厭氧反應(yīng)器+MBR+膜深度處理工藝在生活垃圾滲瀝液處理中的應(yīng)用探討

雷雪飛 劉德濤 李冶婷 張小剛

隨著國內(nèi)生活垃圾處理行業(yè)的發(fā)展，生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)在國內(nèi)得到了大力發(fā)展。相對于生活垃圾衛(wèi)生填埋，生活垃圾焚燒發(fā)電處理技術(shù)在減量化、無害化、資源化上具有較大優(yōu)勢。因此，生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)在人口密集、土地資源緊張、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市得到了廣泛的應(yīng)用。

中國的原生生活垃圾的典型特點(diǎn)是廚余物含量高、含水率高、有機(jī)物含量高，混合收集，相對熱值較低[1]。因此，國內(nèi)生活垃圾焚燒電廠設(shè)計(jì)中，垃圾坑的儲(chǔ)存容量為3-7天的垃圾處理量，即垃圾在垃圾坑中儲(chǔ)存經(jīng)過3-7天的發(fā)酵熟化，以達(dá)到將垃圾中的水份瀝出，提高垃圾燃燒熱值的目的，從而減少輔助燃料投加，提高垃圾焚燒發(fā)電廠的效率，但同時(shí)也產(chǎn)生了滲瀝液廢水的問題。

1.滲瀝液的產(chǎn)生量及水質(zhì)特點(diǎn)

生活垃圾滲瀝液的產(chǎn)生量一般受季節(jié)影響較大，通過對南方某城市1000噸/天垃圾處理量生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲瀝液的產(chǎn)生規(guī)律及污染物濃度進(jìn)行研究，其污染物滲瀝液產(chǎn)生量及污染物濃度隨季節(jié)變化圖詳見圖1、圖2、圖3。

圖1 滲瀝液產(chǎn)生量隨時(shí)間變化曲線

圖2 COD濃度隨時(shí)間變化曲線

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，滲瀝液產(chǎn)生量隨季節(jié)性變化較大，一般3-9月滲瀝液產(chǎn)量較大，在4-8月達(dá)到峰值，其他月份滲瀝液產(chǎn)生量相對偏小，滲瀝液產(chǎn)量約為生活垃圾量的15%-30%；生活垃圾滲瀝液中COD濃度受降雨等影響較大，降雨量大時(shí)COD濃度低，極端時(shí)COD濃度低于30000mg/L，降雨量小時(shí)COD濃度較高，極端時(shí)高于60000mg/L；氨氮濃度受降雨等影響不大，且一般保持在較高水平，一般不低于1500mg/L。

圖3 氨氮濃度隨時(shí)間變化曲線

受國內(nèi)原生生活垃圾特性影響，國內(nèi)生活垃圾滲瀝液具有污染物成份復(fù)雜多變、水質(zhì)變化大、有機(jī)污染物濃度高（COD濃度高）、氨氮濃度高、鹽份與重金屬離子含量高[2]等特點(diǎn)。根據(jù)國內(nèi)環(huán)境形勢發(fā)展，環(huán)保部門對垃圾電廠水環(huán)境指標(biāo)提出了很高的要求，單純靠傳統(tǒng)的污水處理工藝很難對垃圾電廠生活滲瀝液進(jìn)行有效處理。

針對生活垃圾滲瀝液特點(diǎn)，國內(nèi)生活垃圾滲瀝液處理大都采用厭氧+膜生物反應(yīng)器（MBR）+膜深度處理組合工藝[3]。本文以南方某城市垃圾焚燒發(fā)電廠滲瀝液處理工程為例，對厭氧+膜生物反應(yīng)器（MBR）+膜深度處理工藝在生活垃圾滲瀝液處理上的應(yīng)用進(jìn)行探討。

表1 滲瀝液進(jìn)水水質(zhì) 單位：mg/L，pH除外

圖4 滲瀝液處理工藝流程

2.滲瀝液進(jìn)出水水質(zhì)

根據(jù)數(shù)據(jù)測量，確定滲瀝液進(jìn)水水質(zhì)見表1。

根據(jù)要求，本項(xiàng)目要求滲瀝液處理后水質(zhì)達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）表4 中一級標(biāo)準(zhǔn)。主要污染物控制指標(biāo)見表2。

