基于ABR-MBR的垃圾滲濾液深度處理工藝效能研究*

鄭曉茶，周章添

（浙江工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江溫州325003）

隨著城市化進(jìn)程的加快和生活水平的進(jìn)一步提高，城鎮(zhèn)居民日常生活垃圾產(chǎn)生量呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢，垃圾圍城現(xiàn)象是一大困擾難題。生活垃圾焚燒處理是固體廢物減量化、資源化、無害化的重要措施之一，然而焚燒處理產(chǎn)生的二次污染不容忽視，垃圾在進(jìn)入焚燒處理前需在垃圾貯坑內(nèi)堆放3～7天左右，以便進(jìn)行微生物自然發(fā)酵、瀝出水分、提高垃圾熱值。垃圾貯坑滲濾液主要來源于垃圾運(yùn)輸車滲入的雨水、微生物發(fā)酵分解產(chǎn)生的水分、貯坑沖洗水以及垃圾自身水分等，其成分復(fù)雜、水量變化大，有機(jī)物、氨氮濃度高，鹽分濃度高，含鹵代芳烴、重金屬等有毒有害物質(zhì)[1]，由于高氨氮、高鹽分對微生物降解活動的抑制作用[2-3]，增加了生物處理的難度，因此單一的生物處理工藝往往難以使?jié)B濾液達(dá)標(biāo)排放[4-5]。目前普遍采用生物法結(jié)合物化法處理達(dá)到相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)后排放[6]，高級氧化法等物化法對有機(jī)物去除效率高、處理效果好[7]，但運(yùn)行成本昂貴，而且由于垃圾滲濾液的致癌特性，尾水排放仍存在一定風(fēng)險隱患。垃圾焚燒工藝汽輪發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)用水量需求十分巨大，因此將垃圾滲濾液通過深度處理達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，對尾水進(jìn)行資源化利用，作為垃圾焚燒工藝循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水，具有十分重要的科學(xué)意義，對于解決日益嚴(yán)峻的水污染和水資源短缺問題具有迫切的研究需求[8]。

本研究以浙江省某縣垃圾焚燒發(fā)電廠為例，考察基于ABR-MBR的垃圾滲濾液深度處理工藝運(yùn)行情況，分析各工段對污染物的去除效能，對照《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T19923-2005）標(biāo)準(zhǔn)評價深度處理尾水再生回用于冷卻水系統(tǒng)的適用性，為垃圾滲濾液處理工藝的進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化提供運(yùn)行依據(jù)，作為采用同類工藝的垃圾焚燒發(fā)電廠的借鑒和參考。

1 處理工藝選擇

1.1 工藝流程

該組合工藝處理系統(tǒng)進(jìn)水量70m3/d，進(jìn)水水質(zhì)COD 52 547～57 320 mg/L、氨氮1 825～1 987 mg/L、SS 4 590～4 952 mg/L、BOD528 720～29 832 mg/L、總氮2 210～2 299 mg/L、總磷63～83 mg/L、氯離子8 832～9 600 mg/L，具有“新鮮”垃圾滲濾液高碳氮比（C/N為24:1～25:1）、可生化性好（BOD5/COD為0.52～0.55）的典型特征。滲濾液經(jīng)格柵、調(diào)節(jié)池物理處理后，再用泵提升進(jìn)入?yún)捬跽哿靼宸磻?yīng)器（ABR），厭氧發(fā)酵分解后出水進(jìn)入膜生物反應(yīng)器（MBR），通過反硝化/硝化生化處理，進(jìn)一步去除有機(jī)物和氨氮，最后進(jìn)入納濾（NF）、反滲透（RO）深度處理系統(tǒng)，強(qiáng)化系統(tǒng)對MBR產(chǎn)水中剩余有機(jī)物和絕大部分無機(jī)鹽類等污染物質(zhì)的去除功能，工藝流程圖如圖1所示。

圖1 基于ABR-MBR的垃圾滲濾液深度處理組合工藝流程圖

1.2 工藝運(yùn)行參數(shù)

生化預(yù)處理ABR-MBR反應(yīng)器pH控制范圍6.8～7.2，溫度25℃～32℃，水力停留時間HRT為12.5h，溶解氧DO為3mg/L。MBR池MlSS 5000mg/L，操作壓力0.06MPa，反洗周期8min，反洗時間2min。深度處理納濾（NF）系統(tǒng)水力停留時間10h，操作壓力0.6Mpa，反洗周期16min，反洗時間50s，產(chǎn)水率80%，反滲透（RO）系統(tǒng)水力停留時間10h，操作壓力0.9Mpa，反洗周期15min，反洗時間30s，產(chǎn)水率75%。

