李 淵,廖 勇,張莉萍,李 佳

(1.四川職業(yè)技術學院 能源化工學院,四川 遂寧 629000;2.遂寧川能能源有限公司 生產技術部,四川 遂寧 629000)

目前,隨著城鎮(zhèn)化建設的發(fā)展,垃圾圍城的情況日益嚴重,處理城市生活垃圾的方法主要是以焚燒和填埋為主.其中,焚燒處理工藝具有設備智能化程度高、用地少和能將垃圾轉化為能源以及產生的灰渣量少等特點[1].但是,同時會產生一種呈墨黑色不透明狀,有惡臭性氣味,弱酸性,含大量懸浮物、成分復雜的垃圾滲濾液.夏季產生的滲濾液量大,冬季量小.滲濾液是一種污染源,具有高CODcr、高鹽分的特點[2].因此,滲濾液必須采用無害化的處理工藝,滿足GB/T19923-2005標準后才可以回用或者排放.在垃圾滲濾液處理工藝設計中,如何提高整體回收率、確定設計處理規(guī)模以及降低生產成本、資源化利用等是設計中遇到的主要難題[3].

遂寧川能能源有限公司生活垃圾焚燒廠距離市中心約16公里,緊挨生活垃圾填埋場,該項目日處理城市生活垃圾800噸,采用2臺400噸/日的焚燒爐及1 臺汽輪發(fā)電機組(15MW)的配置方式.垃圾焚燒廠的滲濾液處理規(guī)模按 350 m3/d設計,采用“IOC+MBR+NF+RO+DTRO”的處理工藝.

1 滲濾液處理工藝的設計

在生活垃圾發(fā)酵的過程中瀝出的滲濾液,以及沖洗水等,不同季節(jié)需要處理的廢水量不同.因夏季垃圾果蔬占比大、溫度高、雨量大,冬季垃圾量少、氣候干燥、溫度低等原因,夏季滲濾液產生量占垃圾處理量最高可達30%以上,冬季產生量占垃圾處理量最低為10%.因考慮到沖洗水等廢水,綜合全年考慮,在設計垃圾滲濾液處理規(guī)模時,可以按該廠日進廠垃圾量的35%計算.

城市垃圾焚燒廠垃圾滲濾液的處理方法主要包括物化法和生物法兩種.近年來,隨著膜技術在污水處理中工業(yè)化應用推廣,垃圾滲濾液的后端處理也采用膜分離技術[4].

該項目生活垃圾滲濾液處理設計,采用膜分離技術,設計工藝為“除渣預處理+調節(jié)池+內外循環(huán)厭氧反應器+外置式膜生物反應器(MBR)+納濾(NF)+反滲透(RO)+DTRO”的處理工藝,其工藝流程如圖1所示.

圖1 內外循環(huán)厭氧罐-MBR-NF-RO-DTRO工藝流程圖

2 滲濾液處理工藝

2.1 預處理系統(tǒng)

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該項目的主要廢水來自垃圾焚燒廠垃圾倉中的滲濾液,滲濾液經過設在垃圾倉底部的水篦子分離,雖然能去除了大部分雜質,但還有大顆粒懸浮物如碎紙片、塑料袋等.為了保障滲濾液能夠被及時抽走,滲濾液泵前端設有割刀,進一步將大顆粒物攪碎,以確保泵的正常運行.在進入調節(jié)池前,對滲濾液進行除渣預處理以保障后續(xù)處理工藝的正常運行.

在調節(jié)池前端設計過濾器,過濾精度為1mm,以截留粒徑大于1mm的固體顆粒物,該過濾器設有自清洗功能,可遠程操控,排出的渣進入污泥儲池.過濾后的滲濾液再流入豎流沉淀池中進一步沉淀分離,沉淀物通過泵排入污泥儲池,滲濾液通過沉淀池溢流堰流入調節(jié)池.由于調節(jié)池內滲濾液內會產生大量臭氣[5],因此調節(jié)池檢修孔需密封,再通過風機將池內臭氣抽至垃圾倉.

