垃圾滲濾液處理工藝改擴(kuò)建工程
——以某市垃圾滲濾液處理廠為例

王靈芝，楊虎君，顏丙通，謝志軍，王宇佳，陸超，王懷江

（維爾利環(huán)保科技集團(tuán)股份有限公司，江蘇 常州 213125）

垃圾滲濾液是雨水通過廢物滲透、生化和物理反應(yīng)以及廢物本身固有的水分含量而產(chǎn)生的一種具有高氨氮特性的有機(jī)廢水，其濃度較高，對生態(tài)環(huán)境危害較大，需經(jīng)過處理后排放[1-3]。江蘇滲濾液處理項(xiàng)目已建一期和二期工程，總處理水量2 400 m3/d，但若設(shè)備損壞停產(chǎn)，兩個(gè)廠的處理總量在2 000 m3/d 左右，而滲濾液的產(chǎn)生量在11 月～5 月為3 400 m3/d，4 月～10 月的雨季在4 000 m3/d 以上。此外，若遇到持續(xù)暴雨天氣，垃圾滲濾液的產(chǎn)生量可高達(dá)8 000 m3/d。由此可見，填埋場滲濾液的產(chǎn)生量較高，已超過現(xiàn)有滲濾液處理廠的水處理量負(fù)荷，滲濾液在填埋場累積會(huì)給填埋庫區(qū)帶來極大的安全隱患。因此，啟動(dòng)第三期改擴(kuò)建項(xiàng)目，控制垃圾滲濾液對城市環(huán)境的危害，提高城市環(huán)境衛(wèi)生質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)固廢污染物綜合治理目標(biāo)。

1 垃圾填埋場滲濾液處理工藝分析及改造要求

1.1 現(xiàn)有滲濾液處理工藝分析

江蘇某固體廢物填埋場附屬（滲濾液）污水處理廠投入運(yùn)行的有一廠和二廠。一廠于2011年10月開始調(diào)試運(yùn)行，采用“調(diào)節(jié)池→1、2 級(jí)反應(yīng)沉淀預(yù)處理系統(tǒng)→厭氧罐系統(tǒng)→A/O系統(tǒng)→MBR系統(tǒng)→NF系統(tǒng)”工藝，經(jīng)過14 個(gè)月的調(diào)試運(yùn)行，對處理量為800 m3/d 左右的垃圾滲濾液中的高濃度有機(jī)污染物、氨氮及總氮有較高的去除率。經(jīng)該工藝處理的出水水質(zhì)指標(biāo)最終能滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）中表2的要求。滲濾液處理二廠的工程及服務(wù)范圍與一廠一致，以處理調(diào)節(jié)池的垃圾滲濾液為主。采用“調(diào)節(jié)池→1、2 級(jí)反應(yīng)沉淀預(yù)處理系統(tǒng)→厭氧罐系統(tǒng)→A/O 系統(tǒng)→MBR 系統(tǒng)→NF 系統(tǒng)+電氧化”工藝，目前實(shí)際滲濾液處理量為1 600 m3/d 左右。經(jīng)該工藝處理的出水水質(zhì)指標(biāo)最終能滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）的要求。

1.2 現(xiàn)有滲濾液處理主要問題分析

1.2.1 A組AO系統(tǒng)曝氣不足

由于進(jìn)水中有部分雜質(zhì)未除凈，當(dāng)廢水流入射流曝氣器時(shí)易被雜物堵塞，射流器的進(jìn)氣口在大氣壓強(qiáng)的作用下不能通過負(fù)壓進(jìn)入空氣，AO 系統(tǒng)中的曝氣系統(tǒng)因此而受到影響，曝氣效果變差，AO系統(tǒng)中的泥水混合不均勻，污泥板結(jié)，影響處理效果。

