UASB-MBR-NF-RO工藝在垃圾滲濾液處理中的應用

葛 琴

（北京機電院高技術股份有限公司，北京 100027）

隨著城市化進程的加快和經濟的快速發展，我國城市生活垃圾以平均每年8%～10%的速度增長，垃圾處理問題日益突出[1]。目前，城市生活垃圾最主要的處理方法有衛生填埋、焚燒、堆肥及綜合利用等。其中，衛生填埋法由于具有成本低、技術成熟、管理方便等優點，在垃圾處理中的應用較為廣泛。然而，在垃圾填埋過程中，由于雨水、地表水、地下水滲入填埋場，以及生物和化學反應對垃圾的降解作用，產生了含有高濃度懸浮物和高濃度有機和無機成分的滲濾液，其色度高、毒性強，不僅含有大量有機污染物，還含有各類重金屬污染物。若處置不當，會對垃圾填埋場周圍的地下水和地表水、土壤、大氣，以及生物等多方面造成嚴重的二次污染，并會通過食物鏈直接或間接進入人體，危害人類身體健康。因此，以環境保護為目的，為使衛生填埋真正成為垃圾“無害化”的處理方式，必須對垃圾滲濾液進行達標處理。

本文在比較目前國內應用較多的三種垃圾滲濾液處理技術的基礎上，依托呼和浩特市生活垃圾滲濾液處理工程的基礎資料，通過技術分析，選用經濟技術合理的工藝對呼和浩特市垃圾填埋場滲濾液進行了有效處理。

1 垃圾滲濾液的來源及特點

垃圾滲濾液是垃圾填埋場伴生的二次污染物，受降水、外部地表水、垃圾本身的內含水以及微生物分解產生的水和部分地下水的滲入等多方面因素的影響，水量變化較大。

垃圾滲濾液最突出的特性為：1）色度高，外觀呈茶色或黑褐色，有腐臭味；2）含大量有毒有害有機物，氨氮濃度高，重金屬含量高，抑制微生物的繁殖與生長；3）含有大量病毒、致病菌等有害物質；4）水質隨垃圾成分、填埋工藝、填埋時間、氣候、季節等變化，呈現明顯的非周期性特點，可生化性差[2]。因此，垃圾滲濾液是一種組分復雜的高濃度有機廢水，常規污水處理裝置在運行過程中難以適應。

2 國內常見滲濾液處理技術

由于垃圾填埋場的環境條件不同，以及使用年限的差異，垃圾滲濾液的水質特征也不盡相同。《生活垃圾衛生填埋場污染控制標準》（GB16889-2008）的頒布實施，為垃圾滲濾液的處理提出了更高的要求。近年來，為滿足新頒布的排放標準，絕大部分垃圾滲濾液處理廠進行了運行工藝優化，在滲濾液處理領域逐漸涌現了幾類技術較為成熟、性價比較好的滲濾液處理技術。典型工藝主要包括低能耗MVC蒸發技術、碟管式反滲透技術、生化與膜處理相結合的技術。

2.1 低能耗MVC蒸發技術

機械壓縮蒸發工藝（MVC）源于美國海軍的海水淡化技術，距今已有近40年的應用和發展歷史[3]。該技術利用蒸汽壓縮蒸發分離的原理，即通過加熱使垃圾滲濾液沸騰氣化，由于所有重金屬和無機物以及大部分有機物的揮發性均比水弱，水首先汽化從滲濾液中沸出，污染物殘留在濃縮液中，實現污染物與水的分離，達到水質凈化的目的。

同時，MVC技術利用氣體被壓縮時溫度升高的特性，將蒸發器中沸騰廢水蒸發出來的二次蒸汽通過壓縮機的絕熱壓縮，提高壓力、溫度及熱焓后再送回蒸發器的加熱室，作為加熱蒸汽使用，使蒸發器內的溶液繼續蒸發，而其本身則冷凝成水，由此蒸汽的潛熱得到反復利用，實現了節約能耗。