因滲濾液水量隨季節(jié)波動幅度較大,設計調節(jié)池時其有效容積要足夠大(大于3600m3),至少需要緩存7-10天的滲濾液量,起到均衡水質,緩沖水量的作用.

豎流沉淀池溢流進調節(jié)池后的水,還是含有一些細小的固體顆粒,因此調節(jié)池內安裝了功率為5w/m3的3臺攪拌器.

2.2 厭氧處理系統(tǒng)

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厭氧反應器采用新型的IOC反應罐,布水支管在罐體底部斜插罐體60°進水,在上部溢流出水并在頂部集氣.底部進水上部出水工藝能增強泥水混合,使微生物同污染物得以充分接觸,從而更有效的除去CODcr及污泥顆粒物的形成.為更好的汽、水、泥分離,降低污泥的流失,提高反應罐處理滲濾液的有機負荷,在罐內設置了2層三相分離器.IOC厭氧反應器與其他的UASB的區(qū)別在于在厭氧反應器頂部汽水分離罐底部加裝一根管從厭氧罐中心回流至底部.為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,厭氧反應罐設置兩條線運行,單臺罐處理175m3/d.厭氧系統(tǒng)對CODcr的處理效率高達94%,處理效果如圖2所示.

圖2 厭氧系統(tǒng)對CODcr的處理效果

2.3 膜生物反應器(MBR)

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本項目設計的外置式膜生化反應器由生化反應器(AO池)和外置式超濾組成.

對應厭氧系統(tǒng),膜生物反應器也設置兩條線.其中生物反應器由一座硝化池(O池)和一座反硝化池(A池)組成.根據處理能力,O池內底部設4臺氣水混合射流器,采用羅茨鼓風曝氣.厭氧出水中殘留的有機污染物在好氧微生物的作用下被分解,同時在硝化菌的作用下氨氮轉化為硝酸鹽.另外,置式超濾濃液回流至反硝化池,作硝氮回流,硝酸鹽在反硝化池還原成氮氣排出,達到生物脫氮的目的.厭氧系統(tǒng)對氨氮的處理效果如圖3所示,生物反應器脫氮的效率可以達到99%以上,實際運行過程中的脫氮效率可通過回流比進行調節(jié).反硝化池內設置2臺攪拌器,硝化池內設1臺攪拌器,起攪拌回流的作用.

圖3 厭氧系統(tǒng)對氨氮的處理效果

與傳統(tǒng)生化處理工藝相比,MBR通過超濾系統(tǒng)達到泥水分離的效果[6],有效的保證了AO池內污泥量,污泥濃度可以達到15～30g/L,甚至更高,從而保障了系統(tǒng)的有機負荷.

超濾的清洗由儲存有清水或產水的“清洗水箱”通過清洗泵來完成.每次停機后自動沖洗,如需要,可向清洗水箱內添加膜清洗藥劑.超濾的酸堿清洗頻率一般為1～2月一次.超濾閥門設置為氣動閥,通過自動壓縮空氣來控制開關,保障系統(tǒng)的自動化.

為了保障生化系統(tǒng)正常運行,配套有以下設備:

冷卻系統(tǒng),由于夏季溫度高且羅茨風機的出口風溫度也較高,因此設計冷卻系統(tǒng)對生化活性污泥進行降溫.

PH調節(jié)設施,為保證后續(xù)納濾、反滲透設備進水水質,加酸調節(jié)超濾產水PH至6.5～6.8左右.

物理消泡設施,為了避免生化系統(tǒng)不穩(wěn)定時產生的泡沫帶來的環(huán)保問題,在O池頂增加一圈物理消泡噴頭,通過回噴O池水進行物理消泡.

