城市生活垃圾滲濾液全量化處理技術(shù)及應(yīng)用

同濟(jì)大學(xué)，維爾利環(huán)?？萍技瘓F(tuán)股份有限公司

作者：趙振振，張紅亮，黃慧敏，楊虎君，江桂紅，郵箱：zhanghongliang@wellegroup.com

依托江蘇省科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：BA2009050）、國家科技重大專項(xiàng)水專項(xiàng)（項(xiàng)目編號：2018ZX07208010）等科技項(xiàng)目，維爾利環(huán)?？萍技瘓F(tuán)股份有限公司自2009 年開始，在外置式膜生物反應(yīng)器（MBR）基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，自主研發(fā)了“內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧處理+高效好氧環(huán)流噴射膜反應(yīng)器（CJMBR）+ 膜深度處理+ 濃縮液全量處理”垃圾滲濾液全量處理技術(shù)工藝，解決了垃圾滲濾液處理技術(shù)裝備穩(wěn)定性差、二次污染嚴(yán)重、濃縮液處理不徹底等難題，并探索出適合我國垃圾滲濾液無害化、全量化處理的技術(shù)工藝路線及運(yùn)維管理模式。相應(yīng)技術(shù)已在我國300 余個(gè)項(xiàng)目上得到推廣應(yīng)用（典型項(xiàng)目見圖1），成功入選“2020 年國家工信部綠色制造系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商”，并榮獲2022 年度中國城市環(huán)境衛(wèi)生協(xié)會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

圖1 常州市生活廢棄物處理中心滲濾液應(yīng)急處理項(xiàng)目Figure 1 Leachate emergency treatment project of Changzhou Household Waste Treatment Center

【技術(shù)/案例原理及技術(shù)路線】

垃圾滲濾液首先通過IC 厭氧反應(yīng)器，除去部分COD、BOD5、NH4+-N、TSS 等污染物，降低滲濾液的生物毒性，同時(shí)通過微生物的氨化過程完成有機(jī)氮向無機(jī)氮的轉(zhuǎn)化。因有著較高的氧傳遞效率和污泥濃度，高效好氧環(huán)流噴射膜生物反應(yīng)系統(tǒng)隨后被用于厭氧預(yù)處理出水的高效脫氮。同時(shí)，通過采用膜深度處理技術(shù)，截留生化尾水中的無機(jī)鹽及其他難降解污染物，實(shí)現(xiàn)滲濾液的達(dá)標(biāo)排放。而經(jīng)過膜深度處理產(chǎn)生的約20%～30%的濃縮液，根據(jù)不同排放標(biāo)準(zhǔn)，采用相應(yīng)的濃縮液全量化處理技術(shù)。

本技術(shù)包括厭氧產(chǎn)沼、生物高效脫氮、膜深度處理、濃縮液全量處理等，技術(shù)路線如圖2 所示。

圖2 滲濾液全量處理工藝流程示意Figure 2 Full quantization treatment technological flow schematic of leachate

（1）厭氧預(yù)處理系統(tǒng)：新型IC 厭氧反應(yīng)器可提升微生物反應(yīng)過程中的傳質(zhì)效率及反應(yīng)器抗沖擊能力，反應(yīng)器內(nèi)垃圾滲濾液中有機(jī)氮的無機(jī)轉(zhuǎn)移率≥90%，反應(yīng)器COD 容積負(fù)荷≥12 kg/（m3·d）。

（2）高效脫氮系統(tǒng)：將高效好氧環(huán)流噴射（CJR）與MBR 技術(shù)耦合，形成高效好氧環(huán)流噴射膜生物反應(yīng)技術(shù)及裝備（CJMBR），使反應(yīng)器內(nèi)污泥的質(zhì)量濃度達(dá)15～30 g/L，大幅提高反應(yīng)器COD 容積負(fù)荷（2.0～4.0 kg·m-3·d-1）。

（3）深度膜處理系統(tǒng)：利用不同級段的納濾+反滲透組合工藝，保障生化出水達(dá)到相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，本單元的系統(tǒng)總得率達(dá)到85%以上。

（4）納濾濃縮液全量化處理系統(tǒng)：以多級多段、不同物料膜組合的模式（多級物料膜分離，CSM），對納濾膜濃縮液進(jìn)行再濃縮，有效減少濃縮液總量，可實(shí)現(xiàn)出水COD 去除率達(dá)到95%，清液得率達(dá)到75%以上，最終出水清液COD 為100～200 mg/L，顯著降低后續(xù)處理難度及成本。再通過腐植酸、富里酸兩級礦化技術(shù)，氧化各種有毒和難降解有機(jī)化合物，使得濃縮液B/C 從0.03 提高至0.30 以上，總COD 去除率達(dá)到95%以上，實(shí)現(xiàn)濃縮液的無害化全量處理。

