UASB-MBR-NF工藝處理生活垃圾焚燒電廠滲濾液處理研究

馮小杰

（新源（中國）工程有限公司，福建 廈門 361008）

1 引言

相對于衛生填埋法、堆肥法，生活垃圾焚燒處理技術在減量化、無害化、資源化等方面具有很大優勢。近年來在人口高度密集、土地資源緊張、垃圾熱值較高的大中型城市和沿海經濟發達地區，生活垃圾焚燒處理技術具有較快的發展。

但由于生活垃圾焚燒廠垃圾滲濾液水質復雜多變，傳統的處理工藝很難將其有效地處理。厭氧法比較適用于高濃度有機廢水包括垃圾滲濾液的處理。廢水厭氧處理技術因其產生可利用資源、產泥量少、對無機營養元素要求低、可生物降解鹵素多環芳烴等難好氧降解有機物及占地面積小等而得到較快的發展，并出現以UASB、厭氧濾池（AF）、厭氧折流板反應器（ABR）等為代表的第二代厭氧反應器處理技術。Maris等人應用UASB在常溫下（30℃左右）處理垃圾滲濾液，CODCr的去除率在85%以上｛Maris，1985＃24｝。UASB工藝在處理垃圾滲濾液中得到了廣泛的應用。綜合國內生活垃圾焚燒廠垃圾滲濾液處理項目的運行情況，厭氧和MBR組合工藝逐漸發展成為主流工藝。

本文以福建某垃圾焚燒發電廠滲濾液處理工程為例，介紹升流式厭氧污泥反應床（UASB）、膜生化反應器（MBR）和納濾膜過濾工藝組合處理工藝在焚燒廠滲濾液處理中的應用情況。

2 工程概述

2.1 水質指標

污水經處理后，水質應達到城市污水管網納管標準（《CJ343－2010污水排入城鎮下水道水質標準》）之后排入下水道，最終進入市政污水處理廠進一步處理必須達到《污水綜合排放標準》（GB 8978－1996）。經污水廠處理后，必須達到《污水綜合排放標準》的一級標準，工程設計進出水主要指標見表1。

表1 工程設計進出水主要指標

2.2 工藝流程

工程工藝流程見圖1，主要工藝可分為以下5個部分：預處理系統、UASB厭氧反應器、膜生化反應器（反硝化、硝化、超濾系統）、深度處理系統（納濾系統）、污泥處理系統。

針對垃圾滲濾液的有機負荷高的特點，厭氧工藝是一個較為合適的選擇，其原因在于：厭氧工藝不需要曝氣，從而節省能源；產生的污泥量低；進水水質水量可以通過調節池穩定。由于厭氧生物處理工藝具有節能、運行費低、能產生沼氣等特點，所以一般認為針對高濃度有機廢水處理較宜先采用厭氧工藝，然后再采用好氧工藝作進一步處理。

2.2.1 預處理系統

來自垃圾儲存坑的垃圾滲濾液收集后用泵抽至過濾池，過濾池內安裝一套間隙為5mm的濾網，滲濾液經過濾后，大顆粒雜質及懸浮物被清除，再用泵經3mm過濾器、1mm過濾器抽進初沉池（設計滲濾液原水泵旁路直接進初沉池），較重的顆粒雜質進一步在初沉池沉淀，澄清后的滲濾液溢流到調節池。初沉池的初沉污泥用污泥泵抽到污泥處理間處理。

調節池的設計約7d（1588m3）的停留時間，且在內部增設導流隔板，使污水在池內成迂回流動，調節池底部鋪設填料增強預處理效果，有機污染物的去除率約為30%。同時考慮到池內氣體需及時排除，調節池上設置排氣孔，氣體由引風機引至垃圾坑負壓區。調節池內裝設液位計。

