简析基于MBR的城市固体垃圾渗滤液处理

崔 程

（江苏达泽节能环保科技有限公司，江苏 南京 210000）

引言

我国城市固体垃圾增速，每年约为9%，固体垃圾产生量位居全球第二，2012年清运量达1.7亿吨。城市固体垃圾处理是建设资源节约型和环境友好型社会、实施治污减排，提高人居环境质量和生态文明水平的重要前提。

“十四五”时期，城市垃圾分类和处理设施建设进入关键期。国家发改委、住房城乡建设部联合印发的《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》中指出：强化二次环境污染防治设施建设；完善垃圾渗滤液处理设施。因此，相关部门应加强对渗滤液处理工艺的探究。

1 城市固体垃圾渗滤液概述

目前，针对城市固体垃圾的处理，无论采用焚烧还是填埋方式，都面临垃圾渗滤液处理的难题，同时固体垃圾在中转站压缩的过程中也会产生压缩渗滤液。由于管理方式差异以及渗滤液产生机制的多重影响，导致垃圾渗滤液成分复杂、污染物浓度高，污染物主要包括pH、BOD5、COD、SS、重金属、氨氮、TN、TP等，水质指标通常会在一个较大范围内变动[1]。例如，pH值的变动范围为4～9；BOD5的变动范围为2 000～40 000 mg/L；COD的变动范围为4 000～70 000 mg/L。城市固体垃圾渗滤液若处理不当，会对地下水、土壤、大气等造成严重的二次污染。

2 城市固体垃圾渗滤液处理工艺分析

城市固体垃圾渗滤液与一般城市污水不同，其成分复杂，性质变化大；而垃圾焚烧厂、垃圾填埋厂、垃圾中转站的渗滤液，由于固体垃圾处理方式不同，产生的渗滤液水质也不同。

2.1 垃圾焚烧厂渗滤液处理工艺

垃圾焚烧厂渗滤液是垃圾在堆放过程中因重力压实、发酵等物理、生物及化学作用产生的废液。渗滤液水质成分复杂、有机物种类较多、氨氮含量高且营养元素比例失调、含盐量及重金属含量高。受到当地居民生活习惯、垃圾分类和收集方式、当地气候等因素的影响，其感官表现为黑褐色、粘稠状、强恶臭。

垃圾焚烧厂渗滤液水量受垃圾收集、气候及季节变化等因素影响，渗滤液水量波动较大，特别是季节变化对渗滤液水量变化影响较大。一般夏天渗滤液产量较大，而冬天相对较少。

目前，相关企业主要采用预处理→微生物处理→膜吸附过滤工艺流程处理渗滤液，常用“中温厌氧系统+MBR膜系统+NF+RO”方案，该方案适用于各类城市固体垃圾渗滤液处理企业[2]。该方案应用时，先通过调节池对渗滤液进行初步处理，主要包括除渣和沉淀池沉淀等步骤；再送入中温厌氧池完成对有机污染物的降解处理，并将部分污泥排入污泥存储池。经过降解的污染物进入缺氧池，在缺氧条件下，反硝化菌利用污水中的有机碳将硝酸盐还原为氮气；随后污水通过推流进入好氧池，在好氧条件下将残余的有机物进一步分解；同时硝化菌将污水中的氨氮氧化成硝酸盐，再回流至缺氧池进行总氮的脱除。经过二级反硝化/硝化系统的产水，再经过MBR膜系统进行泥水分离，污泥回流至前端缺氧池，产水进入后续膜深度处理系统。最后，污水通过纳滤、反渗透系统对MBR出水进行反渗透处理后，进行回用或达标排放。

该工艺将生化反应与物理处理相结合，抗水量和水质冲击负荷强。同时，相关人员需要根据实际进水量和进水水质情况及时调整碳源补充和回流比等参数，以保证生化处理系统稳定运行。膜深度处理系统需要及时维护、定期清洗，保证系统长期稳定运行。从缺点来说，该工艺在“老龄化”渗滤液的处理方面，效果相对较差，而且处理时出水率不高，膜系统清洗频繁增加了系统的运行成本，系统连续运行要求较高。

2.2 垃圾填埋厂渗滤液处理工艺

垃圾填埋场渗滤液是由垃圾分解后产生的液体与外来水分渗入（包括降水、地表水、地下水）所形成的，包含多种代谢物质和水分，形成极为复杂的高浓度有机废水。垃圾渗滤液的产生量受多种因素影响，包括降雨量、蒸发量、地面径流、地下水渗入、垃圾特性、地下层结构、表层覆土和下层排水设施的设置情况等。

垃圾渗滤液的性质主要取决于垃圾场的使用年限和取样时填埋场所处的阶段。与垃圾的种类、性质、垃圾的填埋方式、覆盖情况、降雨及蒸发等都有很大关系，其浓度和性质也随时间呈高度动态变化关系。对于特定的垃圾填埋场，其渗滤液的成分和性质不仅与气候、水文条件有关，还与垃圾成分、填埋场结构、填埋时间等密切相关。

