垃圾焚燒廠滲濾液處理工藝問(wèn)題改進(jìn)及展望

張 慶,賀敏鵬,譚光之

(西安西礦環(huán)?？萍加邢薰?，陜西 西安 710075)

1 垃圾滲瀝液的特點(diǎn)與特性

垃圾滲瀝液屬于原生垃圾堆存的產(chǎn)物，我國(guó)目前城市生活垃圾的廚余物多、含水率高、熱值較低，焚燒法處理垃圾時(shí)必須將新鮮垃圾在垃圾倉(cāng)中儲(chǔ)存3～5天進(jìn)行發(fā)酵熟化，以達(dá)到濾出水份、提高熱值的目的，才能保證后續(xù)焚燒爐的正常運(yùn)行。

由于地理位置、生活環(huán)境、垃圾來(lái)源等眾多因素影響，導(dǎo)致垃圾焚燒廠滲瀝液的水質(zhì)成分非常復(fù)雜，既有高濃度有機(jī)污染物，也有金屬、無(wú)機(jī)鹽類(lèi)、細(xì)菌等有毒有害物質(zhì)。一般情況下，冬季旱季水量較少，污染物濃度較高；夏季雨季水量較多，污染物濃度較低。COD濃度在40000～80000mg/L，BOD濃度在20000～40000mg/L。呈墨黑色不透明狀，有惡臭性氣味，弱酸性，含大量懸浮物，水質(zhì)變化大、有機(jī)物濃度高、SS含量高、氨氮含量高和營(yíng)養(yǎng)元素比例失調(diào)等諸多特點(diǎn)。

2 垃圾滲瀝液處理工藝的發(fā)展更新

生活垃圾焚燒發(fā)電廠的滲瀝液，處理工藝宜選擇“預(yù)處理+主處理+深度處理”[1]組合工藝。常規(guī)工藝流程見(jiàn)圖1：

圖1 滲瀝液常規(guī)工藝流程

滲濾液處理技術(shù)從第一代的“調(diào)節(jié)池+混凝沉淀+氨吹脫+UBF+SBR+UF(簾式)+NF+RO”工藝，到第二代的“調(diào)節(jié)池+混凝沉淀+高效厭氧+A/O+UF(外置MBR)+NF+RO ”工藝，第三代再發(fā)展至近年來(lái)應(yīng)用的“沉淀池+調(diào)節(jié)池+IOC+A/O+UF+NF +RO /DTRO”工藝。

第一代滲濾液處理工藝中，生化部分包括UBF和SBR，由于是傳統(tǒng)厭氧系統(tǒng)，UBF內(nèi)可能存在死區(qū)，處理效率較低，運(yùn)行不太穩(wěn)定。SBR占地較小，整體工藝比活性污泥法少占30%～50%，但脫氮效率有限，需要增加氨吹脫系統(tǒng)；由于是間歇操作，設(shè)備利用率不高。深度處理采用雙膜法，產(chǎn)水率在50%～65%。最終產(chǎn)水中的溶解性總固體常常超標(biāo)，不符合循環(huán)冷卻水補(bǔ)水要求[3]；濃水品質(zhì)較差，并且產(chǎn)量在40%左右，豐水期廠內(nèi)不能全部利用。

第二代滲濾液處理工藝，厭氧采用UASB或IOC反應(yīng)器，COD處理效率可達(dá)到70%以上。A/O生化采用活性污泥法加MBR生物膜反應(yīng)器，可以使O池活性污泥濃度保持較高，耐較高的水質(zhì)沖擊，脫氮效率較高。深度處理與第一代相同。

第三代滲濾液處理工藝，調(diào)節(jié)池前增加初沉池，對(duì)大顆粒懸浮物有較高去除。增加DTRO設(shè)備，主要對(duì)NF和RO濃液的減量化處理，提高整個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)水率，產(chǎn)水率可到70%～80%。但是由于滲濾液中硬度較高，對(duì)DTRO濃液側(cè)容易結(jié)垢，化學(xué)沖洗較頻繁。

