馮小杰

（新源（中國）工程有限公司，福建 廈門 361008）

1 引言

相對于衛(wèi)生填埋法、堆肥法，生活垃圾焚燒處理技術(shù)在減量化、無害化、資源化等方面具有很大優(yōu)勢。近年來在人口高度密集、土地資源緊張、垃圾熱值較高的大中型城市和沿海經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)，生活垃圾焚燒處理技術(shù)具有較快的發(fā)展。

但由于生活垃圾焚燒廠垃圾滲濾液水質(zhì)復(fù)雜多變，傳統(tǒng)的處理工藝很難將其有效地處理。厭氧法比較適用于高濃度有機廢水包括垃圾滲濾液的處理。廢水厭氧處理技術(shù)因其產(chǎn)生可利用資源、產(chǎn)泥量少、對無機營養(yǎng)元素要求低、可生物降解鹵素多環(huán)芳烴等難好氧降解有機物及占地面積小等而得到較快的發(fā)展，并出現(xiàn)以UASB、厭氧濾池（AF）、厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）等為代表的第二代厭氧反應(yīng)器處理技術(shù)。Maris等人應(yīng)用UASB在常溫下（30℃左右）處理垃圾滲濾液，CODCr的去除率在85%以上｛Maris，1985＃24｝。UASB工藝在處理垃圾滲濾液中得到了廣泛的應(yīng)用。綜合國內(nèi)生活垃圾焚燒廠垃圾滲濾液處理項目的運行情況，厭氧和MBR組合工藝逐漸發(fā)展成為主流工藝。

本文以福建某垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液處理工程為例，介紹升流式厭氧污泥反應(yīng)床（UASB）、膜生化反應(yīng)器（MBR）和納濾膜過濾工藝組合處理工藝在焚燒廠滲濾液處理中的應(yīng)用情況。

2 工程概述

2.1 水質(zhì)指標(biāo)

污水經(jīng)處理后，水質(zhì)應(yīng)達(dá)到城市污水管網(wǎng)納管標(biāo)準(zhǔn)（《CJ343－2010污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》）之后排入下水道，最終進(jìn)入市政污水處理廠進(jìn)一步處理必須達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978－1996）。經(jīng)污水廠處理后，必須達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級標(biāo)準(zhǔn)，工程設(shè)計進(jìn)出水主要指標(biāo)見表1。

表1 工程設(shè)計進(jìn)出水主要指標(biāo)

2.2 工藝流程

工程工藝流程見圖1，主要工藝可分為以下5個部分：預(yù)處理系統(tǒng)、UASB厭氧反應(yīng)器、膜生化反應(yīng)器（反硝化、硝化、超濾系統(tǒng)）、深度處理系統(tǒng)（納濾系統(tǒng)）、污泥處理系統(tǒng)。

針對垃圾滲濾液的有機負(fù)荷高的特點，厭氧工藝是一個較為合適的選擇，其原因在于：厭氧工藝不需要曝氣，從而節(jié)省能源；產(chǎn)生的污泥量低；進(jìn)水水質(zhì)水量可以通過調(diào)節(jié)池穩(wěn)定。由于厭氧生物處理工藝具有節(jié)能、運行費低、能產(chǎn)生沼氣等特點，所以一般認(rèn)為針對高濃度有機廢水處理較宜先采用厭氧工藝，然后再采用好氧工藝作進(jìn)一步處理。

2.2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

來自垃圾儲存坑的垃圾滲濾液收集后用泵抽至過濾池，過濾池內(nèi)安裝一套間隙為5mm的濾網(wǎng)，滲濾液經(jīng)過濾后，大顆粒雜質(zhì)及懸浮物被清除，再用泵經(jīng)3mm過濾器、1mm過濾器抽進(jìn)初沉池（設(shè)計滲濾液原水泵旁路直接進(jìn)初沉池），較重的顆粒雜質(zhì)進(jìn)一步在初沉池沉淀，澄清后的滲濾液溢流到調(diào)節(jié)池。初沉池的初沉污泥用污泥泵抽到污泥處理間處理。

調(diào)節(jié)池的設(shè)計約7d（1588m3）的停留時間，且在內(nèi)部增設(shè)導(dǎo)流隔板，使污水在池內(nèi)成迂回流動，調(diào)節(jié)池底部鋪設(shè)填料增強預(yù)處理效果，有機污染物的去除率約為30%。同時考慮到池內(nèi)氣體需及時排除，調(diào)節(jié)池上設(shè)置排氣孔，氣體由引風(fēng)機引至垃圾坑負(fù)壓區(qū)。調(diào)節(jié)池內(nèi)裝設(shè)液位計。

