章萬(wàn)喜，潘喬暉，黎 忠，詹廣峰，梁慧敏，何麗君，孔成功

（廣州適然環(huán)境工程技術(shù)有限公司，廣東廣州 511493）

垃圾焚燒廠滲濾液中的污染物主要包括溶解性有機(jī)物（總有機(jī)碳、揮發(fā)性脂肪酸和腐殖質(zhì)）、無(wú)機(jī)物（Ca2+、Mg2+、Cl?等）和外源有機(jī)化合物（苯、甲苯、酚等）〔1〕，具有水質(zhì)水量波動(dòng)大、污染物濃度高、生物處理難度大的特點(diǎn)〔2〕。近年來我國(guó)大力推行垃圾處理的無(wú)害化、減量化與資源化?！丁笆奈濉背擎?zhèn)生活垃圾分類和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》指出，垃圾滲濾液的處理強(qiáng)調(diào)結(jié)合實(shí)際情況合理選擇技術(shù)路線，避免設(shè)施建成后運(yùn)行不達(dá)預(yù)期；對(duì)于具備納管排放條件的地區(qū)或設(shè)施，在滲濾液經(jīng)預(yù)處理后達(dá)到環(huán)保和納管標(biāo)準(zhǔn)的前提下，推動(dòng)達(dá)標(biāo)滲濾液納管排放，同時(shí)積極推動(dòng)構(gòu)建滲濾液多元化處理技術(shù)體系〔3〕。

滲濾液處理工藝的選擇應(yīng)適應(yīng)其水量變化大的特點(diǎn)，具有較高的COD、BOD、NH3?N 去除能力，并避免二次污染，降低后續(xù)運(yùn)營(yíng)成本。筆者探討了上流式厭氧污泥床（UASB）—外置式膜生物反應(yīng)器（MBR）—膜深度處理（NF/RO）組合工藝處理垃圾滲濾液廢水及零排放的可行性與合理性，分析滲濾液中COD、NH3?N、電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)用水

海南省某垃圾焚燒發(fā)電廠主廠房地下滲濾液池中的廢液經(jīng)泵輸送至滲濾液處理站，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為300 m3/d，來水為垃圾料坑滲濾液收集池收集的新鮮生活垃圾滲濾液。滲濾液處理出水全部回用作循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水，濃水部分返回焚燒處理，部分回用作石灰漿制備用水。全廠不設(shè)排污口，無(wú)廢污水外排，可實(shí)現(xiàn)滲濾液的零排放。

因項(xiàng)目回用水作為敞開式冷卻塔循環(huán)水的補(bǔ)充用水，出水水質(zhì)需滿足《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T 19923—2005）中敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Table 1 Design inlet and outlet water quality

1.2 工藝流程

該項(xiàng)目處理的垃圾滲濾液含有高濃度有機(jī)物、懸浮物和NH3?N。預(yù)處理采用螺旋格柵+初沉池+調(diào)節(jié)池去除SS 和部分泥沙。生化處理采用上流式厭氧污泥床（UASB），通過厭氧微生物的作用降解COD。后續(xù)生化處理采用兩級(jí)A/O 系統(tǒng)與超濾組成的外置式膜生物反應(yīng)器（MBR），保證出水COD、NH3?N 處于較低數(shù)值。膜深度處理工藝（NF/RO）能進(jìn)行高效固液分離，去除剩余的難降解有機(jī)物、Cl?和其他重金屬離子。該項(xiàng)目處理工藝流程如圖1所示。

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

滲濾液經(jīng)格柵處理后直徑在1.0 mm 以上的固體顆粒被去除，隨后流入初沉池排泥，SS 去除預(yù)計(jì)達(dá)80%以上。出水流入調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)水量，避免對(duì)污水處理系統(tǒng)造成影響，之后經(jīng)提升泵送至UASB。UASB 中的水解細(xì)菌、產(chǎn)酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌可將有機(jī)物分解為二氧化碳、甲烷和水等小分子物質(zhì)，沼氣進(jìn)入焚燒爐焚燒，UASB 出水進(jìn)入沉淀池泥水分離，污泥回流至反應(yīng)器或排至污泥濃縮池，清液則流入MBR 進(jìn)一步處理。MBR 由兩級(jí)AO 池（一級(jí)反硝化池、一級(jí)硝化池、二級(jí)反硝化池、二級(jí)硝化池）、緩沖池和外置式超濾（UF）系統(tǒng)組成。兩級(jí)AO池去除可生化有機(jī)物并進(jìn)行生物脫氮，出水經(jīng)緩沖池初步泥水分離防止后續(xù)UF 膜發(fā)生污堵，UF 可進(jìn)一步脫鹽和濃縮。UF 清液進(jìn)入膜深度處理系統(tǒng)，UF 濃端排出的泥水混合液回流至一級(jí)反硝化池，增加污泥濃度兼作硝化液回流。膜深度處理分為納濾（NF）和反滲透（RO），RO 膜采用脫鹽率高、耐腐蝕性強(qiáng)的海水淡化反滲透膜（SWRO）。UF 出水經(jīng)NF去除大部分生化過程的殘余有機(jī)物和多價(jià)無(wú)機(jī)鹽后，清液進(jìn)入SWRO 去除水中的無(wú)機(jī)鹽、COD、病毒、細(xì)菌、色素等，以達(dá)到脫鹽純化目的。NF 濃液經(jīng)二級(jí)NF 處理后進(jìn)入管網(wǎng)式反滲透膜（STRO）系統(tǒng)。SWRO 濃液直接進(jìn)入STRO 系統(tǒng)。STRO 系統(tǒng)濃縮后的濃液泵至垃圾焚燒廠處置。