第三代半滲濾液處理工藝，在第三代基礎(chǔ)上增加化學(xué)軟化和納濾濃液物料膜減量,“沉淀池+調(diào)節(jié)池+IOC+A/O+UF+化學(xué)軟化+MF+RO /DTRO減量化”和“沉淀池+調(diào)節(jié)池+IOC+A/O+UF+ NF (濃液物料膜減量)+RO /DTRO減量化”工藝?；瘜W(xué)軟化+微濾膜代替NF系統(tǒng)，避免了納濾濃水的產(chǎn)生，降低滲濾液水質(zhì)硬度，可以提高RO系統(tǒng)產(chǎn)水品質(zhì)?？墒笵TRO產(chǎn)水率提高，產(chǎn)水品質(zhì)也明顯提高，并且濃縮液水質(zhì)相對(duì)第三代工藝要好很多。

3 目前垃圾焚燒廠滲瀝液處理主流處理工藝及存在的問(wèn)題

目前垃圾焚燒電廠中，5年前建成的焚燒廠，垃圾滲濾液處理主流為第二代的“調(diào)節(jié)池+混凝沉淀+高效厭氧+A/O+UF(外置MBR)+NF+RO ”工藝。

近幾年建成的焚燒廠，滲濾液處理工藝多為第三代，增加DTRO濃縮液減量化。

3.1 厭氧系統(tǒng)

厭氧處理的基本原理：是在厭氧條件下由多種微生物共同作用，使大分子鏈有機(jī)物分解并生成小分子CH4和CO2的過(guò)程。也可以將整個(gè)處理過(guò)程大概分三個(gè)階段：水解發(fā)酵階段；產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段；甲烷階段。主要是利用厭氧微生物去除污水中有機(jī)物的方法。主流厭氧系統(tǒng)工藝中，厭氧反應(yīng)器有UBF 、UASB、IC、IOC反應(yīng)器。

UBF和UASB反應(yīng)器由于頂部只有一層三相分離器，上升流速不能太大，循環(huán)量不能太高，受負(fù)荷變化影響較大，并且上清液有跑泥現(xiàn)象。

IC反應(yīng)器的構(gòu)造特點(diǎn)是具有很大的高徑比，一般可達(dá) 2～8。IC反應(yīng)器實(shí)際上是由兩個(gè)上下重疊的UASB反應(yīng)器串聯(lián)組成的。由下面第一個(gè) UASB 反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣作為提升的內(nèi)動(dòng)力，使升流管與回流管的混合液產(chǎn)生密度差，實(shí)現(xiàn)下部混合液的內(nèi)循環(huán)，使廢水獲得強(qiáng)化預(yù)處理。上面的第二個(gè)UASB 反應(yīng)器對(duì)廢水繼續(xù)進(jìn)行精處理，使出水達(dá)到預(yù)期的處理要求。

IOC厭氧技術(shù)基于IC設(shè)計(jì)，增加了外循環(huán)系統(tǒng)。IOC具有以下優(yōu)點(diǎn)：具有IC的優(yōu)勢(shì)，內(nèi)外循環(huán)相結(jié)合：可控性更強(qiáng)?？关?fù)荷沖擊能力強(qiáng)：既適用于高濃度有機(jī)廢水處理，又可應(yīng)用于中、低濃度有機(jī)廢水的處理，承受較高的沖擊負(fù)荷。 COD去除率高：一般在80%～90%的去除率，沼氣產(chǎn)率高。低能耗、低成本：具有內(nèi)循環(huán)功能，能耗低。

3.2 A/O生化系統(tǒng)

主流的硝化與反硝化，采用一級(jí)A/O或二級(jí)A/O+內(nèi)置MBR/外置MBR。通常采用射流曝氣和MBR膜反應(yīng)器配合，可以保證污泥在較高濃度穩(wěn)定運(yùn)行，污泥濃度(MLSS)設(shè)計(jì)取值15g/L。射流曝氣有較高氧傳遞效率，MBR膜反應(yīng)器可以維持較高污泥濃度；相對(duì)其他曝氣方式，射流曝氣動(dòng)力消耗較大；由于污泥濃度較高，O池池容相對(duì)較小，對(duì)于土建費(fèi)用有所降低。由于污泥濃度較高，需對(duì)MBR膜、曝氣器和換熱器考慮防堵措施。

