鄭志彬

（廣東省環(huán)境保護工程研究設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510010）

近年來隨著城市經(jīng)濟和建設(shè)的快速發(fā)展，垃圾焚燒發(fā)電整個行業(yè)的興起與發(fā)展建立在我國城鎮(zhèn)化水平不斷提升，城鄉(xiāng)生活垃圾產(chǎn)生量、清運量持續(xù)增長的基礎(chǔ)之上。廣東省人民政府辦公廳印發(fā)《廣東省能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃》，要求因地制宜地發(fā)展生物質(zhì)能，統(tǒng)籌規(guī)劃垃圾焚燒發(fā)電項目開發(fā)，做好發(fā)展規(guī)劃、建設(shè)節(jié)奏與資源保障能力及地方財力等方面的銜接。垃圾焚燒發(fā)電已成為城市生活垃圾主要的處理方式。為了保障焚燒爐的穩(wěn)定運行，在焚燒垃圾時，新鮮垃圾應經(jīng)過3～5 d 的發(fā)酵熟化，從而瀝出大量的滲濾液[1]。

垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液具有濃度高、成分復雜的性質(zhì)，因此垃圾滲濾液的處理非常難。由于垃圾滲濾液中含有多種重金屬，特別是其中含有有毒的金屬，如果隔離措施做得不及時，就很有可能滲入到地下從而影響地下水，對周圍居民的正常生活以及植物的健康生存都存在著很大的影響。不僅如此，滲出的滲濾液味道也十分難聞，而且會產(chǎn)生沼氣，影響大氣環(huán)境。因此，對垃圾焚燒廠滲濾液的有效處理處置，是垃圾發(fā)電行業(yè)的需要，也是環(huán)境保護的要求[2]。

1 項目概況

廣東省某地新建垃圾焚燒廠日處理城市生活垃圾為1 700 t/d，配置2臺850 t/d機械爐排焚燒爐+1臺50 MW凝汽式汽輪機+1臺55 MW發(fā)電機。夏季最大日產(chǎn)生的垃圾滲濾液約為425 t/d，設(shè)計時考慮到預留一定處理負荷，垃圾滲濾液設(shè)計處理規(guī)模為450 t/d。

2 設(shè)計水量及水質(zhì)

2.1 設(shè)計水量

本項目設(shè)計水量垃圾滲濾液設(shè)計處理規(guī)模為450 t/d。系統(tǒng)穩(wěn)定運行時的總回用率為72%，其中納濾清液得率為80%，反滲透清液得率為75%。

2.2 設(shè)計進出水水質(zhì)

垃圾焚燒廠的垃圾滲濾液主要產(chǎn)生于垃圾貯坑，其特點是強臭性和高污染性，屬高濃度有機廢水，主要污染物為BOD5、CODCr、NH3-N、SS及重金屬等。

本項目垃圾滲濾液處理出水要求達到或優(yōu)于《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)冷卻系統(tǒng)補充水標準后回用至冷卻塔循環(huán)水。設(shè)計進出水水質(zhì)主要指標見表1。

表1 設(shè)計進、出水水質(zhì)表 單位：mg/L

3 工藝流程及說明

根據(jù)國內(nèi)類似城市生活垃圾焚燒廠的設(shè)計運行經(jīng)驗，本項目滲濾液處理主體工藝為“預處理+UASB厭氧反應器+MBR生化處理系統(tǒng)+NF納濾膜+RO反滲透膜”，考慮到當?shù)貧夂驅(qū)λ坎▌拥挠绊懞瓦\行維護，滲濾液處理系統(tǒng)按兩條線并聯(lián)設(shè)計。納濾及RO濃縮液采用減量系統(tǒng)進行處理，最終濃液用于煙氣凈化系統(tǒng)（石灰制漿）或入爐回噴，產(chǎn)水回用至冷卻塔循環(huán)水[3]。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

工藝流程說明：

垃圾池中滲出垃圾滲濾液經(jīng)導流引出溝流出，通過粗格柵除去滲濾液中的大顆粒懸浮物及漂浮物后進入滲濾液收集池。收集池滲濾液經(jīng)滲濾液輸送泵輸送進入自清洗過濾器，進一步去除滲濾液中的顆粒懸浮物及漂浮物后，進入滲濾液沉淀池。經(jīng)沉淀處理，去除大部分的SS及部分不溶性有機物后自流進入調(diào)節(jié)池。

調(diào)節(jié)池進行水量調(diào)節(jié)，同時調(diào)節(jié)池中設(shè)置潛水攪拌設(shè)備，實現(xiàn)均質(zhì)均量，并且滲濾液中的有機物顆粒在調(diào)節(jié)池中發(fā)生水解作用，提高了廢水的生化性。

調(diào)節(jié)池中滲濾液均質(zhì)均量后由提升泵提升至厭氧系統(tǒng)。調(diào)節(jié)池滲濾液經(jīng)厭氧進泵提升進入UASB厭氧反應器，進行厭氧發(fā)酵處理，打開高分子物質(zhì)的鏈節(jié)或苯環(huán)，將大分子難降解有機物分解成較易生物降解的小分子有機物質(zhì)，并最終轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳和水。