1.2.2 MBR裝置性能下降

修建初期，內(nèi)置平板膜的處理效果較好，異物堵塞不嚴(yán)重，清洗頻次較低，平均6～12 個(gè)月清洗一次即可。隨著使用次數(shù)的增加，膜處理能力受到影響，污泥或雜質(zhì)的堵塞嚴(yán)重，每隔一個(gè)月就要清洗一次，造成了用人成本的增加，現(xiàn)場運(yùn)行也受到影響。

1.2.3 AO系統(tǒng)的過流不暢

二廠因防腐材料的大面積脫落，滲濾液中夾雜防腐材料，進(jìn)一步影響了水質(zhì)的波動(dòng)，給后續(xù)工藝中滲濾液的處理造成困擾；其次，污泥也受到影響進(jìn)一步惡化；同時(shí)，防腐材料也易造成AO 系統(tǒng)堵塞，滲濾液處理過程中水質(zhì)和水量都易受到影響。

1.3 滲濾液處理廠改擴(kuò)建主要原則

①執(zhí)行《生活垃圾衛(wèi)生填埋處理技術(shù)規(guī)范》（GB 50869—2013）和《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008），實(shí)現(xiàn)垃圾滲濾液的全量處理；②總體規(guī)劃、分期實(shí)施，逐步實(shí)現(xiàn)減量化、資源化的目標(biāo)；③依據(jù)準(zhǔn)確的垃圾滲濾液水量、水質(zhì)特性資料，選用安全可靠、技術(shù)先進(jìn)成熟、經(jīng)濟(jì)合理的處理工藝；④妥善解決滲濾液處理過程中的臭氣、污泥，避免造成二次污染；⑤充分利用填埋場滲濾液處理一廠已有的膜處理設(shè)備，節(jié)省項(xiàng)目建設(shè)成本。

1.4 滲濾液處理廠改擴(kuò)建設(shè)計(jì)水質(zhì)

改擴(kuò)建后滲濾液處理能力為1 200 m3/d，滲濾液處理后排入市政污水管，其水質(zhì)要達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)中表2指標(biāo)。水污染物排放濃度限值如表1所示。

表1 滲濾液進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)表（單位：mg/L）

2 滲濾液處理廠改擴(kuò)建工藝流程

根據(jù)垃圾填埋場現(xiàn)有垃圾滲濾液的水質(zhì)特征，在原設(shè)備正常運(yùn)行滲濾液處理廠正常運(yùn)行的條件下，要求改擴(kuò)建工程出水達(dá)到出水水質(zhì)要求。滲濾液處理工程采用的處理工藝：“均化池+膜生物反應(yīng)器（MBR）+納濾（NF）+反滲透（RO）”的組合工藝，對納濾濃液進(jìn)行減量化處理。為便于檢修維護(hù)，設(shè)計(jì)采用2 條獨(dú)立生產(chǎn)線，所有出水水質(zhì)均滿足GB 16889—2008 表2 排放標(biāo)準(zhǔn)。具體工藝流程如圖1所示。

2.1 均化池

垃圾滲濾液通過調(diào)節(jié)池后進(jìn)入均化池，均化池設(shè)計(jì)池容為612 m3，停留時(shí)間12 h。均化池起到了調(diào)節(jié)污泥上清液的作用，外加碳源等后續(xù)的循環(huán)處理也需通過均化池進(jìn)行。填埋場滲濾液在調(diào)節(jié)池停留時(shí)間較長，有利于實(shí)現(xiàn)水質(zhì)均化的目的，總體上起到了較好的預(yù)處理作用。