1.3 分析方法

pH 采用MIK?pH160 型數(shù)字測(cè)定儀（杭州米科傳感技術(shù)有限公司）測(cè)定；COD 采用5B?3B 型快速測(cè)定儀（連華科技）測(cè)定；NH3?N、電導(dǎo)率、DO、Cl?和MLSS 采用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定〔4〕。

2 結(jié)果與討論

2.1 UASB 對(duì)垃圾滲濾液中COD、氨氮的去除效果

UASB 對(duì)垃圾滲濾液中COD、氨氮的去除情況如圖2、表2 所示。

圖2 COD 在UASB 中的變化情況Fig.2 Changes of COD in UASB

由圖2 可 見，UASB 出 水COD 均 在3 500 mg/L 以下，COD 去除率在86.32%~92.76%，此時(shí)COD 容積負(fù)荷為3.0~3.9 kg/（m3·d）。UASB 反應(yīng)器表現(xiàn)出良好的COD 去除能力，且當(dāng)進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷出現(xiàn)大幅波動(dòng)時(shí)，COD 去除率仍保持較高水平，表明UASB 對(duì)COD 波動(dòng)有較強(qiáng)的抗沖擊能力〔5〕。

由表2 可見，UASB 對(duì)氨氮沒有明顯的去除效果，且隨系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增加，出水氨氮逐步上升。原因可能在于：（1）在厭氧反應(yīng)過程中，污水中的含氮有機(jī)物被厭氧菌分解，部分氮轉(zhuǎn)化成氨氮〔6〕；（2）UASB 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10 d，污水長(zhǎng)時(shí)間存留使未被處理的氨氮逐步升高〔7〕。

表2 氨氮在UASB 中的變化情況Table 2 Changes of ammonia nitrogen in UASB

2.2 MBR 對(duì)垃圾滲濾液中COD、氨氮和電導(dǎo)率的去除效果

MBR 中COD、氨氮、電導(dǎo)率的變化情況如圖3~圖4、表3 所示。

表3 電導(dǎo)率在MBR 中的變化情況Table 3 Changes of conductivity in MBR

圖3 COD 在MBR 中的變化情況Fig.3 Changes of COD in MBR

圖4 氨氮在MBR 中的變化情況Fig.4 Changes of ammonia nitrogen in MBR

由圖3 可知，MBR 對(duì)COD 有良好的去除效果：MBR 階段COD 去除率平均為86.42%，出水COD 在300~500 mg/L，總COD 去除率可達(dá)98.03%以上，減緩了后續(xù)深度處理系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷。這是因?yàn)槌瑸V系統(tǒng)只允許小分子有機(jī)物通過，COD 等大分子有機(jī)物和活性污泥被截留在兩級(jí)AO 反應(yīng)池中，實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間（HRT）與污泥停留時(shí)間（SRT）的完全分離，有利于特殊菌群繁殖，使難降解污染物的去除率增加。較長(zhǎng)的污泥齡有利于培育能處理難降解有機(jī)物的生物菌群，將其轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳及原生質(zhì)〔8〕。

圖4中，出水氨氮在10 mg/L 以內(nèi)，去除率高達(dá)99.54%。氨氮的去除主要集中在硝化/反硝化階段。硝化階段，亞硝化菌和硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮，反硝化階段亞硝酸根被還原成N2，達(dá)到脫氮目的。

為滿足污水處理零排放的要求，厭氧反應(yīng)后COD 保持在較低水平，減少了后端生化處理的負(fù)荷。但COD 的去除導(dǎo)致碳氮比過低（2.0~2.5），不利于后續(xù)反硝化反應(yīng)的順利進(jìn)行〔9〕。為調(diào)節(jié)碳氮比，調(diào)節(jié)池中部分原液進(jìn)入反硝化池補(bǔ)充碳源，提高脫氮效率并回補(bǔ)堿度。好氧階段用射流曝氣器對(duì)污水進(jìn)行充氧和攪拌，使DO 保持在2.0 mg/L 以上，氨氮得到充分氧化〔10〕。

由表3 可見，MBR 系統(tǒng)將滲濾液的電導(dǎo)率由平均37.7 mS/cm 降至23.9 mS/cm。分析認(rèn)為系統(tǒng)電導(dǎo)率下降的原因主要有：（1）生化段硬度平均值從42.1 mmol/L 降至15.6 mmol/L，說明部分懸浮固體及無(wú)機(jī)鹽在管道及池體形成沉淀〔11〕。（2）細(xì)胞合成進(jìn)一步消耗了污水中的無(wú)機(jī)鹽，形成細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。（3）滲濾液中部分離子轉(zhuǎn)化為氣體溢出，如硝酸鹽生成氮?dú)?、碳酸氫根生成二氧化碳等?/p>