經(jīng)UASB厭氧反應器處理的滲濾液出水，自流依次進入兩級缺氧/好氧（A/O）生化脫氮處理系統(tǒng)。在缺氧/好氧（A/O）系統(tǒng)中，滲濾液在硝化池（O段）好氧的條件下，硝化菌將氨氮氧化成硝態(tài)氮。硝化池中處理的滲濾液經(jīng)大回流量回流反硝化池，與滲濾液進入原液混合，在反硝化池（A段）缺氧的條件下，反硝化菌將硝態(tài)還原成氮氣脫出。在缺氧、好氧狀態(tài)交替處理，達到去除大部分的有機物及脫氮目的。

經(jīng)A/O生化系統(tǒng)處理出水，通過UF系統(tǒng)進水泵加壓進入外置MBR超濾膜系統(tǒng)進行泥水分離，水中大部分的顆粒和膠體有機物被截留，出水進入納濾系統(tǒng)處理進水池。

MBR超濾膜系統(tǒng)處理出水進入NF納濾膜系統(tǒng)，去除大部分二價離子和分子量在200～1 000的有機物后，出水進入NF納濾清液罐。

NF納濾系統(tǒng)處理出水通過RO反滲透進水泵加壓進入RO反滲透系統(tǒng)進一步處理，可去除水中幾乎所有雜質(zhì)——各種一價離子、無機鹽、分子、有機膠體、細菌、病原體等。確保出水中CODcr、氨氮，總氮、重金屬離子等達到有關(guān)標準要求。

NF系統(tǒng)及RO系統(tǒng)濃水進一步通過濃液減量系統(tǒng)DTRO處理后，出水進入NF納濾清液罐；濃液用于煙氣凈化系統(tǒng)（石灰制漿）或入爐回噴。

UASB厭氧反應器、混凝沉淀池、MBR超濾排出的污泥先進入污泥池，污泥經(jīng)污泥泵提升進入污泥濃縮池，經(jīng)過污泥濃縮處理，濃縮污泥通過污泥脫水機脫水處理后，污泥含水率降至75%～80%后，運至垃圾池通過焚燒爐焚燒處置。

4 主要構(gòu)筑物工藝設(shè)計

4.1 預處理系統(tǒng)

本項目預處理包括過濾器及沉淀池，配置自清洗過濾器1臺，設(shè)計過水流速不小于50 m3/h，配置柵渣輸送及收集裝置。沉淀池采用豎流沉淀池，出水自流進入調(diào)節(jié)池，初沉池頂標高須高于調(diào)節(jié)池1 m，初沉池出水進入各調(diào)節(jié)池的出水管須設(shè)置閥門。設(shè)計表面水力負荷為1 m3/(m2·h)，中心筒流速不大于30 mm/s，中心管下部應設(shè)喇叭口和反射板，排泥斗坡度55 °，配置排泥泵2臺，一用一備。

4.2 調(diào)節(jié)池

本項目調(diào)節(jié)池分格設(shè)計，總有效容積約3 000 m3。采用“調(diào)節(jié)池+事故池”分2個水池布置，調(diào)節(jié)池不設(shè)置及廊道，池體保護高度不超過0.5 m，設(shè)置攪拌機4臺。各調(diào)節(jié)池采用一根出水母管，出水泵為2用1備，備用泵兼作AO池碳源補充泵（即超越水泵）。

4.3 厭氧系統(tǒng)

本項目厭氧系統(tǒng)采用UASB工藝，厭氧反應器采用2座鋼制厭氧罐，設(shè)置正負壓監(jiān)測及防護措施。厭氧罐總設(shè)計水力停留時間為10.5 d，污泥容積負荷為7.0 kg COD/(m3·d)。每臺厭氧罐配置2臺循環(huán)泵，1用1備；配置1臺排泥泵。每臺厭氧罐出水口設(shè)置相對應的厭氧沉淀池，沉淀池各設(shè)置1臺螺桿泵作為排泥泵，且互為備用。厭氧罐沼氣管設(shè)置汽水分離器及沼氣水封罐，厭氧系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣進入垃圾焚燒車間焚燒爐焚燒，同時配備沼氣燃燒火炬燃燒處置做備用處置。

4.4 A/O生化系統(tǒng)

本項目好氧系統(tǒng)采用AO工藝，設(shè)置兩級A/O系統(tǒng)。分兩組運行，設(shè)一級反硝化池2座，有效容積為800 m3，一級硝化池2座，有效容積為1 200 m3，二級反硝化池2座，有效容積為250 m3，一級硝化池2座，有效容積為250 m3。AO系統(tǒng)污泥濃度(MLSS)設(shè)計取值為15 g/L，COD污泥容積負荷為0.15 kg COD/kg MLSS·d；設(shè)計反硝化速率為0.128 kg NO3-N/kg MLSS·d，反硝化回流比為40∶1。曝氣風機采用空氣懸浮鼓風機，曝氣器采用射流曝氣器，配置曝氣風機4臺，3用1備。A/O系統(tǒng)在池頂設(shè)置單獨的冷卻換熱系統(tǒng)；曝氣池設(shè)消泡劑加藥裝置，設(shè)置調(diào)節(jié)池至A池超越進水管道作為碳源不足時補充[4]。

