簡析基于MBR的城市固體垃圾滲濾液處理

崔 程

（江蘇達(dá)澤節(jié)能環(huán)保科技有限公司，江蘇 南京 210000）

引言

我國城市固體垃圾增速，每年約為9%，固體垃圾產(chǎn)生量位居全球第二，2012年清運(yùn)量達(dá)1.7億噸。城市固體垃圾處理是建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會、實施治污減排，提高人居環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)文明水平的重要前提。

“十四五”時期，城市垃圾分類和處理設(shè)施建設(shè)進(jìn)入關(guān)鍵期。國家發(fā)改委、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合印發(fā)的《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》中指出：強(qiáng)化二次環(huán)境污染防治設(shè)施建設(shè)；完善垃圾滲濾液處理設(shè)施。因此，相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)對滲濾液處理工藝的探究。

1 城市固體垃圾滲濾液概述

目前，針對城市固體垃圾的處理，無論采用焚燒還是填埋方式，都面臨垃圾滲濾液處理的難題，同時固體垃圾在中轉(zhuǎn)站壓縮的過程中也會產(chǎn)生壓縮滲濾液。由于管理方式差異以及滲濾液產(chǎn)生機(jī)制的多重影響，導(dǎo)致垃圾滲濾液成分復(fù)雜、污染物濃度高，污染物主要包括pH、BOD5、COD、SS、重金屬、氨氮、TN、TP等，水質(zhì)指標(biāo)通常會在一個較大范圍內(nèi)變動[1]。例如，pH值的變動范圍為4～9；BOD5的變動范圍為2 000～40 000 mg/L；COD的變動范圍為4 000～70 000 mg/L。城市固體垃圾滲濾液若處理不當(dāng)，會對地下水、土壤、大氣等造成嚴(yán)重的二次污染。

2 城市固體垃圾滲濾液處理工藝分析

城市固體垃圾滲濾液與一般城市污水不同，其成分復(fù)雜，性質(zhì)變化大；而垃圾焚燒廠、垃圾填埋廠、垃圾中轉(zhuǎn)站的滲濾液，由于固體垃圾處理方式不同，產(chǎn)生的滲濾液水質(zhì)也不同。

2.1 垃圾焚燒廠滲濾液處理工藝

垃圾焚燒廠滲濾液是垃圾在堆放過程中因重力壓實、發(fā)酵等物理、生物及化學(xué)作用產(chǎn)生的廢液。滲濾液水質(zhì)成分復(fù)雜、有機(jī)物種類較多、氨氮含量高且營養(yǎng)元素比例失調(diào)、含鹽量及重金屬含量高。受到當(dāng)?shù)鼐用裆盍?xí)慣、垃圾分類和收集方式、當(dāng)?shù)貧夂虻纫蛩氐挠绊懀涓泄俦憩F(xiàn)為黑褐色、粘稠狀、強(qiáng)惡臭。

垃圾焚燒廠滲濾液水量受垃圾收集、氣候及季節(jié)變化等因素影響，滲濾液水量波動較大，特別是季節(jié)變化對滲濾液水量變化影響較大。一般夏天滲濾液產(chǎn)量較大，而冬天相對較少。

目前，相關(guān)企業(yè)主要采用預(yù)處理→微生物處理→膜吸附過濾工藝流程處理滲濾液，常用“中溫厭氧系統(tǒng)+MBR膜系統(tǒng)+NF+RO”方案，該方案適用于各類城市固體垃圾滲濾液處理企業(yè)[2]。該方案應(yīng)用時，先通過調(diào)節(jié)池對滲濾液進(jìn)行初步處理，主要包括除渣和沉淀池沉淀等步驟；再送入中溫厭氧池完成對有機(jī)污染物的降解處理，并將部分污泥排入污泥存儲池。經(jīng)過降解的污染物進(jìn)入缺氧池，在缺氧條件下，反硝化菌利用污水中的有機(jī)碳將硝酸鹽還原為氮?dú)猓浑S后污水通過推流進(jìn)入好氧池，在好氧條件下將殘余的有機(jī)物進(jìn)一步分解；同時硝化菌將污水中的氨氮氧化成硝酸鹽，再回流至缺氧池進(jìn)行總氮的脫除。經(jīng)過二級反硝化/硝化系統(tǒng)的產(chǎn)水，再經(jīng)過MBR膜系統(tǒng)進(jìn)行泥水分離，污泥回流至前端缺氧池，產(chǎn)水進(jìn)入后續(xù)膜深度處理系統(tǒng)。最后，污水通過納濾、反滲透系統(tǒng)對MBR出水進(jìn)行反滲透處理后，進(jìn)行回用或達(dá)標(biāo)排放。