2 運(yùn)行裝置與水樣分析方法

2.1 運(yùn)行裝置

該滲濾液處理系統(tǒng)包括ABR-MBR預(yù)處理系統(tǒng)和NF-RO深度處理系統(tǒng)，預(yù)處理系統(tǒng)由厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）、膜生物反應(yīng)器（MBR）串聯(lián)組成，ABR反應(yīng)器采用半地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，下部穿孔管進(jìn)水，分格集氣，MBR反應(yīng)器由反硝化池、硝化池、超濾膜組成A/O生化強(qiáng)化脫氮裝置，反硝化池內(nèi)配備2臺潛水?dāng)嚢杵?，硝化池底部射流曝氣，配?臺冷卻循環(huán)泵，1臺換熱器，1臺冷卻塔，1臺清水循環(huán)泵，超濾膜為外置式，進(jìn)水泵2臺，循環(huán)泵2臺，清洗泵1臺。深度處理系統(tǒng)由納濾膜（NF）和反滲透膜（RO）組成，納濾膜（NF）進(jìn)口投加殺菌劑、阻垢劑，配備進(jìn)水泵、袋式過濾器、高壓泵和清液箱，與RO共用清洗裝置。

2.2 水樣分析方法

化學(xué)需氧量（COD）采用快速消解分光光度法（HJ/T 399-2007），氨氮采用納氏試劑分光光度法（HJ 535-2009），總氮采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定（HJ 636-2012），生化需氧量（BOD5）采用稀釋與接種法測定（HJ 505-2009）。

3 結(jié)果與討論

考察2018年4月1日至2018年5月30日60d穩(wěn)定運(yùn)行期間組合工藝對污染物的去除效能，評價系統(tǒng)可靠性和適用性。

3.1 基于ABR-MBR的深度處理組合工藝對COD的去除效能

由圖2、圖3可知，ABR對COD去除率為76%～78.2%，MBR對 COD去除率 為 93.7%～94.3%，ABR-MBR預(yù)處理系統(tǒng)對COD的去除率高達(dá)98.6%～98.7%，NF-RO深度處理系統(tǒng)對COD的去除率為89.1%～91.3%，總?cè)コ蔬_(dá)99.9%。超濾產(chǎn)水COD降至410～450mg/L，SS未檢出，完全能夠滿足NFRO深度處理系統(tǒng)的進(jìn)水要求。本組合工藝預(yù)處理系統(tǒng)能有效去除大部分的有機(jī)物，厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）由于隔板的作用，使其對有毒物質(zhì)（如含高濃度氯離子的高鹽廢水）的適應(yīng)性強(qiáng)，微生物馴化時間短[9]，發(fā)酵處理效率高，大大降低了高濃度有機(jī)廢水處理的難度，ABR對有機(jī)物的厭氧生化處理使得ABR出水中COD濃度大幅度降低，減輕了后續(xù)MBR工藝有機(jī)負(fù)荷，經(jīng)過MBR好氧生化處理與膜分離過程，該預(yù)處理系統(tǒng)在60d期間始終保持＞98%的COD去除效率，且運(yùn)行穩(wěn)定，因此，ABR-MBR作為垃圾焚燒發(fā)電廠的垃圾滲濾液預(yù)處理是可行且適用的。

圖2 ABR-MBR工藝段進(jìn)出水COD濃度

圖3 基于ABR-MBR的深度處理組合工藝對COD的去除效能

3.2 基于ABR-MBR的深度處理組合工藝對氨氮的去除效能

由圖4、圖5可見，ABR進(jìn)、出水氨氮兩條曲線幾乎重疊，厭氧反應(yīng)器沒有脫氮效果，但MBR出水氨氮含量僅18～22mg/L，由于膜生物反應(yīng)器降解有機(jī)物和硝化-反硝化生化處理同時進(jìn)行，從而達(dá)到去除大部分有機(jī)物和脫氮目的，好氧池出水通過超濾（UF）系統(tǒng)進(jìn)一步泥水分離，水中大部分顆粒和膠體有機(jī)物被截留，ABR-MBR預(yù)處理系統(tǒng)對氨氮的去除率高達(dá)98.6～98.9%。MBR工藝將超濾膜組件取代傳統(tǒng)的二沉池、完全分離水力停留時間和污泥停留時間的特點(diǎn)，這與MBR在工程應(yīng)用中表現(xiàn)出處理效果好、出水水質(zhì)好的相關(guān)研究一致[10-11]。本組合工藝預(yù)處理系統(tǒng)具有良好的脫氮功能，且運(yùn)行穩(wěn)定，60d期間始終保持＞98%的脫氮效率，因此，作為垃圾焚燒發(fā)電廠的垃圾滲濾液預(yù)處理具備較強(qiáng)的可行性。

