翟樹(shù)達(dá)

(同濟(jì)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092)

0 引言

隨著人民生活水平的提升，生活垃圾產(chǎn)生量也隨之增加，生活垃圾的處理成為了當(dāng)下解決的熱點(diǎn)問(wèn)題，其中生活垃圾焚燒是除了填埋、堆肥外另一重要的垃圾處理方式。垃圾焚燒處理對(duì)于垃圾的熱值要求較高，然而由于垃圾分類(lèi)制度實(shí)施未到位，加上人們的飲食習(xí)慣，使得中國(guó)(大陸地區(qū))的城市垃圾中的餐廚廢物比較高，垃圾的熱值相對(duì)較低(僅為40%)。因此，中國(guó)的生活垃圾焚燒時(shí)需要在燃燒前進(jìn)行3～7天時(shí)間堆放以降低垃圾的含水量，從而提高燃燒熱值，提高燃燒的效率。但在垃圾堆積的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的滲濾液，該液體含有大量的氨氮、重金屬等有機(jī)鹽或無(wú)機(jī)污染物，這些污染物濃度高、成分復(fù)雜、難處理。因此，在將滲濾液排放到自然環(huán)境之前，需要采用合理的處理技術(shù)降低滲濾液的污染物的含量，并用各種手段進(jìn)行毒性分析確認(rèn)垃圾滲濾液已達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)才可排入自然環(huán)境中。

目前國(guó)內(nèi)外的處理技術(shù)主要有土地處理、物化處理、生物處理等。其中土地處理技術(shù)處理難度較大，占地面積較廣；物化技術(shù)包括主要包括絮凝技術(shù)、吸附法、電解氧化、膜分離等，是一種對(duì)滲濾液預(yù)處理的技術(shù)，處理的成本相對(duì)較高；生化技術(shù)是一種深度處理的技術(shù)，能夠有效地將滲濾液中的有害物進(jìn)行降解成無(wú)害物，是一種必不可少的處理技術(shù)。本文以某垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)的滲濾液處理工程為例，對(duì)該滲濾液處理工藝流程進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)各處理單元的污染物(COD、氨氮)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析該滲濾液處理工藝的效果，旨在解決類(lèi)似垃圾滲濾液的處理問(wèn)題在系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行方面提供一定參考。

1 滲濾液處理工藝流程

圖1為該垃圾焚燒廠(chǎng)滲濾液處理工藝流程，采用的處理工藝為“預(yù)處理”+“前期處理”+“深度處理”。

預(yù)處理主要是以“初沉池+調(diào)節(jié)池”為主，預(yù)處理工藝中滲濾液首先進(jìn)入初沉池，在初沉池中部分固體雜物會(huì)沉淀下去，接著滲濾液進(jìn)入到調(diào)節(jié)池中，在調(diào)節(jié)池中酸堿物質(zhì)會(huì)得到充分地混合，同時(shí)加入氫氧化鈉和石灰使水質(zhì)變得均勻。從調(diào)節(jié)池流出的滲濾液會(huì)進(jìn)入到初沉池中，在初沉池中主要是去除液體中的泥，經(jīng)過(guò)預(yù)處理，滲濾液中的固體雜物可以得到有效地去除。

預(yù)處理后進(jìn)入前期處理，前期處理主要是“UASB+硝化反硝化+MBR”，主要是去除滲濾液中的有機(jī)物、氨氮等。

圖1 滲濾液處理工藝流程圖

(1)USAB：UASB反應(yīng)器的全稱(chēng)為上流式厭氧污泥床反應(yīng)器，反應(yīng)器主要包括反應(yīng)區(qū)和三相分離區(qū)域。反應(yīng)器處于一種厭氧環(huán)境，在厭氧的環(huán)境中滲濾液中的有機(jī)物大分子進(jìn)行厭氧處理從而將有機(jī)物的大分子降解成小分子的化合物，達(dá)到了去除滲濾液高濃度有機(jī)物的目的。同時(shí)，滲濾液從反應(yīng)器的底部進(jìn)入與污水的進(jìn)入方向相反，兩者之間形成了一種逆差。在污水上升的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，氣體起到了良好的攪拌作用從而使得反應(yīng)器的上方形成了一種稀薄的污泥懸浮區(qū)。

(2)反硝化硝化：反硝化硝化工藝簡(jiǎn)稱(chēng)A/O工藝，A/O工藝在厭氧生物工藝前加入一段好氧生物處理工序，主要是使得滲濾液中的BOD5得到有效分解。在反硝化硝化工序中主要是在硝化反應(yīng)中將滲濾液中的氨氮和有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為硝化氮，在缺氧階段利用反硝化細(xì)菌的作用進(jìn)行反硝化反應(yīng)，達(dá)到脫氮的效果。

(3)MBR：MBR反應(yīng)器的全稱(chēng)為流化床生物膜反應(yīng)器，MBR工藝基于懸浮的多孔聚合物載體的使用，該載體在曝氣池中保持連續(xù)運(yùn)動(dòng)，而活性生物質(zhì)則在其表面上以生物膜的形式生長(zhǎng)。與傳統(tǒng)的懸浮生長(zhǎng)工藝相比，該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是：更高的生物質(zhì)濃度，污泥沉降期長(zhǎng)，對(duì)有毒物質(zhì)的敏感性較低以及對(duì)有機(jī)物質(zhì)和氨氮去除率高。此外，使用顆粒狀活性炭(GAC)作為多孔材料可提供合適的表面來(lái)吸附有機(jī)物，并為增強(qiáng)生物降解提供了最佳條件，在吸附和生物降解之間建立了穩(wěn)態(tài)平衡，達(dá)到更好的處理效果。