2.4 納濾系統(tǒng)

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納濾采用卷式膜元件,材料一般是聚酰胺復合膜,工作壓力為5～15bar,設計納濾清液產率為85%.納濾可實現自動、手動控制.在自動控制方式下,所有設備動作均由PLC控制;在手動方式下,操作人員需在控制面板上手動控制.納濾對應超濾設置有2條線,每套納濾設有1段、2段循環(huán),每段設2根標準6芯耐壓膜殼,每支膜殼內有6支膜元件,每段循環(huán)有獨立的循環(huán)泵對膜內濃水循環(huán),以提高系統(tǒng)回收率.納濾設計處理為350m3/d.

納濾系統(tǒng)設有在線清洗系統(tǒng),用于對系統(tǒng)的在線清洗和化學清洗.

2.5 反滲透系統(tǒng)

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反滲透采用卷式膜元件,一般采用抗污染苦咸水淡化膜(或海淡膜),平均工作壓力30～35bar,設計反滲透清液產率為75%.反滲透同樣可實現自動、手動控制方式.反滲透采用撬裝模塊化裝置,反滲透系統(tǒng)設置有2條線,每套反滲透設有1段、2段循環(huán),每段設2根標準6芯耐壓膜殼,每支膜殼內有6支膜元件,同樣每段循環(huán)有循環(huán)泵用于進行濃水內循環(huán),以提高系統(tǒng)回收率.

反滲透系統(tǒng)與納濾系統(tǒng)共用一套清洗系統(tǒng).

2.6 剩余污泥系統(tǒng)

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AO系統(tǒng)和厭氧系統(tǒng)產生的剩余污泥排入污泥儲池.

污泥儲池中設有一臺攪拌器,保證污泥不分層.將污泥通過螺桿泵打入旋轉擠壓脫水機脫水,在進料過程中投加適量的PAM使污泥形成大的污泥絮團,提高脫水率.脫泥清液流回脫水清液池,通過回流泵回到AO系統(tǒng),脫水后產生的干污泥通過螺桿泵打入焚燒爐投料口進行焚燒處理.

2.7 濃縮液處理方案

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對于垃圾發(fā)電廠來說,單獨使用DTRO系統(tǒng)處理滲濾液的目的很難實現.垃圾發(fā)電廠滲濾液相對于填埋場滲濾液來說,污染物濃度更高[7],具體見表1.

DTRO系統(tǒng)處理垃圾發(fā)電廠滲濾液原液膜柱結垢周期非常短,清洗頻繁,出水水質也不能滿足排放或回用標準[8].處理垃圾發(fā)電廠滲濾液原液需結合生化工藝,才能滿足要求.具體工藝包括預過濾+一級DTRO+離子交換,其系統(tǒng)工藝流程如圖4所示.

圖4 DTRO系統(tǒng)工藝流程圖

2.8 各階段工藝運行效果

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由表2可知,本項目的廢水經過滲濾液處理站處理后是可以實現零排放的,且由上表可知,本項目垃圾滲濾液處理后,出水水質能達到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質標準》(GB/T19923-2005) 工藝回用水水質標準中的水污染物排放濃度限值的要求.

表2 垃圾滲瀝液設計進水水質指標

3 結論

在城市生活垃圾處理的過程中,無論是選擇焚燒處理還是采用衛(wèi)生填埋處理,均會產生大量的垃圾滲濾液.在焚燒處理工藝中:1.滲濾液設計處理水量可按照垃圾日處理量的35%取值作為設計水量依據;2.處理工藝采用“除渣預處理+調節(jié)池+內外循環(huán)厭氧罐+外置式膜生物反應器(MBR)+納濾(NF)+反滲透(RO)+DTRO”處理相結合的處理工藝;3.滲濾液經過處理后,CODcr小于60mg/L,去除率99.9%以上,氨氮小于10,去除率99.9%以上,出水能夠滿足工藝回用水要求后,全部回用垃圾焚燒發(fā)電廠;4.納濾、反滲透膜產生的濃水經過DTRO濃水減量后,回噴到垃圾焚燒爐焚燒處理,無外排廢水,達到了零排放.