垃圾滲濾液處理擴(kuò)建工程工藝方案比選
廣州市興豐垃圾衛(wèi)生填埋場位于廣州市中心東北方向約38km的丘陵山地中，占地面積84公頃，填埋庫容達(dá)2000萬m3。是我國第一座在技術(shù)和管理上全面與國際接軌的垃圾填埋場，它采用了高標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)，并將其營運(yùn)承包給知名的境外專業(yè)公司。該場于2000年11月開始建設(shè)，于2002年8月一期工程建成并投入營運(yùn)，運(yùn)行一年多來，取得了良好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。
興豐場原設(shè)計(jì)的進(jìn)場垃圾接納量平均為3000T/d，垃圾滲濾液處理能力為565m3/d，主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。由于廣州市規(guī)劃中的其它垃圾處理設(shè)施不能如期建成，在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)興豐場將承擔(dān)6000T/d的處理任務(wù)，因此滲濾液處理設(shè)施的擴(kuò)建勢(shì)在必行。擴(kuò)建后滲濾液總處理能力必須達(dá)到1200m3/d，場區(qū)自北向南流水經(jīng)谷口排入金坑河，再流至興豐填埋場東南方向大約900m的總庫容達(dá)1850萬m3的金坑水庫。由于下游金坑水庫功能環(huán)境較為敏感，因此興豐場滲濾液處理出水必須達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)。
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*注：實(shí)際處理后水質(zhì)均達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)。
1擴(kuò)建工程滲濾液水量水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)
1.1滲濾液水量
根據(jù)興豐場運(yùn)行1年多來滲濾液產(chǎn)生量、廣州降雨量和垃圾填埋方式等綜合考慮確定垃圾量增加至6000t以上時(shí)，滲濾液處理水量將增加650m3/d。
1.2滲濾液進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)
滲濾液進(jìn)水水質(zhì)和出水水質(zhì)采用采用表1中的參數(shù)。
2擴(kuò)建工程處理方案選擇原則
（1）擴(kuò)建工程工藝必須達(dá)到現(xiàn)有滲濾液處理廠的處理能力和處理效果，保持最終出水穩(wěn)定地達(dá)到回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；
（2）選擇工藝盡可能簡單、技術(shù)可靠、管理方便、運(yùn)行高效低耗的處理流程，并盡可能降低工程投資。
（3）由于滲濾液水質(zhì)變化幅度大，選取的工藝必須有較強(qiáng)的適應(yīng)性和操作上的靈活性，具有一定的抗沖擊負(fù)荷能力，并且能夠容易進(jìn)行改造，以適應(yīng)水質(zhì)的變化。
3擴(kuò)建工程處理工藝方案介紹
3.1方案一：UASB SBR CMF RO處理工藝
3.1.1工藝流程
現(xiàn)滲濾液處理采用的工藝方案為UASB SBR CMF RO，見圖1。
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3.1.2工藝說明
滲濾液由調(diào)節(jié)池泵入均衡池，進(jìn)行水質(zhì)水量的均衡和pH調(diào)節(jié)，均衡池出水進(jìn)入U(xiǎn)ASB反應(yīng)池中，在反應(yīng)池中COD負(fù)荷為 10~15kgCOD/m3d，BOD降解可達(dá)75，COD降解可達(dá)70。經(jīng)厭氧后滲濾液進(jìn)入SBR池，在此利用生物反應(yīng)進(jìn)行BOD5、COD以及 NH3-N的去除，停留時(shí)間為10.5d，反硝率：4.51gNO3/kgVSS.h(20°C)。
SBR反應(yīng)期的操作以好氧，缺氧交替運(yùn)作，在好氧情況下，微生物會(huì)產(chǎn)生硝化作用；在缺氧情況下，微生物會(huì)進(jìn)行反硝化作用以去除氨氮[3]。
