厭氧反應器+MBR+膜深度處理工藝在生活垃圾滲瀝液處理中的應用探討

雷雪飛 劉德濤 李冶婷 張小剛

隨著國內生活垃圾處理行業的發展，生活垃圾焚燒發電技術在國內得到了大力發展。相對于生活垃圾衛生填埋，生活垃圾焚燒發電處理技術在減量化、無害化、資源化上具有較大優勢。因此，生活垃圾焚燒發電技術在人口密集、土地資源緊張、經濟發達的城市得到了廣泛的應用。

中國的原生生活垃圾的典型特點是廚余物含量高、含水率高、有機物含量高，混合收集，相對熱值較低[1]。因此，國內生活垃圾焚燒電廠設計中，垃圾坑的儲存容量為3-7天的垃圾處理量，即垃圾在垃圾坑中儲存經過3-7天的發酵熟化，以達到將垃圾中的水份瀝出，提高垃圾燃燒熱值的目的，從而減少輔助燃料投加，提高垃圾焚燒發電廠的效率，但同時也產生了滲瀝液廢水的問題。

1.滲瀝液的產生量及水質特點

生活垃圾滲瀝液的產生量一般受季節影響較大，通過對南方某城市1000噸/天垃圾處理量生活垃圾焚燒發電廠滲瀝液的產生規律及污染物濃度進行研究，其污染物滲瀝液產生量及污染物濃度隨季節變化圖詳見圖1、圖2、圖3。

圖1 滲瀝液產生量隨時間變化曲線

圖2 COD濃度隨時間變化曲線

根據監測數據可以發現，滲瀝液產生量隨季節性變化較大，一般3-9月滲瀝液產量較大，在4-8月達到峰值，其他月份滲瀝液產生量相對偏小，滲瀝液產量約為生活垃圾量的15%-30%；生活垃圾滲瀝液中COD濃度受降雨等影響較大，降雨量大時COD濃度低，極端時COD濃度低于30000mg/L，降雨量小時COD濃度較高，極端時高于60000mg/L；氨氮濃度受降雨等影響不大，且一般保持在較高水平，一般不低于1500mg/L。

圖3 氨氮濃度隨時間變化曲線

受國內原生生活垃圾特性影響，國內生活垃圾滲瀝液具有污染物成份復雜多變、水質變化大、有機污染物濃度高（COD濃度高）、氨氮濃度高、鹽份與重金屬離子含量高[2]等特點。根據國內環境形勢發展，環保部門對垃圾電廠水環境指標提出了很高的要求，單純靠傳統的污水處理工藝很難對垃圾電廠生活滲瀝液進行有效處理。

針對生活垃圾滲瀝液特點，國內生活垃圾滲瀝液處理大都采用厭氧+膜生物反應器（MBR）+膜深度處理組合工藝[3]。本文以南方某城市垃圾焚燒發電廠滲瀝液處理工程為例，對厭氧+膜生物反應器（MBR）+膜深度處理工藝在生活垃圾滲瀝液處理上的應用進行探討。

表1 滲瀝液進水水質 單位：mg/L，pH除外

圖4 滲瀝液處理工藝流程

2.滲瀝液進出水水質

根據數據測量，確定滲瀝液進水水質見表1。

根據要求，本項目要求滲瀝液處理后水質達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）表4 中一級標準。主要污染物控制指標見表2。

3.工藝流程簡介

滲瀝液處理工藝流程詳見圖4。滲瀝液經提升泵自集水坑提升至前處理系統。前處理系統包括除渣預處理和調節池。由于垃圾儲坑中的滲瀝液的懸浮物較高，為保護管道、閥門等設施免受磨損和阻塞，調節池前增加除渣預處理，用于去除污水粒徑大于1mm的固體顆粒物質。污水自沉砂池自流進入調節池調節水質水量，保證滲瀝液以較為均衡的水質水量進入后續系統。調節池內滲瀝液經提升泵提升，經厭氧反應器布水系統進入厭氧系統，滲瀝液在厭氧反應器內去除分解部分大分子有機物，提高可生化性后，自流進入外置式MBR系統，外置式MBR系統由生化池和超濾機組兩部分組成。生化池去除一部分有機物、進行生物脫氮后進入超濾機組，超濾機組產水經過抽吸進入中間水箱。中間水箱內滲瀝液經反滲透進行深度處理后達到排放標準。

同時，為了保證厭氧系統的中溫條件，利用廠區的蒸汽，設置蒸汽換熱系統。厭氧系統滲瀝液與蒸汽通過在管式換熱器內表面換熱實現滲瀝液的升溫，保證厭氧系統的中溫環境。厭氧系統產生的沼氣，經凈化后回焚燒爐助燃。同時，由于沼氣本身是易燃、易爆物質，故系統同步配套值班火炬以保證安全無二次污染。

表3為各主要工藝單元處理效果，實際運行時，各段處理效果會因進水濃度不同、外界環境因素等有浮動，但系統最終出水一定達到設計排放標準。

表3 各工藝段去除率效果

表4 厭氧系統設計參數

4.主要處理建構筑物設計

4.1 調節池

由于垃圾滲瀝液的水質水量受垃圾成分的影響較大，需要較大的調節池調節水質、水量。故調節池的設計不同于一般生活污水或生產廢水，設計水量停留時間HRT為7d，分成兩格，既可以保證水量較低時，使用其中一格調節池，使提升泵處于良性運轉；又可以保證調節池在清理條件下，不影響系統運行。

