垃圾焚燒電廠滲濾液處理生物法+膜法技術(shù)

生活垃圾焚燒電廠滲濾液主要來源于垃圾本身含有的水分、垃圾在降解過程中產(chǎn)生的水分、卸料平臺(tái)及棧橋沖洗水和初期雨水等。垃圾滲濾液具有污染物成分復(fù)雜、水質(zhì)波動(dòng)大、有機(jī)物和氨氮濃度高、重金屬離子濃度和鹽分含量高等特點(diǎn)。垃圾滲濾液若直接排入水體，會(huì)對(duì)環(huán)境和人體健康帶來很大的危害。

以某垃圾額定處理量為2×600t/d的焚燒電廠滲濾液處理系統(tǒng)為例，就生物法+膜法工藝在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1、垃圾滲濾液處理工藝

1.1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)

該電廠垃圾滲濾液處理后出水一類污染物濃度需達(dá)到《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889―2008），其他污染物需達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T31962―2015）和廣東省《水污染物排放限值》（DB44/26―2001）要求，同時(shí)出水水質(zhì)需滿足《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T19923―2005）中敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)給水水質(zhì)指標(biāo)要求，便于電廠將污水處理站產(chǎn)水進(jìn)行回用。

設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。

1.2 工藝流程

滲濾液處理系統(tǒng)主要用于處理垃圾滲濾液、卸料平臺(tái)及棧橋沖洗水、初期雨水等，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為360m3/d。

工藝流程及水量平衡見圖1。

1.3 設(shè)計(jì)參數(shù)及工藝特點(diǎn)

1.3.1 初沉池

滲濾液通過垃圾池底部的輸送泵提升至初沉池。滲濾液輸送泵2臺(tái)（1用1備），Q=40m3/h，H=550kPa，N=15kW。在初沉池入口設(shè)1臺(tái)籃式過濾器和1臺(tái)自清洗過濾器，籃式過濾器的過濾精度為10mm，自清洗過濾精度為2mm?；@式過濾器和自清洗過濾器流量均為60m3/h。初沉池為半地下式鋼混結(jié)構(gòu)，停留時(shí)間1.2d，有效容積300m3。池底設(shè)1臺(tái)螺桿排泥泵，Q=5m3/h，H=200kPa，N=2.2kW。滲濾液經(jīng)泵輸送至籃式過濾器和自清洗過濾器，去除大顆粒物及雜質(zhì)，然后進(jìn)入初沉池進(jìn)一步除去粒徑>1mm的固體顆粒物，降低懸浮物含量，防止在調(diào)節(jié)池淤積。初沉池的出水通過管道進(jìn)入調(diào)節(jié)池，池底淤泥通過排泥泵進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)。

1.3.2 調(diào)節(jié)池

設(shè)1座調(diào)節(jié)池（分2格）和1座事故池，調(diào)節(jié)池和事故池互為備用。調(diào)節(jié)池為半地下式加蓋鋼混結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間8.3d，總有效容積3000m3。事故池為半地下式加蓋鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間1.9d，總有效容積700m3。為了防止污泥在調(diào)節(jié)池和事故池中淤積，調(diào)節(jié)池設(shè)2臺(tái)潛水?dāng)嚢杵鳎鹿食卦O(shè)1臺(tái)潛水?dāng)嚢杵?，潛水?dāng)嚢杵鞴β示鶠?/span>4.0kW。調(diào)節(jié)池對(duì)滲濾液水量和水質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)、暫存，同時(shí)對(duì)有機(jī)物還有一定的降解作用，可以降低后續(xù)生化系統(tǒng)的負(fù)荷。

1.3.3 厭氧系統(tǒng)