為了防止高氨氮濃度對(duì)生化系統(tǒng)可能產(chǎn)生的抑制，SBR系統(tǒng)采用了高污泥齡設(shè)計(jì)(30d)，這較生活污水處理廠的設(shè)計(jì)為長，可保證反應(yīng)器中數(shù)量足夠且性能隱定的硝化和反硝化菌，使微生物在反應(yīng)器中的停留時(shí)間大于硝化和反硝化菌的最小世代期。高污泥齡設(shè)計(jì)還可去除較難生化的有機(jī)物。
經(jīng)生化處理后的滲濾液進(jìn)入連續(xù)微濾（CMF）系統(tǒng)，此系統(tǒng)作為反滲透系統(tǒng)的前處理，采用0.2μm中空纖維膜，隔除滲濾液中大于0.2μm的固體、細(xì)菌和不溶性的有機(jī)物。經(jīng)生化和微濾處理的滲濾液進(jìn)入RO反滲透系統(tǒng)，RO系統(tǒng)采用寬幅螺旋卷式復(fù)合膜，設(shè)計(jì)最大工作壓力：35Bar，最大回收率為80，清洗周期為1~2星期，預(yù)期膜的工作壽命為1~2年。RO出水可直接進(jìn)行回用，濃縮液經(jīng)化學(xué)沉淀后形成穩(wěn)定的絮凝體再運(yùn)至填埋場進(jìn)行填埋處理。
該工藝的技術(shù)特點(diǎn)是：
（1）UASB能耗低效率高，與SBR相結(jié)合的工藝是既經(jīng)濟(jì)又靈活去除有機(jī)物及氨氮的有效方式；
（2）高效的SBR處理體系是生物脫氮的關(guān)鍵，它將各種形態(tài)的氮最終轉(zhuǎn)化為N2，徹底解決了滲濾液中的氮污染問題；
（3）CMF＋RO深度處理系統(tǒng)可確保出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；
（4）剩余污泥量小。
3.1.3各階段的出水水質(zhì)
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3.2方案二：蒸發(fā) RO處理工藝
3.2.1工藝流程
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3.2.2工藝說明
滲濾液由調(diào)節(jié)池泵入預(yù)處理池，通過投加臭氧對(duì)氨氮與低分子有機(jī)物進(jìn)行預(yù)處理，出水經(jīng)沉淀后進(jìn)入熱交換器。預(yù)處理后滲濾液用泵送入兩個(gè)熱交換器進(jìn)行預(yù)熱，交換器同時(shí)作為蒸發(fā)器濃縮液和冷凝水的冷卻器。預(yù)熱后的滲濾液進(jìn)入進(jìn)水池，然后提升進(jìn)入蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器內(nèi)，滲濾液通過噴頭噴灑在高溫的管束外表面而蒸發(fā)成蒸氣，蒸氣經(jīng)收集后通過離心壓縮機(jī)壓縮進(jìn)入管束，從而產(chǎn)生持續(xù)的蒸發(fā)循環(huán)。同時(shí)滲濾液噴灑到管束外表面對(duì)管束中的蒸氣起到降溫作用而使管道內(nèi)蒸氣冷凝。管道中形成的冷凝水收集后進(jìn)入脫氣器中，減少易揮發(fā)有機(jī)成分，冷凝液用泵從脫氣器經(jīng)過冷凝液冷卻器進(jìn)入暫存池。
經(jīng)蒸發(fā)處理的滲濾液進(jìn)入RO反滲透系統(tǒng)，RO系統(tǒng)采用寬幅螺旋卷式復(fù)合膜，設(shè)計(jì)最大工作壓力為35Bar，最大回收率為80，清洗周期為1~2星期，預(yù)期膜的工作壽命為1~2年。RO出水可直接進(jìn)行回用。
蒸發(fā)器底部所收集的濃縮液及RO濃縮液用循環(huán)泵輸送入濃縮液冷卻器對(duì)進(jìn)水進(jìn)行預(yù)熱，冷卻后的濃縮液進(jìn)入焚燒爐焚燒。
該工藝的技術(shù)特點(diǎn)是：
（1）全部采用物化工藝處理，進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)對(duì)處理效果基本無影響；
（2）剩余污泥量?。?/p>
（3）濃縮液可以得到徹底的處置，無須回灌。
3.2.3各階段的出水水質(zhì)和處理效率
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3.3方案三：MBR UF NF處理工藝方案
3.3.1工藝流程
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3.3.2工藝說明