3.3 膜深度處理系統(tǒng)

深度處理大多采用雙膜法NF+RO， MBR超濾產(chǎn)水進(jìn)NF。MBR超濾產(chǎn)水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 某垃圾焚燒廠滲瀝液站MBR產(chǎn)水水質(zhì)[2]

備注：硬度和堿度以CaCO3計(jì)。(氯化物以氯離子計(jì))

NF的產(chǎn)水進(jìn)RO系統(tǒng)，合格產(chǎn)水率在50%～65%。深度處理系統(tǒng)各階段水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 深度處理系統(tǒng)各階段水質(zhì)情況[3]

超濾產(chǎn)水進(jìn)入NF和RO后，污染物被大量去除。但RO濃水品質(zhì)較差，具有很高硬度，并且產(chǎn)量在40%左右；最終產(chǎn)水中的溶解性總固體超標(biāo)，不符合循環(huán)冷卻水補(bǔ)水要求；由于濃縮液量較大，豐水期廠內(nèi)不能全部利用，近年有廠家在增加DTRO濃液減量化設(shè)備，來(lái)降低濃縮液的總量，使之能全部被廠內(nèi)利用。

NF濃水側(cè)和RO濃水側(cè)硬度較高，容易結(jié)垢，增加化學(xué)清洗頻率，影響膜壽命。

4 垃圾焚燒廠滲瀝液處理主流處理工藝的問(wèn)題改進(jìn)方法

我國(guó)垃圾焚燒廠起步較晚，對(duì)垃圾滲濾液的處理主要以初沉池+調(diào)節(jié)池+UASB+A/O+MBR+NF+RO為主，運(yùn)行成本較高。針對(duì)第三代垃圾滲瀝液處理工藝在運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，再結(jié)合垃圾焚燒廠全廠水平衡，改進(jìn)工藝，增加以下設(shè)備來(lái)提升整體穩(wěn)定性和負(fù)荷；具體的工藝流程如下：

圖2 垃圾焚燒廠滲瀝液處理主流處理工藝的問(wèn)題改進(jìn)工藝流程

4.1 初沉池或調(diào)節(jié)池前增加自清洗過(guò)濾器

自清洗過(guò)濾器過(guò)濾精度500μm，設(shè)置兩臺(tái)，一用一備。有效去除滲濾液中懸浮物，提高生化段生物活性。設(shè)備布置于污泥濃縮池上方，根據(jù)前后壓差，自動(dòng)排渣排泥至污泥濃縮池中?？梢源娉醭脸?、格柵等構(gòu)筑物或設(shè)備。

4.2 UASB厭氧反應(yīng)器后增加高效泥水分離器

高效泥水分離器可以收集厭氧反應(yīng)器上清液帶出厭氧污泥，下部收集污泥可使用螺桿泵打回至厭氧反應(yīng)器，上部出水自流進(jìn)入生化一級(jí)A池。高效泥水分離器內(nèi)部設(shè)有填料，縮短污泥沉降時(shí)間及減小設(shè)備大小。UASB厭氧反應(yīng)器，由于后續(xù)工藝有收集跑泥設(shè)備并做回流，可以提高UASB厭氧反應(yīng)器循環(huán)量，可以提高處理COD負(fù)荷及效率，增加UASB厭氧反應(yīng)器的穩(wěn)定性。

4.3 化學(xué)軟化和微濾替代NF系統(tǒng)

化學(xué)軟化+微濾膜代替NF系統(tǒng)，避免了納濾濃水的產(chǎn)生，降低滲濾液水質(zhì)硬度，可以提高RO系統(tǒng)產(chǎn)水品質(zhì)，降低濃液側(cè)結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，降低化學(xué)沖洗頻率。化學(xué)軟化后，RO濃液中硬度降低95%以上，降低后續(xù)DTRO減量化設(shè)備濃液側(cè)結(jié)垢。產(chǎn)水回收率可穩(wěn)定達(dá)75%～80%以上，膜濃縮液水質(zhì)也得到明顯提高?；瘜W(xué)軟化中加的石灰漿液可以取自煙氣脫硫制漿系統(tǒng)；化學(xué)軟化+MF微濾中濃液和化學(xué)污泥為堿性，可以排至脫硫制漿系統(tǒng)，用于煙氣脫硫劑使用。滲濾液站可以不用考慮石灰的倉(cāng)儲(chǔ)問(wèn)題和化學(xué)軟化中化學(xué)污泥處理的問(wèn)題，可以減少滲液站投資及處理費(fèi)用，而且可以在脫硫中得到資源化利用。

