垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)實(shí)踐

張成治

（南京萬(wàn)德斯環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆K 南京 210000）

0 引言

洛陽(yáng)市某垃圾焚燒廠2022年9月投產(chǎn)運(yùn)行，生活垃圾平均日處理量1 200 t，配套滲濾液系統(tǒng)處理規(guī)模480 m3/d，按雙線并列設(shè)計(jì)運(yùn)行。

采用“預(yù)處理+厭氧+MBR+納濾+反滲透+高壓反滲透濃液減量”的組合工藝，產(chǎn)水符合GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》中敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

1 項(xiàng)目概況及工藝

1.1 處理規(guī)模及設(shè)計(jì)指標(biāo)

本項(xiàng)目處理規(guī)模為480 m3/d，處理垃圾滲濾液和垃圾卸料區(qū)、污水溝道間沖洗混合水。主要設(shè)計(jì)指標(biāo)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

1.2 處理工藝

焚燒發(fā)電廠垃圾滲濾液是一種含有高濃度有機(jī)物、高濃度氨氮的廢水[1]。針對(duì)水質(zhì)和水量變化大、污染物質(zhì)成分復(fù)雜、排放標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格等特點(diǎn)，采用厭氧和好氧結(jié)合的生物處理技術(shù)以及納濾和反滲透組合的膜深度處理技術(shù)使水質(zhì)達(dá)標(biāo)，工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

2 主要單元設(shè)計(jì)

2.1 預(yù)處理單元

預(yù)處理包括自清洗籃式過(guò)濾器、初沉池和調(diào)節(jié)池。垃圾滲濾液處理系統(tǒng)中調(diào)節(jié)池具有均質(zhì)均量的作用，對(duì)滲濾液系統(tǒng)也起到了緩沖作用[2]。設(shè)置自清洗籃式過(guò)濾器1臺(tái)，精度1 mm。設(shè)置豎流式池1座，尺寸6.5 m×6.5 m×12.0 m，表面負(fù)荷為1.18 m3/（m2·h）。設(shè)置調(diào)節(jié)池2座，總水力停留時(shí)間10 d，可單獨(dú)運(yùn)行，調(diào)節(jié)池底部設(shè)置穿孔管曝氣系統(tǒng)，用于均勻攪拌和預(yù)充氧。經(jīng)過(guò)過(guò)濾和初沉后，多數(shù)大顆粒物和比重較重的顆粒物被攔截去除，確保了后續(xù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 厭氧單元

厭氧罐按照雙線并聯(lián)設(shè)計(jì)，采用上流式厭氧污泥床反應(yīng)器。厭氧罐共2座，單座罐體尺寸φ12 m×H22 m，有效容積2 260 m3，停留時(shí)間約9.4 d，有機(jī)物去除率高達(dá)75%～90%，容積負(fù)荷率達(dá)到6kgCOD/（m3·d），反應(yīng)器內(nèi)上升流速在0.5～1.0 m/h，出水CODcr含量基本維持在6 000～15 000 mg/L。厭氧反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過(guò)增壓后進(jìn)入垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)，沼氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理量600 m3/h，設(shè)置1套內(nèi)燃式火炬進(jìn)行應(yīng)急燃燒。沼氣產(chǎn)率系數(shù)0.35～0.75 Nm3/kg COD。厭氧反應(yīng)出水進(jìn)入沉淀池，防止污泥流失，影響反應(yīng)效果。

厭氧出水設(shè)置循環(huán)管路，管路上設(shè)置管道式蒸汽水射器，可根據(jù)出口水溫調(diào)節(jié)加熱蒸汽閥門(mén)開(kāi)度，能高效調(diào)節(jié)系統(tǒng)水溫，確保厭氧溫度保持在33～35 ℃。由于滲濾液原水硬度高，易造成厭氧系統(tǒng)管道、設(shè)備結(jié)垢，對(duì)厭氧系統(tǒng)采用罐頂八邊形循環(huán)管道布水系統(tǒng)，罐內(nèi)采用可拆卸式多點(diǎn)軟管布水管，方便布水管結(jié)垢后清理或更換，能夠有效減緩結(jié)垢以及在結(jié)垢后快速更換管道，確保系統(tǒng)高效運(yùn)行。

