李 淵,廖 勇,張莉萍,李 佳

(1.四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院 能源化工學(xué)院,四川 遂寧 629000;2.遂寧川能能源有限公司 生產(chǎn)技術(shù)部,四川 遂寧 629000)

目前,隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的發(fā)展,垃圾圍城的情況日益嚴(yán)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(shè)備智能化程度高、用地少和能將垃圾轉(zhuǎn)化為能源以及產(chǎn)生的灰渣量少等特點[1].但是,同時會產(chǎn)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(fù)雜的垃圾滲濾液.夏季產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)后才可以回用或者排放.在垃圾滲濾液處理工藝設(shè)計中,如何提高整體回收率、確定設(shè)計處理規(guī)模以及降低生產(chǎn)成本、資源化利用等是設(shè)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(jī)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(shè)計,采用“IOC+MBR+NF+RO+DTRO”的處理工藝.

1 滲濾液處理工藝的設(shè)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(chǎn)生量占垃圾處理量最高可達(dá)30%以上,冬季產(chǎn)生量占垃圾處理量最低為10%.因考慮到?jīng)_洗水等廢水,綜合全年考慮,在設(shè)計垃圾滲濾液處理規(guī)模時,可以按該廠日進(jìn)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(shù)在污水處理中工業(yè)化應(yīng)用推廣,垃圾滲濾液的后端處理也采用膜分離技術(shù)[4].

該項目生活垃圾滲濾液處理設(shè)計,采用膜分離技術(shù),設(shè)計工藝為“除渣預(yù)處理+調(diào)節(jié)池+內(nèi)外循環(huán)厭氧反應(yīng)器+外置式膜生物反應(yīng)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(nèi)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(yù)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(jīng)過設(shè)在垃圾倉底部的水篦子分離,雖然能去除了大部分雜質(zhì),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(shè)有割刀,進(jìn)一步將大顆粒物攪碎,以確保泵的正常運行.在進(jìn)入調(diào)節(jié)池前,對滲濾液進(jìn)行除渣預(yù)處理以保障后續(xù)處理工藝的正常運行.

在調(diào)節(jié)池前端設(shè)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(shè)有自清洗功能,可遠(yuǎn)程操控,排出的渣進(jìn)入污泥儲池.過濾后的滲濾液再流入豎流沉淀池中進(jìn)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(diào)節(jié)池.由于調(diào)節(jié)池內(nèi)滲濾液內(nèi)會產(chǎn)生大量臭氣[5],因此調(diào)節(jié)池檢修孔需密封,再通過風(fēng)機(jī)將池內(nèi)臭氣抽至垃圾倉.

因滲濾液水量隨季節(jié)波動幅度較大,設(shè)計調(diào)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(zhì),緩沖水量的作用.

豎流沉淀池溢流進(jìn)調(diào)節(jié)池后的水,還是含有一些細(xì)小的固體顆粒,因此調(diào)節(jié)池內(nèi)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(yīng)器采用新型的IOC反應(yīng)罐,布水支管在罐體底部斜插罐體60°進(jìn)水,在上部溢流出水并在頂部集氣.底部進(jìn)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(yīng)罐處理滲濾液的有機(jī)負(fù)荷,在罐內(nèi)設(shè)置了2層三相分離器.IOC厭氧反應(yīng)器與其他的UASB的區(qū)別在于在厭氧反應(yīng)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(yīng)罐設(shè)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(dá)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(yīng)器(MBR)

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本項目設(shè)計的外置式膜生化反應(yīng)器由生化反應(yīng)器(AO池)和外置式超濾組成.

