UASB-MBR-NF工艺处理生活垃圾焚烧电厂渗滤液处理研究

冯小杰

（新源（中国）工程有限公司，福建 厦门 361008）

1 引言

相对于卫生填埋法、堆肥法，生活垃圾焚烧处理技术在减量化、无害化、资源化等方面具有很大优势。近年来在人口高度密集、土地资源紧张、垃圾热值较高的大中型城市和沿海经济发达地区，生活垃圾焚烧处理技术具有较快的发展。

但由于生活垃圾焚烧厂垃圾渗滤液水质复杂多变，传统的处理工艺很难将其有效地处理。厌氧法比较适用于高浓度有机废水包括垃圾渗滤液的处理。废水厌氧处理技术因其产生可利用资源、产泥量少、对无机营养元素要求低、可生物降解卤素多环芳烃等难好氧降解有机物及占地面积小等而得到较快的发展，并出现以UASB、厌氧滤池（AF）、厌氧折流板反应器（ABR）等为代表的第二代厌氧反应器处理技术。Maris等人应用UASB在常温下（30℃左右）处理垃圾渗滤液，CODCr的去除率在85%以上｛Maris，1985＃24｝。UASB工艺在处理垃圾渗滤液中得到了广泛的应用。综合国内生活垃圾焚烧厂垃圾渗滤液处理项目的运行情况，厌氧和MBR组合工艺逐渐发展成为主流工艺。

本文以福建某垃圾焚烧发电厂渗滤液处理工程为例，介绍升流式厌氧污泥反应床（UASB）、膜生化反应器（MBR）和纳滤膜过滤工艺组合处理工艺在焚烧厂渗滤液处理中的应用情况。

2 工程概述

2.1 水质指标

污水经处理后，水质应达到城市污水管网纳管标准（《CJ343－2010污水排入城镇下水道水质标准》）之后排入下水道，最终进入市政污水处理厂进一步处理必须达到《污水综合排放标准》（GB 8978－1996）。经污水厂处理后，必须达到《污水综合排放标准》的一级标准，工程设计进出水主要指标见表1。

表1 工程设计进出水主要指标

2.2 工艺流程

工程工艺流程见图1，主要工艺可分为以下5个部分：预处理系统、UASB厌氧反应器、膜生化反应器（反硝化、硝化、超滤系统）、深度处理系统（纳滤系统）、污泥处理系统。

针对垃圾渗滤液的有机负荷高的特点，厌氧工艺是一个较为合适的选择，其原因在于：厌氧工艺不需要曝气，从而节省能源；产生的污泥量低；进水水质水量可以通过调节池稳定。由于厌氧生物处理工艺具有节能、运行费低、能产生沼气等特点，所以一般认为针对高浓度有机废水处理较宜先采用厌氧工艺，然后再采用好氧工艺作进一步处理。

2.2.1 预处理系统

来自垃圾储存坑的垃圾渗滤液收集后用泵抽至过滤池，过滤池内安装一套间隙为5mm的滤网，渗滤液经过滤后，大颗粒杂质及悬浮物被清除，再用泵经3mm过滤器、1mm过滤器抽进初沉池（设计渗滤液原水泵旁路直接进初沉池），较重的颗粒杂质进一步在初沉池沉淀，澄清后的渗滤液溢流到调节池。初沉池的初沉污泥用污泥泵抽到污泥处理间处理。

调节池的设计约7d（1588m3）的停留时间，且在内部增设导流隔板，使污水在池内成迂回流动，调节池底部铺设填料增强预处理效果，有机污染物的去除率约为30%。同时考虑到池内气体需及时排除，调节池上设置排气孔，气体由引风机引至垃圾坑负压区。调节池内装设液位计。