2.2.2 厭氧反應(yīng)器（UASB）

厭氧進(jìn)水泵進(jìn)水和厭氧循環(huán)泵出水混合進(jìn)入反應(yīng)器底部，混合液以一定流速自下而上流動，厭氧過程產(chǎn)生的大量沼氣也起到攪拌作用，使污水與污泥充分混合，有機質(zhì)被吸附分解；所產(chǎn)沼氣經(jīng)由厭氧反應(yīng)器上部三相分離器的集氣室排出，含有懸浮污泥的污水進(jìn)入三相分離器的沉降區(qū)，沉淀性能良好的污泥經(jīng)沉降面返回反應(yīng)器主體部分，含有少量較輕污泥的污水從反應(yīng)器上部排出。

圖1 滲濾液處理工藝流程簡圖

該厭氧反應(yīng)器有一個很大的特點，就是能使反應(yīng)器內(nèi)的污泥顆?；揖哂辛己玫某两敌阅芎秃芨叩漠a(chǎn)甲烷活性。這使反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度更高，泥齡更長，大大提高了COD容積負(fù)荷，實現(xiàn)了泥水之間的良好接觸。由于采用了高COD負(fù)荷，所以沼氣產(chǎn)量高，使污泥處于膨脹流化狀態(tài)，強化了傳質(zhì)效果，達(dá)到了泥水充分接觸的目的。

厭氧系統(tǒng)采用最新的多點布水管混合工藝技術(shù)，可有效避免管道堵塞現(xiàn)象的產(chǎn)生。為了保證冬季時厭氧系統(tǒng)的反應(yīng)溫度，設(shè)置一套采用蒸汽加熱方式（混合加熱器）的加熱裝置對污水進(jìn)行加熱，加熱管線充分考慮耐溫性能，加熱器前加現(xiàn)場溫度計，加熱器后加遠(yuǎn)傳測溫點（信號送控制室）。

經(jīng)厭氧反應(yīng)器處理后的出水，進(jìn)入MBR系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。厭氧產(chǎn)沼氣由引風(fēng)機（在管道加負(fù)壓表，并設(shè)報警等安全措施）通過管道引到垃圾坑負(fù)壓區(qū)。厭氧池設(shè)置多個取樣點，方便取樣分析。所有預(yù)埋件都做防腐處理。

2.2.3 膜生化反應(yīng)器（MBR）

近年來，膜生化反應(yīng)器（MBR）技術(shù)在滲濾液處理方面得到成功應(yīng)用，其中分體式膜生化反應(yīng)器已成功應(yīng)用于佛山、中山、郴州、太倉、上海等地的垃圾滲濾液處理。

MBR是生化反應(yīng)器和膜分離相結(jié)合的高效廢水處理系統(tǒng)，用膜分離（通常為超濾）替代了常規(guī)生化工藝的二沉池。與傳統(tǒng)活性污泥法相比，MBR對有機物的去除率要高得多，因為在傳統(tǒng)活性污泥法中，由于受二沉池對污泥沉降特性要求的影響，當(dāng)生物處理達(dá)到一定程度時，要繼續(xù)提高系統(tǒng)的去除效率很困難，往往延長很長的水力停留時間也只能少量提高總的去除效率，而在膜生化反應(yīng)器中，由于分離效率大大提高，生化反應(yīng)器內(nèi)微生物濃度可從常規(guī)法的3～5g／L提高到15～30g／L，可以在比傳統(tǒng)活性污泥法更短的水力停留時間內(nèi)達(dá)到更好的去除效果，減小了生化反應(yīng)器體積，提高了生化反應(yīng)效率，出水無菌體和懸浮物，因此在提高系統(tǒng)處理能力和出水水質(zhì)方面表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢。錯流式膜分離技術(shù)的開發(fā)，特別是膜材料和膜產(chǎn)品不斷發(fā)展，以及近年來膜價格的大幅度下降，使膜分離技術(shù)在水和廢水處理中的應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。本方案采用的MBR是一種分體式膜生化反應(yīng)器，包括生化反應(yīng)池和超濾UF兩個單元。

（1）生化反應(yīng)池。經(jīng)厭氧反應(yīng)器處理后的滲濾液與硝化池回流液混合后進(jìn)入反硝化反應(yīng)器，在液下攪拌器的作用下與反硝化污泥充分混合。硝化池回流液由于已通過高活性好氧微生物的硝化作用，使氨氮和有機氮氧化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，在反硝化反應(yīng)器缺氧環(huán)境中，在反硝化污泥的作用下還原成氮氣排出，達(dá)到脫氮的目的。

反硝化池的出水直接進(jìn)入硝化池，污水、空氣、活性污泥充分混合與包容，并在反應(yīng)池循環(huán)往復(fù)運動，通過高活性的好氧微生物作用，污水中含有碳、氮和磷等元素的有機物得到有效去除。

硝化池出水通過超濾進(jìn)水泵進(jìn)入超濾系統(tǒng)，在超濾循環(huán)泵的作用下，大部分活性污泥（超濾濃水）回流到反硝化反應(yīng)器，進(jìn)而又回到硝化反應(yīng)器。剩余污泥（部分超濾濃水）排到污泥濃縮池。

