陳 杰，肖誠斌，桂宏橋，古 創(chuàng),*

(1.光大環(huán)保能源<蘇州>有限公司，江蘇蘇州 215101；2.光大環(huán)境科技<中國>有限公司，江蘇南京 210007)

江蘇某生活垃圾焚燒發(fā)電廠設(shè)計(jì)處理生活垃圾量為2 000 t/d，配套工程包括焚燒系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、滲濾液系統(tǒng)及其他配套系統(tǒng)。其滲濾液采用“預(yù)處理+厭氧IOC+外置式MBR+膜深度處理”組合工藝，項(xiàng)目于2017年3月投產(chǎn)正式運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定且出水達(dá)到《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923—2005)敞開式冷卻塔回用水標(biāo)準(zhǔn)。本工程實(shí)例對生活垃圾焚燒廠滲濾液的設(shè)計(jì)和運(yùn)行起到參考意義。

1 概況及工藝

1.1 處理規(guī)模

生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液的產(chǎn)生量變化主要受當(dāng)?shù)貧夂?、生活水平、垃圾收運(yùn)體系等因素影響[1]。依據(jù)項(xiàng)目周邊類似工程經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目滲濾液產(chǎn)生率取29%，卸料平臺沖洗水及其他廢水取50 m3/d，確定滲濾液處理規(guī)模為1 000 m3/d。

1.2 滲濾液進(jìn)出水水質(zhì)

生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液具有污染物成分復(fù)雜、濃度高等特點(diǎn)[2-3]，考慮水質(zhì)和水量的最大沖擊負(fù)荷，項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示。

表1 滲濾液處理系統(tǒng)主要進(jìn)、出水水質(zhì)Tab.1 Influent and Effluent Quality of Leachate Treatment System

1.3 處理工藝

生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液成分復(fù)雜，水質(zhì)水量變化大且呈非周期性，處理難度大，針對生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液的進(jìn)水水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)要求，本項(xiàng)目采用生化和膜處理相結(jié)合的工藝，主要包括預(yù)處理系統(tǒng)、厭氧IOC系統(tǒng)、外置式MBR系統(tǒng)、膜深度處理系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)。工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process Flow Diagram

2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

根據(jù)生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液原水的懸浮物和有機(jī)物濃度高的特點(diǎn)[4]，預(yù)處理一般包括沉淀、混凝沉淀、高級氧化等方式，從占地、運(yùn)行效果及經(jīng)濟(jì)等角度綜合考慮，本項(xiàng)目預(yù)處理采用自清洗過濾器、豎流式沉淀池和調(diào)節(jié)池的組合方式。

自清洗過濾器設(shè)計(jì)2套，1用1備，過濾孔徑為1 mm。初沉池設(shè)計(jì)1 座，全地上鋼砼結(jié)構(gòu)，有效容積為340 m3，表面負(fù)荷為0.85 m3/(m2·h)。調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)1 座，半地上鋼砼結(jié)構(gòu)，停留時間為6.3 d，分為兩格，可獨(dú)立運(yùn)行。自清洗設(shè)計(jì)在污泥池頂部，過濾器截留物直接通過管道輸送至污泥池，避免了臭氣的外溢，保障預(yù)處理區(qū)域無異味問題。

通過預(yù)處理系統(tǒng)對直徑大于1 mm和比重較大的無機(jī)顆粒物截留率達(dá)到90%以上，對水質(zhì)和水量均起到較好的均衡作用，降低后續(xù)處理系統(tǒng)的水量和水質(zhì)沖擊負(fù)荷，確保后續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 厭氧系統(tǒng)

由于生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液中有機(jī)物質(zhì)量濃度基本在30 000～70 000 mg/L，厭氧工藝是對有機(jī)物去除效果較好的工藝，主要分為UASB、UBF、EGSB、IC等，本項(xiàng)目采用在IC反應(yīng)器基礎(chǔ)上將內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)相結(jié)合的IOC厭氧反應(yīng)器，反應(yīng)器采用底部八邊形進(jìn)水方式。其主要特點(diǎn)體現(xiàn)在有機(jī)物去除率高、出水水質(zhì)好、調(diào)試周期短、系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定。