目前，渗滤液处理主要采用预处理+两级DTRO反渗透工艺，填埋场的渗滤液原液经过调节池后进行pH值调节、过滤器等预处理后，经过一级DTRO反渗透膜过滤，过滤后的出水再经二级DTRO反渗透系统处理获取达标出水。总产水率可以达到60%～70%左右。一级DTRO反渗透浓缩液回灌处理。需要说明的是，二级DTRO反渗透系统处理时会将二级浓缩液回流至调节池进行循环处理，以此提升处理效果。

该工艺的优势为可实现间歇式运行，其高度自动化操作十分简便，加上膜产品的应用比较成熟，运维管理更加容易。从劣势看，该工艺对渗滤液水质比较敏感，受有机物浓度、环境温度、电导率、SS等因素影响，DTRO膜容易发生堵塞现象，此时造成DTRO膜频繁清洗。由于出水率范围在55%～70%之间，还有大量浓缩液需要回灌，导致垃圾渗滤液水质越来越差，因此目前大部分垃圾填埋场都有浓缩液需要处理，且浓缩液成分复杂、可生化性极差、处理难度大、投入成本高。

2.3 垃圾中转站渗滤液处理工艺

在垃圾处理设施建设中，垃圾中转站已成为各城市环卫管理的必须环节。垃圾中转站渗滤液是由垃圾压缩打包产生的渗滤液、垃圾运输车洗车和地面冲洗产生的废水等组成。由于垃圾在中转站内停留时间短，污染物浓度相对较低，再加上有冲洗废水的稀释，中转站渗滤液污染物浓度比填埋场、垃圾焚烧电厂的渗滤液浓度低，同时中转站渗滤液的可生化性较好。

垃圾中转站主要建设在城市的公共服务区，周围有完善的污水管网，因此垃圾中转站渗滤液的处理要求达到了纳管排放标准。

目前渗滤液处理主要采用全量化处理工艺：加速混沉＋高效气浮＋生物絮凝＋两级A/O-MBR＋脱色消毒。垃圾中转站渗滤液经收集进入调节池后，通过高效预处理系统去除悬浮物和油类，降低后续生化工艺的负荷。生化处理系统采用强化的“二级AO＋MBR”工艺，可稳定、高效去除有机物、氨氮、总氮。生化段出水进入消毒池，消灭细菌病毒后达标排放。

上述垃圾中转站渗滤液处理的工艺特点为：（1）全量化处理排放：产水100%排放，不产浓水，没有二次污染；（2）安全环保：不需要厌氧处理工艺，不产生CH4、H2S等易燃、易爆、恶臭气体；（3）高效生化：独有的活性菌-酶-填料复合体系，可实现污染物的高效、低耗降解。

3 基于MBR的城市固体垃圾渗滤液处理项目分析

3.1 项目概况

以某垃圾中转站垃圾渗滤液处理项目为例，该项目处理规模为30 m3/d，其中渗滤液主要来自中转站压缩打包后产生的渗滤液与垃圾运输车洗车及地面冲洗的污水。根据《生活垃圾转运站评价标准》（CJJ/T 156-2010）[3]中的要求，“污染控制设备与设施配置”和“污水处理”类别已列入评价指标。同时，该垃圾中转站所在地区提出了“生活垃圾中转站提升改造行动计划”，要求如下：（1）对大中型中转站进行优化提升改造；（2）保障生活垃圾密闭压缩；（3）增加消杀除臭处置；（4）进行渗滤液就地处理。

3.2 处理需求

从处理需求看，该中转站的渗滤液处理对象包括压滤液与清洗污水。为达到上述目标，施工单位对其招标文件、环境影响评价报告及现场调查等资料进行了全面分析，认为在该项目中可以设计一款30 m3/d的垃圾中转站渗滤液全量净化设备，满足其渗滤液处理要求。

3.3 工艺选择

该中转站渗滤液的排放特征鲜明，从环境影响评价报告的内容看，渗滤液中有机物、氨氮等污染物浓度较高，COD浓度在10 000～30 000 mg/L左右。同时，有机物种类较多，以腐殖类高分子碳水化合物等为主，内含杂环芳烃、多环芳烃、酚、醇、苯胺类化合物等难降解成分。另外，受垃圾收集、气候、季节变化等因素影响，渗滤液水量波动较大，特别是季节变化对渗滤液水量变化影响较大，一般夏天渗滤液产量较大，冬天相对较少。

出水执行国家《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T 31962-2015）[4]中B级水质标准，进水以业主提供的《设计进水水质表》为准。施工单位结合渗滤液特性，在提质增效、预防二次污染、无浓缩液等原则下，结合COD、BOD5、NH3-N、TN的去除率均高于90%的要求，采用基于MBR的综合处理工艺，具体以“高效物化＋强化生化技术”为核心进行设计。

3.4 具体实施

3.4.1 设计进、出水水质

根据业主提供的资料并结合与《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T 31962-2015）[4]中B级水质标准，设计进、出水水质如表1所示。

