生活垃圾焚烧发电厂的渗滤液处理工程实例

2022-03-10肖诚斌桂宏桥

净水技术 2022年3期

陈杰，肖诚斌，桂宏桥，古创,*

(1.光大环保能源<苏州>有限公司，江苏苏州 215101；2.光大环境科技<中国>有限公司，江苏南京 210007)

江苏某生活垃圾焚烧发电厂设计处理生活垃圾量为2 000 t/d，配套工程包括焚烧系统、烟气处理系统、渗滤液系统及其他配套系统。其渗滤液采用“预处理+厌氧IOC+外置式MBR+膜深度处理”组合工艺，项目于2017年3月投产正式运行，系统稳定且出水达到《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T 19923—2005)敞开式冷却塔回用水标准。本工程实例对生活垃圾焚烧厂渗滤液的设计和运行起到参考意义。

1 概况及工艺

1.1 处理规模

生活垃圾焚烧发电厂渗滤液的产生量变化主要受当地气候、生活水平、垃圾收运体系等因素影响[1]。依据项目周边类似工程经验，本项目渗滤液产生率取29%，卸料平台冲洗水及其他废水取50 m3/d，确定渗滤液处理规模为1 000 m3/d。

1.2 渗滤液进出水水质

生活垃圾焚烧发电厂渗滤液具有污染物成分复杂、浓度高等特点[2-3]，考虑水质和水量的最大冲击负荷，项目设计进、出水水质如表1所示。

表1 渗滤液处理系统主要进、出水水质Tab.1 Influent and Effluent Quality of Leachate Treatment System

1.3 处理工艺

生活垃圾焚烧发电厂渗滤液成分复杂，水质水量变化大且呈非周期性，处理难度大，针对生活垃圾焚烧发电厂渗滤液的进水水质和排放标准要求，本项目采用生化和膜处理相结合的工艺，主要包括预处理系统、厌氧IOC系统、外置式MBR系统、膜深度处理系统及辅助系统。工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图Fig.1 Process Flow Diagram

2 主要设计参数

2.1 预处理系统

根据生活垃圾焚烧发电厂渗滤液原水的悬浮物和有机物浓度高的特点[4]，预处理一般包括沉淀、混凝沉淀、高级氧化等方式，从占地、运行效果及经济等角度综合考虑，本项目预处理采用自清洗过滤器、竖流式沉淀池和调节池的组合方式。

自清洗过滤器设计2套，1用1备，过滤孔径为1 mm。初沉池设计1 座，全地上钢砼结构，有效容积为340 m3，表面负荷为0.85 m3/(m2·h)。调节池设计1 座，半地上钢砼结构，停留时间为6.3 d，分为两格，可独立运行。自清洗设计在污泥池顶部，过滤器截留物直接通过管道输送至污泥池，避免了臭气的外溢，保障预处理区域无异味问题。

通过预处理系统对直径大于1 mm和比重较大的无机颗粒物截留率达到90%以上，对水质和水量均起到较好的均衡作用，降低后续处理系统的水量和水质冲击负荷，确保后续系统稳定运行。

2.2 厌氧系统

由于生活垃圾焚烧发电厂渗滤液中有机物质量浓度基本在30 000～70 000 mg/L，厌氧工艺是对有机物去除效果较好的工艺，主要分为UASB、UBF、EGSB、IC等，本项目采用在IC反应器基础上将内循环与外循环相结合的IOC厌氧反应器，反应器采用底部八边形进水方式。其主要特点体现在有机物去除率高、出水水质好、调试周期短、系统运行更稳定。

反应器为碳钢防腐结构，尺寸为12 m×24.5 m，数量为3座，设计总容积约为7 500 m3，停留时间为7.5 d，有机物去除率基本维持在90.0%以上，运行温度为35 ℃，出水CODCr含量基本维持在6 000～10 000 mg/L。厌氧反应器单位容积单位时间的产气量为0.08～0.10 Nm3，沼气通过风机送入垃圾焚烧一次风机入口进行助燃发电，同时设计1套内燃式火炬进行应急处理。厌氧反应器整个启动周期为21 d。为将3座厌氧罐出水平均分配两条并行外置式MBR系统，厌氧系统设计1座配水井，通过配水井可将3座厌氧罐的出水水质和水量进行均匀调配，避免两条外置式MBR系统运行条件不同。厌氧系统接种污泥为焚烧厂渗滤液厌氧污泥，接种污泥总量约为1 800 m3(含水率为98%左右)，调试周期为21 d。

2.3 外置式MBR系统

考虑工艺稳定性，好氧生化系统采用外置式MBR系统，包含两级反硝化/硝化系统和外置式超滤系统，通过pH、溶解氧、MLSS等指标控制生化系统的运行。氨氮与TN去除效率均达到97%以上，CODCr去除效率可达到90%左右。外置式MBR系统可确保有机物和氮的去除率，降低后续膜深度处理系统的处理难度。

生化系统采用两级硝化反硝化工艺，分为两条平行工艺路线。生化系统总停留时间为11.6 d，其中一级反硝化为2.5 d、一级硝化为6.0 d、二级反硝化为2.3 d、二级硝化为0.8 d。采用鼓风射流曝气方式，一级硝化溶解氧含量设计为2.0 mg/L，二级硝化溶解氧含量设计为1.5 mg/L，MLSS设计为15 g/L，pH值为7～8。为保证反硝化所需要的碳源和碱度，本项目设计渗滤液原液直接超越厌氧设计碳源补充量，一级反硝化为30 m3/d，二级反硝化为20 m3/d，具体补充量根据厌氧出水碳氮比进行调节。生化系统接种污泥为焚烧厂渗滤液处理系统含水率80%的好氧池污泥，约200 t，整个生化系统调试周期为14 d。

