王鵬程

(浙江農(nóng)林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 311300)

杭州市某垃圾焚燒廠于2014年10月投產(chǎn)，生活垃圾平均日處理量450 t。項(xiàng)目配套建設(shè)了100 m3/d的滲濾液處理站。2019年8月項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化升級改造后，其系統(tǒng)采用預(yù)處理+厭氧+MBR+納濾工藝，其出水水質(zhì)要求達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB16889-2008表二排放標(biāo)準(zhǔn)，出水達(dá)標(biāo)后納入城市污水管網(wǎng)。

1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)及工藝流程

該項(xiàng)目主要指標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 主要指標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Main index design parameters

該項(xiàng)目工藝流程圖見圖1。

圖1 滲濾液處理工藝流程Fig.1 Process flow of leachate treatment

2 處理單元介紹

滲濾液被焚燒廠垃圾儲坑中的滲濾液收集系統(tǒng)收集后，通過滲濾液原水提升泵，泵送至滲濾液處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。滲濾液處理系統(tǒng)包括預(yù)處理系統(tǒng)、厭氧系統(tǒng)、MBR系統(tǒng)、納濾系統(tǒng)：

2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理系統(tǒng)將垃圾滲濾液加壓送入初沉池，通過機(jī)械格柵機(jī)對大型懸浮物、浮物、纖維狀物質(zhì)等大型固體顆粒物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理，然后通過重力流入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)水質(zhì)、調(diào)蓄水量。之后由厭氧進(jìn)水泵提升進(jìn)入下一系統(tǒng)。

調(diào)節(jié)池尺寸(L×B×H)為13 m×11 m×8 m，有效容積為 1050 m3。為地上鋼砼防腐結(jié)構(gòu)，池底設(shè)曝氣裝置及排泥口，避免池體內(nèi)部產(chǎn)生死角而導(dǎo)致固體顆粒的沉淀、沉積。

2.2 厭氧系統(tǒng)

采用上流式污泥床-過濾器(UBF)厭氧反應(yīng)器，通過厭氧微生物的水解酸化、產(chǎn)甲烷作用，將復(fù)雜大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化微生物細(xì)胞或者CH4、CO2和H2O等[1]，污水由反應(yīng)器下部進(jìn)入、并從上方排出。厭氧反應(yīng)器出水進(jìn)入?yún)捬醭恋沓?，沉淀后出水由反硝化進(jìn)水泵提升進(jìn)入下一系統(tǒng)。

厭氧反應(yīng)器為地上鋼砼防腐結(jié)構(gòu)，厭氧池尺寸(L×B×H)為7 m×7 m×13 m，有效容積為600 m3。厭氧系統(tǒng)設(shè)有厭氧進(jìn)水泵2臺，厭氧潛水?dāng)嚢铏C(jī)2臺，厭氧循環(huán)泵2臺，厭氧沉淀池污泥泵1臺。

2.3 MBR系統(tǒng)

由兩級A/O工藝+外置管式超濾膜組成MBR系統(tǒng)。A/O工藝流程簡單，運(yùn)行費(fèi)用低，設(shè)置硝化液回流管路[2]。在原水中碳源不足的情況下，添加葡萄糖作為碳源，脫氮反應(yīng)充分。利用鼓風(fēng)機(jī)保證硝化池內(nèi)的溶解氧充足，使好氧菌有足夠的氧氣，從而可以將水中的有機(jī)污染物變成CO2和H2O等[3]。出水進(jìn)入外置式超濾膜系統(tǒng)，前端設(shè)置超濾系統(tǒng)袋式過濾器，A/O出水進(jìn)入超濾系統(tǒng)，由超濾系統(tǒng)在一定工作壓力下實(shí)現(xiàn)固液分離，出水進(jìn)入下一系統(tǒng)進(jìn)行深度處理。

兩級A/O系統(tǒng)采用地上鋼砼防腐結(jié)構(gòu)，反硝化池2座，硝化池2座，單池尺寸(L×B×H)均為7 m×7 m×9.65 m，有效容積為375 m3。A/O系統(tǒng)出水先經(jīng)過濾袋式過濾器，攔截大顆粒物質(zhì)和毛發(fā)等纖維物后進(jìn)入外置式管式超濾系統(tǒng)。MBR超濾系統(tǒng)選用MO83G66.0318V超濾膜，設(shè)有超濾環(huán)路3條，膜面積27.2 m3每支，膜過濾孔徑30 nm，設(shè)計(jì)產(chǎn)水量100 m3/d，跨膜壓差0.2～0.5 MPa。