2.2.2 厌氧反应器（UASB）

厌氧进水泵进水和厌氧循环泵出水混合进入反应器底部，混合液以一定流速自下而上流动，厌氧过程产生的大量沼气也起到搅拌作用，使污水与污泥充分混合，有机质被吸附分解；所产沼气经由厌氧反应器上部三相分离器的集气室排出，含有悬浮污泥的污水进入三相分离器的沉降区，沉淀性能良好的污泥经沉降面返回反应器主体部分，含有少量较轻污泥的污水从反应器上部排出。

图1 渗滤液处理工艺流程简图

该厌氧反应器有一个很大的特点，就是能使反应器内的污泥颗粒化，且具有良好的沉降性能和很高的产甲烷活性。这使反应器内的污泥浓度更高，泥龄更长，大大提高了COD容积负荷，实现了泥水之间的良好接触。由于采用了高COD负荷，所以沼气产量高，使污泥处于膨胀流化状态，强化了传质效果，达到了泥水充分接触的目的。

厌氧系统采用最新的多点布水管混合工艺技术，可有效避免管道堵塞现象的产生。为了保证冬季时厌氧系统的反应温度，设置一套采用蒸汽加热方式（混合加热器）的加热装置对污水进行加热，加热管线充分考虑耐温性能，加热器前加现场温度计，加热器后加远传测温点（信号送控制室）。

经厌氧反应器处理后的出水，进入MBR系统进行进一步的处理。厌氧产沼气由引风机（在管道加负压表，并设报警等安全措施）通过管道引到垃圾坑负压区。厌氧池设置多个取样点，方便取样分析。所有预埋件都做防腐处理。

2.2.3 膜生化反应器（MBR）

近年来，膜生化反应器（MBR）技术在渗滤液处理方面得到成功应用，其中分体式膜生化反应器已成功应用于佛山、中山、郴州、太仓、上海等地的垃圾渗滤液处理。

MBR是生化反应器和膜分离相结合的高效废水处理系统，用膜分离（通常为超滤）替代了常规生化工艺的二沉池。与传统活性污泥法相比，MBR对有机物的去除率要高得多，因为在传统活性污泥法中，由于受二沉池对污泥沉降特性要求的影响，当生物处理达到一定程度时，要继续提高系统的去除效率很困难，往往延长很长的水力停留时间也只能少量提高总的去除效率，而在膜生化反应器中，由于分离效率大大提高，生化反应器内微生物浓度可从常规法的3～5g／L提高到15～30g／L，可以在比传统活性污泥法更短的水力停留时间内达到更好的去除效果，减小了生化反应器体积，提高了生化反应效率，出水无菌体和悬浮物，因此在提高系统处理能力和出水水质方面表现出很大的优势。错流式膜分离技术的开发，特别是膜材料和膜产品不断发展，以及近年来膜价格的大幅度下降，使膜分离技术在水和废水处理中的应用得到了迅速发展。本方案采用的MBR是一种分体式膜生化反应器，包括生化反应池和超滤UF两个单元。

（1）生化反应池。经厌氧反应器处理后的渗滤液与硝化池回流液混合后进入反硝化反应器，在液下搅拌器的作用下与反硝化污泥充分混合。硝化池回流液由于已通过高活性好氧微生物的硝化作用，使氨氮和有机氮氧化为硝酸盐和亚硝酸盐，在反硝化反应器缺氧环境中，在反硝化污泥的作用下还原成氮气排出，达到脱氮的目的。

反硝化池的出水直接进入硝化池，污水、空气、活性污泥充分混合与包容，并在反应池循环往复运动，通过高活性的好氧微生物作用，污水中含有碳、氮和磷等元素的有机物得到有效去除。

硝化池出水通过超滤进水泵进入超滤系统，在超滤循环泵的作用下，大部分活性污泥（超滤浓水）回流到反硝化反应器，进而又回到硝化反应器。剩余污泥（部分超滤浓水）排到污泥浓缩池。

（2）超滤。垃圾渗滤液经过硝化、反硝化反应后，由超滤装置进行过滤处理。超滤代替了常规生化工艺中的二沉池，使微生物被迅速、完全截留在生化反应器内，保持生化反应器的高生物浓度，有效控制泥龄，避免了污泥的流失，确保硝化效果，提高出水质量。