2.2.2 厭氧反應器（UASB）

厭氧進水泵進水和厭氧循環泵出水混合進入反應器底部，混合液以一定流速自下而上流動，厭氧過程產生的大量沼氣也起到攪拌作用，使污水與污泥充分混合，有機質被吸附分解；所產沼氣經由厭氧反應器上部三相分離器的集氣室排出，含有懸浮污泥的污水進入三相分離器的沉降區，沉淀性能良好的污泥經沉降面返回反應器主體部分，含有少量較輕污泥的污水從反應器上部排出。

圖1 滲濾液處理工藝流程簡圖

該厭氧反應器有一個很大的特點，就是能使反應器內的污泥顆粒化，且具有良好的沉降性能和很高的產甲烷活性。這使反應器內的污泥濃度更高，泥齡更長，大大提高了COD容積負荷，實現了泥水之間的良好接觸。由于采用了高COD負荷，所以沼氣產量高，使污泥處于膨脹流化狀態，強化了傳質效果，達到了泥水充分接觸的目的。

厭氧系統采用最新的多點布水管混合工藝技術，可有效避免管道堵塞現象的產生。為了保證冬季時厭氧系統的反應溫度，設置一套采用蒸汽加熱方式（混合加熱器）的加熱裝置對污水進行加熱，加熱管線充分考慮耐溫性能，加熱器前加現場溫度計，加熱器后加遠傳測溫點（信號送控制室）。

經厭氧反應器處理后的出水，進入MBR系統進行進一步的處理。厭氧產沼氣由引風機（在管道加負壓表，并設報警等安全措施）通過管道引到垃圾坑負壓區。厭氧池設置多個取樣點，方便取樣分析。所有預埋件都做防腐處理。

2.2.3 膜生化反應器（MBR）

近年來，膜生化反應器（MBR）技術在滲濾液處理方面得到成功應用，其中分體式膜生化反應器已成功應用于佛山、中山、郴州、太倉、上海等地的垃圾滲濾液處理。

MBR是生化反應器和膜分離相結合的高效廢水處理系統，用膜分離（通常為超濾）替代了常規生化工藝的二沉池。與傳統活性污泥法相比，MBR對有機物的去除率要高得多，因為在傳統活性污泥法中，由于受二沉池對污泥沉降特性要求的影響，當生物處理達到一定程度時，要繼續提高系統的去除效率很困難，往往延長很長的水力停留時間也只能少量提高總的去除效率，而在膜生化反應器中，由于分離效率大大提高，生化反應器內微生物濃度可從常規法的3～5g／L提高到15～30g／L，可以在比傳統活性污泥法更短的水力停留時間內達到更好的去除效果，減小了生化反應器體積，提高了生化反應效率，出水無菌體和懸浮物，因此在提高系統處理能力和出水水質方面表現出很大的優勢。錯流式膜分離技術的開發，特別是膜材料和膜產品不斷發展，以及近年來膜價格的大幅度下降，使膜分離技術在水和廢水處理中的應用得到了迅速發展。本方案采用的MBR是一種分體式膜生化反應器，包括生化反應池和超濾UF兩個單元。

（1）生化反應池。經厭氧反應器處理后的滲濾液與硝化池回流液混合后進入反硝化反應器，在液下攪拌器的作用下與反硝化污泥充分混合。硝化池回流液由于已通過高活性好氧微生物的硝化作用，使氨氮和有機氮氧化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，在反硝化反應器缺氧環境中，在反硝化污泥的作用下還原成氮氣排出，達到脫氮的目的。

反硝化池的出水直接進入硝化池，污水、空氣、活性污泥充分混合與包容，并在反應池循環往復運動，通過高活性的好氧微生物作用，污水中含有碳、氮和磷等元素的有機物得到有效去除。

硝化池出水通過超濾進水泵進入超濾系統，在超濾循環泵的作用下，大部分活性污泥（超濾濃水）回流到反硝化反應器，進而又回到硝化反應器。剩余污泥（部分超濾濃水）排到污泥濃縮池。

（2）超濾。垃圾滲濾液經過硝化、反硝化反應后，由超濾裝置進行過濾處理。超濾代替了常規生化工藝中的二沉池，使微生物被迅速、完全截留在生化反應器內，保持生化反應器的高生物濃度，有效控制泥齡，避免了污泥的流失，確保硝化效果，提高出水質量。