3.工藝流程簡介

滲瀝液處理工藝流程詳見圖4。滲瀝液經(jīng)提升泵自集水坑提升至前處理系統(tǒng)。前處理系統(tǒng)包括除渣預(yù)處理和調(diào)節(jié)池。由于垃圾儲(chǔ)坑中的滲瀝液的懸浮物較高，為保護(hù)管道、閥門等設(shè)施免受磨損和阻塞，調(diào)節(jié)池前增加除渣預(yù)處理，用于去除污水粒徑大于1mm的固體顆粒物質(zhì)。污水自沉砂池自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量，保證滲瀝液以較為均衡的水質(zhì)水量進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)。調(diào)節(jié)池內(nèi)滲瀝液經(jīng)提升泵提升，經(jīng)厭氧反應(yīng)器布水系統(tǒng)進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)，滲瀝液在厭氧反應(yīng)器內(nèi)去除分解部分大分子有機(jī)物，提高可生化性后，自流進(jìn)入外置式MBR系統(tǒng)，外置式MBR系統(tǒng)由生化池和超濾機(jī)組兩部分組成。生化池去除一部分有機(jī)物、進(jìn)行生物脫氮后進(jìn)入超濾機(jī)組，超濾機(jī)組產(chǎn)水經(jīng)過抽吸進(jìn)入中間水箱。中間水箱內(nèi)滲瀝液經(jīng)反滲透進(jìn)行深度處理后達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

同時(shí)，為了保證厭氧系統(tǒng)的中溫條件，利用廠區(qū)的蒸汽，設(shè)置蒸汽換熱系統(tǒng)。厭氧系統(tǒng)滲瀝液與蒸汽通過在管式換熱器內(nèi)表面換熱實(shí)現(xiàn)滲瀝液的升溫，保證厭氧系統(tǒng)的中溫環(huán)境。厭氧系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣，經(jīng)凈化后回焚燒爐助燃。同時(shí)，由于沼氣本身是易燃、易爆物質(zhì)，故系統(tǒng)同步配套值班火炬以保證安全無二次污染。

表3為各主要工藝單元處理效果，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，各段處理效果會(huì)因進(jìn)水濃度不同、外界環(huán)境因素等有浮動(dòng)，但系統(tǒng)最終出水一定達(dá)到設(shè)計(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)。

表3 各工藝段去除率效果

表4 厭氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

4.主要處理建構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

4.1 調(diào)節(jié)池

由于垃圾滲瀝液的水質(zhì)水量受垃圾成分的影響較大，需要較大的調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)、水量。故調(diào)節(jié)池的設(shè)計(jì)不同于一般生活污水或生產(chǎn)廢水，設(shè)計(jì)水量停留時(shí)間HRT為7d，分成兩格，既可以保證水量較低時(shí)，使用其中一格調(diào)節(jié)池，使提升泵處于良性運(yùn)轉(zhuǎn)；又可以保證調(diào)節(jié)池在清理?xiàng)l件下，不影響系統(tǒng)運(yùn)行。

其中：a.調(diào)節(jié)池尺寸：

L×B×H=16m×20m×5m；

b.調(diào)節(jié)池?cái)?shù)量：1座2格。

4.2 厭氧系統(tǒng)

滲瀝液經(jīng)原水提升泵提升、厭氧反應(yīng)器布水系統(tǒng)進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)進(jìn)行有機(jī)污染物的降解，出水自流進(jìn)入MBR系統(tǒng)。

厭氧反應(yīng)器的配套系統(tǒng)包括厭氧升溫系統(tǒng)、沼氣燃燒系統(tǒng)。具體參數(shù)見表4。

4.3 MBR系統(tǒng)

厭氧出水自流進(jìn)入膜生化反應(yīng)器MBR系統(tǒng)。膜生化反應(yīng)器由反硝化、硝化和超濾機(jī)組組成。MBR系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)見表5。

4.4 膜深度處理系統(tǒng)

為使系統(tǒng)出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)要求，在超濾系統(tǒng)后需利用反滲透系統(tǒng)進(jìn)行深度處理。超濾出水通過加壓泵加壓進(jìn)入納濾然后再加壓進(jìn)入反滲透膜系統(tǒng)。反滲透系統(tǒng)的螺旋卷式膜元件裝入壓力管中，每一壓力管可最多串聯(lián)裝入6支膜元件。進(jìn)水通過膜過濾后被分離成低鹽度的清液和高鹽度的濃縮液。操作有運(yùn)行、正沖洗、藥洗三種方式。膜深度處理系統(tǒng)參數(shù)見表6。

4.5 污泥脫水系統(tǒng)

污水處理后產(chǎn)生污泥需經(jīng)脫水處理，深度脫水后含水量一般為80%左右，主要處置方法是填埋或干化后進(jìn)入焚燒爐摻燒[4]。

表5 MBR系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

表6 膜深度處理系統(tǒng)參數(shù)

4.6 主要建、構(gòu)筑物一覽表

本項(xiàng)目中包含的主要建構(gòu)筑物詳見表7。

4.7 運(yùn)行成本估算

滲瀝液處理系統(tǒng)運(yùn)行成本包括含污泥處理在內(nèi)的水費(fèi)、電費(fèi)、藥劑、材料費(fèi)、日常分析及化驗(yàn)、日常維護(hù)費(fèi)等。滲瀝液處理系統(tǒng)直接運(yùn)行成本見表8。