其中：a.調節池尺寸：

L×B×H=16m×20m×5m；

b.調節池數量：1座2格。

4.2 厭氧系統

滲瀝液經原水提升泵提升、厭氧反應器布水系統進入厭氧系統進行有機污染物的降解，出水自流進入MBR系統。

厭氧反應器的配套系統包括厭氧升溫系統、沼氣燃燒系統。具體參數見表4。

4.3 MBR系統

厭氧出水自流進入膜生化反應器MBR系統。膜生化反應器由反硝化、硝化和超濾機組組成。MBR系統設計參數見表5。

4.4 膜深度處理系統

為使系統出水達到排放標準要求，在超濾系統后需利用反滲透系統進行深度處理。超濾出水通過加壓泵加壓進入納濾然后再加壓進入反滲透膜系統。反滲透系統的螺旋卷式膜元件裝入壓力管中，每一壓力管可最多串聯裝入6支膜元件。進水通過膜過濾后被分離成低鹽度的清液和高鹽度的濃縮液。操作有運行、正沖洗、藥洗三種方式。膜深度處理系統參數見表6。

4.5 污泥脫水系統

污水處理后產生污泥需經脫水處理，深度脫水后含水量一般為80%左右，主要處置方法是填埋或干化后進入焚燒爐摻燒[4]。

表5 MBR系統設計參數

表6 膜深度處理系統參數

4.6 主要建、構筑物一覽表

本項目中包含的主要建構筑物詳見表7。

4.7 運行成本估算

滲瀝液處理系統運行成本包括含污泥處理在內的水費、電費、藥劑、材料費、日常分析及化驗、日常維護費等。滲瀝液處理系統直接運行成本見表8。

5.滲瀝液處理中可能遇到的問題及解決辦法

5.1 生化性差

根據國內生活垃圾滲瀝液處理工程經驗，滲瀝液水質BOD/COD比值一般均在0.3以上，具有較好的生化性。此外，由于滲瀝液水質受各種因素影響存在很大范圍的波動，可能在極端條件下出現BOD/COD比值低于0.3的情況，使得滲瀝液生化性偏差。此種情況下，可考慮通過額外補充碳源（甲醇或葡萄糖）來調整滲瀝液生化性指標。

5.2 滲瀝液處理站臭氣問題

滲瀝液處理系統主要的臭氣來源為調節池、厭氧池及A/O池會產生硫化氫、有機胺及硫醇等異味氣體，調節池、A/O池等均是相對密閉空間，其產生的臭氣均可通過除臭風機收集后由管道輸送到生活垃圾焚燒工房的垃圾儲坑間，通過焚燒系統的一次和二次風機輸送到爐膛內燃燒處理。

5.3 濃縮液處理

濃縮液是滲瀝液經生物降解后被反滲透膜截留的殘余液，經濃縮后的污染物濃度高達MBR出水的4-5倍，成分復雜。通常不具可生化性，含有大量的結垢物質及鹽分。若濃縮液不排出滲瀝液系統，回到調節池或垃圾儲坑，難生化降解物質及鹽分積累，會嚴重影響系統運行。目前，國內多生活垃圾滲瀝液處理多將滲瀝液濃縮液回噴爐膛處理或者用于飛灰穩定化。

項 目 數 值出水氨氮、總氮濃度 NH4-N＜20mg/L反滲透氨氮、總氮去除率 ≥50%膜元件材質 聚酰胺復合膜膜殼材質 玻璃鋼膜最高運行溫度 ≤45℃pH值連續運行適用范圍 3-10 pH值短期清洗適用范圍 1-12納濾設計膜通量 17.5 L/（m2·h）納濾膜總過濾面積 428納濾單支膜面積 37m2納濾膜組件數量 12支納濾単支膜殼膜組件數量 4支納濾膜殼數 3支納濾排列方式 一級兩段，2+1反滲透設計膜通量 16L/（m2·h）反滲透膜總過濾面積 468m2反滲透單支膜面積 41m2反滲透膜組件數量 12支反滲透単支膜殼膜組件數量 4支反滲透膜殼數 3支反滲透排列方式 一級兩段，2+1膜機組基礎尺寸 5.0m×6.0m反滲透加藥系統 3套反滲透清洗系統 1套膜元件廠家 美國陶氏膜元件正常使用壽命 3年

表7 主要建構筑物一覽表

表8 滲瀝液處理系統直接運行成本分析 單位：元

6結論與建議

6.1垃圾焚燒發電廠滲瀝液污染物濃度高，處理難度大，需要較高的投資和運行費用，國內采用“厭氧 + MBR+膜深度處理”組合工藝路線，處理出水排放建議優先考慮回收利用。

6.2當滲瀝液BOD/COD比值低于0.3時，可考慮通過額外補充碳源（甲醇或葡萄糖）來調整滲瀝液生化性指標。

6.3結合垃圾焚燒電廠實際情況，可將滲瀝液濃縮液回噴爐膛處理或者用于飛灰穩定化，臭氣通過除臭風機收集送至焚燒系統做一次風和二次風處理以節省工程投資。

參考文獻

[1] 白良成. 生活垃圾焚燒處理工程技術. 北京: 中國建筑工業出版社,2009: 38-39.

[2] 陳超, 曲東. 生活垃圾焚燒發電廠垃圾滲瀝液處理及回用措施分析.城鄉建設,2010(10):47-48.

[3] 浦燕新, 朱衛兵, 吳海鎖等.垃圾焚燒發電廠滲瀝液處理工藝現狀淺析. 山東化工, 2015,44(2): 130-132.

[4]王羅春, 李雄, 趙由才. 污泥干化與焚燒技術. 北京: 冶金工業出版社,2010: 58-65.