超濾是一種從溶液中分離出大粒子溶質的膜分離過程，其分離機理是機械篩分原理，超濾膜具有選擇性分離的特點。超濾過程如下：在壓力作用下，料液中含有的溶劑及各種小的溶質從高壓料側透過超濾膜到達低壓側，從而得到透過液；而尺寸比膜孔大的溶質分子被膜截留成為濃縮液。

2.2.4 NF系統

為了使出水能保證達到一級排放標準，垃圾滲濾液經過MBR處理后，MBR的出水要經過納濾進一步處理。

納濾膜和反滲透膜均屬于致密膜范疇，二者的分離機理也相同。但納濾的截留界限僅為分子大小約為1nm的溶解組分，與反滲透相比，納濾的最大優點是能將小分子鹽隨出水排出，避免鹽富集帶來的不利影響。如用來進一步處理經過超濾的水，可降低COD、重金屬離子及多價非金屬離子（如磷等），達到出水要求。滲透水量在85%～90%之間。操作壓力為0.5～2.0MPa。

在膜生化反應器系統后加上納濾系統，納濾的作用是截留那些難生化的大分子有機物COD。經納濾系統進一步深化處理，可以使納濾出水COD降到400mg／L以下。

納濾凈化水回收率80%，同時產生20%的回流液（濃水），濃水可外運進一步處理。為了達到一級排放標準，處理方案增加二級納濾裝置，對二級納濾濃水外運做進一步處理。清洗水和廢酸堿液經收集后通過泵送至調節池進一步處理。

2.2.5 污泥處理系統

滲濾液處理系統的污泥來自進水初沉污泥（在污泥泵前加裝反沖洗裝置）、厭氧池剩余污泥、生物處理剩余污泥三部分。為了發揮生物處理的剩余污泥的生物吸附作用和改善污泥的脫水性能，設計中把三部分污泥集中排到污泥濃縮池（在污泥泵前加裝反沖洗裝置），經過混凝沉淀和污泥濃縮，上清液溢流回調節池，濃縮污泥通過螺桿泵抽送到垃圾坑噴灑到新垃圾上面，經自然干燥后污泥隨垃圾進入焚燒爐焚燒處置，或者經過離心機脫水后將干污泥運至焚燒爐焚燒（或外運填埋）。

3 運行效果

在整個處理流程中，各工藝出水CODCr、－N變化見圖2。從圖中可以看出，調節池、厭氧池對CODCr的去除作用最為明顯，從原水33400mg／L降低到5328mg／L，去除率達84.0%，但－N稍微有所增加。而MBR工藝除對CODCr有作用外，對－N的去除作用尤為顯著，從1677mg／L降低到未能檢出水平。NF工藝對CODCr持續具有去除作用，最后去除為53.1mg／L，可達標排放。結果運行較為穩定，效果較好。

圖2 各工藝出水CODCr、－N變化（n＝7）

圖3給出了工藝2個月對CODCr的運行數據。生活垃圾滲濾液經過UASB－MBR處理后，盡管原水水質變化幅度較大，但CODCr除去個別天數外，基本小于500mg／L，對CODCr的去除率介于97.9%～98.8%之間，平均去除率為98.5%，可以達標排放。

圖3 UASB-MBR工藝對CODCr處理效果

圖4 UASB-MBR工藝對－N處理效果

4 結語

采用UASB工藝，能夠有效地降低焚燒廠生活垃圾滲濾液的有機負荷，調節池、厭氧池對CODCr的去除作用最為明顯；MBR工藝對－N作用尤為顯著。

經過 UASB-MBR工藝，CODCr基本小于500mg／L，對CODCr平均去除率為98.5%；－N均小于30 mg／L，對－N平均去除率為99.3%，可以達標排放。

經過 UASB-MBR-NF工藝處理后，可達到《污水綜合排放標準》（GB 8978－1996）的一級標準，可實現納濾凈化水回收。

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