厭氧系統(tǒng)（UASB）主要工藝參數(shù)見表2。

設(shè)2座UASB厭氧反應(yīng)器，地上式鋼防腐結(jié)構(gòu)，尺寸?10.9m×18.5m。1座厭氧沉淀池，半地下式鋼混結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間15.3h，有效容積150m3；1座均化池，半地下式鋼混結(jié)構(gòu)，水力停留時(shí)間5.6h，有效容積120m3。設(shè)2臺(tái)厭氧進(jìn)水泵，Q=10m3/h，H=200kPa，N=4.0kW。1臺(tái)厭氧超越水泵，Q=5m3/h，H=200kPa，N=2.2kW。2臺(tái)厭氧循環(huán)泵，Q=75m3/h，H=200kPa，N=7.5kW。1臺(tái)厭氧沉淀排泥泵，Q=5m3/h，H=200kPa，N=4.0kW。氣水混合器2套，三相分離器2套，厭氧加熱器2套，均化池?cái)嚢杵?/span>1臺(tái)，酸洗裝置1套。

①調(diào)節(jié)池出水通過厭氧進(jìn)水泵進(jìn)入中溫UASB反應(yīng)器，滲濾液在厭氧狀態(tài)下，通過厭氧微生物的作用，使有機(jī)污染物依次完成水解、酸化、產(chǎn)氣等厭氧過程，將污染物最終分解成甲烷氣體、水、氨氮、磷酸鹽和無機(jī)鹽等小分子物質(zhì)，為后續(xù)的MBR提供較好的進(jìn)水條件。

②UASB反應(yīng)器出水首先進(jìn)入?yún)捬醭恋沓?，厭氧沉淀池底部一部分污泥通過排泥泵回流至UASB反應(yīng)器，保證厭氧系統(tǒng)污泥濃度，強(qiáng)化反應(yīng)器內(nèi)的泥水混合效果，抵抗沖擊負(fù)荷，提供更大的剪切力加強(qiáng)氣泡與污泥分離，為后續(xù)反硝化系統(tǒng)提供良好的進(jìn)水條件。厭氧沉淀池底部多余污泥通過厭氧沉淀排泥泵排至污泥處理系統(tǒng)。

③厭氧超越水泵將調(diào)節(jié)池中部分污水輸送至均化池，作為碳源的補(bǔ)充，部分回流至事故池。

④厭氧沉淀出水進(jìn)入均化池，與少部分通過厭氧超越水泵輸送至均化池的污水進(jìn)行混合、均質(zhì)。均化池中攪拌器用于抑制出水中的厭氧微生物。

⑤垃圾滲濾液含有鈣、鎂離子和其他易結(jié)垢成分，在加熱、厭氧過程中易結(jié)垢。厭氧系統(tǒng)酸洗裝置可對(duì)易結(jié)垢管道進(jìn)行酸洗。

⑥系統(tǒng)運(yùn)行過程中，厭氧循環(huán)蒸汽保持系統(tǒng)溫度在（35±1）℃，為防止進(jìn)水量超出系統(tǒng)降解能力，調(diào)整單個(gè)厭氧罐進(jìn)水量

pH值主要取決于厭氧3個(gè)生化階段的平衡狀態(tài)，原液本身的pH值和發(fā)酵產(chǎn)生的CO2負(fù)荷過高，水解和酸化過程的生化速率超過產(chǎn)氣速率，導(dǎo)致水解產(chǎn)物有機(jī)酸積累，pH值下降，抑制甲烷菌的生理機(jī)能，產(chǎn)氣速率銳減，因此發(fā)酵過程有機(jī)酸濃度以不超過3000mg/L為佳（以乙酸計(jì)）。堿度（ALK）是這一過程的有效緩沖劑，由HCO3及NH3形成厭氧處理系統(tǒng)堿度。高堿度具有較強(qiáng)的緩沖能力，一般要求堿度在2000mg/L以上，揮發(fā)有機(jī)酸（VFA）濃度以50～500mg/L為佳。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)需控制VFA/ALK

游離態(tài)的硫化氫會(huì)對(duì)厭氧消化過程（主要是產(chǎn)甲烷過程）產(chǎn)生抑制作用；通過投加Fe3+可以去除S2-，延緩抑制，一般系統(tǒng)在硫化氫濃度>1500mg/L時(shí)，應(yīng)投加三氯化鐵5.0L/h，根據(jù)硫化氫濃度變化每次調(diào)整量

