小張家口糞便消納站的運行實踐與分析

時藝民

延慶縣小張家口糞便消納站坐落在延慶縣大榆樹鎮(zhèn)小張家口村東，毗鄰小張家口垃圾衛(wèi)生填埋場。于2008年5月開工建設(shè)，一期工程于2009年8月建成并調(diào)試，2010年在此基礎(chǔ)上增加納濾、反滲透、電絮凝工藝，并于當年7月正式運行。作為延慶縣唯一的現(xiàn)代化糞便無害化處理設(shè)施，也是北京郊區(qū)縣第一座全面資源化的糞水處理設(shè)施，它擔負著全縣糞便無害化處理、小張家口垃圾衛(wèi)生填埋場垃圾滲瀝液處理及生活污水處理的重任，為延慶縣建設(shè)“綠色北京示范區(qū)、美麗延慶、縣景合一”的偉大構(gòu)想做出了重要貢獻。

一、運行分析

目前，北京已建18座糞便處理設(shè)施，有16座正式投入使用，覆蓋全市12個區(qū)縣，設(shè)計處理能力6100噸/日。經(jīng)調(diào)查，這18座糞便處理設(shè)施中采用固液分離處理工藝的為2座，采用固液分離+絮凝脫水工藝的為7座，采用固液分離+絮凝脫水+生化處理工藝的為8座。小張家口糞便消納站是唯一一座采用固液分離+絮凝脫水+生化處理+納濾-反滲透工藝的全面資源化的糞便處理設(shè)施，其出水達到北京市一級B排放標準，可直接排入天然水體。該設(shè)施占地12000平方米，總投資2658萬元，設(shè)計處理規(guī)模200噸，其中糞便100噸、滲濾液50噸、生活污水50噸。站內(nèi)建設(shè)內(nèi)容為固液分離、絮凝脫水、污水處理、納濾反滲透及電絮凝工藝等（見圖1）。北京市其它糞便消納站MBR出水直接排入市政管網(wǎng)，沒有納濾、反滲透工藝，在小張家口糞便消納站糞便站運行過程中，沒有太多的運行經(jīng)驗可以借鑒。

現(xiàn)結(jié)合小張家口糞便消納站的實際運行經(jīng)驗及運行過程中出現(xiàn)的問題，進行簡要分析，為以后的場站建設(shè)及實際運行提供參考。

（一）納濾-反滲透工藝

納濾-反滲透系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)納濾膜組件堵塞，洗膜周期過于頻繁的問題。以下是其具體故障分析：

工程中共有兩組NF膜。第一次清洗NF膜組件之后，膜組件運行壓力仍舊很高，沒有下降。將膜組件拆開，發(fā)現(xiàn)，第二組膜末端的膜組件堵塞最嚴重，其次是第二組膜的入水端。第一組膜入水端膜組件最干凈，未見有垢污存在，第一組膜末端的膜組件有少量垢污存在。垢污顯黃色、并含有透明晶狀物質(zhì)。

分析垢污成分：

第一步：將垢污放入水中，發(fā)現(xiàn)其不易溶于水。在水里垢污散開，有許多透明晶狀物質(zhì)。

第二步：將垢污放入pH均為2的酸中，經(jīng)過多次搖晃，其全部溶解。

第三步：將垢污烘干后，變成白色粉末狀固體。

因此，初步判定該垢污屬于難溶弱酸性鹽，能夠被強酸置換成高溶解性鹽和弱酸。

系統(tǒng)運行中可能導致膜被污堵的因素：

每天的進水中含有電絮凝出水20t，垃圾滲濾液16t，糞便+生活污水20t。NF產(chǎn)水率為60%，RO產(chǎn)水率為70%。

一是電絮凝出水：源自于濃縮池的濃水，鹽濃度較高。電絮凝只能處理掉難降解的有機物質(zhì)，對于鹽類物質(zhì)處理效果不明顯。整個系統(tǒng)中濃水未外排，而是多次循環(huán)進入MBR系統(tǒng)繼續(xù)處理。由此可以設(shè)想，最終會使NF-RO系統(tǒng)處理后的濃水鹽濃度越來越高，從而導致溶解度較低的鹽被析出。

