垃圾滲濾液膜組合處理工藝

2011 年7 月1 日，《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889-2008) 開始啟用，而傳統(tǒng)的單一生化處理法已經(jīng)不能滿足出水要求，人們將目光轉(zhuǎn)向更為高效的膜分離技術(shù)。應(yīng)用于滲濾液處理的膜分離技術(shù)主要有超濾、納濾、微濾、反滲透等，多數(shù)滲濾液處理采用兩種或兩種以上的膜組合工藝來確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。目前國內(nèi)外滲濾液處理膜技術(shù)以MBR+NF/RO 處理技術(shù)為主，傳統(tǒng)生化+ 納濾+ 反滲透的技術(shù)應(yīng)用于滲濾液處理的實際工程案例也有較多報道。

MBR+NF/RO 是近年發(fā)展較快的一種新型組合工藝，具有流程簡單、投資低、運行成本低等優(yōu)點，適合中小城鎮(zhèn)垃圾滲濾液處理工程。結(jié)合東興市的降雨特點和滲濾液產(chǎn)量及水質(zhì)實際情況，設(shè)計并構(gòu)筑了以中溫厭氧反應(yīng)器+ MBR+NF/RO 組合工藝為主的垃圾滲濾液處理站，其處理能力為200m3/d。

該滲濾液處理站處理流程簡單、占地面積小，且可根據(jù)實際進(jìn)、出水水質(zhì)靈活調(diào)整工藝組合。由于該地區(qū)降雨充沛，填埋初期滲濾液COD 濃度為3 000～4 000 mg/L，可不經(jīng)過中溫厭氧反應(yīng)器，直接進(jìn)入一體式MBR 反應(yīng)池及后續(xù)處理工藝，處理效果顯著。

1 工程概況

東興市衛(wèi)生填埋場改擴建工程的填埋場場區(qū)占地面積為114 655 m2，總庫容為76．8×104 m3。日處理垃圾為121 t，2010 年-2023 年投入運行，服務(wù)年限為14 年。滲濾液處理站占地約2 900 m2，設(shè)計處理量為200 m3/d，目前運行良好。

該填埋場采用改良型厭氧填埋工藝，滲濾液水質(zhì)濃度較傳統(tǒng)厭氧性填埋有所降低，可生化性也有所提高，設(shè)計填埋初期及中后期滲濾液進(jìn)、出水主要指標(biāo)見表1。

2 工藝流程

垃圾滲濾液在滲濾液調(diào)節(jié)池中經(jīng)過一定時間的沉淀作用，去除廢水中部分懸浮物、有機污染物和重金屬離子; 高濃度滲濾液通過潛污泵輸送至中溫厭氧反應(yīng)器，可降解部分COD、BOD5以及重金屬離子，中溫厭氧反應(yīng)器出水通過重力自流入一體式MBR 反應(yīng)器; 低濃度滲濾液直接經(jīng)調(diào)節(jié)池后進(jìn)入MBR 反應(yīng)器; 通過MBR 反應(yīng)器中生物降解和膜過濾的綜合作用，進(jìn)一步去除廢水中難降解的有機污染物，去除NH3-N、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮和重金屬離子及大部分懸浮物; MBR 的出水通過高壓泵輸入納濾設(shè)備，在納濾膜的過濾作用下，進(jìn)行脫色、去除剩余的難降解有機污染物和金屬離子; 在納濾后串聯(lián)反滲透單元可以保證高氨氮情況下水質(zhì)達(dá)標(biāo)，最后再通過活性炭過濾器。設(shè)計出水水質(zhì)執(zhí)行《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889-2008) 中一般地區(qū)滲濾液排放限值。

在實際運行中，根據(jù)滲濾液進(jìn)水濃度選擇是否經(jīng)過中溫厭氧反應(yīng)器，根據(jù)納濾出水選擇是否串聯(lián)反滲透單元。回流污泥由M 池回流至A 池(見圖1)，剩余污泥利用水壓通過閥門控制排到污泥池;污泥池內(nèi)設(shè)置污泥泵將濃縮后的污泥輸送至垃圾填埋場填埋處理。

3 主要構(gòu)筑物、設(shè)備及設(shè)計參數(shù)

3. 1 調(diào)節(jié)池

綜合考慮安全、經(jīng)濟及地形條件，調(diào)節(jié)池有效容積為15 233 m3，設(shè)計水深為4．5 m，可滿足需調(diào)節(jié)的滲濾液總量的需要。調(diào)節(jié)池池底標(biāo)高為15．00 m，最高水位標(biāo)高為19．50 m，截污壩的壩頂標(biāo)高為20．00 m。內(nèi)設(shè)不銹鋼潛污泵2 臺(1 用1 備，流量為7．0 m3/h、揚程為150 kPa、功率為1．1 kW)，運行時間為20 h/d。

