于玉彬, 宋灿辉, 蒋文化
(苏州苏科环保科技有限公司, 江苏 苏州 215031)
伴随城市经济发展以及居民生活水平的提升,城镇人均产生垃圾量也将随之提升,2010 年我国城镇人均垃圾清运量为0.65 kg/d,2020 年这一数字已升至0.71 kg/d。国家统计局《中国统计年鉴2022》数据显示,全国生活垃圾清运量2.48 亿t,未来中国城市生活垃圾产生量仍存在较大上升空间。数据显示,2019 年我国建制镇生活垃圾转运站数量为28 246座, 转运站渗滤液主要来源于垃圾转运挤压过程中产生的渗滤液,还有地面冲洗水、除臭系统排水、污水处理过程排放的污水以及初期雨水等。 这些废水若不及时有效处理,可能会污染河流、土壤、地下水等,不仅对周围自然环境产生危害,也对人们生活造成潜在威胁[1-2]。
我国主流的渗滤液处理工艺为“预处理厌氧” +“好氧生物处理” + “深度处理”组合工艺[3],典型代表为“膜生物反应器(MBR)” + “双膜法(NF/RO)”的组合工艺,虽能够保证达标,但占地面积很大,与垃圾转运站整体占地较小的需求存在冲突, 膜法产生的浓水易造成二次污染[4-5]。
由于垃圾转运站地理位置特殊, 多数位于城市规划区内,出于安全的原因,大多转运站不允许设置厌氧反应器,目前还没有工艺流程简单、高效、安全稳定、节省占地、低耗、低碳、处理效果显著适合于垃圾转运站污水处理的工艺和技术。因此开发占地面积小、无浓水、简单高效去除有机物的工艺势在必行。
垃圾转运站渗滤液受垃圾组成、季节变化、地方饮食文化等影响,水质复杂多变、水色深、气味难闻,NH3-N 和有机污染物浓度高[6],NH3-N 质量浓度介于600~800 mg/L,一般不超过1 000 mg/L。 由于大量冲水进入污水系统,CODCr质量浓度一般为10 000~30 000 mg/L,总体来说污水中的碳源过剩。
垃圾转运站渗滤液水量呈现出较大的波动性,因为垃圾渗滤液的产生量与转运规模、压缩程度、转运时间、垃圾种类及季节等密切相关。根据垃圾转运站规模,采用横式(水平)压缩设备,渗滤液产生量为5~300 t/d[7],渗滤液在垃圾转运站的作业高峰时间段产生量大,而其他时间段产生量少[8];雨季随着水量和垃圾中水分的增加, 产生的渗滤液明显多于旱季[9]。
据CJJ 109—2006《生活垃圾转运站运行维护技术规程》规定“转运站污水处理方式应根据各转运站的具体情况而定, 可以依据国家与地方标准进行预处理后排入城市污水管网, 也可单独处理达标排放”,但由于单独处理达标排放处理成本较高,一般转运站考虑进行预处理达到GB 8978—1996 《污水综合排放标准》后,排入城市污水管网。
转运站渗滤液处理新工艺流程见图1。
图1 转运站渗滤液处理新工艺流程
转运站渗滤液经过格栅及调节池, 进入生物吸附池, 通过控制吸附池的曝气量及污泥浓度来加强微生物絮凝能力, 一部分CODCr,NH3-N,TN,TP,重金属及油脂被微生物的自身新陈代谢进行去除,另一部分被微生物的吸附絮凝能力吸收, 吸附捕获的CODCr,NH3-N,TN,TP,重金属及油脂以污泥排放的形式去除;在预缺氧池,通过兼氧菌进一步分解及降解部分污染物质,去除部分CODCr,同时进行反硝化作用,使NO3-及NO2-转化成N2,从而达到生物脱氮的功能,预缺氧池出水自流至内置式MBR,内置式膜池中放入内置式膜箱, 内置式膜箱由PTFE 材质的膜组件组成,通过水泵进行负压抽吸过滤,过滤方向由外至内,活性污泥截留在膜丝外侧,洁净的产水则压入膜丝的内侧, 通过产水管收集后得到干净的出水。
转运站渗滤液处理新工艺特点:
(1)工艺成熟可靠。 无论生物吸附还是MBR 都是比较成熟可靠,运行稳定,处理效果良好,常温下运行即可,不需加热,池容小,特别适合有机物浓度高的转运站渗滤液。
