余佐銘,賀國(guó)華

(維爾利環(huán)?？萍技瘓F(tuán)股份有限公司,江蘇 常州 213000)

0 前言

垃圾滲濾液來(lái)源于大氣降水、地表徑流、地下水滲入、垃圾自身的水分及垃圾與微生物反應(yīng)生成的水分,其中受大氣降水影響程度較大[1]。垃圾滲濾液成分復(fù)雜,與所在地生活習(xí)性有較大關(guān)系。其普遍特點(diǎn)是高濃度有機(jī)物、高氨氮濃度及水質(zhì)、水量波動(dòng)大[2]。餐廚沼液是餐廚垃圾經(jīng)過(guò)厭氧反應(yīng)、離心等工藝后產(chǎn)生的廢水,其最大的特點(diǎn)是油類和有機(jī)氮濃度高[3]。本項(xiàng)目將滲濾液與餐廚沼液協(xié)同處理,在考慮各水質(zhì)特點(diǎn)的同時(shí),對(duì)處理工藝、運(yùn)行成本提出了更高的要求。

1 工程概況

該項(xiàng)目位于北方某一地區(qū),項(xiàng)目總設(shè)計(jì)規(guī)模為750 m3/d,包括450 m3/d滲濾液與300 m3/d餐廚沼液。滲濾液進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)見表1。餐廚沼液進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)見表2。

表1 滲濾液進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

表2 餐廚沼液進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)

設(shè)計(jì)出水水質(zhì):本項(xiàng)目處理后出水回用,執(zhí)行《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》GB/T19923—2005中敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水水質(zhì)指標(biāo),總鉛、總汞、總鎘、總鉻、六價(jià)鉻、總砷應(yīng)符合《垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889—2008)中的表2限值。

2 工藝流程

選用國(guó)內(nèi)具有代表性的工藝路線“物理+生物+膜深度處理”,工藝流程為“除渣預(yù)處理+調(diào)節(jié)池+UASB+外置式MBR(兩級(jí)A/O+外置UF)+NF+RO”,NF濃液采用物料膜系統(tǒng)減量,RO濃液采用DTRO系統(tǒng)減量,設(shè)計(jì)出水總得率≥85%[4]。工藝流程圖見圖1。

圖1 工藝流程圖

焚燒廠滲濾液由收集系統(tǒng)收集,經(jīng)過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)中除渣裝置和初沉池沉淀之后,溢流入滲濾液調(diào)節(jié)池,進(jìn)行水量、水質(zhì)的調(diào)節(jié)。

利用厭氧進(jìn)水泵將調(diào)節(jié)池內(nèi)滲濾液提升至厭氧反應(yīng)器。在厭氧反應(yīng)條件下,COD可得到大幅度的降解,難降解大分子物質(zhì)被水解酸化降解為小分子物質(zhì),提高了滲濾液的可生化性。厭氧出水自流入?yún)捬醭鏊恋沓?進(jìn)行重力沉淀,上清液自流入反硝化池,底部污泥和厭氧反應(yīng)器污泥定期排入污泥池,同時(shí)厭氧沉淀池污泥定期回流到厭氧反應(yīng)器以維持厭氧污泥濃度。

經(jīng)過(guò)厭氧處理后的滲濾液自流至外置式MBR系統(tǒng),餐廚沼液經(jīng)過(guò)預(yù)處理后直接進(jìn)入生化系統(tǒng)。外置式MBR設(shè)有兩級(jí)生物脫氮功能,即由一級(jí)反硝化硝化、二級(jí)反硝化硝化和外置式超濾膜系統(tǒng)組成。帶有兩級(jí)生物脫氮功能的外置式膜生物反應(yīng)器生物脫氮率在99%以上。

經(jīng)過(guò)外置式MBR處理出水的BOD、氨氮、懸浮物等已接近排放標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)采用納濾、反滲透對(duì)超濾出水進(jìn)行深度處理,將MBR出水中難降解有機(jī)物、SS、大部分鹽分等去除,最終出水達(dá)標(biāo)。

納濾濃縮液采用物料膜減量工藝進(jìn)行處理,處理后的濃液回噴至垃圾焚燒發(fā)電廠焚燒爐。反滲透濃液采用DTRO減量工藝進(jìn)行處理,減量后的濃液用于垃圾焚燒發(fā)電廠除渣系統(tǒng)、飛灰穩(wěn)定化用水,處理后的清水進(jìn)入出水池。項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)出水總得率≥85%。