2.2 MBR生化系統(tǒng)

MBR 生化系統(tǒng)包括兩級(jí)A/O 生化單元和外置超濾單元。垃圾滲濾液總氮較高，因此設(shè)計(jì)兩級(jí)反硝化、硝化系統(tǒng)。垃圾滲濾液在均化池內(nèi)經(jīng)過厭氧發(fā)酵和pH等調(diào)節(jié)后進(jìn)入兩級(jí)反硝化、硝化系統(tǒng)，主要用于去除垃圾滲濾液中的氨氮和總氮等[4]。一級(jí)反硝化單元的出水進(jìn)入一級(jí)硝化單元，在有氧的條件下，AOB和NOB細(xì)菌將氨氮氧化為硝酸鹽，大量的有機(jī)物被吸附和分解，COD 下降。二級(jí)硝化單元出水進(jìn)入超濾單元實(shí)現(xiàn)泥水分離，截留粒徑大于30 nm的顆粒物、微生物和與CODCr相關(guān)的懸浮物，處理得到的清液進(jìn)入膜深度處理系統(tǒng)[5]。一級(jí)硝化及反硝化中的污泥排入污泥池，污泥經(jīng)過脫水處理后填埋，脫水過程中的清液回流至一級(jí)反硝化單元。

2.3 膜處理系統(tǒng)

膜處理系統(tǒng)采用納濾（NF）＋反滲透（RO），膜處理可以進(jìn)一步提高生物處理后的出水水質(zhì)，從而確保出水水質(zhì)達(dá)到垃圾滲濾液所需的排放標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行。NF系統(tǒng)的主要作用是將超濾出水中的難生化降解的有機(jī)物截留進(jìn)濃縮液，如腐植酸、富里酸等，使出水水質(zhì)滿足RO 系統(tǒng)的進(jìn)水要求，清水得率可達(dá)到80%左右。反滲透進(jìn)水的來源由納濾系統(tǒng)清液出水和納濾濃縮液減量系統(tǒng)清液出水兩部分組成，廢液中未處理完全的COD、氨氮、總氮及溶解性金屬鹽等被RO 膜截留進(jìn)入濃縮液。反滲透系統(tǒng)清水得率可達(dá)到75%左右，反滲透產(chǎn)水達(dá)標(biāo)后排至清液池，與納濾系統(tǒng)排水混合達(dá)標(biāo)后排放。

2.4 多級(jí)物料膜系統(tǒng)

經(jīng)過納濾膜濃縮分離后，納濾濃縮液中主要含有大分子腐植酸和二價(jià)鹽，需對納濾濃縮液進(jìn)行減量化處理。納濾濃縮液先通過一級(jí)物料膜，腐殖酸被截留，后續(xù)處理后可實(shí)現(xiàn)資源化利用；接下來，納濾濃水進(jìn)入二級(jí)物料膜，其中，二級(jí)物料膜出水與納濾產(chǎn)水一同進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，二級(jí)物料膜濃水通過軟化及高級(jí)氧化處理后回流至調(diào)節(jié)池或均化池，徹底去除水中TOC、COD[6]。因此，通過此工藝可以使納濾設(shè)備整體回收率達(dá)到95%，實(shí)現(xiàn)減少納濾濃縮液、增加系統(tǒng)總產(chǎn)水率的目的。納濾濃縮液減量系統(tǒng)流程見圖2。

2.5 濃縮液處理系統(tǒng)

濃縮液處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)主工藝采用：“低溫蒸發(fā)”的技術(shù)路線，工藝流程及水量平衡見圖3。濃縮液進(jìn)入濃縮液池，溫度約為15℃～35℃，經(jīng)輸送泵輸送至預(yù)熱器，和95℃左右的低溫蒸發(fā)出水清液進(jìn)行換熱，當(dāng)再熱器和低溫蒸汽或熱水直接加熱至95℃時(shí)進(jìn)入低溫蒸發(fā)單元的濕塔，空氣自濕塔塔底進(jìn)入，濃縮液自塔頂至塔底逐層降溫，空氣自塔底至塔頂逐層升溫，塔底排出溫度約為40℃、TDS 約為20～25 g/L 的蒸發(fā)母液，水蒸氣被熱空氣帶出依次進(jìn)入干塔塔體。水蒸氣進(jìn)入干塔后通過填料逐級(jí)向下流，最終自塔底流出，溫度約為95℃，經(jīng)預(yù)熱器和新鮮濃縮液換熱可達(dá)標(biāo)排放或回用[7]?？諝庾运敵?，進(jìn)濕塔塔底。濕塔塔底設(shè)計(jì)為錐體，低溫蒸發(fā)濃縮液自塔底排除，TDS 在230 000 mg/L 左右，水量約為新鮮濃縮液的20%～25%。由于蒸發(fā)濃液中含有較高的TDS，同時(shí)COD在2 000 mg/L以上，結(jié)晶難度大，回填埋區(qū)處置。干塔塔底產(chǎn)出蒸發(fā)清液，清液得率約為75%～80%，滿足出水水質(zhì)表中要求，直接達(dá)標(biāo)排放。