（2）超濾。垃圾滲濾液經(jīng)過硝化、反硝化反應(yīng)后，由超濾裝置進(jìn)行過濾處理。超濾代替了常規(guī)生化工藝中的二沉池，使微生物被迅速、完全截留在生化反應(yīng)器內(nèi)，保持生化反應(yīng)器的高生物濃度，有效控制泥齡，避免了污泥的流失，確保硝化效果，提高出水質(zhì)量。

超濾是一種從溶液中分離出大粒子溶質(zhì)的膜分離過程，其分離機理是機械篩分原理，超濾膜具有選擇性分離的特點。超濾過程如下：在壓力作用下，料液中含有的溶劑及各種小的溶質(zhì)從高壓料側(cè)透過超濾膜到達(dá)低壓側(cè)，從而得到透過液；而尺寸比膜孔大的溶質(zhì)分子被膜截留成為濃縮液。

2.2.4 NF系統(tǒng)

為了使出水能保證達(dá)到一級排放標(biāo)準(zhǔn)，垃圾滲濾液經(jīng)過MBR處理后，MBR的出水要經(jīng)過納濾進(jìn)一步處理。

納濾膜和反滲透膜均屬于致密膜范疇，二者的分離機理也相同。但納濾的截留界限僅為分子大小約為1nm的溶解組分，與反滲透相比，納濾的最大優(yōu)點是能將小分子鹽隨出水排出，避免鹽富集帶來的不利影響。如用來進(jìn)一步處理經(jīng)過超濾的水，可降低COD、重金屬離子及多價非金屬離子（如磷等），達(dá)到出水要求。滲透水量在85%～90%之間。操作壓力為0.5～2.0MPa。

在膜生化反應(yīng)器系統(tǒng)后加上納濾系統(tǒng)，納濾的作用是截留那些難生化的大分子有機物COD。經(jīng)納濾系統(tǒng)進(jìn)一步深化處理，可以使納濾出水COD降到400mg／L以下。

納濾凈化水回收率80%，同時產(chǎn)生20%的回流液（濃水），濃水可外運進(jìn)一步處理。為了達(dá)到一級排放標(biāo)準(zhǔn)，處理方案增加二級納濾裝置，對二級納濾濃水外運做進(jìn)一步處理。清洗水和廢酸堿液經(jīng)收集后通過泵送至調(diào)節(jié)池進(jìn)一步處理。

2.2.5 污泥處理系統(tǒng)

滲濾液處理系統(tǒng)的污泥來自進(jìn)水初沉污泥（在污泥泵前加裝反沖洗裝置）、厭氧池剩余污泥、生物處理剩余污泥三部分。為了發(fā)揮生物處理的剩余污泥的生物吸附作用和改善污泥的脫水性能，設(shè)計中把三部分污泥集中排到污泥濃縮池（在污泥泵前加裝反沖洗裝置），經(jīng)過混凝沉淀和污泥濃縮，上清液溢流回調(diào)節(jié)池，濃縮污泥通過螺桿泵抽送到垃圾坑噴灑到新垃圾上面，經(jīng)自然干燥后污泥隨垃圾進(jìn)入焚燒爐焚燒處置，或者經(jīng)過離心機脫水后將干污泥運至焚燒爐焚燒（或外運填埋）。

3 運行效果

在整個處理流程中，各工藝出水CODCr、－N變化見圖2。從圖中可以看出，調(diào)節(jié)池、厭氧池對CODCr的去除作用最為明顯，從原水33400mg／L降低到5328mg／L，去除率達(dá)84.0%，但－N稍微有所增加。而MBR工藝除對CODCr有作用外，對－N的去除作用尤為顯著，從1677mg／L降低到未能檢出水平。NF工藝對CODCr持續(xù)具有去除作用，最后去除為53.1mg／L，可達(dá)標(biāo)排放。結(jié)果運行較為穩(wěn)定，效果較好。

圖2 各工藝出水CODCr、－N變化（n＝7）

圖3給出了工藝2個月對CODCr的運行數(shù)據(jù)。生活垃圾滲濾液經(jīng)過UASB－MBR處理后，盡管原水水質(zhì)變化幅度較大，但CODCr除去個別天數(shù)外，基本小于500mg／L，對CODCr的去除率介于97.9%～98.8%之間，平均去除率為98.5%，可以達(dá)標(biāo)排放。

圖3 UASB-MBR工藝對CODCr處理效果

圖4 UASB-MBR工藝對－N處理效果

4 結(jié)語

采用UASB工藝，能夠有效地降低焚燒廠生活垃圾滲濾液的有機負(fù)荷，調(diào)節(jié)池、厭氧池對CODCr的去除作用最為明顯；MBR工藝對－N作用尤為顯著。

經(jīng)過 UASB-MBR工藝，CODCr基本小于500mg／L，對CODCr平均去除率為98.5%；－N均小于30 mg／L，對－N平均去除率為99.3%，可以達(dá)標(biāo)排放。

經(jīng)過 UASB-MBR-NF工藝處理后，可達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978－1996）的一級標(biāo)準(zhǔn)，可實現(xiàn)納濾凈化水回收。

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