2.4 納濾(NF)系統(tǒng)

采用納濾膜對MBR系統(tǒng)出水進(jìn)行深度處理，證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。NF系統(tǒng)選用GEDK8040F-30D納濾膜，處理量為100 m3/d，凈化水回收率85%。納濾產(chǎn)水進(jìn)入納濾產(chǎn)水箱進(jìn)行后續(xù)處理，濃縮液排入濃縮液水箱進(jìn)行后續(xù)處理及回噴。

3 工程調(diào)試及連續(xù)運(yùn)行狀況

3.1 厭氧反應(yīng)器調(diào)試及連續(xù)運(yùn)行狀況

因垃圾滲濾污染物有機(jī)污染物濃度較高，厭氧反應(yīng)器設(shè)計(jì)負(fù)荷為5 kg COD/(m3·d)，處理量以100 m3/d計(jì)算，厭氧反應(yīng)器污泥濃度計(jì)算見式1。滲濾液CODCr實(shí)際進(jìn)水濃度為平均約為16000 mg/L計(jì)，厭氧反應(yīng)器有效容積為600 m3，系統(tǒng)污泥理論濃度為533 mg/L。

(1)

其中Ns為污泥負(fù)荷，kg COD/(m3·d)；Q為每天進(jìn)水量，m3/d；S為 COD濃度，mg/L；V為厭氧反應(yīng)器有效容積，m3；X為污泥濃度，mg/L。

利用系統(tǒng)原有已馴化污泥和投加的污泥，嚴(yán)格控制污泥濃度不小于計(jì)算值，經(jīng)控制反應(yīng)器溫度在(32±1)℃、pH在7.2±0.2、C/N在30、水力停留時間為6.5 d調(diào)試后。測得其系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行90天的主要污染物去除率效果如圖2所示。

圖2 厭氧系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行90天主要污染物去除率Fig.2 The removal rate of major pollutants in anaerobic system stable operation for 90 days

由運(yùn)行結(jié)果所得，厭氧系統(tǒng)整體運(yùn)行較為穩(wěn)定。90天內(nèi)其對COD的去除率為70.11%～85.71%，平均值為76.30%，去除效率較為良好。對總氮的去除率為1.30%～26.70%，平均值為15.16%，去除效果較低、不穩(wěn)定。厭氧反應(yīng)器對TN的去除率較小，波動較大，其主要原因?yàn)楫愷B(yǎng)厭氧生物處理過程對氨氮的去除性能較差。

3.2 MBR系統(tǒng)調(diào)試及連續(xù)運(yùn)行狀況

垃圾滲濾液中的氮較難去除[4]，是近年來研究的重點(diǎn)。MBR系統(tǒng)中兩級A/O段是整個工藝脫氮的重點(diǎn)。而溶解氧、碳氮比、硝化液回流比的控制對脫氮效果影響較大[5]。通過控制系統(tǒng)碳氮比為6，反硝化溶解氧控制在小于0.5 mg/L,一級硝化溶解氧0.5～0.8 mg/L，二級硝化3～4 mg/L，回流比控制在1100%后。測得其系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行90天的主要污染物去除率效果如圖3及圖4所示。

圖3 MBR系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行90天COD去除率Fig.3 COD removal rate of MBR system stable operation for 90 days

圖4 MBR系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行90天TN去除率Fig.4 TN removal rate of MBR system stable operation for 90 days

由運(yùn)行結(jié)果所得，MBR系統(tǒng)整體運(yùn)行較為良好。90天內(nèi)，其對COD的去除率為80.00%～89.13%，平均值為84.95%，對總氮的去除率為83.17%～95.73%，平均值為90.03%。系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定，主要污染物去除效率較高。