近年來，低能耗MVC技術的實際應用主要有廣州從化、潮州錫崗、鶴山馬山及興寧黃泥坑垃圾填埋場[4]。該技術的優點是能源利用率高、設備操作簡單、污泥及殘渣產量較少。但由于蒸餾水中含有較多的氨，需經后續離子交換系統去除，在樹脂再生過程中會產生廢液的二次污染問題；蒸發系統的不銹鋼結構經常會受高濃度的滲濾液冷熱交替接觸，造成設備的腐蝕和結垢；在運行經驗上還不夠充足，該技術相對更加適用于小規模的滲濾液處理。

2.2 碟管式反滲透技術

碟管式反滲透（DTRO）是反滲透的一種形式，專門用來處理高濃度污水的膜組件，其核心技術是碟管式的膜片膜柱。該技術由美國PALL公司于1982年開發成功，并自1988年首次應用于垃圾滲濾液處理以來，在全球各地已經有200多個工程實例[5]。該系統由六個子系統組成，包括預處理系統（砂濾器和濾芯過濾器）、兩級反滲透系統、自動清洗系統、PLC控制系統、除味系統、濃縮液處理系統。

DTRO技術在國內滲濾液處理中的應用主要有重慶長生橋垃圾填埋場、北京安定垃圾填埋場、沈陽老虎沖垃圾填埋場、東營市垃圾填埋場等[6]。該技術處理滲濾液，工程建設周期短，調試、啟動迅速，自動化程度高，操作運行方便，且原水無需生化預處理直接進入DTRO設備，受外界影響因素較小。但DTRO設備造價高，且由于是一個純粹的過濾工藝，濃縮液中有機物和鹽離子含量非常高，回灌填埋區后再次進入調節池，會導致進水有機物和含鹽量越來越高，所需反滲透壓力越來越高，最終會導致該設備崩潰，無法運行。因此，近年來，考慮到國內生活垃圾滲濾液水質的特殊性，DTRO技術也開始與生化預處理進行聯合應用。

2.3 生化與膜處理相結合技術

生化與膜處理相結合技術是目前國內垃圾滲濾液處理市場的一種主體工藝。其中應用較為典型的是膜生物反應器（MBR）+納濾（NF）+反滲透（RO）的組合工藝。MBR工藝是生物處理與膜分離技術相結合的一種工藝，以膜分離技術代替傳統的泥水分離技術，提高了生化反應器中的污泥濃度，使生化處理效率更高，抗沖擊負荷能力更強[7]。為保證出水達到直接排放標準，采用納濾/反滲透作為深度處理，進一步分離去除難生化降解的有機物及金屬等有毒有害物質。

該組合工藝在國內垃圾滲濾液處理中成功應用的工程主要有青島小澗西垃圾填埋場、北京阿蘇衛垃圾填埋場、北京高安屯垃圾填埋場、哈爾濱西部垃圾填埋場、常州夾山垃圾填埋場、山東滕州垃圾填埋場等[8-10]。該組合工藝的優點為抗沖擊負荷能力強，氨氮去除率較高，前端的生化預處理可以去除滲濾液中的大部分污染物，降低了后續膜系統的運行負荷，增加膜的使用壽命。同時使用納濾膜可讓部分鹽分與出水一起通過排除，使濃縮液含鹽量不存在越來越高的問題，保證整套設備的長期運行。生化與膜處理相結合的技術既利用了生化過程和膜技術各自的優點，又避免了單純反滲透工藝的缺點，工藝過程簡單，操作方便。

3 呼和浩特市垃圾填埋場滲濾液處理工程實例

3.1 工程概況

呼和浩特市生活垃圾綜合處理廠位于呼和浩特市區東南賽罕區境內，場地東西寬約865m，南北長約770m。綜合處理廠內包括垃圾焚燒、餐廚垃圾處理、市政污泥處理、垃圾填埋等主要單元。為確保其中生活垃圾填埋場啟用后的污染控制，該工程配置了完善先進的滲濾液處理系統，庫區的垃圾滲濾液由管道收集流入調節池，經滲濾液處理站處理達標后直接排放，或用于綠化、沖刷場地等。