該工藝將生化反應(yīng)與物理處理相結(jié)合，抗水量和水質(zhì)沖擊負(fù)荷強(qiáng)。同時，相關(guān)人員需要根據(jù)實際進(jìn)水量和進(jìn)水水質(zhì)情況及時調(diào)整碳源補(bǔ)充和回流比等參數(shù)，以保證生化處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。膜深度處理系統(tǒng)需要及時維護(hù)、定期清洗，保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。從缺點(diǎn)來說，該工藝在“老齡化”滲濾液的處理方面，效果相對較差，而且處理時出水率不高，膜系統(tǒng)清洗頻繁增加了系統(tǒng)的運(yùn)行成本，系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行要求較高。

2.2 垃圾填埋廠滲濾液處理工藝

垃圾填埋場滲濾液是由垃圾分解后產(chǎn)生的液體與外來水分滲入（包括降水、地表水、地下水）所形成的，包含多種代謝物質(zhì)和水分，形成極為復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水。垃圾滲濾液的產(chǎn)生量受多種因素影響，包括降雨量、蒸發(fā)量、地面徑流、地下水滲入、垃圾特性、地下層結(jié)構(gòu)、表層覆土和下層排水設(shè)施的設(shè)置情況等。

垃圾滲濾液的性質(zhì)主要取決于垃圾場的使用年限和取樣時填埋場所處的階段。與垃圾的種類、性質(zhì)、垃圾的填埋方式、覆蓋情況、降雨及蒸發(fā)等都有很大關(guān)系，其濃度和性質(zhì)也隨時間呈高度動態(tài)變化關(guān)系。對于特定的垃圾填埋場，其滲濾液的成分和性質(zhì)不僅與氣候、水文條件有關(guān)，還與垃圾成分、填埋場結(jié)構(gòu)、填埋時間等密切相關(guān)。

目前，滲濾液處理主要采用預(yù)處理+兩級DTRO反滲透工藝，填埋場的滲濾液原液經(jīng)過調(diào)節(jié)池后進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)、過濾器等預(yù)處理后，經(jīng)過一級DTRO反滲透膜過濾，過濾后的出水再經(jīng)二級DTRO反滲透系統(tǒng)處理獲取達(dá)標(biāo)出水。總產(chǎn)水率可以達(dá)到60%～70%左右。一級DTRO反滲透濃縮液回灌處理。需要說明的是，二級DTRO反滲透系統(tǒng)處理時會將二級濃縮液回流至調(diào)節(jié)池進(jìn)行循環(huán)處理，以此提升處理效果。

該工藝的優(yōu)勢為可實現(xiàn)間歇式運(yùn)行，其高度自動化操作十分簡便，加上膜產(chǎn)品的應(yīng)用比較成熟，運(yùn)維管理更加容易。從劣勢看，該工藝對滲濾液水質(zhì)比較敏感，受有機(jī)物濃度、環(huán)境溫度、電導(dǎo)率、SS等因素影響，DTRO膜容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象，此時造成DTRO膜頻繁清洗。由于出水率范圍在55%～70%之間，還有大量濃縮液需要回灌，導(dǎo)致垃圾滲濾液水質(zhì)越來越差，因此目前大部分垃圾填埋場都有濃縮液需要處理，且濃縮液成分復(fù)雜、可生化性極差、處理難度大、投入成本高。