二是垃圾滲濾液：由于垃圾滲濾液成分復(fù)雜，我們暫未測過其中的鹽濃度。

三是糞便：糞便的鹽濃度較高，經(jīng)廠家模擬采用4ppm濃度的阻垢劑用于NF系統(tǒng)。然而，進水添加垃圾滲濾液后，阻垢劑濃度未改變。有可能垃圾滲濾液的鹽濃度非常高，而阻垢劑濃度未增加，從而導致膜組件產(chǎn)生大量鹽垢。MBR膜出水的平均孔徑在0.4um，三菱膜孔徑不均一，仍有細小固體物質(zhì)未被MBR膜組件截留。經(jīng)測定，膜出水SDI在3—13范圍內(nèi)波動，NF原水箱的SDI與膜出水SDI相近。

四是阻垢劑：現(xiàn)在系統(tǒng)所用的阻垢劑型號為K-75，該阻垢劑通常用來控制一下結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生：a. 膠體硅和活性硅 硫酸鍶；b. 膠泥 硫酸鋇；c. 硫酸鈣 鐵；d. 碳酸鈣 鋁；e. 磷酸鈣 金屬離子。有可能系統(tǒng)所生成的垢污不屬于前述種類，因此阻垢劑的效果不好。

五是運行時間：由于NF-RO系統(tǒng)一天的水處理量為56t，運行時間約有15個小時，處理水量明顯大于以往，因此結(jié)垢速度會比以往要快。

六是運行溫度：由于是在冬季運行，NF的入水溫度在10-11℃，水溫較低，因此在產(chǎn)水率不變的情況下，NF-RO運行壓力上升。同時因溫度較低，難溶性鹽的溶解度較低，也會加快其結(jié)垢速度。

（二）MBR工藝

MBR膜組件膜間壓差易升高，運行不穩(wěn)定。

糞便站采用的MBR膜組件采用浸沒式中空纖維膜，三菱膜組件，平均孔徑0.4um。膜組件初始運轉(zhuǎn)時的吸引引起的初始壓差為5kPa左右，設(shè)計要求當壓差達到初始壓差+15kPa的上限時膜組件就不能正常運行?，F(xiàn)結(jié)合在糞便站的實際運行情況，分析可能導致膜間壓差升高的因素，從而解決膜組件膜間壓差容易升高的問題。

可能導致膜間壓差升高的因素：

1.油污污染：處理的污水中包括垃圾滲濾液、糞便和生活污水，處理的原水中可能含有動植物油或礦物油等成分，一般情況下，過濾膜上附有油脂成分時，油脂成分會廣泛覆蓋膜表面，從而導致堵塞微細孔，使膜間壓差升高。

2.絮凝劑污染：在糞便站的工藝中包含絮凝脫水，在絮凝脫水工藝中會使用大量的絮凝劑，控制絮凝劑的用量至關(guān)重要，使用過少會導致糞便絮凝狀態(tài)差，糞便和污水不能夠有效的分離；使用過多會導致絮凝劑進入小調(diào)節(jié)池，從而進入到生化池中堵塞膜組件，使膜間壓差升高。

3.預(yù)處理：膜分離活性污泥法的預(yù)處理的目的是除去能對膜造成損壞的較大固體，及污水中多包含的微小的纖維狀物質(zhì)，如細小的纖維屑和毛發(fā)，若在生化池進水中沒有設(shè)置微細孔格柵，會導致以上污染物附著到膜組件周圍，堵塞膜組件使膜間壓差升高。

4.污泥濃度：膜分離活性污泥法是用膜來進行固液分離，與通常的沉淀法不同，MLSS能夠保持高濃度，通常其濃度在3000mg/l～15000mg/l之間。當濃度超過上限15000mg/l時，膜的壓差有時會急劇上升；當濃度低于3000mg/l下限時，膜的壓差有時也會急劇上升。

