垃圾滲濾液MBR+NF濃縮液全量處理技術(shù)應(yīng)用研究

（福州大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 福建福州 350108）

我國絕大多數(shù)垃圾滲濾液廠采用了兩級A/O+超濾（UF）+納濾（NF）為主體的典型工藝，在已建成的300多座滲濾液處理工程中，膜生物反應(yīng)器（MBR）+納濾（NF）組合工藝約占 90%［1］。該工藝雖具有處理效率高、運(yùn)行簡便、經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)，但在處理過程中不可避免產(chǎn)生了約占滲濾液體積13%～25%的MBR+NF濃縮液［2］。MBR+NF濃縮液量大，水質(zhì)復(fù)雜，污染性大，如處理不當(dāng)可能對環(huán)境造成潛在的危害。因此，該組合工藝在環(huán)境的可持續(xù)性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)的先進(jìn)合理性上的不足，主要于MBR+NF濃縮液的難以處理。當(dāng)前，MBR+NF濃縮液處理方法有回灌、高級氧化技術(shù)、蒸發(fā)、回噴焚燒爐以及用于飛灰增濕等［3］。雖然這些技術(shù)在一定程度能解決濃縮液的燃眉之急，但存在副作用大、效率低、能耗高、操作復(fù)雜、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，因此難于進(jìn)行市場的推廣應(yīng)用。

針對MBR+NF濃縮液水質(zhì)特性主要含有高濃度的難降解有機(jī)物和無機(jī)鹽，且有機(jī)物中60%～80%為腐植酸，因此可從資源回收和無害化處理結(jié)合角度來解決MBR+NF濃縮液污染控制問題，相關(guān)研究表明該技術(shù)路線可行［4］，但實(shí)際應(yīng)用工程案例還未見報(bào)道。本文介紹了滲濾液MBR+NF濃縮液全量處理二級超濾（UF）+納濾（NF）工藝，考察該工藝在工程化應(yīng)用中的有效性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，為最終解決MBR+NF濃縮液的污染控制問題、實(shí)現(xiàn)垃圾滲濾液的可持續(xù)處理提供技術(shù)參考。

1 項(xiàng)目概況

某垃圾焚燒發(fā)電廠垃圾日處理量可達(dá)1 400 t，產(chǎn)生滲濾液約200 t/d，采用UASB+兩級A/O+UF+NF處理工藝，NF的回收率約為85%，因此產(chǎn)生MBR+NF濃縮液約30 t/d。MBR+NF濃縮液具體水質(zhì)指標(biāo)見表1。采用二級UF+NF工藝進(jìn)行MBR+NF濃縮液全量處理耦合腐植酸資源回收，該技術(shù)已形成成套裝備，于2019年3月份開始進(jìn)場安裝建成，2020年4月份投入試運(yùn)行，2020年6月份正式生產(chǎn)運(yùn)行。

2 工藝流程及運(yùn)行效果

2.1 工藝流程

該工程所采用二級UF+NF工藝流程簡圖如圖1所示。滲濾液處理站中產(chǎn)生的MBR+NF濃縮液自流至調(diào)節(jié)桶中，然后通過進(jìn)液泵進(jìn)入一級UF進(jìn)料桶，并調(diào)節(jié)pH至6.1～6.4；系統(tǒng)完成pH調(diào)整后，進(jìn)料泵將MBR+NF濃縮液泵入一級UF系統(tǒng)，并通過閥門將系統(tǒng)調(diào)至適合的濃縮倍數(shù)，有機(jī)物和無機(jī)鹽得到有效分離，經(jīng)過一級UF分離后得到一級UF截留液和透過液，分別進(jìn)入到二級UF進(jìn)料桶和NF進(jìn)料桶；NF進(jìn)料泵將一級UF透過液泵入NF系統(tǒng)，有機(jī)物幾乎全部截留，NF透過液與滲濾液廠NF出水混合后一起達(dá)標(biāo)排放；一級UF截留液泵入二級UF系統(tǒng)，經(jīng)過分離濃縮得到最終濃縮液中腐植酸含量可達(dá)《含腐植酸水溶肥料》30 g/L標(biāo)準(zhǔn)，再經(jīng)增補(bǔ)氮、磷、鉀這些元素即得含腐植酸水溶肥料。

表1 MBR＋NF濃縮液水質(zhì)

2.2 運(yùn)行效果

2.2.1 有效性

MBR+NF濃縮液經(jīng)一級UF約9倍濃縮得到一級UF截留液，再經(jīng)過二級UF約10倍濃縮得到最終濃縮液。最終濃縮液中腐植酸含量滿足《含腐植酸水溶肥料》30 g/L的標(biāo)準(zhǔn)限值，同時(shí)重金屬含量也完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求；增補(bǔ)氮、磷、鉀元素后，產(chǎn)品可全面符合《含腐植酸水溶肥料》的各項(xiàng)指標(biāo)要求，各指標(biāo)數(shù)值詳見表2。

表2 最終濃縮液制備含腐植酸水溶肥料指標(biāo)數(shù)值

NF系統(tǒng)經(jīng)過4.5倍濃縮得到NF截留液和NF透過液，NF透過液水質(zhì)如表3所示，從表中數(shù)據(jù)可知，NF透過液符合《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》表2中排放標(biāo)準(zhǔn)限值，可以與滲濾液MBR+NF工藝處理出水混合后達(dá)標(biāo)排放。