为控制TN脱除效果，系统设计2 800%的大回流比和原液直接超越厌氧对一级反硝化和二级反硝化分别补充碳源和碱度。其中3条硝化回流管线为一级硝化回流至一级反硝化(500 m3/h)，二级硝化回流至二级反硝化(300 m3/h )，超滤回流至一级反硝化(400 m3/h)，总回流比为2 800%，回流比根据实际进出水水质进行调节，基本维持在2 000%左右。为避免大回流比对反硝化中溶解氧的影响，本项目在回流泵和超滤进水泵进口设置3.5 m高挡气墙，避免曝气器的气体直接被吸入回流泵进入反硝化，另外，生化采用鼓风射流曝气，氧气利用率达35%以上，高污染物及高污泥浓度对氧气的消耗速率也较快，实际运行结果表明反硝化池中的溶解氧含量维持在0.5 mg/L以下。

外置式超滤分4套，单套设计进水量为250 m3/d，设计通量约为65 L/(m2·h)，单套设计6支5 mm的膜元件，循环泵流量为275 m3/h。系统配备ICP自动冲洗和化学清洗系统，化学清洗周期为30 d。

2.4 膜深度处理系统

膜深度处理系统主要包括纳滤系统和反渗透系统[5]。超滤系统出水通过水泵进入纳滤系统，纳滤系统出水通过水泵进入反渗透系统。膜深度处理系统总清液得率为65.0%。清液达到水质要求后回用至冷却塔，膜系统产生的纳滤浓水和反渗透浓水进行收集后送至焚烧厂，进行石灰浆制备和消纳处理。

纳滤系统分为两套，单套处理规模为500 m3/d，设计通量约为12 L/(m2·h)，单套系统设计36支200 mm 的膜元件，清液产率为85.0%。反渗透系统分为两套，单套处理规模为430 m3/d，设计通量约为10 L/(m2·h)，单套设计42支200 mm的膜元件，清液产率为76.5%。膜深度处理系统均设置CIP自动化学清洗，清洗周期为30 d。

2.5 辅助系统

2.5.1 污泥处理系统

各单元产生的污泥经收集后进入污泥池，通过螺杆泵输送至污泥脱水机。设计处理量为20 m3/h，脱水机采用旋转挤压脱水机，脱水后含水率80%的干污泥经过高压输送泵输送至焚烧炉进行焚烧处理，脱水清液回流至一级反硝化池。

旋转挤压脱水系统及干污泥输送系统具有完全密闭结构防止臭气外溢。旋转挤压脱水机转速为5～8 r/min，能耗仅为传统离心脱水的1/4。干污泥输送既节省了运输车辆和运行人员数量，同时也避免了运输过程中“跑冒滴漏”现象。该项目污泥处理的经济效益和环境效益较传统污泥脱水明显。

2.5.2 臭气处理系统

渗滤液处理区设计1套除臭收集系统，设计两台除臭离心风机，1用1备，总收集量为16 000 m3/h。渗滤液各单元臭气经收集后通过离心风机输送至焚烧厂一次风机入口用于焚烧助燃及应急除臭系统。渗滤液除臭与垃圾焚烧协同既节省投资和运行成本，又能对臭气进行有效地去除。

2.5.3 浓缩液处理系统

浓缩液主要来自纳滤系统和反渗透系统，其中纳滤浓缩液量为150 m3/d，反渗透浓缩液量为200 m3/d。两种浓缩液经过混合后用泵输送至垃圾焚烧厂用于石灰浆制备协同处理。

3 运行效果

工程于2017年2月进行调试，2017年3月达到满负荷运行，调试结束后系统进入正式运行，各项出水指标达标。各单元处理效果如表2所示。

由表2可知，预处理主要对粒径大于1 mm的颗粒物和泥沙进行拦截，对SS的截留率在20.8%～31.3%。厌氧系统采用改进IC工艺，对CODCr的去除率可达91.0%左右，由于厌氧反应过程中部分有机氮转化为氨氮，导致厌氧出水氨氮略高于进水氨氮。剩余CODCr、氨氮和TN基本在MBR系统中进行去除，总去除率基本均达到90.0%以上，后续膜深度处理作为系统最后保障。

表2 各单元处理结果Tab.2 Treatment Results of Each Unit

实际运行过程中，焚烧厂渗滤液水量和水质主要受季节变化影响，每年5月—10月为丰水期，11月—次年4月为枯水期。两个时期在水质和水量上有较大差异，丰水期水量维持在设计量的80%～110%，水质基本接近设计值，运行压力较大。枯水期水量基本维持在设计量的50%～70%，各污染物浓度也基本在设计值的70%左右。

4 经济分析

整个渗滤液工程总投资约为7 080万元(不含征地费用)，其中土建投资约为2 300万元，设备及安装投资约为4 500万元，其他费用约为280万元。渗滤液吨水建设投资约为7.08万元/m3,实际运行成本经核算后约为33.94元/m3，其中电费约为20.00元/m3，水费约为1.30元/m3，药剂费约为2.60元/m3，人工费约为6.00元/m3，日常维护及检修费约为2.50元/m3，折旧费约为1.54元/m3。