簡析基于MBR的城市固體垃圾滲濾液處理

崔 程

（江蘇達澤節能環?？萍加邢薰?，江蘇 南京 210000）

引言

我國城市固體垃圾增速，每年約為9%，固體垃圾產生量位居全球第二，2012年清運量達1.7億噸。城市固體垃圾處理是建設資源節約型和環境友好型社會、實施治污減排，提高人居環境質量和生態文明水平的重要前提。

“十四五”時期，城市垃圾分類和處理設施建設進入關鍵期。國家發改委、住房城鄉建設部聯合印發的《“十四五”城鎮生活垃圾分類和處理設施發展規劃》中指出：強化二次環境污染防治設施建設；完善垃圾滲濾液處理設施。因此，相關部門應加強對滲濾液處理工藝的探究。

1 城市固體垃圾滲濾液概述

目前，針對城市固體垃圾的處理，無論采用焚燒還是填埋方式，都面臨垃圾滲濾液處理的難題，同時固體垃圾在中轉站壓縮的過程中也會產生壓縮滲濾液。由于管理方式差異以及滲濾液產生機制的多重影響，導致垃圾滲濾液成分復雜、污染物濃度高，污染物主要包括pH、BOD5、COD、SS、重金屬、氨氮、TN、TP等，水質指標通常會在一個較大范圍內變動[1]。例如，pH值的變動范圍為4～9；BOD5的變動范圍為2 000～40 000 mg/L；COD的變動范圍為4 000～70 000 mg/L。城市固體垃圾滲濾液若處理不當，會對地下水、土壤、大氣等造成嚴重的二次污染。

2 城市固體垃圾滲濾液處理工藝分析

城市固體垃圾滲濾液與一般城市污水不同，其成分復雜，性質變化大；而垃圾焚燒廠、垃圾填埋廠、垃圾中轉站的滲濾液，由于固體垃圾處理方式不同，產生的滲濾液水質也不同。

2.1 垃圾焚燒廠滲濾液處理工藝

垃圾焚燒廠滲濾液是垃圾在堆放過程中因重力壓實、發酵等物理、生物及化學作用產生的廢液。滲濾液水質成分復雜、有機物種類較多、氨氮含量高且營養元素比例失調、含鹽量及重金屬含量高。受到當地居民生活習慣、垃圾分類和收集方式、當地氣候等因素的影響，其感官表現為黑褐色、粘稠狀、強惡臭。

垃圾焚燒廠滲濾液水量受垃圾收集、氣候及季節變化等因素影響，滲濾液水量波動較大，特別是季節變化對滲濾液水量變化影響較大。一般夏天滲濾液產量較大，而冬天相對較少。

目前，相關企業主要采用預處理→微生物處理→膜吸附過濾工藝流程處理滲濾液，常用“中溫厭氧系統+MBR膜系統+NF+RO”方案，該方案適用于各類城市固體垃圾滲濾液處理企業[2]。該方案應用時，先通過調節池對滲濾液進行初步處理，主要包括除渣和沉淀池沉淀等步驟；再送入中溫厭氧池完成對有機污染物的降解處理，并將部分污泥排入污泥存儲池。經過降解的污染物進入缺氧池，在缺氧條件下，反硝化菌利用污水中的有機碳將硝酸鹽還原為氮氣；隨后污水通過推流進入好氧池，在好氧條件下將殘余的有機物進一步分解；同時硝化菌將污水中的氨氮氧化成硝酸鹽，再回流至缺氧池進行總氮的脫除。經過二級反硝化/硝化系統的產水，再經過MBR膜系統進行泥水分離，污泥回流至前端缺氧池，產水進入后續膜深度處理系統。最后，污水通過納濾、反滲透系統對MBR出水進行反滲透處理后，進行回用或達標排放。

該工藝將生化反應與物理處理相結合，抗水量和水質沖擊負荷強。同時，相關人員需要根據實際進水量和進水水質情況及時調整碳源補充和回流比等參數，以保證生化處理系統穩定運行。膜深度處理系統需要及時維護、定期清洗，保證系統長期穩定運行。從缺點來說，該工藝在“老齡化”滲濾液的處理方面，效果相對較差，而且處理時出水率不高，膜系統清洗頻繁增加了系統的運行成本，系統連續運行要求較高。