本系統(tǒng)產(chǎn)生的生化和厭氧污泥采用疊螺脫水機(jī)脫水,剩余污泥脫水處理后含水率≤82%,泥餅采用車輛送至垃圾焚燒發(fā)電廠垃圾池,隨垃圾一起入爐焚燒,脫水清液回至系統(tǒng)。

3 工藝各單元原理及參數(shù)

3.1 預(yù)處理系統(tǒng)

餐廚沼液設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)池1座,可對(duì)沼液進(jìn)行水量和水質(zhì)的調(diào)節(jié)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)餐廚沼液收集池有效容積為110 m3,具體尺寸大小為8.3 m×5.0 m×3.0 m,設(shè)計(jì)沼液調(diào)節(jié)池有效容積為990 m3,停留時(shí)間為3.3 d;滲濾液調(diào)節(jié)池利舊。因沼液含有輕質(zhì)油類等物質(zhì),設(shè)計(jì)高效氣浮設(shè)備1套,實(shí)現(xiàn)固液分離。

3.2 厭氧處理系統(tǒng)

UASB是在厭氧條件下利用顆粒污泥將難降解物質(zhì)降解成小分子物質(zhì),可有效提高廢水的可生化性。三相分離器是厭氧反應(yīng)器的核心裝置,可有效實(shí)現(xiàn)固、液、氣三相,不僅維持了反應(yīng)器內(nèi)較高的顆粒污泥濃度,保證了處理效果,也可收集從污泥床中產(chǎn)生的沼氣。

本項(xiàng)目中,厭氧反應(yīng)器設(shè)計(jì)為鋼罐形式,數(shù)量為2座,設(shè)計(jì)COD容積負(fù)荷為7.0 kg/(m3·d),直徑13.4 m,設(shè)計(jì)總高度為19.5 m,有效容積5 000 m3,滲濾液在厭氧罐內(nèi)停留時(shí)間為11.1 d。

厭氧罐優(yōu)化設(shè)計(jì)了其他輔助措施,為保證進(jìn)水均勻和防止短流,采取進(jìn)水管路總管分幾路支管均勻伸入到厭氧罐中。為維持厭氧罐內(nèi)溫度穩(wěn)定,在厭氧循環(huán)管路上設(shè)置了汽水混合器,在冬季氣溫較低時(shí),可利用厭氧循環(huán)泵將罐內(nèi)原水與蒸汽混合,保證微生物生存的溫度。本項(xiàng)目?jī)?yōu)化了厭氧排泥管路,在排泥管上預(yù)留了酸洗口和反沖洗口,使得污泥結(jié)垢得到緩解[5]。

設(shè)計(jì)厭氧進(jìn)水泵3臺(tái),同時(shí)備用一路超越到反硝化池中,袋式過(guò)濾器2臺(tái)以截留懸浮物質(zhì);厭氧循環(huán)泵4臺(tái),保證厭氧進(jìn)水混合均勻;厭氧排泥泵1臺(tái);厭氧產(chǎn)生的沼氣至廠區(qū)沼氣包,后進(jìn)入沼氣燃燒發(fā)電系統(tǒng)。

3.3 外置式MBR系統(tǒng)

外置式MBR系統(tǒng)由反硝化、硝化及超濾集成設(shè)備組成。反硝化與硝化的作用是降解有機(jī)物質(zhì)及氨氮的去除。針對(duì)本項(xiàng)目排放標(biāo)準(zhǔn),在單級(jí)生化脫氮工藝上新增引入了二級(jí)反硝化、硝化工藝。當(dāng)一級(jí)反硝化和一級(jí)硝化脫氮不完全時(shí),一級(jí)反硝化、硝化過(guò)程中殘留的氨氮、硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮在二級(jí)反硝化和二級(jí)硝化反應(yīng)器中通過(guò)深度脫氮反應(yīng),從而保障了生化脫氮的完全性和穩(wěn)定性。超濾通過(guò)膜分離將污泥截留,維持了生化池的污泥濃度和較長(zhǎng)的污泥齡,使得污染物質(zhì)得到有效去除[5]。

