧系統(tǒng)中通過厭氧微生物作用大幅度降低進水中COD，厭氧出水經沉淀池沉淀后，進入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行生物脫氮反應，去除滲濾液中氨氮、總氮，而后經過外置式超濾進行固液分離，經固液分離的濃水部分回流至生化系統(tǒng)，超濾出水進入NF系統(tǒng)，在NF膜的過濾作用下進一步截留不可生化的大分子有機物、氨氮、重金屬離子及鹽類，然后NF出水進入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，進一步去除滲濾液中小分子物質和一價鹽，保障系統(tǒng)出水達標排放。

圖1 滲濾液處理工藝流程

厭氧產生的沼氣回噴焚燒爐助燃或應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，隨進廠垃圾進入鍋爐焚燒處置。

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

3.3 主要單元設計參數

3.3.1 調節(jié)預處理系統(tǒng)設計

①除渣預處理系統(tǒng)。在滲濾液進入調節(jié)池前設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)負荷。初沉池采用豎流式沉淀池，水力表面負荷為0.6m3/(m2·h)。

②調節(jié)池。用以調配滲濾液水量及水質，防止水質和水量波動對后續(xù)生化系統(tǒng)的影響。調節(jié)池水力停留時間4.6d，設計總有效容積560m3，調節(jié)池尺寸為13.5×5.5×8.5m。調節(jié)池設置攪拌機2臺，葉槳直徑620mm，轉速480r/min，N=4.0kW。

③調節(jié)池設置臭氣收集系統(tǒng)。采用玻璃鋼管，經核算，調節(jié)池臭氣產生量為972m3/h，配置玻璃鋼離心風機1臺，風量1000m3/h，全壓304Pa,轉速為1450r/min，功率為0.55kW。臭氣由風機輸送至電廠垃圾負壓坑。

3.3.2 厭氧系統(tǒng)設計

厭氧反應器采用中溫厭氧(30～35℃)，容積負荷8.0kgCOD/(m3·d)，COD去除率80%。設計厭氧反應池1座2格，厭氧池尺寸為11.0m×7.5m×11.5m，有效容積840m3，水力停留時間7.0d。產氣率0.45m3/kgCOD，沼氣產生量137.45m3/h。

厭氧池其他輔助設施：①設計采用焚燒廠余熱蒸汽對厭氧反應器內的介質進行保溫加熱。②設計三氯化鐵投加系統(tǒng)，避免對厭氧過程中產生的硫化氫對菌種的毒性抑制作用。③設計厭氧反應器部分出水回流，用以緩沖進水污染負荷變化，同時緩沖堿度。④厭氧產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器。

3.3.3 MBR系統(tǒng)設計

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)的處理負荷，節(jié)約占地面積和投資成本。內設高效的射流曝氣裝置，氧的利用率可達30%以上，為生化反應提供合適溶解氧的同時，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，停留時間3d，硝化池2格，有效容積730m3，停留時間6d，消泡池1格，有效容積105m3。

反硝化池安裝潛水攪拌器2臺，N=2.5kW,葉輪直徑400mm，轉速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個噴嘴；射流循環(huán)泵2臺，Q=210m3/h，H=13m，N=15kW；羅茨鼓風機3臺(2用1備)，Q=14m3/min，H=8m，N=55kW；超濾進水泵2臺，Q=90m3/h，H=25m，N=7.5kW，進水泵出口配置籃式過濾器2臺，過濾精度800um。

設計外置式超濾系統(tǒng)1套，每天運行時間24h，設計膜通量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)設計

納濾系統(tǒng)設計用于處理MBR出水。進一步去除COD、BOD、重金屬鹽分等污染物質，為提供保障。

設計納濾系統(tǒng)1套，每天運行22h，設計膜通量13LMH，設計運行壓力5～15bar，最大運行壓力18bar。納濾采用二段式濃水循環(huán)模式，清液產率85%，產水量4.6m3/h，納濾膜濃縮液0.8m3/h。進水設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4支8寸膜元件，單只膜殼循環(huán)進水流量8-12m3/h。納濾進水泵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)運行2小時1次，每次3～5min，設置沖洗泵1臺，沖洗流量12m3/h，沖洗壓力3～4bar；納濾系統(tǒng)化學清洗周期為至少每月1次，每次6～12h，設置清洗系統(tǒng)和加藥系統(tǒng)各1套：化學清洗泵1臺，化學清洗流量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)設計

本項目采用的反滲透為卷式反滲透，屬于致密膜范疇，為卷式有機復合膜，其分離粒徑一般為0.1nm，其分離粒子級別可達到離子級別?？赏耆亓粲袡C污染物質和鹽類離子，出水COD可降低至30mg/L以下，同時能保證氨氮和總氮的穩(wěn)定達標排放。

設計反滲透系統(tǒng)1套，每天運行22h，設計膜通量10LMH，設計運行壓力0～40bar，最大運行壓力40bar。反滲透采用二段式濃水循環(huán)模式，清液產率80%，產水量3.71m3/h，反滲透濃縮液0.89m3/h。進水設有阻垢劑投加裝置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4支8寸膜元件，單只膜殼循環(huán)進水流量8-12m3/h。反滲透進水泵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)運行2小時1次，每次3～5min，設置沖洗泵1臺，沖洗流量11m3/h，沖洗壓力3～4bar；反滲透系統(tǒng)化學清洗周期為每月1次，每次6～12h，化學清洗泵與納濾系統(tǒng)共用。

3.3.6 集水池設計

垃圾滲濾液處理站設有集水池1座，有效容積50m3，主要用來收集廠區(qū)設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。集水池設潛水排污泵1臺，Q=15m3/h，H=22m，N=2.2kW。收集池廢水經潛污泵排入調節(jié)池進行進一步處理。

3.3.7 濃縮池設計

垃圾滲濾液處理站設有濃縮液儲池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。濃縮液儲池設耐腐蝕潛水排污泵1臺，Q=6m3/h，H=25m，N=2.2kW。濃縮液經潛污泵提升進入電廠垃圾儲坑，隨進廠垃圾一同進入電廠焚燒爐進行處理。

3.3.8 污泥處理系統(tǒng)設計

本項目初沉系統(tǒng)產生污泥量12m3/d，厭氧系統(tǒng)剩余污泥產量7.6m3/d，MBR系統(tǒng)剩余污泥產量15.2m3/d。設污泥儲池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。污泥經污泥進料螺桿泵輸送進入污泥疊螺脫水機進行脫水處理，脫水上清液排入系統(tǒng)集水池進行處理，脫水泥餅(含水率80%)回電廠焚燒爐焚燒處置。

4 運行效果分析

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，未經過厭氧發(fā)酵、水解、酸化過程，滲濾液中有機物種類高達百余種，有機物和氨氮濃度高，可生化性較好。該組合工藝經過近3個月的調試運行后，達到了設計處理量，在滿負荷運行階段(1個月)各項指標去除率高達99%以上，出水水質達到《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質》(GB/T19923-2005)敞開式循環(huán)冷卻水水質標準。

滿負荷運行階段測得的各項水質指標的平均值見表 3。

表3 系統(tǒng)各單元運行效果

5 經濟指標分析

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

6 結論

運行結果表明，采用“預處理+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，組合工藝具有較強的抗沖擊負荷能力，較高的COD、氨氮去除率，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、污泥負荷高、產水率高，膜組污堵頻率低，運行成本適中。