中溫厭氧的氧化還原電位控制在-350～-300mV，非產(chǎn)甲烷階段可在兼氧條件下進(jìn)行，氧化還原電位-100～100mV，在產(chǎn)甲烷階段的氧化還原電位臨界值為-200mV。

厭氧罐0.5m取樣口的MLSS控制在40～50g/L，4m取樣口的MLSS控制在30g/L以下，厭氧循環(huán)管MLSS控制為15～20g/L。

厭氧系統(tǒng)停運(yùn)后仍需對(duì)pH值、COD、有機(jī)酸、溫度及循環(huán)泵運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。若中長(zhǎng)期停運(yùn)（>10d）應(yīng)每天啟動(dòng)進(jìn)水泵進(jìn)水5～10m3，保持厭氧微生物活性。

1.3.4 MBR系統(tǒng)

設(shè)計(jì)采用一級(jí)前置式反硝化、硝化后置方式，二級(jí)強(qiáng)化反硝化/硝化和外置式超濾系統(tǒng)。2座半地下式鋼混一級(jí)反硝化池，水力停留時(shí)間2.2d，有效容積430m3。4座半地下式鋼混一級(jí)硝化池，水力停留時(shí)間4.5d，有效容積450m3。2座半地下式鋼混二級(jí)反硝化池，水力停留時(shí)間0.86d，有效容積160m3。2座半地下式鋼混二級(jí)硝化池，水力停留時(shí)間0.86d，有效容積330m3。2臺(tái)硝酸鹽回流泵，Q=75m3/h，H=200kPa，N=7.5kW。4臺(tái)一級(jí)潛水?dāng)嚢杵鳎?/span>2臺(tái)二級(jí)潛水?dāng)嚢杵鳎?/span>4臺(tái)一級(jí)射流循環(huán)泵，2臺(tái)二級(jí)射流循環(huán)泵，2臺(tái)消泡劑投加泵。設(shè)2套外置管式超濾系統(tǒng)，處理能力為485m3/d；設(shè)有1套超濾清洗裝置。

①厭氧池出水先進(jìn)入一級(jí)反硝化池，反硝化池內(nèi)設(shè)有水下攪拌裝置，在反硝化池內(nèi)利用宏觀的缺氧環(huán)境和缺氧微生物的同化和異化作用，將硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮還原為氮?dú)馀欧诺酱髿庵小?/span>

②反硝化池出水進(jìn)入硝化池，在硝化池內(nèi)利用好氧環(huán)境和好氧微生物的同化和異化作用，將氨氮氧化為硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，從而達(dá)到氨硝化的目的。

③為了增強(qiáng)滲濾液處理系統(tǒng)總的脫氮率，設(shè)有二級(jí)硝化反硝化系統(tǒng)，在二級(jí)反硝化池中投加碳源，以保證反硝化所需的碳源，之后進(jìn)入二級(jí)硝化池，將多余碳源去除。

④MBR系統(tǒng)運(yùn)行過程中進(jìn)水鹽分以不超過5000mg/L為宜，SV30一般為15%～30%。由于硝化菌對(duì)pH值較為敏感，當(dāng)硝化池的pH值過高時(shí)，出水氨氮將超標(biāo)；過低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)反硝化不完全，硝化微生物死亡。通?？刂?/span>pH值為7.8～8.0。在一定范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，生化反應(yīng)速率加快，增殖速率也加快；溫度突升或突降并超過一定限度時(shí)，會(huì)有不可逆的破壞，溫度>40℃或

若溶解氧過高，污泥解體、泡沫增加，系統(tǒng)電耗升高；若溶解氧過低，系統(tǒng)曝氣不充分微生物中毒，出水水質(zhì)超標(biāo)。運(yùn)行中嚴(yán)禁在短時(shí)間內(nèi)大幅提升進(jìn)水負(fù)荷，最高COD不超過70000mg/L，BOD5不超過30000mg/L，所有生化進(jìn)水負(fù)荷值的日平均波動(dòng)幅度應(yīng)控制在5%～8%。