表3 NF透過液水質(zhì)

脫鹽率是表征膜對無機(jī)鹽截留效果的重要指標(biāo)，工程上為了檢測的簡便性，可用電導(dǎo)率變化率來表征膜系統(tǒng)的脫鹽效果（R），其計(jì)算公式為：R=（P0～Pf）×100%/P0（P0表示進(jìn)水電導(dǎo)率，Pf表示出水電導(dǎo)率）。圖2為5月至8月隨機(jī)抽取的12批水樣的脫鹽率，由圖可知，脫鹽率整體在15%～25%之間波動，處在較低的水平，說明系統(tǒng)透鹽率高，有機(jī)物和無機(jī)鹽分離效果較好。

2.2.2 穩(wěn)定性

圖3表示二級UF+NF系統(tǒng)進(jìn)水和出水COD的變化關(guān)系圖。從圖中可以看出，系統(tǒng)進(jìn)水（MBR+NF濃縮液）COD濃度在2 500～3 500 mg/L范圍內(nèi)浮動，出水（NF透過液）COD維持在40～80 mg/L之間，低于 《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中COD排放限值 （100 mg/L）。表明該工藝應(yīng)用于垃圾滲濾液MBR+NF濃縮液效果穩(wěn)定，出水可以達(dá)標(biāo)。

圖4表示兩級UF+NF系統(tǒng)最終濃縮液UV254的變化關(guān)系，可以看出，最終濃縮液UV254總體維持在692～1 200的范圍內(nèi)，根據(jù)COD與UV254得換算公式：

可知最終濃縮液COD濃度約在65 485～111 855 mg/L之間，其中腐植酸占比約70.9%，由算式腐植酸質(zhì)量濃度和COD濃度關(guān)系式Cm=0.77 Cc［5］可得最終濃縮液腐植酸含量約為40.9～61.0 g/L，滿足《含腐植酸水溶肥料》中30 g/L的濃度要求，表明二級UF系統(tǒng)對有機(jī)物截留有較好的穩(wěn)定性。

2.3 經(jīng)濟(jì)初步分析

本工程設(shè)計(jì)規(guī)模30 t/d，工程投資總額約300萬元。運(yùn)營成本主要包括人工費(fèi)、電費(fèi)、藥劑費(fèi)、維修費(fèi)等。

（1）人工費(fèi)?，F(xiàn)場運(yùn)營采用輪班制，早班2人，中班1人，晚班1人，共計(jì)4人。每人月工資5000元，則每年人工費(fèi)支出24萬元，則處理每噸水人工費(fèi)用22.2元。

（2）電費(fèi)。膜系統(tǒng)總裝機(jī)容量約27 kW，日均用電量約為390度，電費(fèi)0.8元/度，則每噸水動力消耗為10.4元。

（3）藥劑費(fèi)。包括：一級UF調(diào)節(jié)pH所需的工業(yè)鹽酸，NF系統(tǒng)所需的阻垢劑，藥洗所需的工業(yè)鹽酸和燒堿。一級UF調(diào)節(jié)pH所需的工業(yè)鹽酸約為1 L/m3，工業(yè)鹽酸每噸700元，則每噸所需鹽酸費(fèi)用為0.7元；NF系統(tǒng)阻垢劑用量為20 mg/L，每升阻垢劑約為32元，則每噸水所需阻垢劑費(fèi)用為0.64元；根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況可知，膜系統(tǒng)約45天進(jìn)行1次藥洗，分別進(jìn)行酸洗和堿洗，用量較小，可忽略不計(jì)。故每噸水總藥劑費(fèi)用為1.34元。

（4）折舊費(fèi)。膜更換周期為2年，折算為噸水處理費(fèi)為15.7元，其它設(shè)備更換周期為6年，折算為噸水處理費(fèi)為40.4元，故每噸水折舊費(fèi)為56.1元。

（5）維修費(fèi)。每年維修費(fèi)用約為4萬元，折算為噸水處理費(fèi)約為3.65元。

目前，有一定工程應(yīng)用且效果良好的MBR+NF濃縮液處理工藝主要有浸沒燃燒蒸發(fā)、機(jī)械蒸汽再濃縮和二級UF+NF等有限的幾種技術(shù)。表4列出了3種不同MBR+NF濃縮液處理工藝的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較。從表中可以看出，二級UF+NF工藝無論是投資成本還是運(yùn)行成本都明顯低于其它2種技術(shù)。

3 結(jié)論

目前，研發(fā)的MBR+NF濃縮液處理技術(shù)種類很多，但具有工程案例的成功應(yīng)用則較少。因此，選用一種技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理并且能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行的工藝成為行業(yè)討論的焦點(diǎn)。二級UF+NF全量處理耦合腐植酸資源回收技術(shù)從工藝的有效性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性及資源化利用等方面考慮都具有明顯的優(yōu)勢。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)MBR+NF濃縮液全量達(dá)標(biāo)處理，還可提取含腐植酸水溶肥料，從而全面消除MBR+NF濃縮液污染問題。

表4 現(xiàn)有工藝經(jīng)濟(jì)性比較