5.滲瀝液處理中可能遇到的問題及解決辦法

5.1 生化性差

根據(jù)國內(nèi)生活垃圾滲瀝液處理工程經(jīng)驗(yàn)，滲瀝液水質(zhì)BOD/COD比值一般均在0.3以上，具有較好的生化性。此外，由于滲瀝液水質(zhì)受各種因素影響存在很大范圍的波動(dòng)，可能在極端條件下出現(xiàn)BOD/COD比值低于0.3的情況，使得滲瀝液生化性偏差。此種情況下，可考慮通過額外補(bǔ)充碳源（甲醇或葡萄糖）來調(diào)整滲瀝液生化性指標(biāo)。

5.2 滲瀝液處理站臭氣問題

滲瀝液處理系統(tǒng)主要的臭氣來源為調(diào)節(jié)池、厭氧池及A/O池會(huì)產(chǎn)生硫化氫、有機(jī)胺及硫醇等異味氣體，調(diào)節(jié)池、A/O池等均是相對密閉空間，其產(chǎn)生的臭氣均可通過除臭風(fēng)機(jī)收集后由管道輸送到生活垃圾焚燒工房的垃圾儲(chǔ)坑間，通過焚燒系統(tǒng)的一次和二次風(fēng)機(jī)輸送到爐膛內(nèi)燃燒處理。

5.3 濃縮液處理

濃縮液是滲瀝液經(jīng)生物降解后被反滲透膜截留的殘余液，經(jīng)濃縮后的污染物濃度高達(dá)MBR出水的4-5倍，成分復(fù)雜。通常不具可生化性，含有大量的結(jié)垢物質(zhì)及鹽分。若濃縮液不排出滲瀝液系統(tǒng)，回到調(diào)節(jié)池或垃圾儲(chǔ)坑，難生化降解物質(zhì)及鹽分積累，會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行。目前，國內(nèi)多生活垃圾滲瀝液處理多將滲瀝液濃縮液回噴爐膛處理或者用于飛灰穩(wěn)定化。

項(xiàng) 目 數(shù) 值出水氨氮、總氮濃度 NH4-N＜20mg/L反滲透氨氮、總氮去除率 ≥50%膜元件材質(zhì) 聚酰胺復(fù)合膜膜殼材質(zhì) 玻璃鋼膜最高運(yùn)行溫度 ≤45℃pH值連續(xù)運(yùn)行適用范圍 3-10 pH值短期清洗適用范圍 1-12納濾設(shè)計(jì)膜通量 17.5 L/（m2·h）納濾膜總過濾面積 428納濾單支膜面積 37m2納濾膜組件數(shù)量 12支納濾単支膜殼膜組件數(shù)量 4支納濾膜殼數(shù) 3支納濾排列方式 一級兩段，2+1反滲透設(shè)計(jì)膜通量 16L/（m2·h）反滲透膜總過濾面積 468m2反滲透單支膜面積 41m2反滲透膜組件數(shù)量 12支反滲透単支膜殼膜組件數(shù)量 4支反滲透膜殼數(shù) 3支反滲透排列方式 一級兩段，2+1膜機(jī)組基礎(chǔ)尺寸 5.0m×6.0m反滲透加藥系統(tǒng) 3套反滲透清洗系統(tǒng) 1套膜元件廠家 美國陶氏膜元件正常使用壽命 3年

表7 主要建構(gòu)筑物一覽表

表8 滲瀝液處理系統(tǒng)直接運(yùn)行成本分析 單位：元

6結(jié)論與建議

6.1垃圾焚燒發(fā)電廠滲瀝液污染物濃度高，處理難度大，需要較高的投資和運(yùn)行費(fèi)用，國內(nèi)采用“厭氧 + MBR+膜深度處理”組合工藝路線，處理出水排放建議優(yōu)先考慮回收利用。

6.2當(dāng)滲瀝液BOD/COD比值低于0.3時(shí)，可考慮通過額外補(bǔ)充碳源（甲醇或葡萄糖）來調(diào)整滲瀝液生化性指標(biāo)。

6.3結(jié)合垃圾焚燒電廠實(shí)際情況，可將滲瀝液濃縮液回噴爐膛處理或者用于飛灰穩(wěn)定化，臭氣通過除臭風(fēng)機(jī)收集送至焚燒系統(tǒng)做一次風(fēng)和二次風(fēng)處理以節(jié)省工程投資。

參考文獻(xiàn)

[1] 白良成. 生活垃圾焚燒處理工程技術(shù). 北京: 中國建筑工業(yè)出版社,2009: 38-39.

[2] 陳超, 曲東. 生活垃圾焚燒發(fā)電廠垃圾滲瀝液處理及回用措施分析.城鄉(xiāng)建設(shè),2010(10):47-48.

[3] 浦燕新, 朱衛(wèi)兵, 吳海鎖等.垃圾焚燒發(fā)電廠滲瀝液處理工藝現(xiàn)狀淺析. 山東化工, 2015,44(2): 130-132.

[4]王羅春, 李雄, 趙由才. 污泥干化與焚燒技術(shù). 北京: 冶金工業(yè)出版社,2010: 58-65.