5.活性污泥條件：用活性污泥法進行生物處理時，若達到良好的處理效果，曝氣槽內(nèi)的溫度宜控制在15～35度。溫度過高或過低都會使膜的壓差上升。活性污泥的狀態(tài)優(yōu)劣會影響去除有機物的效果，而未有效處理的有機物會附著到膜表面，并加快膜的壓差上升。

6.間歇抽吸：為用膜分離活性污泥法進行穩(wěn)定處理，三菱中空纖維膜需要進行間隔抽吸運轉(zhuǎn)，抽吸時間需控制在7分鐘以內(nèi)，停止時間需控制在1分鐘以上。若不設(shè)停止時間連續(xù)抽吸，膜表面會堆積污泥的凝聚體和微粒子，并加快壓差的上升；若不能按照以上時間進行設(shè)置，則不能充分解除膜組件的內(nèi)部負壓，清洗效果會減半，結(jié)果加快壓差上升。

7.藥液清洗：使用膜分離活性污泥法時，為了進行長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，藥品清洗不可缺少。若不進行藥業(yè)清洗繼續(xù)過濾，膜表面的附著物密度大，即使進行藥液清洗效果也不十分明顯。為此，進行膜間壓差的監(jiān)視，在膜分離活性污泥法的運轉(zhuǎn)管理上是十分重要的。

（三）固液分離及絮凝脫水工藝

循環(huán)泵、喂料泵堵塞，導致絮凝脫水系統(tǒng)運行停產(chǎn)。

在小張家口糞便消納站實際運行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)絮凝脫水系統(tǒng)中循環(huán)泵不能循環(huán)糞液、喂料泵不上料的情況。若循環(huán)泵不能循環(huán)糞液，會導致大調(diào)節(jié)池的糞液不能夠均質(zhì)均量的得以處理，使系統(tǒng)營養(yǎng)供給不穩(wěn)定，嚴重的還會導致喂料泵出現(xiàn)堵塞。若喂料泵出現(xiàn)堵塞，會導致絮凝反應(yīng)桶向外噴濺糞液污染車間，并且使整個絮凝脫水系統(tǒng)不能夠正常運行。以上故障經(jīng)過維修發(fā)現(xiàn)，泵體被棉絲等雜物堵塞，使循環(huán)泵和喂料泵不能正常運行。

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大調(diào)節(jié)池出現(xiàn)棉絲等雜物是通過前端的固液分離系統(tǒng)進入大調(diào)節(jié)池。固液分離機內(nèi)的篩網(wǎng)孔徑是10mm，也就是10mm以下的雜物才能夠通過，而能夠堵塞泵體的棉絲理論上是不能通過篩網(wǎng)的。那大調(diào)節(jié)池內(nèi)的雜物是從哪里進入的呢？固液分離機分為兩級，第一級是通過螺桿將糞便中的磚瓦、織物、塑料等大塊的物料提取、脫水，使之與糞液分離；第二級處理是利用柵筐，使糞便中的其他大于10mm固體雜物從中分離出，同一級分離物一起通過螺旋輸送機裝入集裝箱中，并進一步進行無害化處理。而在第一級工藝環(huán)節(jié)中未安裝有效的篩網(wǎng)，使織物等一些雜質(zhì)可以通過此環(huán)節(jié)進入到大調(diào)節(jié)池。

二、結(jié)論及建議

（一）納濾-反滲透工藝

1.測定膜出水各陽離子、陰離子濃度。根據(jù)離子類型和數(shù)量，選定阻垢劑的類型和添加量；根據(jù)進水SDI二次確定阻垢劑添加量，阻垢劑的量的控制至關(guān)重要。阻垢劑的加藥量與原水水質(zhì)、阻垢劑類型、水的PH值、溫度等有關(guān)，當加藥量過大，有的阻垢會在反滲透或納濾膜中濃縮后污染膜元件，如果藥量過小則難以防止難溶鹽在膜元件表面結(jié)垢。實際應(yīng)用中要根據(jù)廠家的阻垢劑使用說明向原水加適量的阻垢劑。