MBR系統(tǒng)停運(yùn)后為保證生化污泥活性，防止產(chǎn)生厭氧，每天應(yīng)間歇曝氣30～60min。中長(zhǎng)期停運(yùn)（超過10d）應(yīng)每天啟動(dòng)進(jìn)水泵進(jìn)水5～10m3并曝氣，以保持微生物活性。

MBR生化工藝、超濾主要工藝參數(shù)分別見表3、4。

1.3.5 納濾系統(tǒng)

納濾系統(tǒng)是由進(jìn)水泵、集成設(shè)備和清液罐組成。設(shè)2臺(tái)進(jìn)水泵，Q=10m3/h，H=400kPa，N=2.2kW，2套集成設(shè)備和1套清洗系統(tǒng)。超濾出水進(jìn)入納濾系統(tǒng)，利用納濾對(duì)有機(jī)物及高價(jià)態(tài)鹽分的高選擇性截留能力，去除水中絕大部分有機(jī)物及高價(jià)鹽分，納濾濃水進(jìn)入納濾濃縮液處理系統(tǒng)。納濾系統(tǒng)主要工藝參數(shù)見表5。

1.3.6 納濾濃縮液處理系統(tǒng)

納濾濃縮液處理主要工藝參數(shù)見表6。

設(shè)置1套兩級(jí)物料膜處理系統(tǒng)。一級(jí)物料膜系統(tǒng)設(shè)置1臺(tái)納濾濃液進(jìn)料泵，Q=5m3/h，H=400kPa，N=1.5kW，1套一級(jí)物料膜主機(jī)，Q=100m3/d，N=15.5kW，采用12支8英寸（1英寸=2.54cm）膜元件。設(shè)1臺(tái)改性劑投加泵，2臺(tái)阻垢劑投加泵，1臺(tái)一級(jí)物料濃液提升泵，Q=10m3/h，H=600kPa，N=4kW。二級(jí)物料膜系統(tǒng)設(shè)1臺(tái)二級(jí)物料膜原水罐，V=5m3，1臺(tái)二級(jí)物料膜給水泵，Q=3.5m3/h，H=400kPa，N=1.1kW，1套二級(jí)物料膜主機(jī)，Q=100m3/d，N=12kW，采用11支8英寸膜元件。設(shè)1座半地下鋼混式腐殖酸儲(chǔ)存池，V=260m3，1套清洗裝置。

納濾濃縮液經(jīng)過水質(zhì)調(diào)理后，首先進(jìn)入一級(jí)物料膜系統(tǒng)，一級(jí)物料膜產(chǎn)生的濃縮液為高濃度有機(jī)廢液，儲(chǔ)存于腐殖酸儲(chǔ)存池，回噴焚燒爐焚燒。一級(jí)物料膜透過液進(jìn)入二級(jí)物料膜系統(tǒng)，產(chǎn)生的二級(jí)物料膜濃縮液儲(chǔ)存于二級(jí)物料膜濃縮液罐，在正常情況下返回滲濾液調(diào)節(jié)池，應(yīng)急情況下與腐殖酸一起泵至電廠回用。二次物料膜透過液進(jìn)入反滲透系統(tǒng)。

1.3.7 反滲透系統(tǒng)

反滲透主要工藝參數(shù)見表7。

設(shè)2臺(tái)反滲透進(jìn)水泵，Q=10m3/h，H=400kPa，N=2.2kW。2套集成反滲透裝置，Q=230m3/d，N=33kW，采用40支8英寸膜元件。1套集成清洗裝置，1座反滲透產(chǎn)水池，V=150m3，1座反滲透濃液池，V=596m3。納濾產(chǎn)水進(jìn)入反滲透，通過反滲透對(duì)鹽分及有機(jī)物的高截留能力，進(jìn)一步去除水中的有機(jī)物及鹽分，最終出水達(dá)標(biāo)回用，RO濃縮液用作飛灰固化增濕用水和煙氣凈化石灰制漿。

1.3.8 污泥脫水系統(tǒng)