本項(xiàng)目中,設(shè)計(jì)一級(jí)反硝化池2座,每座有效容積1 100 m3,池體尺寸分別為11.4 m×10.5 m×11.5 m、3.0 m×3.0 m×11.5 m。一級(jí)硝化池4座,每座有效容積1 100 m3,池體尺寸11.4 m×9.7 m×11.5 m。二級(jí)反硝化池?cái)?shù)量2座,每座有效容積440 m3,池體尺寸7.3 m×6.0 m×11.5 m。二級(jí)硝化池?cái)?shù)量2座,每座有效容積340 m3,池體尺寸7.3 m×4.7 m×11.5 m。硝化池中溶解氧濃度維持在2～4 mg/L,溫度維持在30～35 ℃,生化反應(yīng)器設(shè)計(jì)污泥濃度為15 g/L。

設(shè)計(jì)一級(jí)硝化射流循環(huán)泵保證氣水在射流曝氣器中高效混合;同時(shí)為穩(wěn)定生化系統(tǒng)溫度,在夏季高溫仍能保證微生物正常生理活動(dòng)。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了污泥冷卻系統(tǒng),包括冷卻塔、板式換熱器、冷卻污泥泵和冷卻水泵。生化系統(tǒng)采用高效射流曝氣器,在水深8 m時(shí),氧氣利用率可接近40%,節(jié)約了用電,保證了生物需氧濃度。

超濾集成設(shè)備采用膜材質(zhì)為聚偏氟乙烯(PVDF),設(shè)計(jì)膜通量65 L/(m2·h)。本項(xiàng)目中超濾集成設(shè)備數(shù)量2套,膜支數(shù)共22支。超濾集成設(shè)備設(shè)置有污泥回流管路,滿足反硝化回流比要求。

3.4 納濾系統(tǒng)

納濾分離技術(shù)原理近似機(jī)械篩分。對(duì)二價(jià)或多價(jià)離子及相對(duì)分子質(zhì)量在500以上的有機(jī)物有較高截留率;而對(duì)與相對(duì)分子質(zhì)量<500的有機(jī)污染物以及一價(jià)鹽離子則幾乎不作截留。

本項(xiàng)目共設(shè)2套納濾集成設(shè)備。納濾系統(tǒng)設(shè)有6條環(huán)路,環(huán)路內(nèi)并聯(lián)2支耐壓膜殼,每支耐壓膜殼內(nèi)設(shè)有4支卷式納濾膜元件。每條環(huán)路設(shè)有獨(dú)立的循環(huán)泵用于進(jìn)行濃水內(nèi)循環(huán)。設(shè)置阻垢劑投加泵,定期清洗納濾膜元件。

3.5 反滲透系統(tǒng)

反滲透分離粒子級(jí)別可達(dá)到離子級(jí)別,對(duì)有機(jī)污染物、一價(jià)鹽、二價(jià)鹽等截留率達(dá)到99%以上。當(dāng)生物脫氮不完全時(shí),反滲透可作為保障出水水質(zhì)尤其是總氮達(dá)標(biāo)的“第二道防線”,確保出水達(dá)標(biāo)。

本項(xiàng)目中反滲透進(jìn)水為納濾清液,反滲透清液得率可達(dá)80%以上。反滲透裝置設(shè)計(jì)2套,單套反滲透裝置設(shè)3條環(huán)路,每條環(huán)路設(shè)2支耐壓膜殼,每支耐壓膜殼內(nèi)設(shè)有6支卷式反滲透膜元件。設(shè)置阻垢劑投加泵,定期清洗反滲透膜元件。

3.6 納濾減量化系統(tǒng)

針對(duì)膜系統(tǒng)產(chǎn)生的納濾濃縮液,本項(xiàng)目采用滲濾液處理領(lǐng)域成熟的納濾濃縮液減量化工藝。為提高系統(tǒng)回收率,針對(duì)納濾濃水采用兩級(jí)物料膜處理工藝,納濾濃縮液減量化裝置采用集成模塊化裝置。納濾濃縮液減量裝置設(shè)有1套集成化裝置,膜殼內(nèi)設(shè)有卷式納濾膜元件,膜支數(shù)共22支,設(shè)計(jì)考慮20%余量。

3.7 反滲透濃縮液減量系統(tǒng)