4.5 超濾系統(tǒng)

本項目超濾采用外置式管式超濾膜，按每天運行22 h設(shè)計，采用錯流過濾，外置式超濾膜通量設(shè)計值為68 L/(m2·h)，膜支數(shù)為12支，分2組，膜規(guī)格為8英寸，長度3 m，單支膜面積為27.05 m2。系統(tǒng)運行壓力為4.4～6 bar。超濾進水配置袋式過濾器，系統(tǒng)配置超濾膜清洗系統(tǒng)。超濾膜系統(tǒng)配置獨立的PLC控制系統(tǒng)，可以連續(xù)自動運行。

4.6 納濾系統(tǒng)

本項目納濾系統(tǒng)采用卷式納濾膜，按每天運行22 h設(shè)計，采用錯流過濾，納濾系統(tǒng)分為2組系統(tǒng)并聯(lián)運行，NF膜設(shè)計通量15 L/ (m2·h)，單組膜元件數(shù)量18支，膜面積703 m2，系統(tǒng)產(chǎn)水回收率為85%。采用8英寸聚酰胺復合膜，單支膜面積為37 m2，系統(tǒng)運行壓力為5～15 bar。進水配置保安過濾器，配置加酸及阻垢劑加藥系統(tǒng)，系統(tǒng)配置CIP在線清洗系統(tǒng)。納濾系統(tǒng)配置獨立的PLC控制系統(tǒng)，連續(xù)自動運行。

4.7 反滲透系統(tǒng)

本項目反滲透系統(tǒng)采用卷式納濾膜，按每天運行22 h設(shè)計，采用錯流過濾，系統(tǒng)分為2組系統(tǒng)并聯(lián)運行，設(shè)計通量12 L/ (m2·h)，單組膜元件數(shù)量18支，膜面積619.2 m2，系統(tǒng)產(chǎn)水回收率為85%。采用8英寸聚酰胺復合膜，單支膜面積為34.4 m2，系統(tǒng)運行壓力為25～40 bar。進水配置保安過濾器，系統(tǒng)配置CIP在線清洗系統(tǒng)，配自動加藥系統(tǒng)。反滲透系統(tǒng)配置獨立的PLC控制系統(tǒng)，可連續(xù)自動運行。

4.8 濃水減量化系統(tǒng)

本項目濃水減量化系統(tǒng)主要處理納濾產(chǎn)生的濃縮液，采用“DTRO”工藝減量處理，最終濃液用于煙氣凈化系統(tǒng)（石灰制漿）或入爐回噴。濃水減量化系統(tǒng)運行時間按20 h設(shè)計，本項目按100 t/d，即5 t/h進行設(shè)計。

4.9 污泥處理系統(tǒng)

本項目預處理、厭氧系統(tǒng)、好氧系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥采用“濃縮+污泥脫水”工藝進水脫水處理。污泥脫水機采用臥式離心脫水機，脫水干泥含水率為80%。脫水后干泥量約為14.5 t/d。

各單體污泥先排入污泥儲池預濃縮，濃縮后泵入離心脫水機脫水。脫水后的干污泥送至焚燒廠垃圾池進行焚燒處置。配置聚丙烯酰胺加藥系統(tǒng)。污泥脫水系統(tǒng)配置一套獨立的PLC控制系統(tǒng)。

5 工藝運行效果

本項目建成至今已經(jīng)穩(wěn)定運行一年，出水水質(zhì)穩(wěn)定達標，實際運行進出水水質(zhì)見表2。

表2 進、出水水質(zhì)表

6 項目經(jīng)濟分析

6.1 項目建設(shè)投資

本項目工程建設(shè)投資4 258萬元，其中土建工程1 528萬元，設(shè)備購置及安裝費2 730萬元，噸水建設(shè)費用為9.46萬元。

6.2 運行成本分析

本項目運行成本主要由電費、藥劑費、人工費用構(gòu)成，經(jīng)過核算，本項目運行成本費用為30.44元/噸（不含膜更換折舊及設(shè)備維修等費用），其中電費22.24元/噸，人工成本2.59元/噸，藥劑費用5.61元/噸。

7 結(jié)語

本工程在處理垃圾焚燒廠滲濾液廢水采用“預處理+UASB厭氧反應器+MBR生化處理系統(tǒng)+NF納濾膜+RO反滲透膜”工藝，工程運行穩(wěn)定達標，有效地消減了污染量。具有良好的環(huán)境效益與社會效益，為其他同類項目提供了參考依據(jù)。