3.3 基于ABR-MBR的深度處理組合工藝對總氮的去除

圖4 ABR-MBR工藝段進(jìn)出水氨氮濃度

圖5 基于ABR-MBR的深度處理組合工藝對氨氮的去除效能

由圖6、圖7可見，預(yù)處理ABR-MBR系統(tǒng)對總氮去除率為98.5%～99%，深度處理NF-RO系統(tǒng)對總氮去除率為55%～73.9%，總?cè)コ蔬_(dá)99.5%以上，RO出水中總氮濃度僅為6～9mg/L。ABR出水總氮濃度為1699～1911 mg/L，MBR出水總氮濃度為19～29 mg/L，總氮主要在預(yù)處理階段MBR工藝段得到去除凈化，進(jìn)一步驗證了MBR良好的脫氮性能，且能截留大部分硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮[12]。本組合工藝預(yù)處理系統(tǒng)借助MBR工藝的反硝化/硝化功能，對總氮去除效果好，且運(yùn)行穩(wěn)定，因此，作為垃圾焚燒發(fā)電廠的垃圾滲濾液預(yù)處理具備一定的可靠性和適用性。

圖6 ABR-MBR工藝段進(jìn)出水總氮濃度

圖7 基于ABR-MBR的深度處理組合工藝對總氮的去除效能

3.4 基于ABR-MBR的深度處理組合工藝對BOD5的去除效能

如圖8、圖9所示，預(yù)處理ABR-MBR系統(tǒng)對BOD5去除率大于99%，深度處理NF-RO系統(tǒng)對BOD5去除率為92.6%～95.6%，總?cè)コ蔬_(dá)99.9%以上，RO出水中BOD5濃度為6～10mg/L，低于《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T19923-2005)標(biāo)準(zhǔn)中的敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。本組合工藝預(yù)處理ABR-MBR系統(tǒng)對可降解有機(jī)物的厭氧、好氧生化處理使得MBR出水中BOD5濃度大幅降至135～152mg/L，且60d期間運(yùn)行穩(wěn)定，因此，該ABR-MBR系統(tǒng)作為垃圾焚燒發(fā)電廠的垃圾滲濾液預(yù)處理是可靠的，RO出水回用于汽輪機(jī)冷卻水循環(huán)補(bǔ)充水是適用的。

圖8 ABR-MBR工藝段進(jìn)出水BOD5濃度

圖9 基于ABR-MBR的深度處理組合工藝對BOD5的去除效能

4 結(jié)論

通過考察該垃圾焚燒發(fā)電廠垃圾滲濾液基于ABR-MBR的深度處理系統(tǒng)60d穩(wěn)定運(yùn)行期間組合工藝對污染物的去除效能，MBR出水SS值基本為0，完全能夠滿足NF-RO深度處理系統(tǒng)的進(jìn)水要求，ABR-MBR作為垃圾焚燒發(fā)電廠的垃圾滲濾液預(yù)處理是可行且適用的。RO膜可以很好去除滲濾液中的各種一價離子、無機(jī)鹽、有機(jī)膠體、細(xì)菌等幾乎所有雜質(zhì)，同時MBR對COD、氨氮也有很好的分離效果，采用組合工藝深度處理垃圾滲濾液并回用具備可靠性。該組合工藝尾水中主要水質(zhì)指標(biāo)COD 38～46mg/L、氨氮5～8mg/L、總氮6～9mg/L、SS未檢出、BOD56～10mg/L，整個工藝系統(tǒng)去除率均達(dá)到99%以上，其中預(yù)處理ABR-MBR系統(tǒng)對COD、氨氮、總氮、BOD5去除率分別為98.6%～98.7%、 98.6%～98.9%、 98.5%～99%、 99.3%～99.4%，深度處理NF-RO系統(tǒng)去除率分別為89.1%～91.3%、55.6%～75%、55%～73.9%、92.6%～95.6%。運(yùn)行結(jié)果表明，基于ABR-MBR的深度處理組合工藝去除效能高，出水能達(dá)到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T19923-2005)標(biāo)準(zhǔn)中的敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水的水質(zhì)要求，能達(dá)到回用于焚燒發(fā)電廠汽輪機(jī)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，從而節(jié)省水資源的目的。