垃圾焚烧电厂渗滤液处理生物法+膜法技术
生活垃圾焚烧电厂渗滤液主要来源于垃圾本身含有的水分、垃圾在降解过程中产生的水分、卸料平台及栈桥冲洗水和初期雨水等。垃圾渗滤液具有污染物成分复杂、水质波动大、有机物和氨氮浓度高、重金属离子浓度和盐分含量高等特点。垃圾渗滤液若直接排入水体，会对环境和人体健康带来很大的危害。
以某垃圾额定处理量为2×600t/d的焚烧电厂渗滤液处理系统为例，就生物法+膜法工艺在垃圾渗滤液处理中的应用进行探讨。
1、垃圾渗滤液处理工艺
1.1 设计进、出水水质
该电厂垃圾渗滤液处理后出水一类污染物浓度需达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889―2008），其他污染物需达到《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T31962―2015）和广东省《水污染物排放限值》（DB44/26―2001）要求，同时出水水质需满足《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T19923―2005）中敞开式循环冷却水系统补给水水质指标要求，便于电厂将污水处理站产水进行回用。
设计进、出水水质见表1。
1.2 工艺流程
渗滤液处理系统主要用于处理垃圾渗滤液、卸料平台及栈桥冲洗水、初期雨水等，设计处理规模为360m3/d。
工艺流程及水量平衡见图1。
1.3 设计参数及工艺特点
1.3.1 初沉池
渗滤液通过垃圾池底部的输送泵提升至初沉池。渗滤液输送泵2台（1用1备），Q=40m3/h，H=550kPa，N=15kW。在初沉池入口设1台篮式过滤器和1台自清洗过滤器，篮式过滤器的过滤精度为10mm，自清洗过滤精度为2mm。篮式过滤器和自清洗过滤器流量均为60m3/h。初沉池为半地下式钢混结构，停留时间1.2d，有效容积300m3。池底设1台螺杆排泥泵，Q=5m3/h，H=200kPa，N=2.2kW。渗滤液经泵输送至篮式过滤器和自清洗过滤器，去除大颗粒物及杂质，然后进入初沉池进一步除去粒径>1mm的固体颗粒物，降低悬浮物含量，防止在调节池淤积。初沉池的出水通过管道进入调节池，池底淤泥通过排泥泵进入污泥处理系统。
1.3.2 调节池
设1座调节池（分2格）和1座事故池，调节池和事故池互为备用。调节池为半地下式加盖钢混结构，水力停留时间8.3d，总有效容积3000m3。事故池为半地下式加盖钢筋混凝土结构，水力停留时间1.9d，总有效容积700m3。为了防止污泥在调节池和事故池中淤积，调节池设2台潜水搅拌器，事故池设1台潜水搅拌器，潜水搅拌器功率均为4.0kW。调节池对渗滤液水量和水质进行调节、暂存，同时对有机物还有一定的降解作用，可以降低后续生化系统的负荷。
1.3.3 厌氧系统
厌氧系统（UASB）主要工艺参数见表2。
设2座UASB厌氧反应器，地上式钢防腐结构，尺寸Ø10.9m×18.5m。1座厌氧沉淀池，半地下式钢混结构，水力停留时间15.3h，有效容积150m3；1座均化池，半地下式钢混结构，水力停留时间5.6h，有效容积120m3。设2台厌氧进水泵，Q=10m3/h，H=200kPa，N=4.0kW。1台厌氧超越水泵，Q=5m3/h，H=200kPa，N=2.2kW。2台厌氧循环泵，Q=75m3/h，H=200kPa，N=7.5kW。1台厌氧沉淀排泥泵，Q=5m3/h，H=200kPa，N=4.0kW。气水混合器2套，三相分离器2套，厌氧加热器2套，均化池搅拌器1台，酸洗装置1套。
①调节池出水通过厌氧进水泵进入中温UASB反应器，渗滤液在厌氧状态下，通过厌氧微生物的作用，使有机污染物依次完成水解、酸化、产气等厌氧过程，将污染物最终分解成甲烷气体、水、氨氮、磷酸盐和无机盐等小分子物质，为后续的MBR提供较好的进水条件。
②UASB反应器出水首先进入厌氧沉淀池，厌氧沉淀池底部一部分污泥通过排泥泵回流至UASB反应器，保证厌氧系统污泥浓度，强化反应器内的泥水混合效果，抵抗冲击负荷，提供更大的剪切力加强气泡与污泥分离，为后续反硝化系统提供良好的进水条件。厌氧沉淀池底部多余污泥通过厌氧沉淀排泥泵排至污泥处理系统。
③厌氧超越水泵将调节池中部分污水输送至均化池，作为碳源的补充，部分回流至事故池。
④厌氧沉淀出水进入均化池，与少部分通过厌氧超越水泵输送至均化池的污水进行混合、均质。均化池中搅拌器用于抑制出水中的厌氧微生物。