超滤是一种从溶液中分离出大粒子溶质的膜分离过程，其分离机理是机械筛分原理，超滤膜具有选择性分离的特点。超滤过程如下：在压力作用下，料液中含有的溶剂及各种小的溶质从高压料侧透过超滤膜到达低压侧，从而得到透过液；而尺寸比膜孔大的溶质分子被膜截留成为浓缩液。

2.2.4 NF系统

为了使出水能保证达到一级排放标准，垃圾渗滤液经过MBR处理后，MBR的出水要经过纳滤进一步处理。

纳滤膜和反渗透膜均属于致密膜范畴，二者的分离机理也相同。但纳滤的截留界限仅为分子大小约为1nm的溶解组分，与反渗透相比，纳滤的最大优点是能将小分子盐随出水排出，避免盐富集带来的不利影响。如用来进一步处理经过超滤的水，可降低COD、重金属离子及多价非金属离子（如磷等），达到出水要求。渗透水量在85%～90%之间。操作压力为0.5～2.0MPa。

在膜生化反应器系统后加上纳滤系统，纳滤的作用是截留那些难生化的大分子有机物COD。经纳滤系统进一步深化处理，可以使纳滤出水COD降到400mg／L以下。

纳滤净化水回收率80%，同时产生20%的回流液（浓水），浓水可外运进一步处理。为了达到一级排放标准，处理方案增加二级纳滤装置，对二级纳滤浓水外运做进一步处理。清洗水和废酸碱液经收集后通过泵送至调节池进一步处理。

2.2.5 污泥处理系统

渗滤液处理系统的污泥来自进水初沉污泥（在污泥泵前加装反冲洗装置）、厌氧池剩余污泥、生物处理剩余污泥三部分。为了发挥生物处理的剩余污泥的生物吸附作用和改善污泥的脱水性能，设计中把三部分污泥集中排到污泥浓缩池（在污泥泵前加装反冲洗装置），经过混凝沉淀和污泥浓缩，上清液溢流回调节池，浓缩污泥通过螺杆泵抽送到垃圾坑喷洒到新垃圾上面，经自然干燥后污泥随垃圾进入焚烧炉焚烧处置，或者经过离心机脱水后将干污泥运至焚烧炉焚烧（或外运填埋）。

3 运行效果

在整个处理流程中，各工艺出水CODCr、－N变化见图2。从图中可以看出，调节池、厌氧池对CODCr的去除作用最为明显，从原水33400mg／L降低到5328mg／L，去除率达84.0%，但－N稍微有所增加。而MBR工艺除对CODCr有作用外，对－N的去除作用尤为显著，从1677mg／L降低到未能检出水平。NF工艺对CODCr持续具有去除作用，最后去除为53.1mg／L，可达标排放。结果运行较为稳定，效果较好。

图2 各工艺出水CODCr、－N变化（n＝7）

图3给出了工艺2个月对CODCr的运行数据。生活垃圾渗滤液经过UASB－MBR处理后，尽管原水水质变化幅度较大，但CODCr除去个别天数外，基本小于500mg／L，对CODCr的去除率介于97.9%～98.8%之间，平均去除率为98.5%，可以达标排放。

图3 UASB-MBR工艺对CODCr处理效果

图4 UASB-MBR工艺对－N处理效果

4 结语

采用UASB工艺，能够有效地降低焚烧厂生活垃圾渗滤液的有机负荷，调节池、厌氧池对CODCr的去除作用最为明显；MBR工艺对－N作用尤为显著。

经过 UASB-MBR工艺，CODCr基本小于500mg／L，对CODCr平均去除率为98.5%；－N均小于30 mg／L，对－N平均去除率为99.3%，可以达标排放。

经过 UASB-MBR-NF工艺处理后，可达到《污水综合排放标准》（GB 8978－1996）的一级标准，可实现纳滤净化水回收。

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