渗滤液处理工艺原理

李 俊

[启源（西安）大荣环保科技有限公司，陕西西安 710000]

随着我国城镇化建设及大中小城市的快速发展，城市垃圾产量逐渐增加，平均每年的垃圾产生量有上亿吨，垃圾围城成为现实问题。针对这一问题，需要对城市垃圾合理处置，减少其产生的环境污染。近年来，垃圾焚烧发电技术在我国发展较快，其推广和应用对垃圾处置有着积极的意义。

1 系统组成

垃圾焚烧发电厂生产过程各工段产生的渗滤液经过收集后提升进入渗滤液处理系统。渗滤液处理主体系统分为预处理工段、厌氧处理工段、MBR 工艺段及膜深度处理工段。污水首先进入预处理系统的转鼓格栅对水中较大的悬浮物进行过滤截留，用来去除污水中的较大悬浮物，防止堵塞后段设备。格栅机过滤后的污水通过自流进入渗滤液的调节池。调节池内设置潜水搅拌机进行水力搅拌，防止悬浮物的沉积。调节池污水通过泵定量提升至后段厌氧系统。厌氧工段包括UASB 反应器和中沉池。厌氧工段的设计主要针对焚烧厂渗滤液高有机污染物浓度和高悬浮物浓度特点，通过一定的水力和环境条件在厌氧反应器内培养出较高浓度的厌氧活性污泥，利用厌氧污泥的厌氧生物降解作用将污水中有机物分解成小分子物质，如甲烷、水等。厌氧系统发酵产生的沼气收集后进入沼气处理系统进行利用或处理；厌氧处理系统出水通过自流进入中间沉淀池，将随污水流出的老厌氧污泥通过沉淀去除，以避免其对后端系统产生不利影响。

渗滤液处理工艺系统组成：①预处理及调节池系统；②厌氧系统；③MBR 系统；④纳滤系统；⑤反渗透系统；⑥污泥处理系统；⑦沼气燃烧系统；⑧臭气收集及处理系统；⑨膜处理系统；⑩飞灰填埋渗沥液处理系统。

2 总体工艺

2.1 生活垃圾填埋阶段工艺流程

填埋场渗滤液经垃圾储存坑中的提升泵进入调节池。调节池出水先进入800～1 000 μm 带式过滤器，防止较大颗粒进入后续的处理单元，然后进入MBR处理系统。MBR 处理系统由两级反硝化、硝化和外置式超滤组成，经过外置式MBR 系统处理的出水BOD、悬浮物、重金属、氨氮等基本达到排放标准，但是，难以生化降解的有机物所形成的COD、色度与排放标准的差距仍然较大，需要额外配备两级NF深度处理装置。一级NF 清液产率按80%计，二级NF 透清液产率按80%计。二级NF 出水达标排放。

二级纳滤浓缩液回到一级NF 系统进水端，一级NF 浓缩液回喷填埋场。其余污泥脱水至80%含水率后外运。

2.2 焚烧系统在运行后的工艺流程

焚烧厂渗沥液通过垃圾储存坑中的提升泵提升至调节池，再经厌氧进水泵通过提升进入厌氧罐内，厌氧工艺采用中温厌氧，此工艺可以去除渗沥液中大部分有机物。

厌氧出水可能带有部分厌氧污泥，因而厌氧出水进入沉淀水罐内进行沉淀。厌氧出水先进入800～1 000 μm 的过滤器，以防止较大颗粒进入后续处理单元。

厌氧沉淀池出水进入混合池与填埋场渗沥液混合后进入MBR 处理系统。MBR 处理系统由两级反硝化、硝化和外置式超滤组成，经过外置式MBR 系统处理的出水BOD、悬浮物、重金属、氨氮等基本达到排放标准，但是，难以生化降解的有机物所形成的COD、色度与排放标准的差距仍然较大，需要额外配备两级NF 深度处理装置。NF 清液产率按80%计，反渗透清液产率按75%计（当处理飞灰渗沥液时需根据实际降低回收率要求），反渗透出水进入出水池作为循环冷却塔补水回用。

厌氧污泥和剩余污泥脱水至含水率80%后外运至焚烧厂焚烧。

2.3 飞灰渗沥液处理流程

飞灰浸出液由于进水TDS 高达50 000 mg/L，且进水水质中的TDS 大部分是氯离子，而纳滤对氯离子无拦截能力，因此采用“化学软化+管式微滤”预处理工艺，再经“反渗透”设备过滤，最终出水达到回用标准，浓缩液回灌飞灰填埋场。反渗透设备与污泥脱水设备和焚烧渗沥液系统合用。