從前期處理階段出來(lái)的廢水再經(jīng)深度處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。深度處理主要采用的是“超濾工藝和納濾工藝”相結(jié)合的處理技術(shù)，其中超濾膜的直接范圍在0.002～0.1μm之間，能夠有效去除滲濾液中的微生物、膠體等；納濾又被稱(chēng)為“低壓反滲透”，是一種利用廢水兩側(cè)的壓力差作為動(dòng)力的膜分離技術(shù)，該膜分離過(guò)程主要介于反滲透和超濾之間。納濾工藝是該處理工序中的最后一道工藝。

上述工藝的串聯(lián)可以使?jié)B濾液中的污染物、色度、異味得到有效去除，同時(shí)設(shè)置了污泥回流系統(tǒng)減少了污泥的流失，出廠(chǎng)水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 預(yù)處理前后COD 的濃度及去除效率 圖3 預(yù)處理前后氨氮的濃度及去除效率

2 各單元處理

2.1 滲濾液預(yù)處理

圖2和圖3分別為2019年1-12月經(jīng)過(guò)預(yù)處理前后滲濾液中COD以及氨氮的濃度變化。從圖中可以看出，從1月到12月，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，滲濾液中COD的去除效率為38.65%，氨氮的去除率為25.55%(冬季對(duì)污染物的去除效果要高于夏季)。在預(yù)處理過(guò)程中,調(diào)節(jié)池設(shè)置的水力停留時(shí)間為10天，同時(shí)加上酸堿物質(zhì)充分地混合，因此會(huì)發(fā)生厭氧反應(yīng)，使得部分污染物可以得到去除。

2.2 滲濾液前期處理

預(yù)處理后進(jìn)入前期處理，前期處理主要是“UASB+硝化反硝化+MBR”。圖4和圖5表示滲濾液經(jīng)過(guò)UASB反應(yīng)器前后COD及NH3的濃度變化。從圖中國(guó)可以看出，1月-12月，經(jīng)過(guò)UASB反應(yīng)器后，滲濾液中COD的濃度在18 000～33 000 mg/L，平均為28 555 mg/L。氨氮濃度的變化范圍在1 600～2 300 mg/L，平均值為1 852.1 mg/L。對(duì)COD的去除率年均為31.15%，對(duì)氨氮的去除率年均為7.09%。從對(duì)滲濾液中COD以及氨氮的監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，UASB對(duì)滲濾液中的氨氮的去除效果不明顯，10月出現(xiàn)了增加的趨勢(shì)。

圖4 UASB前后COD的濃度及去除效率 圖5 UASB前后COD的濃度及去除效率

圖4和圖5同時(shí)表示滲濾液污水經(jīng)過(guò)反硝化系統(tǒng)處理后COD及氨氮濃度的變化。在反硝化硝化工藝處理后，滲濾液中絕大部分的COD和氨氮已去除，出水COD的濃度為340～840 mg/L，平均值為658 mg/L，COD的去除率達(dá)到96.62%。氨氮的出水濃度為12～50 mg/L，平均值為25 mg/L，平均去除率達(dá)到了98.52%。該工藝對(duì)COD的去除率同初始濃度、溫度并無(wú)明顯關(guān)系，同季節(jié)變化有關(guān)系，去除率最高值出現(xiàn)在5月份，冬季和秋季去除率較低。氨氮的去除率也只是同季節(jié)變化有關(guān)系，去除率最高值出現(xiàn)在5月份，冬季相對(duì)較低。

圖6 UASB前后COD的濃度及去除效率 圖7 UASB前后COD的濃度及去除效率

圖6和圖7表示經(jīng)過(guò)MBR工藝處理后滲濾液中COD及氨氮的濃度變化。從圖中可以看出，通過(guò)MBR工藝處理后出水的COD平均去除率為42.34%，出水氨氮平均去除率為55.15%，氨氮去除率全年都高于COD去除率，兩者變化趨勢(shì)相似，都是在4，5，6月份去除率較低。

圖8 UASB前后COD的濃度及去除效率 圖9 MBR系統(tǒng)前后氨氮的濃度及去除效率

滲濾液的深度處理目的是為進(jìn)一步降低污水色度、味道和有機(jī)污染物的濃度等，使得處理后出水水質(zhì)各指標(biāo)達(dá)到排放要求。本文研究的是超濾和納濾兩個(gè)深度處理工藝。

圖10表示結(jié)果：超濾工藝出水的COD濃度全年平均值為115 mg/L，出水氨氮濃度的平均值為4.02 mg/L，COD的進(jìn)水濃度：200～300 mg/L，超濾膜對(duì)COD的平均去除率為54.53%。當(dāng)氨氮濃度小于10mg/L時(shí)，對(duì)氨氮的平均去除率為47.99%，效果良好。

圖10 2019年超濾工藝氨氮、COD去除率 圖11 2019年納濾工藝氨氮、COD去除率

圖11表示結(jié)果：納濾工藝的出水中COD濃度<50 mg/L；氨氮濃度<5 mg/L；納濾工藝對(duì)COD的平均去除率為68.23%，對(duì)氨氮的平均去除率為55.13%。COD和氨氮全年的去除率浮動(dòng)并不大，且同初始濃度、溫度、pH值關(guān)系并不明顯。

3 結(jié)論

本文對(duì)某垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)的滲濾液處理組合工藝進(jìn)行了評(píng)價(jià)對(duì)比和分析。研究結(jié)果表明：采用“UASB+硝化反硝化+MBR、超濾+納濾”工藝處理垃圾滲液，最后出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。生活垃圾滲濾液處理工藝的選擇要根據(jù)垃圾種類(lèi)、填埋年份、當(dāng)?shù)亟涤昵闆r等。滲濾液的影響COD、氨氮等特定參數(shù)有助于選擇合適的處理工藝以達(dá)到良好的處理效果。