圖3 濃縮液處理系統(tǒng)工藝流程圖

3 主要構(gòu)筑物及膜處理單元

均化池：1 座，尺寸13.3 m×7.3 m×7.0 m，地下式鋼砼結(jié)構(gòu)，有效水深6.0 m，有效容積583 m3，水力停留時(shí)間12 h；提升泵3 臺(tái)，流量30 m3/h，揚(yáng)程20 m，功率7.5 kW；袋式過濾器2 套，流量30 m3/h，濾徑600 μm/800 μm。

一級(jí)反硝化池：2 座，尺寸為15.4 m×11.5 m×11.5 m，地下式鋼砼結(jié)構(gòu)，有效水深10.0 m，單座有效容積1 771 m3；混合潛水?dāng)嚢杵? 臺(tái)，功率2.5 kW；進(jìn)水泵4 臺(tái)，流量30 m3/h，揚(yáng)程20 m，功率7.5 kW。

一級(jí)硝化池：4 座，尺寸為17.2 m×15.4 m×11.5 m，地上式鋼砼結(jié)構(gòu)，有效水深10.0 m，單座有效容積2 648.8 m3；射流循環(huán)泵8臺(tái)，流量600 m3/h，揚(yáng)程13 m，功率37 kW；硝化射流器16 套，負(fù)壓式射流器，最大壓力0.75 bar，PP材質(zhì)，單套管18支。

二級(jí)反硝化池：2 座，尺寸為6.5 m×7.3 m×11.5 m，地上式鋼砼結(jié)構(gòu)，有效水深10.0 m，單座有效容積545.6 m3；潛水?dāng)嚢铏C(jī)4臺(tái)，功率1.5 kW。

二級(jí)硝化池：2 座，尺寸為6.5 m×7.3 m×11.5 m，地上式鋼砼結(jié)構(gòu)，有效水深10.0 m，單座有效容積545.6m3；射流循環(huán)泵2 臺(tái)，流量200 m3/h，揚(yáng)程13 m，功率15 kW；硝化射流器2套，PP材質(zhì)，18路。

超濾膜：總膜管數(shù)35，PVDF 材質(zhì)，直徑為8 mm，單位膜管面積27.05 m2，膜總過濾面積945 m2，設(shè)計(jì)過濾通量68 L（/h·m2），最大壓力6 bar；進(jìn)水泵4 臺(tái)，流量270 m3/h，揚(yáng)程16 m，功率18.5 kW；清液槽1 座，容積40 m3，尺寸為3.6 m×4.0 m；回流泵1臺(tái)，流量75 m3/h，揚(yáng)程15 m，功率5.5 kW。

納濾膜：直徑為8 mm，單位膜元件面積32.5 m2，膜總過濾面積2 730 m2，設(shè)計(jì)過濾通量18 L/（h·m2），操作壓力3～10 bar；進(jìn)水泵2 臺(tái)，流量27.5 m3/h，揚(yáng)程40 m，功率5.5 kW；清液罐1座，容積為40 m3；阻垢劑投加泵2臺(tái)，流量1.5 L/h，揚(yáng)程15 m，功率0.024 kW。