3. 2 中溫厭氧反應(yīng)器

設(shè)中溫厭氧反應(yīng)器1 座，鋼制，外保溫，尺寸為￠6 m×10 m，有效容積為160 m3，停留時間為20 h，容積負(fù)荷為6 kgCOD/(m3·d)，內(nèi)置纖維填料層。

通過在其底部的環(huán)形開孔布水管布水。布水管用磚砌支墩固定于池底，面向池底開孔。每20 cm開一個直徑為10 mm的孔洞，每兩個孔洞之間呈45%傾角方向。配置水管道泵1 臺(流量為11．5 m3/h、揚程為112 kPa、功率為0．75 kW)，配套電加熱裝置，N = 16 kW。

3. 3 MBR 反應(yīng)器

MBR 反應(yīng)器為聯(lián)體鋼筋混凝土地下式構(gòu)筑物，共分三個部分: 缺氧池(A 池) 、好氧池(O 池) 和膜分離池(M 池)。反應(yīng)器總尺寸為16 m×15 m×3．05 m，有效水深為2．5 m。A 池有效容積為300m3，O 池有效容積為238 m3，M 池有效容積為62m3。好氧池(O 池) 曝氣由鼓風(fēng)機供應(yīng)(2 臺，1用1備，P = 49．0 kPa、Qs = 6．98 m3/min、N = 11 kW)。

M 池另外配鼓風(fēng)機為膜組件供氣，在膜分離單元的下部裝微孔曝氣器，該曝氣管氧利用率高，氣泡分散均勻，氣泡直徑為3 mm左右，與滲濾液接觸面積增大，具有很高的氧氣傳遞效率。氣源由一臺反沖洗鼓風(fēng)機提供(P = 58．8 kPa、Qs = 4．8 m3/min、N= 7．5 kW)。

M 池內(nèi)設(shè)中空纖維微濾膜組件一套。采用旭化成MUNC-620A 膜，高結(jié)晶性聚偏氟乙烯(PVDF) 材質(zhì); 膜通量為6 L/(h·m2 )，實際膜總面積為1 680 m2 ; 孔徑為0．1 μm; 最大透膜壓力為300kPa; pH 值范圍為1～10; 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計過濾水量為0．2～ 0．7 m3/d。膜分離液通過抽吸泵排出(Q = 9 m3/h，吸程= 80 kPa，H = 300 kPa，功率為2．2 kW)。

3. 4 納濾裝置

采用納濾成套設(shè)備，處理能力為6 m3/h; 配納濾高壓泵1 臺，Q = 10 m3/h，H = 1．7 MPa，功率為15kW，電源為380 V，55 Hz; 配納濾增壓泵1 臺，Q = 10m3/h，H = 200 kPa，功率為2．2 kW。

設(shè)納濾車間1 座，磚混結(jié)構(gòu)，尺寸為8．0 m×6．0 m。

3. 5 反滲透裝置

采用卷式反滲透成套裝置，配清洗設(shè)備、電控設(shè)備、機座各一套; 配進(jìn)水泵2 臺，TSWA 臥式多級離心泵，Q = 18 m3/h，N = 7．5 kW，揚程為800 kPa。機座清洗泵2 臺，Q = 25 m3/h，N = 15 kW，揚程為800kPa。

3. 6 污泥泵井和污泥濃縮池

污泥泵井與濃縮池均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸分別為3．0 m×3．0 m×3．0 m和3．0 m×3．0 m×6．2 m。污泥泵井配污泥泵一臺，Q = 15 m3/h，H =70 kPa，N = 0．75 kW。污泥濃縮池配污泥泵一臺，Q= 15 m3/h，H = 220 kPa，N = 2．2 kW; 濃縮后污泥直接由污泥泵抽回至填埋場庫區(qū)。

4 系統(tǒng)運行與控制關(guān)鍵點

4. 1 MBR 反應(yīng)器運行控制

缺氧段(A 池) 與好氧段(O 池+ M 池) 運行過程中的基本參數(shù)控制如表2 所示。

滲濾液水質(zhì)成分復(fù)雜，進(jìn)水氨氮濃度很高，微濾膜對氨氮去除作用很小，要使出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，只有通過生化作用對其進(jìn)行降解，一旦系統(tǒng)的生化性能出現(xiàn)問題，膜污堵速度較生化性能良好時更快，恢復(fù)難度更大，出水很難達(dá)標(biāo)。因此，需根據(jù)系統(tǒng)進(jìn)水選擇性添加碳源，提高廢水的可生化性。運行初期，滲濾液C/N 達(dá)4．5 左右，缺氧段不需要投加碳源。隨著填埋場運行時間的延長，滲濾液中的碳、氮比例將會失調(diào)。若碳源不足，每天向MBR 缺氧段投加一定量的甲醇，廢水可生化性會逐漸變好。