⑤垃圾渗滤液含有钙、镁离子和其他易结垢成分，在加热、厌氧过程中易结垢。厌氧系统酸洗装置可对易结垢管道进行酸洗。
⑥系统运行过程中，厌氧循环蒸汽保持系统温度在（35±1）℃，为防止进水量超出系统降解能力，调整单个厌氧罐进水量
pH值主要取决于厌氧3个生化阶段的平衡状态，原液本身的pH值和发酵产生的CO2负荷过高，水解和酸化过程的生化速率超过产气速率，导致水解产物有机酸积累，pH值下降，抑制甲烷菌的生理机能，产气速率锐减，因此发酵过程有机酸浓度以不超过3000mg/L为佳（以乙酸计）。碱度（ALK）是这一过程的有效缓冲剂，由HCO3及NH3形成厌氧处理系统碱度。高碱度具有较强的缓冲能力，一般要求碱度在2000mg/L以上，挥发有机酸（VFA）浓度以50～500mg/L为佳。系统正常运行时需控制VFA/ALK
游离态的硫化氢会对厌氧消化过程（主要是产甲烷过程）产生抑制作用；通过投加Fe3+可以去除S2-，延缓抑制，一般系统在硫化氢浓度>1500mg/L时，应投加三氯化铁5.0L/h，根据硫化氢浓度变化每次调整量
中温厌氧的氧化还原电位控制在-350～-300mV，非产甲烷阶段可在兼氧条件下进行，氧化还原电位-100～100mV，在产甲烷阶段的氧化还原电位临界值为-200mV。
厌氧罐0.5m取样口的MLSS控制在40～50g/L，4m取样口的MLSS控制在30g/L以下，厌氧循环管MLSS控制为15～20g/L。
厌氧系统停运后仍需对pH值、COD、有机酸、温度及循环泵运行情况进行监测。若中长期停运（>10d）应每天启动进水泵进水5～10m3，保持厌氧微生物活性。
1.3.4 MBR系统
设计采用一级前置式反硝化、硝化后置方式，二级强化反硝化/硝化和外置式超滤系统。2座半地下式钢混一级反硝化池，水力停留时间2.2d，有效容积430m3。4座半地下式钢混一级硝化池，水力停留时间4.5d，有效容积450m3。2座半地下式钢混二级反硝化池，水力停留时间0.86d，有效容积160m3。2座半地下式钢混二级硝化池，水力停留时间0.86d，有效容积330m3。2台硝酸盐回流泵，Q=75m3/h，H=200kPa，N=7.5kW。4台一级潜水搅拌器，2台二级潜水搅拌器，4台一级射流循环泵，2台二级射流循环泵，2台消泡剂投加泵。设2套外置管式超滤系统，处理能力为485m3/d；设有1套超滤清洗装置。
①厌氧池出水先进入一级反硝化池，反硝化池内设有水下搅拌装置，在反硝化池内利用宏观的缺氧环境和缺氧微生物的同化和异化作用，将硝酸盐氮、亚硝酸盐氮还原为氮气排放到大气中。
②反硝化池出水进入硝化池，在硝化池内利用好氧环境和好氧微生物的同化和异化作用，将氨氮氧化为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，从而达到氨硝化的目的。
③为了增强渗滤液处理系统总的脱氮率，设有二级硝化反硝化系统，在二级反硝化池中投加碳源，以保证反硝化所需的碳源，之后进入二级硝化池，将多余碳源去除。
④MBR系统运行过程中进水盐分以不超过5000mg/L为宜，SV30一般为15%～30%。由于硝化菌对pH值较为敏感，当硝化池的pH值过高时，出水氨氮将超标；过低时，会导致系统反硝化不完全，硝化微生物死亡。通常控制pH值为7.8～8.0。在一定范围内，随着温度的升高，生化反应速率加快，增殖速率也加快；温度突升或突降并超过一定限度时，会有不可逆的破坏，温度>40℃或
若溶解氧过高，污泥解体、泡沫增加，系统电耗升高；若溶解氧过低，系统曝气不充分微生物中毒，出水水质超标。运行中严禁在短时间内大幅提升进水负荷，最高COD不超过70000mg/L，BOD5不超过30000mg/L，所有生化进水负荷值的日平均波动幅度应控制在5%～8%。
MBR系统停运后为保证生化污泥活性，防止产生厌氧，每天应间歇曝气30～60min。中长期停运（超过10d）应每天启动进水泵进水5～10m3并曝气，以保持微生物活性。
MBR生化工艺、超滤主要工艺参数分别见表3、4。
1.3.5 纳滤系统
纳滤系统是由进水泵、集成设备和清液罐组成。设2台进水泵，Q=10m3/h，H=400kPa，N=2.2kW，2套集成设备和1套清洗系统。超滤出水进入纳滤系统，利用纳滤对有机物及高价态盐分的高选择性截留能力，去除水中绝大部分有机物及高价盐分，纳滤浓水进入纳滤浓缩液处理系统。纳滤系统主要工艺参数见表5。
1.3.6 纳滤浓缩液处理系统
纳滤浓缩液处理主要工艺参数见表6。