2.原水先經(jīng)過預(yù)處理降低離子濃度，再進入NF-RO系統(tǒng)。在納濾-滲透工藝中增設(shè)保安過濾器，更好地過濾大分子、膠體等污染物質(zhì)；盡可能降低進入納濾-反滲透系統(tǒng)的PH值，從而使進水的鹽分溶解，防止結(jié)垢；嚴格控制電絮凝出水進入到系統(tǒng)中的量，盡可能減少不能夠降解的鹽分進入系統(tǒng)，電絮凝出水需要部分外運；進入到系統(tǒng)的水溫需控制在15～30度范圍內(nèi)。

3.納濾-反滲透系統(tǒng)在正常運行一段時間后，反滲透-納濾膜元件會受到在給水中可能存在的懸浮物質(zhì)或難溶物質(zhì)的污染，污染物的去除可通過化學清洗和物理沖洗來實現(xiàn)。當發(fā)生流量、壓力或水質(zhì)有異常時，要及時進行清洗，以清除在膜元件上的沉積物，恢復(fù)膜組件的工作效率。清洗的方法一般根據(jù)污染物的種類進行清洗，最常見的為碳酸鈣垢、硫酸鈣垢、金屬氧化物垢、硅沉積物及有機或生物沉積物。清洗之前要確定具體污染物的類型，根據(jù)不同的污染物來選擇具體的清洗方法。

（二）MBR工藝

1.嚴格控制進入MBR池中的原水條件。原水中最好不要含有過多油脂成分，當原水中含有動植物油超過50mg/l時，需要進行加壓氣浮法等預(yù)處理方法，將含油量調(diào)整到50mg/l以下，再使用膜分離活性污泥法。從絮凝脫水機的脫離液出來未凝聚的絮凝劑同樣會妨礙穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，因此，不要投入過剩的絮凝劑，同時注意不要使脫水機的脫離液直接流入到MBR池中；在原水的供給上，要設(shè)置開孔1mm以下的微細孔格柵進行原水的預(yù)處理，避免微小的纖維狀物質(zhì)，如微小的纖維屑和毛發(fā)進入到膜池中。

2.培養(yǎng)具有良好狀態(tài)的活性污泥。活性污泥濃度是膜分離法活性污泥法的重要指標，與通常的沉淀法不同，MLSS能夠保持高濃度，通常宜控制在3000～15000mg/l范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)；活性污泥法進行生物處理，為了達到良好的處理效果，曝氣池內(nèi)的水溫最好控制在15～35度范圍內(nèi)；活性污泥狀態(tài)優(yōu)劣的一項重要指標是沉淀率SV30，在測定時看活性污泥的上層澄清液是否處于渾濁狀態(tài)，若上層澄清液渾濁時，活性污泥的狀態(tài)不好，要及時進行調(diào)整。

3.過濾運轉(zhuǎn)方法參數(shù)的設(shè)定。要根據(jù)廠家提供的膜組件使用說明書進行參數(shù)設(shè)定，參數(shù)設(shè)定通常包括過濾通量的設(shè)定、過濾泵的設(shè)定及間歇抽吸的設(shè)定。要嚴格執(zhí)行參數(shù)設(shè)定的數(shù)值要求，避免導致因參數(shù)設(shè)定導致的壓差上升。同時，膜間壓差是進行膜運轉(zhuǎn)管理方面最重要的指標，要對壓差變動的監(jiān)視到位。

（三）固液分離及絮凝脫水工藝

在固液分離機第一級工藝環(huán)節(jié)中安裝有效的格柵，避免織物等雜質(zhì)通過此環(huán)節(jié)進入到大調(diào)節(jié)池，以免給絮凝脫水工藝中的設(shè)備造成堵塞；同時，固液分離及絮凝脫水設(shè)備要安裝2臺，一用一備，假如一臺發(fā)生故障，能夠啟用備用設(shè)備，避免因設(shè)備故障造成糞便站停運停產(chǎn)的問題。

參考文獻：

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[2]北京市垃圾渣土管理處.北京市市容環(huán)境衛(wèi)生標準匯編[M].北京：化學工業(yè)出版社.2012：71-80.

（責任編輯：李利）