3.2 設計進出水水質

呼和浩特市生活垃圾填埋場滲濾液處理站的設計出水規模為75m3/d，設計出水水質達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889-2008）表2規定的要求。該垃圾滲濾液處理站設計進出水水質如表1所示。

表1 滲濾液處理站設計進出水水質

3.3 工藝流程

選擇合適的滲濾液處理工藝主要由技術、經濟、環境等多項指標綜合決定。該工程通過對上述目前三種常用的工藝進行比較，并結合呼市生活垃圾填埋場滲濾液的特點及工程投資的可行性分析，確定采用“上流式厭氧污泥床反應器（UASB）+膜生化反應器（MBR）+納濾（NF）+反滲透（RO）”的處理工藝。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3.4 主要處理單元分析

3.4.1 UASB系統

該項目的UASB反應器采用搪瓷拼裝結構，設計反應溫度為35℃，設計容積負荷為3.0kgCODCr/m3·d，停留時間為2.8d，污泥濃度為10g/L。反應器內設置三相分離器和布水系統，頂部設沼氣收集系統，經三相分離器分離后的沼氣引至垃圾焚燒系統回收利用。考慮到呼和浩特市冬季溫度低的特點，整個反應器加蓋，外部做保溫處理，并設置加熱設施。在冬季運行時，進水通過換熱器加熱到35℃左右再進入UASB反應器。

垃圾滲濾液首先從調節池通過提升泵提升，經袋式過濾器去除較大顆粒物后進入UASB反應器的配水箱，通過罐底布水器均勻地在池斷面上分開并向上流，保證上升流速的同時起到水力攪拌的作用。滲濾液以一定的流速上升通過污泥床，與污泥充分混合，污泥中的微生物分解有機物，CODCr在這個階段被大量去除（去除率約達到50%），并明顯提高了滲濾液的可生化性。經污泥床后，滲濾液挾帶著污泥和沼氣一起往上走，經過氣液固三相分離器，將水、污泥和沼氣三相分開。分離后的污水通過出水管排出反應器，污泥則回落到污泥床中，沼氣被收集進入沼氣利用系統。

3.4.2 MBR系統

經UASB三相分離器分離后的滲濾液出水自流進入MBR系統。MBR是將生物降解作用與膜的高效分離技術結合而成的一種新型高效的污水處理技術，特別適用于高負荷有機廢水的處理。該系統是一種分體式膜生化反應器，包括生化反應器和超濾兩個單元，其中生化反應器包括前置式反硝化和硝化兩部分。

（1）生化反應單元

該工程的反硝化罐采用搪瓷拼裝結構，設計硝化污泥脫氮負荷為0.16kgNO3-N/kgMLSS·d，停留時間1.2d，污泥濃度15g/L。內設水下攪拌機1臺，功率2.2kW。

硝化反應罐采用搪瓷拼裝結構，設計污泥負荷為0.2kgCOD/kgMLSS·d，停留時間2.4d，混合液污泥濃度15g/L。溶解氧量4～5mg/L，供氣量1800m3/h，氣水比400 ∶1。為提高氧的利用率，該工程采用特殊設計的射流式曝氣機構，保證氧的利用率達到30%以上。設置1臺射流循環泵，流量為400m3/h，揚程為10m，功率為37kW。設置2臺羅茨風機，1用1備，變頻控制，單臺風機性能參數為流量30m3/min，風壓58.8kPa，功率55kW。

滲濾液在硝化罐中，通過高活性的好氧微生物作用，降解大部分有機物，一部分氨氮通過微生物合成去除，大部分氨氮在高效硝化菌的作用下轉變成硝酸鹽和亞硝酸鹽，通過超濾設備回流到反硝化罐，在缺氧環境中還原成氮氣排出，達到生物脫氮的目的。

（2）超濾膜單元

超濾系統由超濾進水過濾器、環路循環泵、超濾膜組件、清洗設施、產水罐及附屬閥門、管路、儀表等組成。本工程選用孔徑為0.02μm的錯流式有機管式超濾膜組件，工作壓力0.4MPa。超濾系統進水流量500m3/d，產水量100m3/d。設超濾循環泵1臺，流量240m3/h，揚程20m，功率30kW。

