小张家口粪便消纳站的运行实践与分析

时艺民

延庆县小张家口粪便消纳站坐落在延庆县大榆树镇小张家口村东，毗邻小张家口垃圾卫生填埋场。于2008年5月开工建设，一期工程于2009年8月建成并调试，2010年在此基础上增加纳滤、反渗透、电絮凝工艺，并于当年7月正式运行。作为延庆县唯一的现代化粪便无害化处理设施，也是北京郊区县第一座全面资源化的粪水处理设施，它担负着全县粪便无害化处理、小张家口垃圾卫生填埋场垃圾渗沥液处理及生活污水处理的重任，为延庆县建设“绿色北京示范区、美丽延庆、县景合一”的伟大构想做出了重要贡献。

一、运行分析

目前，北京已建18座粪便处理设施，有16座正式投入使用，覆盖全市12个区县，设计处理能力6100吨/日。经调查，这18座粪便处理设施中采用固液分离处理工艺的为2座，采用固液分离+絮凝脱水工艺的为7座，采用固液分离+絮凝脱水+生化处理工艺的为8座。小张家口粪便消纳站是唯一一座采用固液分离+絮凝脱水+生化处理+纳滤-反渗透工艺的全面资源化的粪便处理设施，其出水达到北京市一级B排放标准，可直接排入天然水体。该设施占地12000平方米，总投资2658万元，设计处理规模200吨，其中粪便100吨、渗滤液50吨、生活污水50吨。站内建设内容为固液分离、絮凝脱水、污水处理、纳滤反渗透及电絮凝工艺等（见图1）。北京市其它粪便消纳站MBR出水直接排入市政管网，没有纳滤、反渗透工艺，在小张家口粪便消纳站粪便站运行过程中，没有太多的运行经验可以借鉴。

现结合小张家口粪便消纳站的实际运行经验及运行过程中出现的问题，进行简要分析，为以后的场站建设及实际运行提供参考。

（一）纳滤-反渗透工艺

纳滤-反渗透系统中经常出现纳滤膜组件堵塞，洗膜周期过于频繁的问题。以下是其具体故障分析：

工程中共有两组NF膜。第一次清洗NF膜组件之后，膜组件运行压力仍旧很高，没有下降。将膜组件拆开，发现，第二组膜末端的膜组件堵塞最严重，其次是第二组膜的入水端。第一组膜入水端膜组件最干净，未见有垢污存在，第一组膜末端的膜组件有少量垢污存在。垢污显黄色、并含有透明晶状物质。

分析垢污成分：

第一步：将垢污放入水中，发现其不易溶于水。在水里垢污散开，有许多透明晶状物质。

第二步：将垢污放入pH均为2的酸中，经过多次摇晃，其全部溶解。

第三步：将垢污烘干后，变成白色粉末状固体。

因此，初步判定该垢污属于难溶弱酸性盐，能够被强酸置换成高溶解性盐和弱酸。

系统运行中可能导致膜被污堵的因素：

每天的进水中含有电絮凝出水20t，垃圾渗滤液16t，粪便+生活污水20t。NF产水率为60%，RO产水率为70%。

一是电絮凝出水：源自于浓缩池的浓水，盐浓度较高。电絮凝只能处理掉难降解的有机物质，对于盐类物质处理效果不明显。整个系统中浓水未外排，而是多次循环进入MBR系统继续处理。由此可以设想，最终会使NF-RO系统处理后的浓水盐浓度越来越高，从而导致溶解度较低的盐被析出。

二是垃圾渗滤液：由于垃圾渗滤液成分复杂，我们暂未测过其中的盐浓度。

三是粪便：粪便的盐浓度较高，经厂家模拟采用4ppm浓度的阻垢剂用于NF系统。然而，进水添加垃圾渗滤液后，阻垢剂浓度未改变。有可能垃圾渗滤液的盐浓度非常高，而阻垢剂浓度未增加，从而导致膜组件产生大量盐垢。MBR膜出水的平均孔径在0.4um，三菱膜孔径不均一，仍有细小固体物质未被MBR膜组件截留。经测定，膜出水SDI在3—13范围内波动，NF原水箱的SDI与膜出水SDI相近。

四是阻垢剂：现在系统所用的阻垢剂型号为K-75，该阻垢剂通常用来控制一下结垢现象的发生：a. 胶体硅和活性硅 硫酸锶；b. 胶泥 硫酸钡；c. 硫酸钙 铁；d. 碳酸钙 铝；e. 磷酸钙 金属离子。有可能系统所生成的垢污不属于前述种类，因此阻垢剂的效果不好。