2.3 NF/SWRO 對(duì)垃圾滲濾液中COD、氨氮、電導(dǎo)率的去除效果

NF/SWRO 中COD、氨氮、電導(dǎo)率的變化情況如圖5~圖7 所示。

圖5 COD 在膜深度處理中的變化情況Fig.5 Changes of COD in membrane advanced treatment

圖7 電導(dǎo)率在膜深度處理中的變化情況Fig.7 Changes of conductivity in membrane advanced treatment

NF+RO 膜深度處理已廣泛應(yīng)用于垃圾滲濾液的零排放中〔2〕。由圖5 可見，COD 去除率在97.46%以上，總體COD 去除率達(dá)99.98%以上，出水COD 在13.9 mg/L 以內(nèi)，遠(yuǎn)低于GB/T 19923—2005 對(duì)COD 的限值要求（≤60 mg/L）。由圖6 可見，膜深度處理系統(tǒng)的氨氮去除率平均為95.55%，總體去除率可達(dá)99.97%以上，能夠滿足GB/T 19923—2005 要求（氨氮≤10 mg/L）。出水水質(zhì)不僅達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，還可回用于垃圾焚燒廠的正常運(yùn)行中。

膜污染控制是滲濾液處理的必要措施。有研究表明，膜污染主要源于低分子質(zhì)量的污染物吸附堵塞膜孔，無(wú)法通過膜孔的高分子質(zhì)量污染物聚集形成濾餅〔12〕。在膜組件前增加預(yù)處理可減少污染物與膜之間的接觸，減輕膜污染〔13〕。該項(xiàng)目通過加大設(shè)計(jì)的循環(huán)流速，投加碳酸鈣和硅酸鹽的阻垢劑，降低進(jìn)水pH，達(dá)到減少結(jié)垢、預(yù)防膜污染的目的。當(dāng)膜組件出現(xiàn)正常給水壓力下水通量下降10%~15%、產(chǎn)水水質(zhì)下降10%~15%、透鹽率增加10%~15%、給水壓力增加10%~15%或系統(tǒng)各段壓差增加10%~15%等情況〔14〕，對(duì)膜系統(tǒng)進(jìn)行清洗。膜清洗采用體積分?jǐn)?shù)為0.1%的氫氧化鈉溶液，再根據(jù)實(shí)際污染情況投加體積分?jǐn)?shù)為1%的EDTA（輔助去除硫酸鹽垢、微生物、有機(jī)物等）或體積分?jǐn)?shù)為0.5%的十二烷基磺酸鈉（輔助去除膠體、有機(jī)物等）對(duì)膜進(jìn)行清洗〔15〕，隨后在正常給水壓力下使水流過膜組件，回到正常運(yùn)作狀態(tài)。

由圖7可知，膜深度處理后平均電導(dǎo)率下降92.69%，表明垃圾滲濾液中的絕大多數(shù)可溶性鹽被膜深度處理系統(tǒng)脫除并壓縮處理〔16〕。納濾對(duì)二價(jià)或多價(jià)離子、相對(duì)分子質(zhì)量在500 以上的有機(jī)物有較高的截留率，在膜深度處理系統(tǒng)中作為反滲透的預(yù)處理措施。反滲透進(jìn)一步分離溶劑與溶質(zhì)，對(duì)有機(jī)污染物、一價(jià)鹽、二價(jià)鹽等有超高截留率，鹽分濃縮到濃水端〔17〕。

此外，膜深度處理對(duì)垃圾滲濾液中的氯離子能起到分離攔截的作用。經(jīng)MBR 和NF 系統(tǒng)的預(yù)處理后，可避免RO 處理含氯廢水易堵塞的問題〔18〕。出水Cl?平均為175.19 mg/L，低于GB/T 19923—2005中Cl?的限值（≤250 mg/L）。

3 結(jié)論

（1）UASB—MBR—NF/RO 組合工藝適于垃圾焚燒廠滲濾液的回用處理。該組合工藝對(duì)滲濾液中COD、氨氮的去除率分別為99.98%、99.97%，出水COD ≤13.90 mg/L、氨氮≤0.69 mg/L、Cl?≤175.19 mg/L，優(yōu)于《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T 19923—2005）的出水水質(zhì)要求。

（2）該組合工藝優(yōu)化了UASB 段的COD 去除效果，出水COD 均在3 500 mg/L 以下，可減少后期MBR 系統(tǒng)和NF/RO 系統(tǒng)的工作負(fù)荷，可通過調(diào)節(jié)池超越進(jìn)水的方式增加A/O 系統(tǒng)的碳源。

（3）該組合工藝運(yùn)行穩(wěn)定，運(yùn)行費(fèi)用更低，實(shí)現(xiàn)了垃圾滲濾液零排放，但在污堵因子濃度控制、濃縮液提純、膜車間清液回收率提高等方面需進(jìn)一步優(yōu)化。