2.2 垃圾填埋廠滲濾液處理工藝

垃圾填埋場滲濾液是由垃圾分解后產生的液體與外來水分滲入（包括降水、地表水、地下水）所形成的，包含多種代謝物質和水分，形成極為復雜的高濃度有機廢水。垃圾滲濾液的產生量受多種因素影響，包括降雨量、蒸發量、地面徑流、地下水滲入、垃圾特性、地下層結構、表層覆土和下層排水設施的設置情況等。

垃圾滲濾液的性質主要取決于垃圾場的使用年限和取樣時填埋場所處的階段。與垃圾的種類、性質、垃圾的填埋方式、覆蓋情況、降雨及蒸發等都有很大關系，其濃度和性質也隨時間呈高度動態變化關系。對于特定的垃圾填埋場，其滲濾液的成分和性質不僅與氣候、水文條件有關，還與垃圾成分、填埋場結構、填埋時間等密切相關。

目前，滲濾液處理主要采用預處理+兩級DTRO反滲透工藝，填埋場的滲濾液原液經過調節池后進行pH值調節、過濾器等預處理后，經過一級DTRO反滲透膜過濾，過濾后的出水再經二級DTRO反滲透系統處理獲取達標出水?？偖a水率可以達到60%～70%左右。一級DTRO反滲透濃縮液回灌處理。需要說明的是，二級DTRO反滲透系統處理時會將二級濃縮液回流至調節池進行循環處理，以此提升處理效果。

該工藝的優勢為可實現間歇式運行，其高度自動化操作十分簡便，加上膜產品的應用比較成熟，運維管理更加容易。從劣勢看，該工藝對滲濾液水質比較敏感，受有機物濃度、環境溫度、電導率、SS等因素影響，DTRO膜容易發生堵塞現象，此時造成DTRO膜頻繁清洗。由于出水率范圍在55%～70%之間，還有大量濃縮液需要回灌，導致垃圾滲濾液水質越來越差，因此目前大部分垃圾填埋場都有濃縮液需要處理，且濃縮液成分復雜、可生化性極差、處理難度大、投入成本高。

2.3 垃圾中轉站滲濾液處理工藝

在垃圾處理設施建設中，垃圾中轉站已成為各城市環衛管理的必須環節。垃圾中轉站滲濾液是由垃圾壓縮打包產生的滲濾液、垃圾運輸車洗車和地面沖洗產生的廢水等組成。由于垃圾在中轉站內停留時間短，污染物濃度相對較低，再加上有沖洗廢水的稀釋，中轉站滲濾液污染物濃度比填埋場、垃圾焚燒電廠的滲濾液濃度低，同時中轉站滲濾液的可生化性較好。

垃圾中轉站主要建設在城市的公共服務區，周圍有完善的污水管網，因此垃圾中轉站滲濾液的處理要求達到了納管排放標準。

目前滲濾液處理主要采用全量化處理工藝：加速混沉＋高效氣?。镄跄珒杉堿/O-MBR＋脫色消毒。垃圾中轉站滲濾液經收集進入調節池后，通過高效預處理系統去除懸浮物和油類，降低后續生化工藝的負荷。生化處理系統采用強化的“二級AO＋MBR”工藝，可穩定、高效去除有機物、氨氮、總氮。生化段出水進入消毒池，消滅細菌病毒后達標排放。

上述垃圾中轉站滲濾液處理的工藝特點為：（1）全量化處理排放：產水100%排放，不產濃水，沒有二次污染；（2）安全環保：不需要厭氧處理工藝，不產生CH4、H2S等易燃、易爆、惡臭氣體；（3）高效生化：獨有的活性菌-酶-填料復合體系，可實現污染物的高效、低耗降解。