3.3 納濾(NF)系統(tǒng)調(diào)試及連續(xù)運(yùn)行狀況

NF系統(tǒng)對污染物質(zhì)的去除效果主要由膜通量來決定。而運(yùn)行中的操作壓力、運(yùn)行時間、溫度、流量、pH等因素都會對膜通量產(chǎn)生影響[6]。通過控制進(jìn)液溫度為25 ℃，進(jìn)液流量為9.5 m3/h，pH為7.5±0.2，操作壓力為3 MPa。測得其系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行90天的主要污染物去除率效果如圖5所示。

圖5 NF系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行90天主要污染物去除率Fig.5 The removal rate of main pollutants in the stable operation of the nanofiltration system for 90 days

由圖5可知運(yùn)行90天內(nèi)，NF系統(tǒng)對COD的去除率為88.36%～98.81%，平均值為96.00%，對總氮的去除率為60.00%～69.90%，平均值為64.17%。系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定，主要污染物去除效率較高。

而在運(yùn)行過程中，NF膜的膜通量會逐步降低。其主要原因有：(1)膜內(nèi)部存在污泥等雜質(zhì)，使得NF膜被堵塞；(2)膜管的內(nèi)壁會結(jié)垢，從而影響廢水的通過；(3)膜的化學(xué)污染[7]。所以在保證進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定的情況下，還需要定期給NF膜進(jìn)行膜清洗，長時間不清洗，不僅影響其產(chǎn)水效率，也會對NF膜造成不可逆的損傷。

通常，清洗方法是反洗和化學(xué)清洗(酸洗和堿清洗)的組合。本項(xiàng)目清洗頻率為12～14 h酸堿清洗一次，100 h進(jìn)行反沖洗一次。酸洗通常使用0.3%鹽酸溶液、pH約為2～3，堿清洗0.5%次氯酸鈉溶液，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)為pH約為10～12。

3.4 組合工藝連續(xù)運(yùn)行效果

表2 工藝主要污染物去除效果Table 2 Process main pollutant removal effect

該組合工藝在90天滿負(fù)荷運(yùn)行階段，測得的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的平均值見表2所示。由表2可以看出，該工藝對焚燒廠滲濾液擁有良好去除效果，COD去除率為99.9%，TN去除率為98.0%，NH3-N去除率為99.9%。出水可達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB16889-2008表二排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 運(yùn)行成本

實(shí)際工程運(yùn)行中的直接運(yùn)行成本主要包括電費(fèi)、藥品及耗材、人工費(fèi)、日常維修及設(shè)備折舊費(fèi)用。

(1)電費(fèi)：主要設(shè)備總耗電量為2349 kWh/d，電費(fèi)安裝0.65元/kWh，每天電費(fèi)為1526.85 元，折合噸水為15.27 元/m3。

(2)藥劑和耗材：藥劑耗材包括系統(tǒng)投加的藥劑以及實(shí)驗(yàn)室檢測等的花費(fèi)，每日為509.1 元，折合噸水成本為5.09 元/m3。

(3)人工費(fèi)：人員以6人計(jì)，包括1名技術(shù)人員，4名操作人員，1名化驗(yàn)員。每月以32000元計(jì)算，噸水處理成本為10.66元。

(4)日常設(shè)備維修及折舊費(fèi)用按照每月平均20000元來計(jì)算，噸水處理成本為6.67元。

以厭氧+MBR+NF工藝處理焚燒廠滲濾液的運(yùn)營成本合計(jì)為37.69 元/m3。受現(xiàn)場多方面因素影響，此運(yùn)行成本未計(jì)算廢氣處理費(fèi)用及廢水納管運(yùn)輸費(fèi)用。

5 結(jié) 論

(1)垃圾焚燒廠滲濾液具有較好的生化性可提高系統(tǒng)脫碳除氮效果，通過增加反硝化停留時間及好氧回流系統(tǒng)，能提高碳、氮生化處理效果。

(2)采用預(yù)處理+厭氧+MBR+納濾工藝，可使COD去除率達(dá)到99.9%，TN去除率達(dá)到98.0%，NH3-N去除率達(dá)到99.9%。出水可達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB16889-2008表二排放標(biāo)準(zhǔn)。

(3)以厭氧+MBR+NF工藝處理焚燒廠滲濾液的運(yùn)營成本合計(jì)為37.69 元/m3。