设置1套两级物料膜处理系统。一级物料膜系统设置1台纳滤浓液进料泵，Q=5m3/h，H=400kPa，N=1.5kW，1套一级物料膜主机，Q=100m3/d，N=15.5kW，采用12支8英寸（1英寸=2.54cm）膜元件。设1台改性剂投加泵，2台阻垢剂投加泵，1台一级物料浓液提升泵，Q=10m3/h，H=600kPa，N=4kW。二级物料膜系统设1台二级物料膜原水罐，V=5m3，1台二级物料膜给水泵，Q=3.5m3/h，H=400kPa，N=1.1kW，1套二级物料膜主机，Q=100m3/d，N=12kW，采用11支8英寸膜元件。设1座半地下钢混式腐殖酸储存池，V=260m3，1套清洗装置。
纳滤浓缩液经过水质调理后，首先进入一级物料膜系统，一级物料膜产生的浓缩液为高浓度有机废液，储存于腐殖酸储存池，回喷焚烧炉焚烧。一级物料膜透过液进入二级物料膜系统，产生的二级物料膜浓缩液储存于二级物料膜浓缩液罐，在正常情况下返回渗滤液调节池，应急情况下与腐殖酸一起泵至电厂回用。二次物料膜透过液进入反渗透系统。
1.3.7 反渗透系统
反渗透主要工艺参数见表7。
设2台反渗透进水泵，Q=10m3/h，H=400kPa，N=2.2kW。2套集成反渗透装置，Q=230m3/d，N=33kW，采用40支8英寸膜元件。1套集成清洗装置，1座反渗透产水池，V=150m³，1座反渗透浓液池，V=596m³。纳滤产水进入反渗透，通过反渗透对盐分及有机物的高截留能力，进一步去除水中的有机物及盐分，最终出水达标回用，RO浓缩液用作飞灰固化增湿用水和烟气净化石灰制浆。
1.3.8 污泥脱水系统
对初沉池、厌氧系统和MBR系统等产生的污泥进行脱水处理，脱水后污泥先进入污泥斗，再用泵输送至电厂焚烧炉焚烧。设1座地下式钢混污泥池，有效容积88m3；1座半地下式钢混清液池，有效容积50m3；1台污泥脱水进料泵，Q=10m3/h，H=200kPa，N=4kW；1套脱水机，Q=10m3/h，N=37.5kW；1套絮凝剂制备装置、1台絮凝剂投加泵、1台脱水清液回流泵。
①对初沉池、厌氧系统和MBR系统等产生的污泥进行脱水处理，脱水后污泥先进入污泥斗，再用泵输送至电厂焚烧炉焚烧。
②脱水清液流入脱水清液池，利用脱水清液回流泵送回MBR系统。
污泥脱水系统主要工艺参数见表8。
1.3.9 沼气收集和除臭系统
沼气主要来自垃圾渗滤液厌氧处理系统，主要成分为甲烷（40%~70%）、二氧化碳（30%~60%）、硫化氢等。沼气通过增压风机后送至锅炉燃烧实现资源再利用，应急情况下进入火炬燃烧。火炬可调节焚烧量为80~800m3，可满足不同时段的焚烧要求。
臭气主要来自渗滤液调节池（包含应急池）、污泥池，少量臭气成分也来自污泥脱水车间。通过风管统一送至垃圾池，入炉焚烧处理，同时设置1套化学（酸洗+碱洗+氧化）除臭系统作为应急备用，总处理能力为15000m3/h。
2、实际运行效果及成本分析
垃圾渗滤液处理系统自2020年6月正式运行以来，系统出水一直比较稳定。
出水水质见表9。
由表9可以看出，生物法+膜法垃圾渗滤液处理工艺出水水质完全能满足《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T19923―2005）中敞开式循环冷却水补充水的水质标准。
运行成本：消泡剂0.35元/m3，膜清洗剂1.08元/m3，盐酸1.75元/m3，阻垢剂1.20元/m3，絮凝剂2.40元/m3，改性剂0.28元/m3，水0.20元/m3，电18.30元/m3，蒸汽3.60元/m3，维护保养0.33元/m3，超滤膜更换1.30元/m3，纳滤膜更换1.37元/m3，反渗透膜更换1.33元/m3，浓缩液膜更换0.75元/m3，分析化验0.17元/m3，合计34.41元/m3。渗滤液处理运行单价以满负荷（360m3/d）运行计算；运行成本中,电价0.61元（/kW・h）、水价4.0元/m3、蒸汽价200元/t、盐酸（31%）价格700元/t；运行时间按每年运行8000h计；工资及福利费不计。
3、结论
生物法+膜法工艺（预处理+UASB+MBR+NF+RO）在某垃圾焚烧发电厂渗滤液处理中的应用表明，该工艺具有抗冲击负荷能力高、污泥产量低和出水水质稳定等优点，能满足《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T19923―2005）标准中敞开式循环冷却水补充水的水质要求，可以回用于场区杂用，是场区实现污染零排放的关键措施。（来源：西安热工研究院有限公司，中联西北工程设计研究院有限公司）