3 基于MBR的城市固體垃圾滲濾液處理項目分析

3.1 項目概況

以某垃圾中轉站垃圾滲濾液處理項目為例，該項目處理規模為30 m3/d，其中滲濾液主要來自中轉站壓縮打包后產生的滲濾液與垃圾運輸車洗車及地面沖洗的污水。根據《生活垃圾轉運站評價標準》（CJJ/T 156-2010）[3]中的要求，“污染控制設備與設施配置”和“污水處理”類別已列入評價指標。同時，該垃圾中轉站所在地區提出了“生活垃圾中轉站提升改造行動計劃”，要求如下：（1）對大中型中轉站進行優化提升改造；（2）保障生活垃圾密閉壓縮；（3）增加消殺除臭處置；（4）進行滲濾液就地處理。

3.2 處理需求

從處理需求看，該中轉站的滲濾液處理對象包括壓濾液與清洗污水。為達到上述目標，施工單位對其招標文件、環境影響評價報告及現場調查等資料進行了全面分析，認為在該項目中可以設計一款30 m3/d的垃圾中轉站滲濾液全量凈化設備，滿足其滲濾液處理要求。

3.3 工藝選擇

該中轉站滲濾液的排放特征鮮明，從環境影響評價報告的內容看，滲濾液中有機物、氨氮等污染物濃度較高，COD濃度在10 000～30 000 mg/L左右。同時，有機物種類較多，以腐殖類高分子碳水化合物等為主，內含雜環芳烴、多環芳烴、酚、醇、苯胺類化合物等難降解成分。另外，受垃圾收集、氣候、季節變化等因素影響，滲濾液水量波動較大，特別是季節變化對滲濾液水量變化影響較大，一般夏天滲濾液產量較大，冬天相對較少。

出水執行國家《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T 31962-2015）[4]中B級水質標準，進水以業主提供的《設計進水水質表》為準。施工單位結合滲濾液特性，在提質增效、預防二次污染、無濃縮液等原則下，結合COD、BOD5、NH3-N、TN的去除率均高于90%的要求，采用基于MBR的綜合處理工藝，具體以“高效物化＋強化生化技術”為核心進行設計。

3.4 具體實施

3.4.1 設計進、出水水質

根據業主提供的資料并結合與《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T 31962-2015）[4]中B級水質標準，設計進、出水水質如表1所示。

表1 設計進、出水水質表單位：mg/L

3.4.2 工藝流程

基于MBR技術，且以“高效物化＋強化生化技術”為核心的工藝方案設計中，首先根據施工單位的高效物化、強化生化技術研究成果，設置加速混凝沉淀池、高效溶氣氣浮等高效物化系統，并根據現場實際處理需求設置調節池、中間水池、污泥池等。其次，設置兩級“A/O+內置MBR”系統，最終形成的工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程

3.4.3 應用的技術

中轉站滲濾液經收集進入調節池，調節池滲濾液通過提升泵提升進入加速混凝沉淀池，該處理段包含氫氧化鈉、絮凝劑、助凝劑等多種加藥裝置。添加絮凝劑、助凝劑的目的是使廢水中的懸浮物進行絮凝沉降。通過加速混凝沉淀，可去除垃圾滲濾液的懸浮物和色度，降低后續生化工藝的負荷。經混凝沉淀加藥處理后的垃圾滲濾液進入沉降階段，其上清液通過溢流進入高效溶氣氣浮池，通過溶氣的黏附作用進一步去除水中的懸浮物和油類。氣浮出水進入中間水池，廢水在中間水池通過提升泵提升進入到后續的生化反應系統。由于廢水COD及氨氮含量較高，該生化處理段采用“生物絮凝+二級A/O+MBR工藝”，使垃圾滲濾液中的絕大部分COD、氨氮得以降解。生化段出水進入消毒池脫除氨氮、消滅細菌及病毒，產水執行《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T 31962-2015）[4]中B級水質標準，達標排放。核心單體主要應用了高效物化系統、兩級“A/O+內置MBR”系統。

