“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划要求城市生活垃圾焚烧处理能力占无害化处理总能力的比例达到50%, 东部地区达到60%, 2015年垃圾填埋量占66%, 到2020年垃圾焚烧量将达到54%。四川省某城市生活垃圾填埋场是一座中型城市生活垃圾卫生填埋场, 占地243亩 (1亩≈667m²) , 设计垃圾处理规模为400t/d, 2009~2012年的渗滤液平均产量产约190m³/d, 2017年前逐步完成封场。垃圾焚烧厂一期工程为400m³/d (渗滤液量为60m³/d) , 二期工程规模达到800 m³/d (渗滤液量为120m³/d) 。随着填埋场的封场其渗滤液产量逐年降低, 焚烧厂规模增加其渗滤液逐渐增加。渗滤液处理站设计规模为250m³/d。

根据填埋场现场水质监测数据, 并参考国内其他焚烧厂渗滤液水质确定设计进水水质。为节约水资源, 出水作为焚烧厂冷却水, 设计出水水质满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》 (GB 16889-2008) 的排放限值, 并同时满足《城市污水再生利用工业用水水质》 (GB/T 19923-2005) 对直流冷却水水质限值, 见表1。

垃圾渗滤液是一种高浓度有机废水, 具有污染物成分复杂、水质波动大、有机物和氨氮浓度高等特点^[1], 因此选择一种合适可靠的废水处理工艺尤为重要, 即能保证有机物的彻底去除, 又有良好的脱氮效果。国内对垃圾渗滤液处理工程案例较多, 主要采用预处理+生化处理+深度处理, 运行效果能达到排放要求^[1~5]。根据本工程的设计进出水水质, 参考同类工程运行经验, 采用中温厌氧-MBR (二级硝化反硝化+超滤) -NF/RO工艺处理垃圾渗滤液, 工艺流程见图1。垃圾填埋场和焚烧厂产生的渗滤液先进入调节池, 经调节水质水量后用泵提升至中温厌氧反应器, 去除难降解有机物并提高废水的可生化性。再自流进入MBR系统, 采用两级硝化反硝化和超滤后去除大部分总氮和有机物。然后经过纳滤和反渗透进一步去除污染物, 出水水质达标后作为焚烧厂冷却水回用。纳滤和反渗透产生的浓缩液回灌至填埋场。中温厌氧反应器和MBR系统产生的污泥先进入污泥储存池, 再通过浓缩脱水将污泥含水率降至80%后外运填埋场处置。

渗滤液营养比例失调主要是碳、氮比例的失调, 通常随填埋场运行时间延长而表现更为明显。设计先考虑将填埋和焚烧产生的渗滤液充分混合以均衡水质, 在通过中温厌氧处理降解大分子有机物, 提高废水的可生化性, 去除部分SS和COD, 将有机氮转化为氨氮。考虑厌氧处理对有机物的降解, 设置超越管, 在碳源不足, 氨氮较高时, 部分废水直接进入MBR系统;同时考虑采用投加淀粉来补充碳源。

为确保有机物的去除和脱氮, 设计采用两级硝化反硝化系统。在一级硝化反硝化系统后设置中间池, 主要进行剩余污泥排放, 并降低出水中溶解氧, 利于后续二级反硝化。超滤系统的污泥除回流至二级反硝化池外, 还考虑一级反硝化池回流, 主要是补充一级系统的污泥浓度, 更有效地进行有机物降解和反硝化脱氮。

温度是影响反硝化速率的一个重要因素, 随着温度上升, 反硝化速率升高, 其适宜温度范围为15~35℃^[4], 该温度范围也是反渗透膜适合的水温^[5]。本设计先考虑渗滤液进入中温厌氧反应器处理, 设计水温为35℃, 采用焚烧厂废热水进行换热, 对水温进行自控控制, 冬季进水温度较低, 加大废热水热循环量;夏季则减小废热水热循环量。为保证后续处理单元水温, 一级和二级反硝化池和硝化池加盖。

均质池位于整个处理系统前端, 收集来自填埋和焚烧的渗滤液, 充分调节水量, 均衡水质。均衡池设计有效容积为256 m³。主要设备:提升泵2台, 1用1备, Q=10.5m³/h, H=20m, N=2.2kW。

中温厌氧反应器设置2座, 单座尺寸为8m×14m, 有效容积为628m³, 碳钢结构, 为地上式构筑物。主要设计参数:设计温度35℃, COD负荷为4kgCOD/ (m³·d) , MLVSS浓度为3.5g/L。

