生活垃圾焚燒廠滲濾液處理的工程實踐

王鵬程

(浙江農林大學環(huán)境與資源學院，浙江 杭州 311300)

杭州市某垃圾焚燒廠于2014年10月投產，生活垃圾平均日處理量450 t。項目配套建設了100 m3/d的滲濾液處理站。2019年8月項目進行優(yōu)化升級改造后，其系統(tǒng)采用預處理+厭氧+MBR+納濾工藝，其出水水質要求達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》GB16889-2008表二排放標準，出水達標后納入城市污水管網。

1 主要設計參數(shù)及工藝流程

該項目主要指標設計參數(shù)如表1所示。

表1 主要指標設計參數(shù)Table 1 Main index design parameters

該項目工藝流程圖見圖1。

圖1 滲濾液處理工藝流程Fig.1 Process flow of leachate treatment

2 處理單元介紹

滲濾液被焚燒廠垃圾儲坑中的滲濾液收集系統(tǒng)收集后，通過滲濾液原水提升泵，泵送至滲濾液處理系統(tǒng)進行處理。滲濾液處理系統(tǒng)包括預處理系統(tǒng)、厭氧系統(tǒng)、MBR系統(tǒng)、納濾系統(tǒng)：

2.1 預處理系統(tǒng)

預處理系統(tǒng)將垃圾滲濾液加壓送入初沉池，通過機械格柵機對大型懸浮物、浮物、纖維狀物質等大型固體顆粒物質進行預處理，然后通過重力流入調節(jié)池，調節(jié)水質、調蓄水量。之后由厭氧進水泵提升進入下一系統(tǒng)。

調節(jié)池尺寸(L×B×H)為13 m×11 m×8 m，有效容積為 1050 m3。為地上鋼砼防腐結構，池底設曝氣裝置及排泥口，避免池體內部產生死角而導致固體顆粒的沉淀、沉積。

2.2 厭氧系統(tǒng)

采用上流式污泥床-過濾器(UBF)厭氧反應器，通過厭氧微生物的水解酸化、產甲烷作用，將復雜大分子有機物轉化微生物細胞或者CH4、CO2和H2O等[1]，污水由反應器下部進入、并從上方排出。厭氧反應器出水進入厭氧沉淀池，沉淀后出水由反硝化進水泵提升進入下一系統(tǒng)。

厭氧反應器為地上鋼砼防腐結構，厭氧池尺寸(L×B×H)為7 m×7 m×13 m，有效容積為600 m3。厭氧系統(tǒng)設有厭氧進水泵2臺，厭氧潛水攪拌機2臺，厭氧循環(huán)泵2臺，厭氧沉淀池污泥泵1臺。

2.3 MBR系統(tǒng)

由兩級A/O工藝+外置管式超濾膜組成MBR系統(tǒng)。A/O工藝流程簡單，運行費用低，設置硝化液回流管路[2]。在原水中碳源不足的情況下，添加葡萄糖作為碳源，脫氮反應充分。利用鼓風機保證硝化池內的溶解氧充足，使好氧菌有足夠的氧氣，從而可以將水中的有機污染物變成CO2和H2O等[3]。出水進入外置式超濾膜系統(tǒng)，前端設置超濾系統(tǒng)袋式過濾器，A/O出水進入超濾系統(tǒng)，由超濾系統(tǒng)在一定工作壓力下實現(xiàn)固液分離，出水進入下一系統(tǒng)進行深度處理。

兩級A/O系統(tǒng)采用地上鋼砼防腐結構，反硝化池2座，硝化池2座，單池尺寸(L×B×H)均為7 m×7 m×9.65 m，有效容積為375 m3。A/O系統(tǒng)出水先經過濾袋式過濾器，攔截大顆粒物質和毛發(fā)等纖維物后進入外置式管式超濾系統(tǒng)。MBR超濾系統(tǒng)選用MO83G66.0318V超濾膜，設有超濾環(huán)路3條，膜面積27.2 m3每支，膜過濾孔徑30 nm，設計產水量100 m3/d，跨膜壓差0.2～0.5 MPa。

2.4 納濾(NF)系統(tǒng)

采用納濾膜對MBR系統(tǒng)出水進行深度處理，證出水水質達標。NF系統(tǒng)選用GEDK8040F-30D納濾膜，處理量為100 m3/d，凈化水回收率85%。納濾產水進入納濾產水箱進行后續(xù)處理，濃縮液排入濃縮液水箱進行后續(xù)處理及回噴。

3 工程調試及連續(xù)運行狀況

3.1 厭氧反應器調試及連續(xù)運行狀況

因垃圾滲濾污染物有機污染物濃度較高，厭氧反應器設計負荷為5 kg COD/(m3·d)，處理量以100 m3/d計算，厭氧反應器污泥濃度計算見式1。滲濾液CODCr實際進水濃度為平均約為16000 mg/L計，厭氧反應器有效容積為600 m3，系統(tǒng)污泥理論濃度為533 mg/L。

(1)

其中Ns為污泥負荷，kg COD/(m3·d)；Q為每天進水量，m3/d；S為 COD濃度，mg/L；V為厭氧反應器有效容積，m3；X為污泥濃度，mg/L。

利用系統(tǒng)原有已馴化污泥和投加的污泥，嚴格控制污泥濃度不小于計算值，經控制反應器溫度在(32±1)℃、pH在7.2±0.2、C/N在30、水力停留時間為6.5 d調試后。測得其系統(tǒng)穩(wěn)定運行90天的主要污染物去除率效果如圖2所示。