反滲透膜：RO 裝置2 套，單位膜管面積34.4 m2，膜總過濾面積2 083 m2，設(shè)計(jì)過濾通量121 L/（h·m2），操作壓力30～60 bar；進(jìn)水泵2臺(tái)，流量20 m3/h，揚(yáng)程30 m，功率4 kW；阻垢劑投加泵3臺(tái)，流量1.5 L/h，揚(yáng)程15 m，功率0.024 kW；酸液加藥泵3 臺(tái)，流量1.5 L/h，揚(yáng)程15 m，功率0.024 kW。

剩余污泥處理系統(tǒng)：污泥進(jìn)料泵1臺(tái)，流量40 m3/h，揚(yáng)程80 m，功率15 kW；板框壓濾機(jī)1 套，壓濾面積200 m2，功率19.8 kW；壓榨泵1臺(tái)，流量8 m3/h，揚(yáng)程180 m，功率7.5 kW；壓榨水箱，PP材質(zhì)，容積4 m3；水洗水箱，PP材質(zhì)，容積4 m3；脫水清液泵1臺(tái)，流量40 m3/h，揚(yáng)程20 m，功率5.5 kW；干泥斗1套，流量6 t/h，功率15 kW。

納濾減量系統(tǒng)：物料調(diào)整反應(yīng)器1套，流量15 m3/h；加藥計(jì)量泵，PP 材質(zhì)，功率0.37 kW；一級(jí)物料進(jìn)水泵1臺(tái)，過流SS316，功率3 kW；加藥計(jì)量泵1臺(tái)，PP材質(zhì)，功率0.13 kW；腐植酸濃液排放泵，過流SS316，功率0.37 kW；二級(jí)物料進(jìn)水泵1 臺(tái)，過流SS316，功率2.2 kW；清洗水泵1 臺(tái)，過流SS316，功率3 kW；物料濃液排放泵1臺(tái)，過流SS316，功率0.75 kW。

濃縮液處理系統(tǒng)：原水提升泵2 臺(tái)，流量3.5 m3/h，揚(yáng)程40 m，功率1.1 kW；蒸發(fā)濃液輸送泵2 臺(tái)，流量2.5 m3/h，揚(yáng)程30 m，功率1.5 kW；清液輸送泵2 臺(tái)，流量5 m3/h，揚(yáng)程40 m，功率1.1 kW；蒸發(fā)濃液儲(chǔ)罐，PE 材質(zhì)，容積5 m3；清液儲(chǔ)罐，PE 材質(zhì)，容積10 m3；空壓機(jī)1 臺(tái)，0.19 Nm3/min；過濾器，0.19 Nm3/min；冷干機(jī)，0.19 Nm3/min。

4 改造前后處理效果對比

改造前后三個(gè)月的進(jìn)出水水質(zhì)見圖4。

結(jié)果表明，采用“均化池+膜生物反應(yīng)器（MBR）+納濾（NF）+反滲透（RO）”組合工藝處理滲濾液，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，滲濾液進(jìn)水中的高COD、NH3-N及TN均顯著下降。其中，在COD、NH3-N、TN 進(jìn)水分別為8 400 mg/L、1 800 mg/L和1 980 mg/L的水質(zhì)條件下，去除率均超過99%，分別穩(wěn)定在10 mg/L、0.46 mg/L、15 mg/L 左右，且出水水質(zhì)基本趨于穩(wěn)定并滿足GB 16889—2008 表2排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，利用低溫蒸發(fā)的技術(shù)處理膜濃縮液，出水水質(zhì)滿足GB 16889—2008 表2排放標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)論

江蘇某滲濾液處理站經(jīng)過改擴(kuò)建后，垃圾滲濾液處理采用“均化池+膜生物反應(yīng)器（MBR）+納濾（NF）+反滲透（RO）”組合工藝，實(shí)現(xiàn)滲濾液全量無害化處理。工程實(shí)踐證明，江蘇某垃圾填埋場滲濾液處理工藝和膜濃縮液處理工藝，運(yùn)行穩(wěn)定，處理效果好，出水水質(zhì)滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）中表2排放標(biāo)準(zhǔn)，可為我國其他城市的生活垃圾滲濾液處理廠改擴(kuò)建提供借鑒。