3 各系统工艺原理

3.1 预处理及调节池系统

调节池采用钢筋混凝土结构，起到水质和水量均衡的作用。进焚烧调节池前需设置格栅机，去除大颗粒悬浮物；设置从调节池到反硝化池的超越管道。

调节池分3格设计，在焚烧渗沥液进到调节池处设置一小分格池，底部进水，上部溢流出水，同时设置排泥系统。

调节池一区储存飞灰渗沥液，二区储存焚烧渗沥液，三区储存填埋场渗沥液，并考虑焚烧后期焚烧渗沥液调节池和填埋场渗沥液调节池互为备用。承包方负责相关设计[1]。

3.2 厌氧系统

采用UASB 罐，钢制结构，主要包括：罐顶、罐体、罐底、内部支架（三相分离器材质采用316不锈钢、出水槽及其支架）、进出口（进出水、沼气、污泥、臭气、取样〈罐体上、中、下取样口〉）、检修孔、螺旋爬梯、罐体罐顶设备平台，以及检修平台、罐体去循环水管吸水管的楼梯、检修平台及其支撑、罐体之间的连接通道及其支撑、罐体内防腐和外保温、布水套管、阻火设备、其他需要的相关管路仪表接口、法兰、垫片、紧固件、正负压保护装置、水封罐、蒸汽混合装置、进水口过滤器等。

设备材质和防腐，根据承包人经验自行设计。罐体主体采用搪瓷拼装罐，内部容易被沼气腐蚀的部位均采用FRP 防腐处理，内部管道：布水管、出水槽采用316 L 不锈钢，循环管路、排泥管、取样管、出水管路采用UPVC、PE 管材。罐顶设备平台所有的楼梯、检修平台和通道均按照3个成年人及其随身携带的检修工具的重量进行荷载设计。

罐体楼梯采用螺旋钢梯，罐顶中部设置检修平台，用于检修。所有平台均设置地面独立柱支撑。厌氧罐布水方式自行设计，要考虑管路结垢后易于清理、操作方便。每个罐体需设置检修人孔（不少于两个），且需配套措施以便于出入。罐体需做外壁保温、防腐。系统应配有火炬、净化预处理装置及管道。为方便后期维护及管路清垢与拆换，管路采用多段管法兰连接。

为方便后期快速清洗循环泵结垢，厌氧循环泵采用线上一用一备的设计，且进出口管路的控制阀门采用两级阀门串联的控制，靠近厌氧的阀门采用不锈钢球阀。

罐体整体为封闭式结构，设计采用臭气引风机抽送臭气至垃圾仓进行除臭。罐体爬梯采用旋转爬梯，并充分考虑安全措施，设计符合相关规范要求；厌氧出水沉淀罐要求碳钢防腐。

厌氧反应器应合理设置安全门（或泄压门、防爆膜），在内部压力过大或出现安全问题时可保护池体结构。设置必要的水封、安全阀、呼吸阀，与火炬连接管线设置必要的水封、阻火器、避雷针等安全措施，防止回火，电机及仪表要考虑防爆等级。

火炬采用封闭式，需设置汽水分离器及其他必要预处理设施和防爆增压机等安全措施，防止回火，引起安全事故[2]。

3.3 MBR系统

二级反硝化、硝化系统采用池体设计，一条线、两级AO 设计，同时考虑污泥池、浓缩液池等其他辅助功能池体，一级硝化池1座不进行分格设计。

反硝化、硝化池前端设置进水混合池。

MBR 系统采用外置式超滤膜，并考虑检修时正常运行通量，处理能力余量20%；超滤进水前配置1套袋式过滤器。

MBR 系统需采取有效的泡沫控制措施（消泡剂投加装置、物理消泡装置），避免泡沫产生外溢。

系统需要采取冷却塔对其进行有效的温控；系统内各单体间的接口匹配，考虑设置事故管道、超越管道、排空管道和取样点；曝气系统形式采用射流式曝气；采用磁悬浮轴承的鼓风设备；系统循环采用超滤泵循环，且在不启动超滤机组的情况下可以单独循环。

3.4 纳滤系统

系统应具有高负荷渗沥液处理能力；能够适应不同季节渗沥液浓度的波动；系统应能连续自动运行；处理系统包括必要的预处理系统和深度系统。

填埋场渗沥液处理采用两级纳滤串联，焚烧系统运行后两级纳滤并联，承包人要考虑并联改造时阀门、管道的预留接口和相应材料。

膜处理系统须要保证产水率大于80%，并需对产水率和压力进行详细说明；膜处理系统需设置完善的自控系统，自控仪表、PLC，并对自控方案进行详尽说明；膜处理系统高压过流部件须采用不锈钢材质。

3.5 反渗透系统

系统应具有高负荷渗沥液处理能力；能够适应不同季节渗沥液浓度的波动；系统应能连续自动运行；处理系统包括必要的预处理系统和深度系统；膜处理系统需设置完善的自控系统，并对自控方案进行详尽说明。

膜处理系统须保证产水率高于75%（单独处理焚烧厂渗滤液时），并且需要对产水率和操作压力进行详尽说明；膜处理系统需设置完善的自控系统，自控仪表、PLC；膜处理系统高压过流部件须采用不锈钢材质。