滲濾液經生化處理后進入超濾系統，首先經手搖式過濾器過濾后，通過孔徑為0.02μm的有機管式超濾膜，分離凈化水和菌體。通過超濾膜組件的清水作為產水流入超濾產水罐，未通過膜的濃縮液帶著活性污泥回流至反硝化罐。該系統可使生化反應器中的污泥濃度達到15～20g/L，經過不斷馴化形成的微生物菌群，對滲濾液中難生物降解的有機物也能逐步降解。

3.4.3 納濾系統

納濾系統由加藥裝置、納濾保安過濾器、高壓泵、環路循環泵、納濾膜組件、清洗設施、產水罐及附屬閥門、管路、儀表等組成。采用卷式納濾膜，材質為聚酰胺復合膜，截留分子量≥500，操作壓力2.5MPa，系統裝機功率11.1kW。

超濾產水罐出水流入納濾系統，超濾產水首先經加藥裝置添加阻垢劑與鹽酸，調節水質后通過保安過濾器過濾，截留大于5μm的顆粒，過濾出水通過高壓泵增壓后進入納濾膜組件，通過納濾膜組件的清水流入產水罐，繼而進入反滲透系統，未通過納濾膜組件的濃縮液通過室內排水溝排至污泥池，最終回灌至填埋區處置。

在滲濾液處理中采用納濾的最大優點是出水水質好、不會導致濃液中鹽離子的富集。MBR出水氨氮指標已經基本達標，但部分難降解有機物尚不能去除，采用納濾可以進一步分離難降解的較大分子有機物、部分含氮有機物、二價以上鹽的離子等，確保后續反滲透系統的穩定運行。

3.4.4 反滲透系統

為保證達到嚴格的排放標準，該工程在納濾系統后又增加了反滲透系統，由加藥裝置、反滲透保安過濾器、高壓泵、環路循環泵、反滲透膜組件及清洗設施等組成，該系統實現對污水的進一步分離凈化。反滲透采用卷式有機復合膜，材質聚酰胺復合膜，脫鹽率95%～99%，操作壓力2.5MPa，系統裝機功率7.3kW。處理達標出水排放至廠區東北部集水區或作為中水利用，濃縮液回流至超濾產水箱。

3.4.5 污泥與濃液處理系統

污泥與濃液處理系統由污泥池和回灌系統組成。滲濾液處理工藝中各系統均須維持一定的污泥濃度，當系統污泥濃度超過一定范圍時，老化的污泥會自我降解轉化為有機污染物；同時，過高的污泥濃度會對膜組件產生較大影響，為保證系統的穩定運行，需要定期排泥。該系統設計污泥濃度控制在15～20g/L，當污泥濃度超過該范圍，通過調節手動閘閥，將剩余污泥排至污泥池。同時納濾濃縮液也排至污泥池，與剩余污泥一起回灌至填埋場處置。

污泥池內設兩臺潛污泵，1用1備，單泵流量16m3/h，揚程25m，電機功率3kW，根據液位控制，自動運行。

3.5 運行效果

呼和浩特市垃圾滲濾液處理站自調試后進入運行以來，系統運行穩定，出水水質達到國家現行《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889-2008）。項目實際處理進出水水質如表2所示，各工藝段出水效果對比如圖2所示。

表2 滲濾液處理效果

圖2 各工藝段出水效果

4 結論

（1）“UASB+MBR+NF+RO”工藝充分發揮了厭氧、好氧生化處理與膜處理相結合的技術優勢，在呼和浩特市生活垃圾填埋場滲濾液處理工程中得到了較好的應用，該工藝流程合理，設備運行穩定，管理維護方便。

（2）運行結果表明，系統出水水質穩定，主要技術指標CODCr和氨氮的平均去除率均達到99.5%，出水水質滿足設計要求，達到國家現行《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889-2008）。

（3）運行實踐表明，該組合工藝用于垃圾滲濾液處理切實可行，具有一定的技術優勢，可為我國生活垃圾填埋場滲濾液處理的工程應用提供技術參考。

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