反應(yīng)器為碳鋼防腐結(jié)構(gòu)，尺寸為12 m×24.5 m，數(shù)量為3座，設(shè)計(jì)總?cè)莘e約為7 500 m3，停留時間為7.5 d，有機(jī)物去除率基本維持在90.0%以上，運(yùn)行溫度為35 ℃，出水CODCr含量基本維持在6 000～10 000 mg/L。厭氧反應(yīng)器單位容積單位時間的產(chǎn)氣量為0.08～0.10 Nm3，沼氣通過風(fēng)機(jī)送入垃圾焚燒一次風(fēng)機(jī)入口進(jìn)行助燃發(fā)電，同時設(shè)計(jì)1套內(nèi)燃式火炬進(jìn)行應(yīng)急處理。厭氧反應(yīng)器整個啟動周期為21 d。為將3座厭氧罐出水平均分配兩條并行外置式MBR系統(tǒng)，厭氧系統(tǒng)設(shè)計(jì)1座配水井，通過配水井可將3座厭氧罐的出水水質(zhì)和水量進(jìn)行均勻調(diào)配，避免兩條外置式MBR系統(tǒng)運(yùn)行條件不同。厭氧系統(tǒng)接種污泥為焚燒廠滲濾液厭氧污泥，接種污泥總量約為1 800 m3(含水率為98%左右)，調(diào)試周期為21 d。

2.3 外置式MBR系統(tǒng)

考慮工藝穩(wěn)定性，好氧生化系統(tǒng)采用外置式MBR系統(tǒng)，包含兩級反硝化/硝化系統(tǒng)和外置式超濾系統(tǒng)，通過pH、溶解氧、MLSS等指標(biāo)控制生化系統(tǒng)的運(yùn)行。氨氮與TN去除效率均達(dá)到97%以上，CODCr去除效率可達(dá)到90%左右。外置式MBR系統(tǒng)可確保有機(jī)物和氮的去除率，降低后續(xù)膜深度處理系統(tǒng)的處理難度。

生化系統(tǒng)采用兩級硝化反硝化工藝，分為兩條平行工藝路線。生化系統(tǒng)總停留時間為11.6 d，其中一級反硝化為2.5 d、一級硝化為6.0 d、二級反硝化為2.3 d、二級硝化為0.8 d。采用鼓風(fēng)射流曝氣方式，一級硝化溶解氧含量設(shè)計(jì)為2.0 mg/L，二級硝化溶解氧含量設(shè)計(jì)為1.5 mg/L，MLSS設(shè)計(jì)為15 g/L，pH值為7～8。為保證反硝化所需要的碳源和堿度，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)滲濾液原液直接超越厭氧設(shè)計(jì)碳源補(bǔ)充量，一級反硝化為30 m3/d，二級反硝化為20 m3/d，具體補(bǔ)充量根據(jù)厭氧出水碳氮比進(jìn)行調(diào)節(jié)。生化系統(tǒng)接種污泥為焚燒廠滲濾液處理系統(tǒng)含水率80%的好氧池污泥，約200 t，整個生化系統(tǒng)調(diào)試周期為14 d。

為控制TN脫除效果，系統(tǒng)設(shè)計(jì)2 800%的大回流比和原液直接超越厭氧對一級反硝化和二級反硝化分別補(bǔ)充碳源和堿度。其中3條硝化回流管線為一級硝化回流至一級反硝化(500 m3/h)，二級硝化回流至二級反硝化(300 m3/h )，超濾回流至一級反硝化(400 m3/h)，總回流比為2 800%，回流比根據(jù)實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，基本維持在2 000%左右。為避免大回流比對反硝化中溶解氧的影響，本項(xiàng)目在回流泵和超濾進(jìn)水泵進(jìn)口設(shè)置3.5 m高擋氣墻，避免曝氣器的氣體直接被吸入回流泵進(jìn)入反硝化，另外，生化采用鼓風(fēng)射流曝氣，氧氣利用率達(dá)35%以上，高污染物及高污泥濃度對氧氣的消耗速率也較快，實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明反硝化池中的溶解氧含量維持在0.5 mg/L以下。