3.6 污泥处理系统

剩余的污泥和化学污泥排入污泥储池，污泥储池内设有液位及搅拌装置，防止污泥沉淀。化学污泥与剩余污泥采用一套污泥脱水系统即可。

污泥储池中的污泥经过离心脱水进料泵送至卧螺式离心脱水机，进料过程中适量投加絮凝剂，以提高固液分离效果。离心脱水机产生的清液返回脱水上清液池，再通过上清液回流泵进入混合池，离心脱水机产生的干污泥进入焚烧炉，然后进行焚烧处理。

污泥处理系统主要设备：污泥进料泵、卧螺式离心脱水机、絮凝剂溶药制备装置、絮凝剂投加泵、上清液回流泵、无轴螺旋输送机、电磁流量计（污泥、药剂均需流量计）。

3.7 沼气燃烧系统

沼气预处理装置用于实现对沼气的除杂质、脱水和安全保护等处理功能。沼气预处理装置应安全可靠，在线运行时间每年大于8 000 h，安装维修方便，运行成本低。其功能如下：除湿脱水，降低气体水分含量；过滤，降低气体粉尘杂质含量；自动稳压，提供稳定的压力供给；自动排水；风机超压保护，气体温度调节，使气体温度适应燃烧器的需要；系统配置气体在线检测仪器，及时检测气体成分、流量。

火炬燃烧系统主要技术要求。类型：封闭式内焰式火燃烧盘火炬，处理能力范围应能满足需求。处理气体：渗沥液厌氧及预处理系统沼气，具备自动高能点火、熄火保护、自动排水、在线紫外火焰的检测。燃烬率：95%以上（提供第三方检测报告），气体在塔体内停留时间大于0.35 s，火炬打火年失败率不高于5%，且在点火失败时有自动关闭气源功能。凡是与气体接触的材料均采用SUS304材料或者采用相应的防腐措施。燃烧器的喷嘴等采用防回火设置、专业的沼气燃烧盘。系统具有自动排水功能。隔热筒结构，内层为无机隔热纤维棉或防火泥材料，安设窥视孔，落地安装，带防雨罩。内置引射式直流燃烧器、高能点火电极、燃烧盘、紫外火焰探头。洁净燃烧功能：采用半封闭式沼气火炬可根据沼气流量自动配风，形成高温燃烧，筒体外壁无热感。甲烷燃烬率大于99%，排放指标达到排放标准。安保功能：采用程控点火技术，保证燃烧过程的正常运行；采用紫外线探头监测火焰情况；采用阻火器进行管路的防回火保护；采用包括调节沼气流量和引火的自动阀门，确保预知火炬异常情况并提前发出保护动作。自动控制功能：采用专用燃烧控制器实现对火炬的程序点火和辅助燃烧负荷调整；自动调节空气配比，实现洁净燃烧；采用紫外火焰探头、阻火器等进行熄火或燃烧异常的保护。

3.8 臭气收集及处理系统

臭气源主要来源包括进水调节池、一级反硝化池、污泥脱水车间、厌氧沉淀池，但产生异味的综合水池、综合处理间臭气也要求收集处理。

水池均采用混凝土盖密封设计。对于人孔、搅拌机检修口等位置，采用单向进气的罩桶封装，接口采用锲形卡口的橡胶条密封设计，充分保证臭气不外溢。

综合水池、污泥脱水车间通风次数为8次/h，调节池、生物池通风次数为6次/h。

臭气风机设置一备一用，输送风管采用不锈钢材质，各分支输送风管加控制阀门进行控制。输送流速设计为不大于10 m/s，管道应有低点放水措施，并将冷凝水收集输送至调节池。

4 调试过程

联动调试主要检测在工艺控制条件下系统对各设备的启闭、连锁和互锁控制、信号采集和处理、命令反馈、各种非正常情况下的应急保护等各项功能进行检验并加以完善。

系统联动调试将主要包括两个过程。

1）自控系统的模拟调试

本阶段将切断自控系统与外部工艺设备的信号传输，完全在自控系统内部通过信号模拟强制对各种突发情况进行模拟描述，并观察自控系统对该类情况的判别反应，不断完善自控系统的功能。

2）联动清水试车

采用清水和定量污水对系统进行联动试车，对系统的液位监测及控制、流量监测及控制、压力监测及控制等各项性能进行试验检验，同时进行各项必要的测试。系统的联动调试将按照“从小到大”的原则合理安排调试顺序，初步思路如下。

预处理、UASB、生化、外置式MBR、纳滤、反渗透、软化微滤、污泥处理、除臭系统、冷却系统模拟调试→外置式MBR 系统的联动模拟控制→纳滤系统的联动模拟控制→反渗透系统的联动模拟控制→软化微滤系统的联动模拟控制→所有膜系统的联动模拟控制→预处理系统、除臭系统、UASB 系统→污泥处理系统模拟控制→整个系统的模拟控制→UASB 系统、MBR 系统、纳滤系统、RO 系统、软化微滤系统的带负荷单套系统试车→污泥处理系统试车→MBR工艺系统带负荷联动试车→整个系统的带负荷联动试车。

5 结束语

在“碳中和”的大背景下，既要合理利用资源，更要节能降耗，绿色可持续发展，渗滤液处理对于保证垃圾焚烧发电这一绿色能源可持续发展具有重要意义。