（5）反滲透濃縮液全量化處理系統(tǒng)：反滲透濃縮液通過高壓反滲透單元后進(jìn)入低溫蒸發(fā)器，將反滲透濃縮液進(jìn)行液液分離，得到蒸發(fā)超濃縮液及蒸發(fā)清液，90%以上的蒸發(fā)清液達(dá)到外排或中水回用標(biāo)準(zhǔn)，蒸發(fā)超濃縮液經(jīng)過深度干燥系統(tǒng)處理形成鹽泥，進(jìn)行無害化填埋。

【技術(shù)/案例特點(diǎn)】

（1）處理效果好，出水水質(zhì)優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定。通過膜的高效分離作用，使微生物被完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi)，使得系統(tǒng)內(nèi)能夠維持較高的微生物濃度，不僅提高了反應(yīng)裝置對污染物的整體去除效率、保證了良好的出水水質(zhì)，同時(shí)反應(yīng)器對進(jìn)水負(fù)荷（水質(zhì)及水量）的各種變化具有很好的適應(yīng)性，耐沖擊負(fù)荷。

（2）連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行能力強(qiáng)。本集成設(shè)備在調(diào)試運(yùn)行過程中僅需要控制進(jìn)水流量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)pH、加藥量，連續(xù)運(yùn)行能力強(qiáng)且穩(wěn)定性好。

（3）難降解污染物高效去除，無二次污染。由于微生物被完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi)，從而有利于增殖緩慢的微生物的截留生長。同時(shí)，可延長一些難降解有機(jī)物在系統(tǒng)中的水力停留時(shí)間，有利于難降解有機(jī)物降解效率的提高。

（4）反應(yīng)器高效集成，占地面積小，不受設(shè)置場合限制。生物反應(yīng)器內(nèi)能維持高濃度的微生物量，處理裝置容積負(fù)荷高，極大程度節(jié)省了占地面積；該工藝流程簡單、結(jié)構(gòu)緊湊，不受設(shè)置場所限制，適合于任何場合，可做成地面式、半地下式。

（5）操作管理方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。該工藝實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間與污泥停留時(shí)間的完全分離，運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定，是污水處理中容易實(shí)現(xiàn)裝備化的新技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)控制，從而使操作管理更為方便。該工藝主要控制集中在集成設(shè)備，集成設(shè)備可做到一鍵啟停，并且自控程序設(shè)計(jì)了各工藝點(diǎn)保護(hù)及停機(jī)清洗。

（6）運(yùn)營成本低。一般的濃縮液處理工藝運(yùn)營成本約100 元/t，采用本工藝處理濃縮液，所有運(yùn)營成本僅包括用電、阻垢劑、改性劑及酸成本，運(yùn)營費(fèi)用大幅降低。

【長效運(yùn)行模式與機(jī)制】

（1）運(yùn)行模式：該技術(shù)以技術(shù)上可行、環(huán)境上安全、經(jīng)濟(jì)上可持續(xù)以及社會(huì)可接受為基礎(chǔ)，通過招投標(biāo)方式由企業(yè)進(jìn)行滲濾液全量化處理設(shè)施建設(shè)及日常運(yùn)營維護(hù)，業(yè)主方（城管局、環(huán)衛(wèi)局或受政府委托的國企）負(fù)責(zé)日常監(jiān)管考核。

（2）運(yùn)行機(jī)制：本技術(shù)結(jié)合滲濾液項(xiàng)目全生命周期管理大數(shù)據(jù)平臺，可實(shí)現(xiàn)滲濾液處理廠項(xiàng)目全生命周期的數(shù)字化應(yīng)用與管理（圖3）。同時(shí)，大數(shù)據(jù)平臺通過對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的再加工處理，可顯著降低滲濾液處理的人工成本、提高系統(tǒng)管理水平、保障處理質(zhì)量。

圖3 大數(shù)據(jù)平臺工藝控制界面Figure 3 Process control interface of big data platform

【經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及社會(huì)效益】

（1）經(jīng)濟(jì)效益：該技術(shù)近3 年在全國多處垃圾滲濾液處理工程中得到推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)裝備銷售收入35 億元，新增利稅總額超3 億元。

（2）環(huán)境效益：本技術(shù)從2009 年起在垃圾滲濾液處理領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用并在實(shí)踐中不斷優(yōu)化改進(jìn)，已在國內(nèi)外擁有成功案例超過300 項(xiàng)，總處理規(guī)模超過5.0×107t/a，COD 年減排超過4.0×105t，氨氮年減排量超過1.0×105t，推動(dòng)城鄉(xiāng)人居環(huán)境改善和環(huán)境污染防治水平提高。

（3）社會(huì)效益：本技術(shù)的推廣應(yīng)用一方面解決了垃圾滲濾液對城市周邊水體環(huán)境污染問題，踐行了“兩山理論”；另一方面以常州市滲濾液處理項(xiàng)目為代表的工程吸引國內(nèi)外上百家單位參觀學(xué)習(xí)，起到帶頭和示范作用，推動(dòng)了垃圾滲濾液處理行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和行業(yè)技術(shù)升級。