滲濾液由調(diào)節(jié)池泵入生化池，生化池包括硝化池和反硝化池，在硝化池中，通過高活性的好氧微生物作用，降解大部分有機(jī)物，并使氨氮和有機(jī)氮氧化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，回流到反硝化池，在缺氧環(huán)境中還原成氮?dú)馀懦觯_(dá)到脫氮的目的。MBR反應(yīng)器通過超濾膜分離凈化水和菌體，污泥回流可使生化反應(yīng)器中的污泥濃度達(dá)到20g/l，經(jīng)過不斷馴化形成的微生物菌群，對(duì)滲濾液中難生物降解的有機(jī)物逐步降解。MBR生化系統(tǒng)COD設(shè)計(jì)去除率90，NH3-N設(shè)計(jì)去除率 99。
采用特殊設(shè)計(jì)的高效內(nèi)循環(huán)射流曝氣系統(tǒng)，氧利用率可高達(dá)25。MBR的剩余污泥量小，每天排泥量按不同運(yùn)行期(前，中，后)為110～50m3/d左右。MBR出水無菌體和懸浮物，進(jìn)入納濾系統(tǒng)進(jìn)一步深化處理，出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，濃縮液則回灌至填埋場。
納濾系統(tǒng)采用特殊納濾膜和工藝設(shè)計(jì)，可使鹽隨凈化水排出，不會(huì)出現(xiàn)鹽富積現(xiàn)象，納濾凈化水回收率可達(dá)到85。納濾濃縮液量3.7m3/h，為節(jié)省投資及運(yùn)行費(fèi)用可將濃縮液回灌至填埋場處置。
采用該工藝處理滲濾液，適應(yīng)性強(qiáng)，能確保不同季節(jié)不同水質(zhì)條件下，出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。在國外大量工程實(shí)例中發(fā)現(xiàn)，即使對(duì)于BOD/COD小于0.2的老填埋場滲濾液，經(jīng)過MBR與納濾后也能使COD、BOD和NH4-N達(dá)標(biāo)排放。
該工藝主要特點(diǎn)：
（1）反應(yīng)器體系中生物濃度高，達(dá)到20g/L，對(duì)難生物降解的有機(jī)物及氨氮的去除效率高；
（2）污泥穩(wěn)定性強(qiáng)，粘度低，易脫水，不易腐敗變質(zhì)。
（3）出水不存在致病菌污染問題。
3.3.3各階段的出水水質(zhì)和處理效率
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3.4方案四：DT-RO處理工藝
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3.4.1工藝流程
3.4.2工藝說明
滲濾液由調(diào)節(jié)池泵入儲(chǔ)罐中進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，控制pH在6~6.5之間。經(jīng)pH調(diào)節(jié)的滲濾液加壓泵入砂濾器，砂濾器可根據(jù)壓差自動(dòng)進(jìn)行反沖洗，反沖洗水進(jìn)入濃縮液儲(chǔ)存池。經(jīng)過砂濾的滲濾液泵入筒式過濾器，經(jīng)過濾后的滲濾液由柱塞泵輸入第一級(jí)反滲透（RO）系統(tǒng)。一級(jí)RO系統(tǒng)膜通量為12L/m2·h，凈水回收率為80，設(shè)計(jì)操作壓力為60bar。滲出液進(jìn)入二級(jí)RO裝置，濃縮液排至濃縮液儲(chǔ)存池。二級(jí)RO系統(tǒng)回收率為90，膜通量為34.6L/m2·h，設(shè)計(jì)操作壓力為50bar。滲出液進(jìn)入脫氣裝置，濃縮液則排至砂濾器的進(jìn)水端。膜組的反沖洗在每次系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)進(jìn)行，清洗由系統(tǒng)自動(dòng)控制，清洗后的液體排入濃縮液儲(chǔ)存池中。
為避免濃縮液回灌時(shí)長期將高濃度的氨氮在垃圾填埋場不斷積累循環(huán)，在濃縮液儲(chǔ)存池設(shè)置脫氮系統(tǒng)，通過化學(xué)沉淀法將滲濾液中的NH3-N轉(zhuǎn)化為MgNH3PO4.6H2O沉淀，沉淀后形成的結(jié)晶性狀穩(wěn)定，可以直接隨濃縮液回灌到填埋場，也可以分離出來做肥料。
該工藝的技術(shù)特點(diǎn)是：
（1）預(yù)處理比較簡單，且不需設(shè)生化處理單元；
（2）DT-RO膜組的結(jié)垢較少，膜污染減輕，使反滲透膜的壽命延長；
（3）安裝、維修簡單，操作方便，自動(dòng)化程度高；