4.4 RO系統(tǒng)濃液去向

由于前置工藝中有化學(xué)軟化降低水中硬度，使RO結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)降低，降低了RO系統(tǒng)反洗頻率，延長(zhǎng)RO使用壽命，較高的產(chǎn)水率，較低的運(yùn)行費(fèi)用。合格產(chǎn)水可直接用于電廠循環(huán)冷卻水補(bǔ)水。RO系統(tǒng)的濃液，濃液量少可以直接用于鍋爐渣坑補(bǔ)水、飛灰穩(wěn)定化和脫硫制漿用水。

4.5 DTRO系統(tǒng)

可以根據(jù)RO系統(tǒng)產(chǎn)水率，產(chǎn)出濃液量是否可以被全廠消耗掉來(lái)判斷需不需要上，DTRO起到濃液減量化作用。DTRO合格產(chǎn)水可直接用于電廠循環(huán)冷卻水補(bǔ)水，濃縮液去脫硫制漿或飛灰穩(wěn)定化。

5 結(jié)論

針對(duì)第三代垃圾滲瀝液處理工藝在運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，改進(jìn)工藝路線，可以提升整體穩(wěn)定性和負(fù)荷；化學(xué)軟化+微濾取代NF，產(chǎn)水、濃水水質(zhì)更好，降低投資費(fèi)用；以及優(yōu)化濃液的去向，減小運(yùn)行費(fèi)用。

6 展望

滲濾液處理過(guò)程中涉及很多技術(shù)和設(shè)備，由于滲濾液體系的復(fù)雜性，上述的方法裝置雖然能避免一部分問(wèn)題，但是還存在一定的局限性，會(huì)帶來(lái)高能耗、高成本和二次污染的問(wèn)題。這就需要出現(xiàn)新技術(shù)和設(shè)備以滿(mǎn)足不同滲濾液處理要求。

新一代“預(yù)處理+IOC/UASB+高效泥水分離器+化軟+MF+蒸氨+DTRO/RO”工藝正在研發(fā)階段，該工藝摒棄了缺/好氧生化系統(tǒng)，通過(guò)提高IOC/UASB厭氧反應(yīng)器效率，使COD降至很低可以進(jìn)入深度膜處理；化軟微濾技術(shù)取代納濾膜的應(yīng)用，并且調(diào)整pH值至12左右，硬度得到絕大部分去除，更有利蒸氨，更有利于后續(xù)膜深度處理；水中氨氮通過(guò)高效蒸氨工藝可以使水中氨氮降至100mg/L以下，并得到氨水產(chǎn)品，產(chǎn)出氨水可以去煙氣治理脫硝系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)滲濾液中氨氮的資源化利用。蒸氨后通過(guò)換熱、降溫進(jìn)入DTRO/RO膜，既縮短了工藝流程，同時(shí)產(chǎn)水回收率可達(dá)85%以上。新工藝可使全系統(tǒng)占地面積和能耗大幅降低，可實(shí)現(xiàn)滲濾液中有用物質(zhì)資源化利用，滲瀝液中大分子有機(jī)物分解為沼氣和氫氣等；氨氮回收為氨水；產(chǎn)水作為循環(huán)冷卻水回用；膜濃縮液可以考慮上鹽分離提取裝置產(chǎn)出精鹽產(chǎn)品。由此可見(jiàn)，新型滲濾液處理工藝不僅有助于解決目前滲濾液處理過(guò)程中的產(chǎn)水水質(zhì)差和膜濃縮液產(chǎn)生量大的行業(yè)難題，更能實(shí)現(xiàn)滲濾液中有用物質(zhì)資源化利用，可以促進(jìn)滲濾液處理行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。