對應(yīng)厭氧系統(tǒng),膜生物反應(yīng)器也設(shè)置兩條線.其中生物反應(yīng)器由一座硝化池(O池)和一座反硝化池(A池)組成.根據(jù)處理能力,O池內(nèi)底部設(shè)4臺氣水混合射流器,采用羅茨鼓風(fēng)曝氣.厭氧出水中殘留的有機(jī)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(zhuǎn)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(dá)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(yīng)器脫氮的效率可以達(dá)到99%以上,實際運行過程中的脫氮效率可通過回流比進(jìn)行調(diào)節(jié).反硝化池內(nèi)設(shè)置2臺攪拌器,硝化池內(nèi)設(shè)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(dá)到泥水分離的效果[6],有效的保證了AO池內(nèi)污泥量,污泥濃度可以達(dá)到15～30g/L,甚至更高,從而保障了系統(tǒng)的有機(jī)負(fù)荷.

超濾的清洗由儲存有清水或產(chǎn)水的“清洗水箱”通過清洗泵來完成.每次停機(jī)后自動沖洗,如需要,可向清洗水箱內(nèi)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(shè)置為氣動閥,通過自動壓縮空氣來控制開關(guān),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(shè)備:

冷卻系統(tǒng),由于夏季溫度高且羅茨風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)溫度也較高,因此設(shè)計冷卻系統(tǒng)對生化活性污泥進(jìn)行降溫.

PH調(diào)節(jié)設(shè)施,為保證后續(xù)納濾、反滲透設(shè)備進(jìn)水水質(zhì),加酸調(diào)節(jié)超濾產(chǎn)水PH至6.5～6.8左右.

物理消泡設(shè)施,為了避免生化系統(tǒng)不穩(wěn)定時產(chǎn)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(jìn)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(fù)合膜,工作壓力為5～15bar,設(shè)計納濾清液產(chǎn)率為85%.納濾可實現(xiàn)自動、手動控制.在自動控制方式下,所有設(shè)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(yīng)超濾設(shè)置有2條線,每套納濾設(shè)有1段、2段循環(huán),每段設(shè)2根標(biāo)準(zhǔn)6芯耐壓膜殼,每支膜殼內(nèi)有6支膜元件,每段循環(huán)有獨立的循環(huán)泵對膜內(nèi)濃水循環(huán),以提高系統(tǒng)回收率.納濾設(shè)計處理為350m3/d.

納濾系統(tǒng)設(shè)有在線清洗系統(tǒng),用于對系統(tǒng)的在線清洗和化學(xué)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(shè)計反滲透清液產(chǎn)率為75%.反滲透同樣可實現(xiàn)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(shè)置有2條線,每套反滲透設(shè)有1段、2段循環(huán),每段設(shè)2根標(biāo)準(zhǔn)6芯耐壓膜殼,每支膜殼內(nèi)有6支膜元件,同樣每段循環(huán)有循環(huán)泵用于進(jìn)行濃水內(nèi)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(chǎn)生的剩余污泥排入污泥儲池.

污泥儲池中設(shè)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(zhuǎn)擠壓脫水機(jī)脫水,在進(jìn)料過程中投加適量的PAM使污泥形成大的污泥絮團(tuán),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(chǎn)生的干污泥通過螺桿泵打入焚燒爐投料口進(jìn)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(xiàn).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(jié)垢周期非常短,清洗頻繁,出水水質(zhì)也不能滿足排放或回用標(biāo)準(zhǔn)[8].處理垃圾發(fā)電廠滲濾液原液需結(jié)合生化工藝,才能滿足要求.具體工藝包括預(yù)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(jīng)過滲濾液處理站處理后是可以實現(xiàn)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(zhì)能達(dá)到《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T19923-2005) 工藝回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中的水污染物排放濃度限值的要求.

表2 垃圾滲瀝液設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

3 結(jié)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(chǎn)生大量的垃圾滲濾液.在焚燒處理工藝中:1.滲濾液設(shè)計處理水量可按照垃圾日處理量的35%取值作為設(shè)計水量依據(jù);2.處理工藝采用“除渣預(yù)處理+調(diào)節(jié)池+內(nèi)外循環(huán)厭氧罐+外置式膜生物反應(yīng)器(MBR)+納濾(NF)+反滲透(RO)+DTRO”處理相結(jié)合的處理工藝;3.滲濾液經(jīng)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(chǎn)生的濃水經(jīng)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(dá)到了零排放.