4. 2 MBR 膜污染與清洗

在運行過程中，通過膜機架底部曝氣產(chǎn)生的氣泡及水流，使膜絲充分抖動對膜進(jìn)行擦洗。同時采用間歇運行方式，自吸泵抽吸13 min，停止2 min，可防止膜孔堵塞，使長期穩(wěn)定運行成為可能。系統(tǒng)運行時，采用恒定流量辦法，抽吸負(fù)壓可通過電接點式壓力表讀取，MBR 膜片操作負(fù)壓為0．01～0．03MPa，當(dāng)操作負(fù)壓＞ 0．05 MPa 時，需對MBR 膜片及時進(jìn)行清洗。一般運行到30 天，即使負(fù)壓未超過0．05 MPa，也要進(jìn)行清洗。

清洗方法: 將MBR 膜片從膜架上取下，用清水對MBR 膜片表面進(jìn)行沖洗，除去MBR 膜片表面附著的活性污泥; 再用0．5% 的NaClO 溶液浸泡1 h，殺死附著在膜表面的細(xì)菌; 然后用5%～10% 的NaOH 溶液將MBR 膜片浸泡2 h，除去附著在MBR膜片表面的有機物和膠體物質(zhì)，再用清水對MBR 膜片進(jìn)行沖洗，MBR 膜片通量即可恢復(fù)。

4. 3 NF/RO 運行與控制

在NF/RO 裝置中采用大量在線監(jiān)測儀表及時對各部位水質(zhì)進(jìn)行動態(tài)跟蹤和自動調(diào)整，以最大限度地延長膜的使用壽命; 進(jìn)水濁度控制在1．0 NTU以內(nèi)，以降低膜的清洗頻率，延長膜的使用壽命。在進(jìn)水水質(zhì)濃度不高時，納濾出水即滿足出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，此時即可關(guān)閉后續(xù)的反滲透單元，降低管理難度和能耗，節(jié)約運行成本。系統(tǒng)穩(wěn)定運行要求的進(jìn)水條件見表3。

5 運行結(jié)果

從2011 年4 月起調(diào)試2 個月，穩(wěn)定運行至今。各項水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果見表4，均達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889-2008) 的表2 標(biāo)準(zhǔn)。

6 工藝優(yōu)勢

①運行能耗低

本工藝采用厭氧處理，以減輕后續(xù)好氧處理的負(fù)荷，降低運營成本。電耗是好氧工藝的主要費用，在本工藝中選用氧利用率較高的膜式微孔曝氣器，氧的利用率一般可達(dá)到30%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他曝氣裝置曝氣的氧利用率。選擇能耗較低的一體式MBR，動力消耗為0．2～0．4 kW·h/m3，僅約為分置式的1/10。

②操作靈活

運行初期，低濃度滲濾液無需經(jīng)過中溫厭氧反應(yīng)器，可直接進(jìn)入MBR 及納濾處理單元。在納濾裝置的基礎(chǔ)上增加反滲透裝置，使系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)得到保障。由于納濾出水已經(jīng)過一次脫鹽，因此反滲透系統(tǒng)所需壓力就會很小，反滲透膜得到一定的保護(hù)，產(chǎn)水率相對也能提高。另外，若納濾出水滿足出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，即可關(guān)閉后續(xù)的反滲透單元，降低能耗，節(jié)約運行成本。

③二次污染少

本工藝采用生化處理和物化處理相結(jié)合的方法，利用中溫厭氧、MBR 能比較徹底地降解污染物的特點，使污染物數(shù)量減少、危害程度降低。該工藝產(chǎn)生的污泥量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于其他工藝特別是單純使用物化處理的工藝，產(chǎn)生的少量污泥可以采取回灌的措施控制其對環(huán)境的危害。具體參見http://www.xuum.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。

7 結(jié)語

該滲濾液處理站處理工藝充分發(fā)揮微濾、納濾反滲透三種膜工藝的功能互補性，保證了膜部件的穩(wěn)定高效運行，組合方便，可操作性強。

一體式MBR 較傳統(tǒng)分置式MBR，具有占地面積小、能耗低的優(yōu)點，適合作為中小型垃圾滲濾液站處理工藝。動力消耗為0．2～0．4 kW·h/m3，僅為分置式的1/10 左右。

工程實踐表明，采用MBR+NF/RO 工藝對填埋初期垃圾滲濾液處理效果顯著，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，出水各項指標(biāo)均能達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889-2008) 中表2 規(guī)定的排放限值。