外置式超濾分4套，單套設(shè)計(jì)進(jìn)水量為250 m3/d，設(shè)計(jì)通量約為65 L/(m2·h)，單套設(shè)計(jì)6支5 mm的膜元件，循環(huán)泵流量為275 m3/h。系統(tǒng)配備ICP自動沖洗和化學(xué)清洗系統(tǒng)，化學(xué)清洗周期為30 d。

2.4 膜深度處理系統(tǒng)

膜深度處理系統(tǒng)主要包括納濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)[5]。超濾系統(tǒng)出水通過水泵進(jìn)入納濾系統(tǒng)，納濾系統(tǒng)出水通過水泵進(jìn)入反滲透系統(tǒng)。膜深度處理系統(tǒng)總清液得率為65.0%。清液達(dá)到水質(zhì)要求后回用至冷卻塔，膜系統(tǒng)產(chǎn)生的納濾濃水和反滲透濃水進(jìn)行收集后送至焚燒廠，進(jìn)行石灰漿制備和消納處理。

納濾系統(tǒng)分為兩套，單套處理規(guī)模為500 m3/d，設(shè)計(jì)通量約為12 L/(m2·h)，單套系統(tǒng)設(shè)計(jì)36支200 mm 的膜元件，清液產(chǎn)率為85.0%。反滲透系統(tǒng)分為兩套，單套處理規(guī)模為430 m3/d，設(shè)計(jì)通量約為10 L/(m2·h)，單套設(shè)計(jì)42支200 mm的膜元件，清液產(chǎn)率為76.5%。膜深度處理系統(tǒng)均設(shè)置CIP自動化學(xué)清洗，清洗周期為30 d。

2.5 輔助系統(tǒng)

2.5.1 污泥處理系統(tǒng)

各單元產(chǎn)生的污泥經(jīng)收集后進(jìn)入污泥池，通過螺桿泵輸送至污泥脫水機(jī)。設(shè)計(jì)處理量為20 m3/h，脫水機(jī)采用旋轉(zhuǎn)擠壓脫水機(jī)，脫水后含水率80%的干污泥經(jīng)過高壓輸送泵輸送至焚燒爐進(jìn)行焚燒處理，脫水清液回流至一級反硝化池。

旋轉(zhuǎn)擠壓脫水系統(tǒng)及干污泥輸送系統(tǒng)具有完全密閉結(jié)構(gòu)防止臭氣外溢。旋轉(zhuǎn)擠壓脫水機(jī)轉(zhuǎn)速為5～8 r/min，能耗僅為傳統(tǒng)離心脫水的1/4。干污泥輸送既節(jié)省了運(yùn)輸車輛和運(yùn)行人員數(shù)量，同時也避免了運(yùn)輸過程中“跑冒滴漏”現(xiàn)象。該項(xiàng)目污泥處理的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益較傳統(tǒng)污泥脫水明顯。

2.5.2 臭氣處理系統(tǒng)

滲濾液處理區(qū)設(shè)計(jì)1套除臭收集系統(tǒng)，設(shè)計(jì)兩臺除臭離心風(fēng)機(jī)，1用1備，總收集量為16 000 m3/h。滲濾液各單元臭氣經(jīng)收集后通過離心風(fēng)機(jī)輸送至焚燒廠一次風(fēng)機(jī)入口用于焚燒助燃及應(yīng)急除臭系統(tǒng)。滲濾液除臭與垃圾焚燒協(xié)同既節(jié)省投資和運(yùn)行成本，又能對臭氣進(jìn)行有效地去除。

2.5.3 濃縮液處理系統(tǒng)

濃縮液主要來自納濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)，其中納濾濃縮液量為150 m3/d，反滲透濃縮液量為200 m3/d。兩種濃縮液經(jīng)過混合后用泵輸送至垃圾焚燒廠用于石灰漿制備協(xié)同處理。