2.3 外置MBR單元

對(duì)于垃圾滲濾液處理，采用外置式MBR工藝要優(yōu)于內(nèi)置式，主要因?yàn)闈B濾液水質(zhì)復(fù)雜，有機(jī)物、鹽分以及各種雜質(zhì)較多，容易堵膜造成出水水質(zhì)較差，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。外置式超濾系統(tǒng)可降低后續(xù)納濾/反滲透系統(tǒng)的處理難度。

生化系統(tǒng)按照雙線并聯(lián)設(shè)計(jì)。各工藝段設(shè)計(jì)停留時(shí)間分別為一級(jí)A池2.7 d、二級(jí)A池1.8 d、一級(jí)O池7.9 d、二級(jí)O池2.1 d，系統(tǒng)總水力停留時(shí)間為14.5 d。曝氣系統(tǒng)采用多孔射流曝氣器，單個(gè)噴嘴空氣流量為0.9～1.2 m3/min，氣水比為3:1～4:1，硝化溶解氧含設(shè)計(jì)為2.0～3.5 mg/L，MLSS設(shè)計(jì)為10～15 g/L，pH為7～8。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)厭氧超越管線用來(lái)補(bǔ)充碳源，具體補(bǔ)充量根據(jù)厭氧出水碳氮比進(jìn)行調(diào)節(jié)。

原水氨氮和總氮均較高且排放標(biāo)準(zhǔn)要求又特別嚴(yán)格，回流比對(duì)總氮的去除影響較大，但較大的回流比也會(huì)影響總氮的去除效率[3]。為控制總氮脫除效果，系統(tǒng)設(shè)計(jì)24倍的總回流比。其中超濾回流9倍，分別回流至一級(jí)反硝化和二級(jí)反硝化，硝化液內(nèi)回流15倍，由兩臺(tái)150 m3/h的硝化液回流泵回流至一級(jí)反硝化。通過(guò)調(diào)節(jié)實(shí)際回流量來(lái)控制總氮脫除率，回流泵進(jìn)口管道可設(shè)置集水擋氣渠，確保管道從底部吸水，避免將大量空氣引入反硝化池內(nèi)，影響脫氮效果。為保證夏季系統(tǒng)正常運(yùn)行，需要考慮系統(tǒng)降溫。單線設(shè)置240 m3/h冷卻降溫系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)溫度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，當(dāng)溫度升高超過(guò)40 ℃，開(kāi)啟冷卻系統(tǒng)，降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

外置式超濾分兩套，單套設(shè)計(jì)進(jìn)水量為240 m3/d，設(shè)計(jì)通量為65～100 L/（m2·h），單套設(shè)計(jì)6支8寸膜元件，循環(huán)泵流量為270 m3/h。

2.4 納濾/反滲透單元

納濾反滲透系統(tǒng)處理超濾清液，脫除鹽分和有機(jī)物，使產(chǎn)水最終達(dá)標(biāo)回用。清液得率為60%～64%。清液達(dá)到水質(zhì)要求后作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水輸送至冷卻塔，納濾和反滲透濃水收集后進(jìn)入濃液減量化系統(tǒng)進(jìn)一步濃縮。

納濾系統(tǒng)設(shè)置兩套，單套處理規(guī)模為240 m3/d，設(shè)計(jì)通量為14～16 L/（m2·h），單套系統(tǒng)設(shè)計(jì)18支膜元件，膜面積37 m2，產(chǎn)水回收率范圍為80%～85%。反滲透系統(tǒng)設(shè)置兩套，單套處理規(guī)模為204 m3/d，設(shè)計(jì)通量為10～12 L/（m2·h），單套設(shè)計(jì)18支膜元件，采用海水淡化膜，膜面積34.4 m2，產(chǎn)水回收率范圍為70%～75%。

2.5 濃液減量單元

濃液減量系統(tǒng)主要處理納濾和反滲透的混合濃液，采用經(jīng)過(guò)DTRO進(jìn)一步濃縮后，清液與反滲透清液混合后達(dá)標(biāo)回用，濃縮液回噴焚燒爐。