2.3 垃圾中轉(zhuǎn)站滲濾液處理工藝

在垃圾處理設(shè)施建設(shè)中，垃圾中轉(zhuǎn)站已成為各城市環(huán)衛(wèi)管理的必須環(huán)節(jié)。垃圾中轉(zhuǎn)站滲濾液是由垃圾壓縮打包產(chǎn)生的滲濾液、垃圾運(yùn)輸車洗車和地面沖洗產(chǎn)生的廢水等組成。由于垃圾在中轉(zhuǎn)站內(nèi)停留時間短，污染物濃度相對較低，再加上有沖洗廢水的稀釋，中轉(zhuǎn)站滲濾液污染物濃度比填埋場、垃圾焚燒電廠的滲濾液濃度低，同時中轉(zhuǎn)站滲濾液的可生化性較好。

垃圾中轉(zhuǎn)站主要建設(shè)在城市的公共服務(wù)區(qū)，周圍有完善的污水管網(wǎng)，因此垃圾中轉(zhuǎn)站滲濾液的處理要求達(dá)到了納管排放標(biāo)準(zhǔn)。

目前滲濾液處理主要采用全量化處理工藝：加速混沉＋高效氣浮＋生物絮凝＋兩級A/O-MBR＋脫色消毒。垃圾中轉(zhuǎn)站滲濾液經(jīng)收集進(jìn)入調(diào)節(jié)池后，通過高效預(yù)處理系統(tǒng)去除懸浮物和油類，降低后續(xù)生化工藝的負(fù)荷。生化處理系統(tǒng)采用強(qiáng)化的“二級AO＋MBR”工藝，可穩(wěn)定、高效去除有機(jī)物、氨氮、總氮。生化段出水進(jìn)入消毒池，消滅細(xì)菌病毒后達(dá)標(biāo)排放。

上述垃圾中轉(zhuǎn)站滲濾液處理的工藝特點(diǎn)為：（1）全量化處理排放：產(chǎn)水100%排放，不產(chǎn)濃水，沒有二次污染；（2）安全環(huán)保：不需要厭氧處理工藝，不產(chǎn)生CH4、H2S等易燃、易爆、惡臭氣體；（3）高效生化：獨(dú)有的活性菌-酶-填料復(fù)合體系，可實現(xiàn)污染物的高效、低耗降解。

3 基于MBR的城市固體垃圾滲濾液處理項目分析

3.1 項目概況

以某垃圾中轉(zhuǎn)站垃圾滲濾液處理項目為例，該項目處理規(guī)模為30 m3/d，其中滲濾液主要來自中轉(zhuǎn)站壓縮打包后產(chǎn)生的滲濾液與垃圾運(yùn)輸車洗車及地面沖洗的污水。根據(jù)《生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站評價標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ/T 156-2010）[3]中的要求，“污染控制設(shè)備與設(shè)施配置”和“污水處理”類別已列入評價指標(biāo)。同時，該垃圾中轉(zhuǎn)站所在地區(qū)提出了“生活垃圾中轉(zhuǎn)站提升改造行動計劃”，要求如下：（1）對大中型中轉(zhuǎn)站進(jìn)行優(yōu)化提升改造；（2）保障生活垃圾密閉壓縮；（3）增加消殺除臭處置；（4）進(jìn)行滲濾液就地處理。

3.2 處理需求

從處理需求看，該中轉(zhuǎn)站的滲濾液處理對象包括壓濾液與清洗污水。為達(dá)到上述目標(biāo)，施工單位對其招標(biāo)文件、環(huán)境影響評價報告及現(xiàn)場調(diào)查等資料進(jìn)行了全面分析，認(rèn)為在該項目中可以設(shè)計一款30 m3/d的垃圾中轉(zhuǎn)站滲濾液全量凈化設(shè)備，滿足其滲濾液處理要求。

3.3 工藝選擇

該中轉(zhuǎn)站滲濾液的排放特征鮮明，從環(huán)境影響評價報告的內(nèi)容看，滲濾液中有機(jī)物、氨氮等污染物濃度較高，COD濃度在10 000～30 000 mg/L左右。同時，有機(jī)物種類較多，以腐殖類高分子碳水化合物等為主，內(nèi)含雜環(huán)芳烴、多環(huán)芳烴、酚、醇、苯胺類化合物等難降解成分。另外，受垃圾收集、氣候、季節(jié)變化等因素影響，滲濾液水量波動較大，特別是季節(jié)變化對滲濾液水量變化影響較大，一般夏天滲濾液產(chǎn)量較大，冬天相對較少。