MBR系统由一级硝化反硝化池、二级硝化反硝化池和超滤装置组成。

一级反硝化池2座, 尺寸5.3 m×7.5 m×4.8m, 有效容积166.95 m³。一级硝化池2座, 尺寸12m×7.5m×4.8m, 有效容积360 m³。沉淀池2座, 尺寸4m×4m×4.8m。主要设计参数:单座处理流量125m³/d, 污泥浓度7.5g/L, 脱氮速率0.1kg NO₃^--N/ (kgMLSS·d) , 污泥回流比为300% (超滤装置回流比) , 硝化液回流比为200%。硝化液回流泵流量为10.5 m³/h, 扬程8 m, 功率0.75kW, 2用2备。污泥回流泵流量为16 m³/h, 扬程10m, 功率1.1kW, 2用2备。

二级反硝化池1座, 尺寸4m×6.7m×4.8m, 有效容积112.56 m³。二级硝化池1座, 尺寸10m×6.7m×4.8m, 有效容积268m³。主要设计参数:处理流量250m³/d, 污泥浓度9.2g/L, 脱氮速率0.06kgNO₃^--N/ (kgMLSS·d) , 回流比为200%。

超滤膜采用高结晶性聚偏氟乙烯 (PVDF) , 膜通量为60L/ (h·m²) , 单组膜面积36.7m², 膜过滤方式为循环错流, 共5组。

纳滤系统包括中间水池、纳滤装置、加药装置、清洗装置和反渗透进水池, 处理规模270 m³/d, MBR系统来水250 m³/d, 部分反渗透浓缩液回流20 m³/d。纳滤产水率80%, 浓缩液排放量为54m³/d, 采用聚酰胺复合膜, 膜通量12L/ (h·m²) , 单支膜面积37m², 共26支。

纳滤进水泵2台, 流量12m³/h, 扬程20m, 功率2.2kW, 1用1备。中间水池及反渗透进水池与MBR系统合建。

反渗透系统包括反渗透装置、加药装置、清洗装置、清水池。反渗透处理来自纳滤出水, 设计规模为220 m³/d, 设计产水率为80%, 浓缩液排放量44m³/d, 其中20m³/d排入中间水池回用处理。反渗透出水进入焚烧厂中水管网, 回用于冷却塔用水。反渗透采用聚酰胺复合膜, 膜通量10L/ (h·m²) , 单支膜面积34m², 共27支。

反渗透进水泵2台, 流量10m³/h, 扬程20m, 功率1.5kW, 1用1备。

反渗透浓缩液部分排入纳滤系统进行回用处理, 其余与纳滤浓缩液排入浓缩池收集, 采用螺杆泵输送至填埋场进行回灌处理。浓缩池尺寸4 m×4m×4.1m, 有效容积45.2m³。螺杆泵2台, 1用1备, 流量7m³/h, 扬程60m, 功率3kW。

中温厌氧反应器和MBR系统产泥量约44m³/d。剩余污泥分别经过污泥浓缩池和叠螺脱水机浓缩脱水, 干泥送至填埋场, 上清液排入均质池。污泥池采用钢筋混凝土结构, 尺寸4 m×4 m×4.1m, 有效容积45.2m³。污泥脱水车间尺寸为9.9 m×6 m×6.5 m。污泥进料泵1台, 流量7 m³/h, 扬程30 m, 功率3kW;叠片螺旋式污泥脱水机1台, 功率0.98kW;PAM加药装置1套, 功率0.74kW。

超滤、纳滤、反渗透系统, 鼓风机房, 污泥脱水车间, 加药间, 换热间, 配电间, 控制室, 化验室, 在线检测室及值班室合建, 框架结构, 平面轴线尺寸48.9m×12m。

鼓风机房, 平面轴线尺寸13.2m×6m, 设小鼓风机2台, 风量24.01 m³/min, 风压49kPa, 功率30kW;大鼓风机3台, 风量44.8 m³/min, 风压49kPa, 功率55kW。

膜处理车间, 平面轴线尺寸18m×12m, 超滤、纳滤及反渗透装置各1套;加药间, 平面轴线尺寸9.9m×6m, 超滤、纳滤及反渗透清洗装置各1套, 加药装置各1套, MBR系统消泡装置1套。

该项目于2013年6月开工建设, 12月底竣工验收。经过4个的调试后进入稳定运行状态。各处理单元出水水质如表2所示。

渗滤液处理规模为250 m³/d, 占地面积6 480m²。工程总投资为3 009.95万元。平均单位处理成本59.77元/m³, 成本包括人工费、电费、药剂材料费、维护修理费和运行管理费等。

(1) 采用中温厌氧反应+MBR+NF/RO工艺处理填埋场和焚烧厂渗滤液, 运行效果稳定, 出水水质满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》和《城市污水再生利用工业用水水质》对直流冷却水水质的要求。

(2) 随着填埋场逐步封场, 建议后期对纳滤和反渗透系统产生的浓缩液进行处理, 避免回灌导致盐分累计并对处理系统产生影响。