針對(duì)反滲透膜系統(tǒng)產(chǎn)生的濃縮液,本項(xiàng)目采用滲濾液處理領(lǐng)域成熟的DTRO工藝,DTRO裝置采用集成模塊化設(shè)備。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)一級(jí)DTRO處理系統(tǒng),系統(tǒng)回收率≥45%。所有管線、控制系統(tǒng)、膜柱系統(tǒng)都安裝在組架內(nèi),膜支數(shù)為37支,設(shè)計(jì)考慮了20%余量。

3.8 污泥處理工藝

本項(xiàng)目厭氧反應(yīng)器剩余污泥產(chǎn)量約為20.3 m3/d,MBR系統(tǒng)剩余污泥產(chǎn)量約151.3 m3/d,污泥總量171.6 m3/d。設(shè)計(jì)采用污泥脫水設(shè)施對(duì)剩余污泥處理,脫水清液進(jìn)入脫水清液池,后由泵抽回至外置式MBR系統(tǒng),脫水干泥含水率≤82%。設(shè)計(jì)一座污泥池,有效容積為100 m3,尺寸為5.0 m×4.0 m×5.5 m。脫水清液池有效容積為60 m3,尺寸為5.0 m×3.5 m×4.0 m。

3.9 除臭系統(tǒng)

滲濾液處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生H2S、NH3、甲硫醇等臭氣在空氣中凝聚外溢。本項(xiàng)目為防止臭氣外溢,在調(diào)節(jié)池、反硝化池、污泥池、污泥脫水間等生成臭氣建構(gòu)筑物上設(shè)排風(fēng)口排出惡臭氣體,經(jīng)風(fēng)機(jī)抽吸收集后輸送至焚燒廠垃圾坑負(fù)壓區(qū)作為焚燒爐的燃燒氣體[6]。經(jīng)過(guò)核算,本項(xiàng)目設(shè)計(jì)1套臭氣收集系統(tǒng),除臭風(fēng)機(jī)風(fēng)量設(shè)計(jì)為20 000 Nm3/h,配套2臺(tái)除臭風(fēng)機(jī),1用1備,臭氣輸送管道材質(zhì)采用玻璃鋼。臭氣管道設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)钠露?考慮低位排放冷凝液的需求。

4 運(yùn)行效果與成本分析

4.1 運(yùn)行效果

本項(xiàng)目建設(shè)與2022年6月投產(chǎn)運(yùn)行,出水水質(zhì)穩(wěn)定且滿足排放要求。穩(wěn)定運(yùn)行后,各階段水質(zhì)指標(biāo)見表3。

表3 各階段出水水質(zhì)指標(biāo)

由表3可知,系統(tǒng)出水較為穩(wěn)定,可見該系統(tǒng)抗沖擊能力較強(qiáng),處理高效,可滿足排放要求。

4.2 成本分析

項(xiàng)目經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的正常運(yùn)行與數(shù)據(jù)采集,計(jì)算得運(yùn)行成本為33.104元/m3,其中最多的是電費(fèi)和藥劑費(fèi),分別占比60.28%和23.37%,其他費(fèi)用占比16.35%。

5 工程總結(jié)

①厭氧系統(tǒng)通過(guò)均勻布水、厭氧循環(huán)泵、汽水混合器等優(yōu)化設(shè)計(jì),不僅緩解了厭氧罐的結(jié)垢清理次數(shù),也可有效保證厭氧罐的高效運(yùn)行。②采用“除渣預(yù)處理+調(diào)節(jié)池+UASB+(兩級(jí)A/O+外置UF)MBR+NF+RO”工藝處理焚燒廠滲濾液和餐廚沼液,處理效果得到保證,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,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/T19923—2005中敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水水質(zhì)指標(biāo)。③本項(xiàng)目濃液處理采用物料膜減量化,高壓反滲透減量化,提高了系統(tǒng)清液得率,且處理后的濃液得到了有效利用與焚燒,不再返回原處理系統(tǒng),規(guī)避了二次污染。④垃圾滲濾液與餐廚沼液協(xié)同處理方式不僅緩解了滲濾液的可生化差的特點(diǎn),而且處理成本較低,實(shí)現(xiàn)了環(huán)境和經(jīng)濟(jì)雙重效益。