(2)不需要投加碳源。 转运站渗滤液碳氮比失调,常规的硝化反硝化工艺必须投加大量外加碳源,新工艺在不需要碳源的情况下可以实现大幅去除氨氮的目的,不需要投加碳源。
(3)运行能耗低。 以生物吸附为主,有机污染物并未得到真正的降解,因此氧气的消耗量很低,另外进入到后续MBR 系统的污染物负荷大幅降低,总体能耗大幅降低。内置式膜采用负压抽吸原理,运行压力低, 运行能耗低,10 t/d 内置式MBR 水能耗只需要1.2 kW·h。 内置式MBR 要比使用外置式MBR 工艺节省能耗85%以上。
(4)污染物去除率高。生物吸附对有机污染物和SS 具有良好的去除效果, 一般CODCr去除率可达50%~80%,SS 去除率可达60%~80%。脱氨工艺对进水的水质要求严格, 如果SS 和CODCr的浓度过高, 会严重影响脱氨效果, 生物吸附工艺高效去除SS 和CODCr,确保后续脱氨效果不受影响。
(5)抗冲击负荷强。新工艺是完全独立的活性污泥处理系统, 生物吸附和MBR 均设有完全独立的固、液分离系统,出水水质稳定,整个污水处理系统抗冲击负荷能力大幅提高。
(6)集成化占地面积小。生物吸附反应器设计容积负荷可以做到10~20 kg COD/m3, 是厌氧反应器的2 倍以上。 容积及占地面积均只有厌氧反应器的一半左右,大大节省了投资成本及占地面积。
四川省成都某生活垃圾转运站污水处理工程,污水处理系统设计规模为50 m3/d,处理后污水排入市政污水管网进入城市污水处理厂, 污水排放执行GB 8978—1996《污水综合排放标准》三级标准,污水处理采用 “格栅→调节池→生物吸附→中间沉淀池→预缺氧池→内置式膜生物反应器”工艺,设计进水水质见表1。
表1 设计进水水质 mg·L-1
垃圾转运站污水经储坑收集后, 送至转运站污水处理系统,首先进入机械格栅,除去污水中的较大漂浮物,然后进入生物吸附池。在生物吸附池内设置曝气器, 向池内进行曝气, 池内污泥质量浓度15~20 g/L,池内含有大量微生物群落,发生絮凝、吸附反应,生物吸附出水进入中间沉淀池,实现固、液分离。沉淀池出水进入一级AO 的MBR 系统,进一步去除污水中的CODCr,NH3-N 和TN 等污染物,MBR 出水直接排入厂区外的市政污水管网, 最后进入城市污水处理厂。
污水处理工程自2021 年11 月开工建设,2022年6 月开始调试,并于2022 年7 月正式运行,运行效果良好,主要运行参数见表2。 与常规处理工艺相比,整个系统运行成本大幅降低,总运行成本低于10 元/m3(不含人工费和污泥处置费)。 由于生物吸附段CODCr去除率高达85%以上,MBR 负荷大幅降低,系统运行稳定,出水水质满足排放标准的要求, 污水处理各单元实际去除效果见表3。 由表3可以看出, 垃圾转运站污水在经过生物吸附池后,CODCr去除率达到了85%,SS 去除率达到了90%,确保了后续脱氨效果不受影响。经过各单元处理后,各项污染物去除率均达到95%以上,且均满足了排放要求。
表2 主要运行参数
表3 各单元去除效果 mg·L-1
工程案例实际运行结果表明, 整个新工艺处理系统具有非常强的抗冲击负荷能力, 生物吸附段对CODCr和SS 的去除率远高于预期, 后续MBR 负荷大幅降低,整个系统能耗得以大幅下降。需要注意的是生物吸附段微生物代谢生长快,污泥产生量较大,污水处理系统需要及时排泥。
针对垃圾转运站渗滤液特点,采用“生物吸附”+ “中间沉淀池”+ “预缺氧池”+ “内置式膜生物反应器”新工艺,可高效去除渗滤液中的CODCr,SS 和NH3-N 等污染物,同时通过生物吸附和氨吸收实现资源化利用,整个处理系统能耗大幅降低,几乎不需要投加外加碳源,运行成本大幅降低,在垃圾转运站渗滤液处理中具有广泛的应用前景。