五是运行时间：由于NF-RO系统一天的水处理量为56t，运行时间约有15个小时，处理水量明显大于以往，因此结垢速度会比以往要快。

六是运行温度：由于是在冬季运行，NF的入水温度在10-11℃，水温较低，因此在产水率不变的情况下，NF-RO运行压力上升。同时因温度较低，难溶性盐的溶解度较低，也会加快其结垢速度。

（二）MBR工艺

MBR膜组件膜间压差易升高，运行不稳定。

粪便站采用的MBR膜组件采用浸没式中空纤维膜，三菱膜组件，平均孔径0.4um。膜组件初始运转时的吸引引起的初始压差为5kPa左右，设计要求当压差达到初始压差+15kPa的上限时膜组件就不能正常运行。现结合在粪便站的实际运行情况，分析可能导致膜间压差升高的因素，从而解决膜组件膜间压差容易升高的问题。

可能导致膜间压差升高的因素：

1.油污污染：处理的污水中包括垃圾渗滤液、粪便和生活污水，处理的原水中可能含有动植物油或矿物油等成分，一般情况下，过滤膜上附有油脂成分时，油脂成分会广泛覆盖膜表面，从而导致堵塞微细孔，使膜间压差升高。

2.絮凝剂污染：在粪便站的工艺中包含絮凝脱水，在絮凝脱水工艺中会使用大量的絮凝剂，控制絮凝剂的用量至关重要，使用过少会导致粪便絮凝状态差，粪便和污水不能够有效的分离；使用过多会导致絮凝剂进入小调节池，从而进入到生化池中堵塞膜组件，使膜间压差升高。

3.预处理：膜分离活性污泥法的预处理的目的是除去能对膜造成损坏的较大固体，及污水中多包含的微小的纤维状物质，如细小的纤维屑和毛发，若在生化池进水中没有设置微细孔格栅，会导致以上污染物附着到膜组件周围，堵塞膜组件使膜间压差升高。

4.污泥浓度：膜分离活性污泥法是用膜来进行固液分离，与通常的沉淀法不同，MLSS能够保持高浓度，通常其浓度在3000mg/l～15000mg/l之间。当浓度超过上限15000mg/l时，膜的压差有时会急剧上升；当浓度低于3000mg/l下限时，膜的压差有时也会急剧上升。

5.活性污泥条件：用活性污泥法进行生物处理时，若达到良好的处理效果，曝气槽内的温度宜控制在15～35度。温度过高或过低都会使膜的压差上升。活性污泥的状态优劣会影响去除有机物的效果，而未有效处理的有机物会附着到膜表面，并加快膜的压差上升。

6.间歇抽吸：为用膜分离活性污泥法进行稳定处理，三菱中空纤维膜需要进行间隔抽吸运转，抽吸时间需控制在7分钟以内，停止时间需控制在1分钟以上。若不设停止时间连续抽吸，膜表面会堆积污泥的凝聚体和微粒子，并加快压差的上升；若不能按照以上时间进行设置，则不能充分解除膜组件的内部负压，清洗效果会减半，结果加快压差上升。

7.药液清洗：使用膜分离活性污泥法时，为了进行长期稳定运转，药品清洗不可缺少。若不进行药业清洗继续过滤，膜表面的附着物密度大，即使进行药液清洗效果也不十分明显。为此，进行膜间压差的监视，在膜分离活性污泥法的运转管理上是十分重要的。

（三）固液分离及絮凝脱水工艺

循环泵、喂料泵堵塞，导致絮凝脱水系统运行停产。

在小张家口粪便消纳站实际运行过程中，经常出现絮凝脱水系统中循环泵不能循环粪液、喂料泵不上料的情况。若循环泵不能循环粪液，会导致大调节池的粪液不能够均质均量的得以处理，使系统营养供给不稳定，严重的还会导致喂料泵出现堵塞。若喂料泵出现堵塞，会导致絮凝反应桶向外喷溅粪液污染车间，并且使整个絮凝脱水系统不能够正常运行。以上故障经过维修发现，泵体被棉丝等杂物堵塞，使循环泵和喂料泵不能正常运行。