出水執(zhí)行國家《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962-2015）[4]中B級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)水以業(yè)主提供的《設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)表》為準(zhǔn)。施工單位結(jié)合滲濾液特性，在提質(zhì)增效、預(yù)防二次污染、無濃縮液等原則下，結(jié)合COD、BOD5、NH3-N、TN的去除率均高于90%的要求，采用基于MBR的綜合處理工藝，具體以“高效物化＋強(qiáng)化生化技術(shù)”為核心進(jìn)行設(shè)計。

3.4 具體實施

3.4.1 設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)

根據(jù)業(yè)主提供的資料并結(jié)合與《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962-2015）[4]中B級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)表單位：mg/L

3.4.2 工藝流程

基于MBR技術(shù)，且以“高效物化＋強(qiáng)化生化技術(shù)”為核心的工藝方案設(shè)計中，首先根據(jù)施工單位的高效物化、強(qiáng)化生化技術(shù)研究成果，設(shè)置加速混凝沉淀池、高效溶氣氣浮等高效物化系統(tǒng)，并根據(jù)現(xiàn)場實際處理需求設(shè)置調(diào)節(jié)池、中間水池、污泥池等。其次，設(shè)置兩級“A/O+內(nèi)置MBR”系統(tǒng)，最終形成的工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

3.4.3 應(yīng)用的技術(shù)

中轉(zhuǎn)站滲濾液經(jīng)收集進(jìn)入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池滲濾液通過提升泵提升進(jìn)入加速混凝沉淀池，該處理段包含氫氧化鈉、絮凝劑、助凝劑等多種加藥裝置。添加絮凝劑、助凝劑的目的是使廢水中的懸浮物進(jìn)行絮凝沉降。通過加速混凝沉淀，可去除垃圾滲濾液的懸浮物和色度，降低后續(xù)生化工藝的負(fù)荷。經(jīng)混凝沉淀加藥處理后的垃圾滲濾液進(jìn)入沉降階段，其上清液通過溢流進(jìn)入高效溶氣氣浮池，通過溶氣的黏附作用進(jìn)一步去除水中的懸浮物和油類。氣浮出水進(jìn)入中間水池，廢水在中間水池通過提升泵提升進(jìn)入到后續(xù)的生化反應(yīng)系統(tǒng)。由于廢水COD及氨氮含量較高，該生化處理段采用“生物絮凝+二級A/O+MBR工藝”，使垃圾滲濾液中的絕大部分COD、氨氮得以降解。生化段出水進(jìn)入消毒池脫除氨氮、消滅細(xì)菌及病毒，產(chǎn)水執(zhí)行《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962-2015）[4]中B級水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)標(biāo)排放。核心單體主要應(yīng)用了高效物化系統(tǒng)、兩級“A/O+內(nèi)置MBR”系統(tǒng)。

3.4.3.1 高效物化系統(tǒng)

物化反應(yīng)段包含絮凝劑、氫氧化鈉、助凝劑、脫色劑等多種加藥裝置。由于滲濾液來水呈酸性，首先添加氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值；之后添加混凝劑，使?jié)B濾液中的懸浮物進(jìn)行絮凝；經(jīng)過物化反應(yīng)之后的滲濾液進(jìn)入沉淀池進(jìn)行泥水分離，上清液進(jìn)入高效溶氣氣浮，通過微小氣泡的黏附作用進(jìn)一步去除絮凝好的懸浮物和油類。通過高效物化處理段，能去除水中的懸浮物、膠體、不可溶性COD、油脂等，大大降低后續(xù)生化工藝的負(fù)荷。

3.4.3.2 兩級“A/O+內(nèi)置MBR”系統(tǒng)

兩級A/O處理工藝包括缺氧/好氧段，可滿足脫氮要求，具體是在生物脫氮機(jī)制中，通過硝化與反硝化兩個生化過程實現(xiàn)。污水先在好氧反應(yīng)器中進(jìn)行硝化，含氮有機(jī)物被細(xì)菌分解成氨，然后在亞硝化菌的作用下，氨進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，再經(jīng)硝化菌作用而轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。硝酸鹽氮回流進(jìn)入缺氧反應(yīng)器后，經(jīng)過反硝化作用，利用或部分利用污水中原有的有機(jī)物碳源為電子供體，以硝酸鹽代替分子氧作為電子受體，進(jìn)行“無氧”呼吸、分解有機(jī)質(zhì)，同時將硝酸鹽氮還原成氣態(tài)氮。A/O工藝不但能取得比較滿意的脫氮效果，而且通過上述的缺氧/好氧循環(huán)操作，同樣可取得較高的COD和BOD去除率。