圖2 厭氧系統(tǒng)穩(wěn)定運行90天主要污染物去除率Fig.2 The removal rate of major pollutants in anaerobic system stable operation for 90 days

由運行結果所得，厭氧系統(tǒng)整體運行較為穩(wěn)定。90天內其對COD的去除率為70.11%～85.71%，平均值為76.30%，去除效率較為良好。對總氮的去除率為1.30%～26.70%，平均值為15.16%，去除效果較低、不穩(wěn)定。厭氧反應器對TN的去除率較小，波動較大，其主要原因為異養(yǎng)厭氧生物處理過程對氨氮的去除性能較差。

3.2 MBR系統(tǒng)調試及連續(xù)運行狀況

垃圾滲濾液中的氮較難去除[4]，是近年來研究的重點。MBR系統(tǒng)中兩級A/O段是整個工藝脫氮的重點。而溶解氧、碳氮比、硝化液回流比的控制對脫氮效果影響較大[5]。通過控制系統(tǒng)碳氮比為6，反硝化溶解氧控制在小于0.5 mg/L,一級硝化溶解氧0.5～0.8 mg/L，二級硝化3～4 mg/L，回流比控制在1100%后。測得其系統(tǒng)穩(wěn)定運行90天的主要污染物去除率效果如圖3及圖4所示。

圖3 MBR系統(tǒng)穩(wěn)定運行90天COD去除率Fig.3 COD removal rate of MBR system stable operation for 90 days

圖4 MBR系統(tǒng)穩(wěn)定運行90天TN去除率Fig.4 TN removal rate of MBR system stable operation for 90 days

由運行結果所得，MBR系統(tǒng)整體運行較為良好。90天內，其對COD的去除率為80.00%～89.13%，平均值為84.95%，對總氮的去除率為83.17%～95.73%，平均值為90.03%。系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定，主要污染物去除效率較高。

3.3 納濾(NF)系統(tǒng)調試及連續(xù)運行狀況

NF系統(tǒng)對污染物質的去除效果主要由膜通量來決定。而運行中的操作壓力、運行時間、溫度、流量、pH等因素都會對膜通量產生影響[6]。通過控制進液溫度為25 ℃，進液流量為9.5 m3/h，pH為7.5±0.2，操作壓力為3 MPa。測得其系統(tǒng)穩(wěn)定運行90天的主要污染物去除率效果如圖5所示。

圖5 NF系統(tǒng)穩(wěn)定運行90天主要污染物去除率Fig.5 The removal rate of main pollutants in the stable operation of the nanofiltration system for 90 days

由圖5可知運行90天內，NF系統(tǒng)對COD的去除率為88.36%～98.81%，平均值為96.00%，對總氮的去除率為60.00%～69.90%，平均值為64.17%。系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定，主要污染物去除效率較高。

而在運行過程中，NF膜的膜通量會逐步降低。其主要原因有：(1)膜內部存在污泥等雜質，使得NF膜被堵塞；(2)膜管的內壁會結垢，從而影響廢水的通過；(3)膜的化學污染[7]。所以在保證進水水質穩(wěn)定的情況下，還需要定期給NF膜進行膜清洗，長時間不清洗，不僅影響其產水效率，也會對NF膜造成不可逆的損傷。

通常，清洗方法是反洗和化學清洗(酸洗和堿清洗)的組合。本項目清洗頻率為12～14 h酸堿清洗一次，100 h進行反沖洗一次。酸洗通常使用0.3%鹽酸溶液、pH約為2～3，堿清洗0.5%次氯酸鈉溶液，用氫氧化鈉調節(jié)為pH約為10～12。

3.4 組合工藝連續(xù)運行效果

表2 工藝主要污染物去除效果Table 2 Process main pollutant removal effect

該組合工藝在90天滿負荷運行階段，測得的各項水質指標的平均值見表2所示。由表2可以看出，該工藝對焚燒廠滲濾液擁有良好去除效果，COD去除率為99.9%，TN去除率為98.0%，NH3-N去除率為99.9%。出水可達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》GB16889-2008表二排放標準。

4 運行成本

實際工程運行中的直接運行成本主要包括電費、藥品及耗材、人工費、日常維修及設備折舊費用。

(1)電費：主要設備總耗電量為2349 kWh/d，電費安裝0.65元/kWh，每天電費為1526.85 元，折合噸水為15.27 元/m3。

(2)藥劑和耗材：藥劑耗材包括系統(tǒng)投加的藥劑以及實驗室檢測等的花費，每日為509.1 元，折合噸水成本為5.09 元/m3。

(3)人工費：人員以6人計，包括1名技術人員，4名操作人員，1名化驗員。每月以32000元計算，噸水處理成本為10.66元。

(4)日常設備維修及折舊費用按照每月平均20000元來計算，噸水處理成本為6.67元。

以厭氧+MBR+NF工藝處理焚燒廠滲濾液的運營成本合計為37.69 元/m3。受現(xiàn)場多方面因素影響，此運行成本未計算廢氣處理費用及廢水納管運輸費用。

5 結 論

(1)垃圾焚燒廠滲濾液具有較好的生化性可提高系統(tǒng)脫碳除氮效果，通過增加反硝化停留時間及好氧回流系統(tǒng)，能提高碳、氮生化處理效果。

(2)采用預處理+厭氧+MBR+納濾工藝，可使COD去除率達到99.9%，TN去除率達到98.0%，NH3-N去除率達到99.9%。出水可達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》GB16889-2008表二排放標準。

(3)以厭氧+MBR+NF工藝處理焚燒廠滲濾液的運營成本合計為37.69 元/m3。