3 運(yùn)行效果

工程于2017年2月進(jìn)行調(diào)試，2017年3月達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，調(diào)試結(jié)束后系統(tǒng)進(jìn)入正式運(yùn)行，各項(xiàng)出水指標(biāo)達(dá)標(biāo)。各單元處理效果如表2所示。

由表2可知，預(yù)處理主要對粒徑大于1 mm的顆粒物和泥沙進(jìn)行攔截，對SS的截留率在20.8%～31.3%。厭氧系統(tǒng)采用改進(jìn)IC工藝，對CODCr的去除率可達(dá)91.0%左右，由于厭氧反應(yīng)過程中部分有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮，導(dǎo)致厭氧出水氨氮略高于進(jìn)水氨氮。剩余CODCr、氨氮和TN基本在MBR系統(tǒng)中進(jìn)行去除，總?cè)コ驶揪_(dá)到90.0%以上，后續(xù)膜深度處理作為系統(tǒng)最后保障。

表2 各單元處理結(jié)果Tab.2 Treatment Results of Each Unit

實(shí)際運(yùn)行過程中，焚燒廠滲濾液水量和水質(zhì)主要受季節(jié)變化影響，每年5月—10月為豐水期，11月—次年4月為枯水期。兩個時期在水質(zhì)和水量上有較大差異，豐水期水量維持在設(shè)計(jì)量的80%～110%，水質(zhì)基本接近設(shè)計(jì)值，運(yùn)行壓力較大?？菟谒炕揪S持在設(shè)計(jì)量的50%～70%，各污染物濃度也基本在設(shè)計(jì)值的70%左右。

4 經(jīng)濟(jì)分析

整個滲濾液工程總投資約為7 080萬元(不含征地費(fèi)用)，其中土建投資約為2 300萬元，設(shè)備及安裝投資約為4 500萬元，其他費(fèi)用約為280萬元。滲濾液噸水建設(shè)投資約為7.08萬元/m3,實(shí)際運(yùn)行成本經(jīng)核算后約為33.94元/m3，其中電費(fèi)約為20.00元/m3，水費(fèi)約為1.30元/m3，藥劑費(fèi)約為2.60元/m3，人工費(fèi)約為6.00元/m3，日常維護(hù)及檢修費(fèi)約為2.50元/m3，折舊費(fèi)約為1.54元/m3。

5 結(jié)論

(1)厭氧系統(tǒng)和外置式MBR系統(tǒng)是設(shè)計(jì)和運(yùn)行的核心。厭氧采用改進(jìn)型IC反應(yīng)器，增加了外循環(huán)，提高了厭氧系統(tǒng)的混合效果，有機(jī)物去除率和沼氣產(chǎn)率均較常規(guī)的UASB及UBF工藝高。

(2)外置式MBR工藝采用鼓風(fēng)射流曝氣，對CODCr、氨氮具有較好的去除效果，MBR出水CODCr≤500 mg/L，去除率達(dá)到90.0%以上，氨氮≤10.0 mg/L，去除率達(dá)到99.0%以上。減輕了后續(xù)系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷。

(3)采用“預(yù)處理→改進(jìn)型IC厭氧→兩級外置式MBR→膜深度處理”工藝處理生活垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液，系統(tǒng)運(yùn)行效果穩(wěn)定，系統(tǒng)耐沖擊能力強(qiáng)，最終產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)到《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)冷卻水補(bǔ)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

(4)原液超越厭氧補(bǔ)充反硝化和大回流比是該項(xiàng)目一大特點(diǎn)，可保證生化系統(tǒng)出水TN含量維持在100～300 mg/L，經(jīng)過后續(xù)膜深度處理系統(tǒng)處理后TN的去除率達(dá)到97.0%以上。

(5)滲濾液系統(tǒng)產(chǎn)水用于焚燒廠冷卻塔補(bǔ)水，滲濾液處理產(chǎn)生的污泥、濃縮液、臭氣等二次污染物送至垃圾焚燒處理。滲濾液處理與垃圾焚燒協(xié)同處理方式不僅解決了滲濾液的濃水、污泥等難題，而且實(shí)現(xiàn)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)雙重效益。