DTRO減量系統(tǒng)設(shè)置兩套，單套處理規(guī)模為87m3/d，設(shè)計(jì)通量約為10 L/（m2·h），單套系統(tǒng)設(shè)計(jì)22支膜柱，膜柱采用海淡膜片，單支膜面積9.4 m2，壓力等級(jí)9 MPa（90 bar），清液產(chǎn)率為50%。最終總清液產(chǎn)量393 m3/d，濃縮液產(chǎn)量87 m3/d，總的清液產(chǎn)率約82%。

2.6 污泥處理單元

初沉污泥、厭氧和好氧生化污泥經(jīng)收集后進(jìn)入污泥池混合，污泥池設(shè)置穿孔管系統(tǒng)進(jìn)行空氣攪拌，防止污泥厭氧。混合污泥大部分為生化污泥，含水率在98%～99%，通過(guò)螺桿泵輸送至污泥脫水機(jī)。脫水機(jī)采用臥螺離心脫水機(jī)，它對(duì)于粒度細(xì)、比重小的垃圾滲濾液污泥特別適用，設(shè)計(jì)處理量為10 m3/h，可連續(xù)不間斷運(yùn)行，脫水后含水率不高于80%。脫水污泥經(jīng)干污泥輸送泵輸送至焚燒爐處理，濾液回流至生化系統(tǒng)。

3 工藝運(yùn)行去除率

滲濾液處理系統(tǒng)經(jīng)過(guò)三個(gè)月工藝調(diào)試及連續(xù)試運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，最終產(chǎn)水符合回用標(biāo)準(zhǔn)，各階段進(jìn)出水指標(biāo)基本符合設(shè)計(jì)要求，指標(biāo)平均值如表2所示。

表2 工藝主要污染物去除效果

4 運(yùn)行費(fèi)用

實(shí)際工程運(yùn)行中的直接運(yùn)行成本主要包括電費(fèi)、藥劑費(fèi)、膜更換費(fèi)、人工費(fèi)、日常設(shè)備維修費(fèi)用。

（1）電費(fèi)：主要設(shè)備運(yùn)行功率為967 kW·h，總耗電量18 850 kW·h/d，電費(fèi)按0.65元/（kW·h）計(jì)，每天電費(fèi)為12 252.5元，折合噸水成本為25.53元。

（2）藥劑費(fèi)：藥劑費(fèi)包括系統(tǒng)投加的藥劑以及實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)藥劑的花費(fèi)，每日為926元，折合噸水成本為1.93元。

（3）膜更換費(fèi)：膜更換費(fèi)按照超濾、納濾、反滲透和DTRO膜元件更換周期3年計(jì)，噸水更換費(fèi)用為2.01元。

（4）人工費(fèi)：人員以6人計(jì)，包括1名站長(zhǎng)、1名工程師、4名操作人員。每年以504 000元計(jì)算，噸水處理成本為3.18元。

（5）日常設(shè)備維修費(fèi)用：按照每年平均300 000元來(lái)計(jì)算，噸水處理成本為1.89元。

處理焚燒廠滲濾液的運(yùn)營(yíng)成本合計(jì)為34.54元/m3。

5 結(jié)論與建議

（1）采用“預(yù)處理+厭氧+MBR+納濾+反滲透+高壓反滲透濃液減量”的組合工藝，COD去除率為99.9%，氨氮去除率為99.7%，總氮去除率為99.3%，出水達(dá)標(biāo)回用。

（2）厭氧系統(tǒng)采用UASB反應(yīng)器，有較強(qiáng)的抗垃圾滲濾液水質(zhì)沖擊的能力，采用罐頂八邊形循環(huán)管道布水系統(tǒng)和罐內(nèi)可拆卸式多點(diǎn)軟管布水系統(tǒng)，可有效緩解厭氧系統(tǒng)布水系統(tǒng)易結(jié)垢和污垢難清理的問(wèn)題。

（3）以“預(yù)處理+厭氧+MBR+納濾+反滲透+高壓反滲透濃液減量”的組合工藝處理垃圾焚燒廠滲濾液，運(yùn)營(yíng)成本合計(jì)為34.54元/m3。