3.4.3.1 高效物化系統

物化反應段包含絮凝劑、氫氧化鈉、助凝劑、脫色劑等多種加藥裝置。由于滲濾液來水呈酸性，首先添加氫氧化鈉調節pH值；之后添加混凝劑，使滲濾液中的懸浮物進行絮凝；經過物化反應之后的滲濾液進入沉淀池進行泥水分離，上清液進入高效溶氣氣浮，通過微小氣泡的黏附作用進一步去除絮凝好的懸浮物和油類。通過高效物化處理段，能去除水中的懸浮物、膠體、不可溶性COD、油脂等，大大降低后續生化工藝的負荷。

3.4.3.2 兩級“A/O+內置MBR”系統

兩級A/O處理工藝包括缺氧/好氧段，可滿足脫氮要求，具體是在生物脫氮機制中，通過硝化與反硝化兩個生化過程實現。污水先在好氧反應器中進行硝化，含氮有機物被細菌分解成氨，然后在亞硝化菌的作用下，氨進一步轉化為亞硝酸鹽氮，再經硝化菌作用而轉化為硝酸鹽氮。硝酸鹽氮回流進入缺氧反應器后，經過反硝化作用，利用或部分利用污水中原有的有機物碳源為電子供體，以硝酸鹽代替分子氧作為電子受體，進行“無氧”呼吸、分解有機質，同時將硝酸鹽氮還原成氣態氮。A/O工藝不但能取得比較滿意的脫氮效果，而且通過上述的缺氧/好氧循環操作，同樣可取得較高的COD和BOD去除率。

關于MBR膜生物反應器，主要是在好氧池內設置MBR膜組件，膜能將全部的生物量截留在反應器內，進行高效固液分離，不僅能獲得長泥齡和高懸浮固體濃度，還有利于生長緩慢的固氮菌和硝化菌的增長，強化活性污泥的硝化能力。另外，MBR膜系統生物種群遠比傳統活性污泥法要豐富、穩定，使MBR對來水有更強的適應能力和凈化能力。

3.4.4 運行效果

根據上述工藝，施工單位設計的30 m3/d垃圾中轉站滲濾液全量凈化設備安裝后，實現了如下功能：（1）滲濾液設備日處理規模為30 m3/d，24小時連續運行；（2）滲濾液設備設計出水水質達到《污水排入城鎮下水道水質標準》（GB/T 31962-2015）[4]表1中B級標準的要求；（3）適用溫度范圍應在0～45 ℃以內，適用酸堿范圍應在pH值3～9以內；（4）滲濾液設備的核心部件膜組件采用浸沒式柔性平板膜組件，抗污染、防堵塞、清洗方便；（5）配套的氣浮系統，采用高效、平穩的溶氣方式；（6）遠程數據監控功能，方便直接遠程查詢；（7）滲濾液設備配備在線清洗系統，實現在線清洗的功能。

經過6個月試運行，結果表明：核心采用“高效物化＋強化生化”工藝可實現穩定達標。預處理采用加速混凝沉淀工藝+高效溶氣氣浮，使用常規藥劑可實現對懸浮物、動植物油類、色度的高效去除。生化段前置特有的“生物絮凝工藝”，能捕捉PAM，顯著降低堵膜風險。生化段采用強化的“二級AO＋MBR”工藝，活性菌-酶-填料復合體系，可穩定、高效去除氨氮、總氮。出水水質檢測結果顯示：CODCr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP、動植物油類，設計出水濃度分別達到了要求的500 mg/L、350 mg/L、400 mg/L、45 mg/L、70 mg/L、8 mg/L、100 mg/L目標。按照設計去除率=設計出水濃度/設計進水濃度計算，對應的去除率分別為98%、98%、87%、96.3%、95.4%、92%、93.4%。

4 結語

總之，城市固體垃圾滲濾液水質構成復雜、危害相對較大，加強對其處理工藝的探究具有十分重要的現實意義。結合上述分析可以看出，垃圾滲濾液的處理工藝較多，應用場景各不相同。隨著新材料、新技術、新工藝的配置比例擴大，大幅度提升了其工藝處理效果。建議在垃圾滲濾液處理項目中，相關人員一方面應具體問題具體分析，加強處理需求分析的精準性；另一方面應盡可能根據進、出水水質的設計要求，選擇適配性較高的多技術聯合工藝處理方案，輔助提升滲濾液處理效果及產出綜合效益。