（4）DT-RO系統(tǒng)可擴(kuò)充性強(qiáng)，可根據(jù)需要增加一級(jí)、二級(jí)或高壓膜組。
3.4.3各階段的出水水質(zhì)和處理效率
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4擴(kuò)建工程處理工藝方案選擇
4.1方案比較
以上四個(gè)滲濾液擴(kuò)建工程處理工藝方案匯總比較詳見表6。
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表6 工藝方案比較
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4.2推薦方案
從各方案的工藝特點(diǎn)、對(duì)水質(zhì)波動(dòng)的適應(yīng)性、總投資以及單位運(yùn)行成本等方面進(jìn)行分析，并考慮各方案的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益等綜合因素，經(jīng)過綜合比選后認(rèn)為方案一為優(yōu)選推薦方案。其理由如下：
（1）滲濾液先進(jìn)行生化處理，該工藝具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和操作上的靈活性，可以適應(yīng)不同時(shí)期的處理需要，經(jīng)生化處理后的滲濾液進(jìn)入微濾及反滲濾系統(tǒng)進(jìn)行深度處理，出水達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)后可在填埋場內(nèi)作生產(chǎn)性回用水。
（2）采用UASB SBR工藝，有機(jī)負(fù)荷高，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，進(jìn)水水質(zhì)對(duì)其影響較小，厭氧后出水有機(jī)物濃度大幅降低，對(duì)SBR池的處理沖擊較小，充氧設(shè)備的能耗較小。
（3）采用生化處理與反滲透相結(jié)合，處理后出水可以達(dá)到回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，在填埋場內(nèi)作生產(chǎn)性回用，具有良好的環(huán)境效益，節(jié)省了生產(chǎn)用水的費(fèi)用，降低了填埋場的直接運(yùn)行成本。
（4）此工藝已有豐富的工程及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)行管理、設(shè)備配件供應(yīng)及人員調(diào)配都可與現(xiàn)有工程配套進(jìn)行。
（5）該方案雖然投資較高，但運(yùn)行穩(wěn)定，出水有保證，且可根據(jù)現(xiàn)有工程的經(jīng)驗(yàn)通過一定的措施降低造價(jià)，此外本方案運(yùn)行成本較低，在經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上具有較大的優(yōu)越性。
5結(jié)論
（1）從廣州市興豐填埋場的滲濾液處理要求以及環(huán)境敏感性、經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合效益等方面進(jìn)行綜合評(píng)估，認(rèn)為方案一即pH調(diào)節(jié) UASB SBR CMF RO工藝技術(shù)先進(jìn)、可操作性強(qiáng)，完全符合擴(kuò)建工程項(xiàng)目提出的要求，為優(yōu)選推薦方案。
（2）填埋場建設(shè)單位及營運(yùn)商對(duì)本工藝方案有豐富的建設(shè)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，可以提供充足的技術(shù)與管理支持。
參考文獻(xiàn)
1沈東升生活垃圾填埋生物處理技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003
2城市生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)與管理手冊(cè).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000
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