经过现场调研发现，大调节池出现棉丝等杂物是通过前端的固液分离系统进入大调节池。固液分离机内的筛网孔径是10mm，也就是10mm以下的杂物才能够通过，而能够堵塞泵体的棉丝理论上是不能通过筛网的。那大调节池内的杂物是从哪里进入的呢？固液分离机分为两级，第一级是通过螺杆将粪便中的砖瓦、织物、塑料等大块的物料提取、脱水，使之与粪液分离；第二级处理是利用栅筐，使粪便中的其他大于10mm固体杂物从中分离出，同一级分离物一起通过螺旋输送机装入集装箱中，并进一步进行无害化处理。而在第一级工艺环节中未安装有效的筛网，使织物等一些杂质可以通过此环节进入到大调节池。

二、结论及建议

（一）纳滤-反渗透工艺

1.测定膜出水各阳离子、阴离子浓度。根据离子类型和数量，选定阻垢剂的类型和添加量；根据进水SDI二次确定阻垢剂添加量，阻垢剂的量的控制至关重要。阻垢剂的加药量与原水水质、阻垢剂类型、水的PH值、温度等有关，当加药量过大，有的阻垢会在反渗透或纳滤膜中浓缩后污染膜元件，如果药量过小则难以防止难溶盐在膜元件表面结垢。实际应用中要根据厂家的阻垢剂使用说明向原水加适量的阻垢剂。

2.原水先经过预处理降低离子浓度，再进入NF-RO系统。在纳滤-渗透工艺中增设保安过滤器，更好地过滤大分子、胶体等污染物质；尽可能降低进入纳滤-反渗透系统的PH值，从而使进水的盐分溶解，防止结垢；严格控制电絮凝出水进入到系统中的量，尽可能减少不能够降解的盐分进入系统，电絮凝出水需要部分外运；进入到系统的水温需控制在15～30度范围内。

3.纳滤-反渗透系统在正常运行一段时间后，反渗透-纳滤膜元件会受到在给水中可能存在的悬浮物质或难溶物质的污染，污染物的去除可通过化学清洗和物理冲洗来实现。当发生流量、压力或水质有异常时，要及时进行清洗，以清除在膜元件上的沉积物，恢复膜组件的工作效率。清洗的方法一般根据污染物的种类进行清洗，最常见的为碳酸钙垢、硫酸钙垢、金属氧化物垢、硅沉积物及有机或生物沉积物。清洗之前要确定具体污染物的类型，根据不同的污染物来选择具体的清洗方法。

（二）MBR工艺

1.严格控制进入MBR池中的原水条件。原水中最好不要含有过多油脂成分，当原水中含有动植物油超过50mg/l时，需要进行加压气浮法等预处理方法，将含油量调整到50mg/l以下，再使用膜分离活性污泥法。从絮凝脱水机的脱离液出来未凝聚的絮凝剂同样会妨碍稳定运转，因此，不要投入过剩的絮凝剂，同时注意不要使脱水机的脱离液直接流入到MBR池中；在原水的供给上，要设置开孔1mm以下的微细孔格栅进行原水的预处理，避免微小的纤维状物质，如微小的纤维屑和毛发进入到膜池中。

2.培养具有良好状态的活性污泥。活性污泥浓度是膜分离法活性污泥法的重要指标，与通常的沉淀法不同，MLSS能够保持高浓度，通常宜控制在3000～15000mg/l范围内运转；活性污泥法进行生物处理，为了达到良好的处理效果，曝气池内的水温最好控制在15～35度范围内；活性污泥状态优劣的一项重要指标是沉淀率SV30，在测定时看活性污泥的上层澄清液是否处于浑浊状态，若上层澄清液浑浊时，活性污泥的状态不好，要及时进行调整。

3.过滤运转方法参数的设定。要根据厂家提供的膜组件使用说明书进行参数设定，参数设定通常包括过滤通量的设定、过滤泵的设定及间歇抽吸的设定。要严格执行参数设定的数值要求，避免导致因参数设定导致的压差上升。同时，膜间压差是进行膜运转管理方面最重要的指标，要对压差变动的监视到位。

（三）固液分离及絮凝脱水工艺

在固液分离机第一级工艺环节中安装有效的格栅，避免织物等杂质通过此环节进入到大调节池，以免给絮凝脱水工艺中的设备造成堵塞；同时，固液分离及絮凝脱水设备要安装2台，一用一备，假如一台发生故障，能够启用备用设备，避免因设备故障造成粪便站停运停产的问题。

参考文献：

[1]王坦.北京市垃圾粪便处理设施工艺运行及管理实践.地质出版社[M].北京：2011.37：159-164.

[2]北京市垃圾渣土管理处.北京市市容环境卫生标准汇编[M].北京：化学工业出版社.2012：71-80.

（责任编辑：李利）