關(guān)于MBR膜生物反應(yīng)器，主要是在好氧池內(nèi)設(shè)置MBR膜組件，膜能將全部的生物量截留在反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)行高效固液分離，不僅能獲得長泥齡和高懸浮固體濃度，還有利于生長緩慢的固氮菌和硝化菌的增長，強(qiáng)化活性污泥的硝化能力。另外，MBR膜系統(tǒng)生物種群遠(yuǎn)比傳統(tǒng)活性污泥法要豐富、穩(wěn)定，使MBR對來水有更強(qiáng)的適應(yīng)能力和凈化能力。

3.4.4 運(yùn)行效果

根據(jù)上述工藝，施工單位設(shè)計的30 m3/d垃圾中轉(zhuǎn)站滲濾液全量凈化設(shè)備安裝后，實現(xiàn)了如下功能：（1）滲濾液設(shè)備日處理規(guī)模為30 m3/d，24小時連續(xù)運(yùn)行；（2）滲濾液設(shè)備設(shè)計出水水質(zhì)達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962-2015）[4]表1中B級標(biāo)準(zhǔn)的要求；（3）適用溫度范圍應(yīng)在0～45 ℃以內(nèi)，適用酸堿范圍應(yīng)在pH值3～9以內(nèi)；（4）滲濾液設(shè)備的核心部件膜組件采用浸沒式柔性平板膜組件，抗污染、防堵塞、清洗方便；（5）配套的氣浮系統(tǒng)，采用高效、平穩(wěn)的溶氣方式；（6）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控功能，方便直接遠(yuǎn)程查詢；（7）滲濾液設(shè)備配備在線清洗系統(tǒng)，實現(xiàn)在線清洗的功能。

經(jīng)過6個月試運(yùn)行，結(jié)果表明：核心采用“高效物化＋強(qiáng)化生化”工藝可實現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。預(yù)處理采用加速混凝沉淀工藝+高效溶氣氣浮，使用常規(guī)藥劑可實現(xiàn)對懸浮物、動植物油類、色度的高效去除。生化段前置特有的“生物絮凝工藝”，能捕捉PAM，顯著降低堵膜風(fēng)險。生化段采用強(qiáng)化的“二級AO＋MBR”工藝，活性菌-酶-填料復(fù)合體系，可穩(wěn)定、高效去除氨氮、總氮。出水水質(zhì)檢測結(jié)果顯示：CODCr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP、動植物油類，設(shè)計出水濃度分別達(dá)到了要求的500 mg/L、350 mg/L、400 mg/L、45 mg/L、70 mg/L、8 mg/L、100 mg/L目標(biāo)。按照設(shè)計去除率=設(shè)計出水濃度/設(shè)計進(jìn)水濃度計算，對應(yīng)的去除率分別為98%、98%、87%、96.3%、95.4%、92%、93.4%。

4 結(jié)語

總之，城市固體垃圾滲濾液水質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜、危害相對較大，加強(qiáng)對其處理工藝的探究具有十分重要的現(xiàn)實意義。結(jié)合上述分析可以看出，垃圾滲濾液的處理工藝較多，應(yīng)用場景各不相同。隨著新材料、新技術(shù)、新工藝的配置比例擴(kuò)大，大幅度提升了其工藝處理效果。建議在垃圾滲濾液處理項目中，相關(guān)人員一方面應(yīng)具體問題具體分析，加強(qiáng)處理需求分析的精準(zhǔn)性；另一方面應(yīng)盡可能根據(jù)進(jìn)、出水水質(zhì)的設(shè)計要求，選擇適配性較高的多技術(shù)聯(lián)合工藝處理方案，輔助提升滲濾液處理效果及產(chǎn)出綜合效益。