對(duì)初沉池、厭氧系統(tǒng)和MBR系統(tǒng)等產(chǎn)生的污泥進(jìn)行脫水處理，脫水后污泥先進(jìn)入污泥斗，再用泵輸送至電廠焚燒爐焚燒。設(shè)1座地下式鋼混污泥池，有效容積88m3；1座半地下式鋼混清液池，有效容積50m3；1臺(tái)污泥脫水進(jìn)料泵，Q=10m3/h，H=200kPa，N=4kW；1套脫水機(jī)，Q=10m3/h，N=37.5kW；1套絮凝劑制備裝置、1臺(tái)絮凝劑投加泵、1臺(tái)脫水清液回流泵。

①對(duì)初沉池、厭氧系統(tǒng)和MBR系統(tǒng)等產(chǎn)生的污泥進(jìn)行脫水處理，脫水后污泥先進(jìn)入污泥斗，再用泵輸送至電廠焚燒爐焚燒。

②脫水清液流入脫水清液池，利用脫水清液回流泵送回MBR系統(tǒng)。

污泥脫水系統(tǒng)主要工藝參數(shù)見表8。

1.3.9 沼氣收集和除臭系統(tǒng)

沼氣主要來自垃圾滲濾液厭氧處理系統(tǒng)，主要成分為甲烷（40%~70%）、二氧化碳（30%~60%）、硫化氫等。沼氣通過增壓風(fēng)機(jī)后送至鍋爐燃燒實(shí)現(xiàn)資源再利用，應(yīng)急情況下進(jìn)入火炬燃燒。火炬可調(diào)節(jié)焚燒量為80~800m3，可滿足不同時(shí)段的焚燒要求。

臭氣主要來自滲濾液調(diào)節(jié)池（包含應(yīng)急池）、污泥池，少量臭氣成分也來自污泥脫水車間。通過風(fēng)管統(tǒng)一送至垃圾池，入爐焚燒處理，同時(shí)設(shè)置1套化學(xué)（酸洗+堿洗+氧化）除臭系統(tǒng)作為應(yīng)急備用，總處理能力為15000m3/h。

2、實(shí)際運(yùn)行效果及成本分析

垃圾滲濾液處理系統(tǒng)自2020年6月正式運(yùn)行以來，系統(tǒng)出水一直比較穩(wěn)定。

出水水質(zhì)見表9。

由表9可以看出，生物法+膜法垃圾滲濾液處理工藝出水水質(zhì)完全能滿足《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T19923―2005）中敞開式循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

運(yùn)行成本：消泡劑0.35元/m3，膜清洗劑1.08元/m3，鹽酸1.75元/m3，阻垢劑1.20元/m3，絮凝劑2.40元/m3，改性劑0.28元/m3，水0.20元/m3，電18.30元/m3，蒸汽3.60元/m3，維護(hù)保養(yǎng)0.33元/m3，超濾膜更換1.30元/m3，納濾膜更換1.37元/m3，反滲透膜更換1.33元/m3，濃縮液膜更換0.75元/m3，分析化驗(yàn)0.17元/m3，合計(jì)34.41元/m3。滲濾液處理運(yùn)行單價(jià)以滿負(fù)荷（360m3/d）運(yùn)行計(jì)算；運(yùn)行成本中,電價(jià)0.61元（/kW?h）、水價(jià)4.0元/m3、蒸汽價(jià)200元/t、鹽酸（31%）價(jià)格700元/t；運(yùn)行時(shí)間按每年運(yùn)行8000h計(jì)；工資及福利費(fèi)不計(jì)。

3、結(jié)論

生物法+膜法工藝（預(yù)處理+UASB+MBR+NF+RO）在某垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液處理中的應(yīng)用表明，該工藝具有抗沖擊負(fù)荷能力高、污泥產(chǎn)量低和出水水質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，能滿足《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T19923―2005）標(biāo)準(zhǔn)中敞開式循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水的水質(zhì)要求，可以回用于場(chǎng)區(qū)雜用，是場(chǎng)區(qū)實(shí)現(xiàn)污染零排放的關(guān)鍵措施。（來源：西安熱工研究院有限公司，中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司）