表1 设计进、出水水质表单位：mg/L

3.4.2 工艺流程

基于MBR技术，且以“高效物化＋强化生化技术”为核心的工艺方案设计中，首先根据施工单位的高效物化、强化生化技术研究成果，设置加速混凝沉淀池、高效溶气气浮等高效物化系统，并根据现场实际处理需求设置调节池、中间水池、污泥池等。其次，设置两级“A/O+内置MBR”系统，最终形成的工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程

3.4.3 应用的技术

中转站渗滤液经收集进入调节池，调节池渗滤液通过提升泵提升进入加速混凝沉淀池，该处理段包含氢氧化钠、絮凝剂、助凝剂等多种加药装置。添加絮凝剂、助凝剂的目的是使废水中的悬浮物进行絮凝沉降。通过加速混凝沉淀，可去除垃圾渗滤液的悬浮物和色度，降低后续生化工艺的负荷。经混凝沉淀加药处理后的垃圾渗滤液进入沉降阶段，其上清液通过溢流进入高效溶气气浮池，通过溶气的黏附作用进一步去除水中的悬浮物和油类。气浮出水进入中间水池，废水在中间水池通过提升泵提升进入到后续的生化反应系统。由于废水COD及氨氮含量较高，该生化处理段采用“生物絮凝+二级A/O+MBR工艺”，使垃圾渗滤液中的绝大部分COD、氨氮得以降解。生化段出水进入消毒池脱除氨氮、消灭细菌及病毒，产水执行《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T 31962-2015）[4]中B级水质标准，达标排放。核心单体主要应用了高效物化系统、两级“A/O+内置MBR”系统。

3.4.3.1 高效物化系统

物化反应段包含絮凝剂、氢氧化钠、助凝剂、脱色剂等多种加药装置。由于渗滤液来水呈酸性，首先添加氢氧化钠调节pH值；之后添加混凝剂，使渗滤液中的悬浮物进行絮凝；经过物化反应之后的渗滤液进入沉淀池进行泥水分离，上清液进入高效溶气气浮，通过微小气泡的黏附作用进一步去除絮凝好的悬浮物和油类。通过高效物化处理段，能去除水中的悬浮物、胶体、不可溶性COD、油脂等，大大降低后续生化工艺的负荷。

3.4.3.2 两级“A/O+内置MBR”系统

两级A/O处理工艺包括缺氧/好氧段，可满足脱氮要求，具体是在生物脱氮机制中，通过硝化与反硝化两个生化过程实现。污水先在好氧反应器中进行硝化，含氮有机物被细菌分解成氨，然后在亚硝化菌的作用下，氨进一步转化为亚硝酸盐氮，再经硝化菌作用而转化为硝酸盐氮。硝酸盐氮回流进入缺氧反应器后，经过反硝化作用，利用或部分利用污水中原有的有机物碳源为电子供体，以硝酸盐代替分子氧作为电子受体，进行“无氧”呼吸、分解有机质，同时将硝酸盐氮还原成气态氮。A/O工艺不但能取得比较满意的脱氮效果，而且通过上述的缺氧/好氧循环操作，同样可取得较高的COD和BOD去除率。

关于MBR膜生物反应器，主要是在好氧池内设置MBR膜组件，膜能将全部的生物量截留在反应器内，进行高效固液分离，不仅能获得长泥龄和高悬浮固体浓度，还有利于生长缓慢的固氮菌和硝化菌的增长，强化活性污泥的硝化能力。另外，MBR膜系统生物种群远比传统活性污泥法要丰富、稳定，使MBR对来水有更强的适应能力和净化能力。

3.4.4 运行效果

根据上述工艺，施工单位设计的30 m3/d垃圾中转站渗滤液全量净化设备安装后，实现了如下功能：（1）渗滤液设备日处理规模为30 m3/d，24小时连续运行；（2）渗滤液设备设计出水水质达到《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T 31962-2015）[4]表1中B级标准的要求；（3）适用温度范围应在0～45 ℃以内，适用酸碱范围应在pH值3～9以内；（4）渗滤液设备的核心部件膜组件采用浸没式柔性平板膜组件，抗污染、防堵塞、清洗方便；（5）配套的气浮系统，采用高效、平稳的溶气方式；（6）远程数据监控功能，方便直接远程查询；（7）渗滤液设备配备在线清洗系统，实现在线清洗的功能。

经过6个月试运行，结果表明：核心采用“高效物化＋强化生化”工艺可实现稳定达标。预处理采用加速混凝沉淀工艺+高效溶气气浮，使用常规药剂可实现对悬浮物、动植物油类、色度的高效去除。生化段前置特有的“生物絮凝工艺”，能捕捉PAM，显著降低堵膜风险。生化段采用强化的“二级AO＋MBR”工艺，活性菌-酶-填料复合体系，可稳定、高效去除氨氮、总氮。出水水质检测结果显示：CODCr、BOD5、SS、NH3-N、TN、TP、动植物油类，设计出水浓度分别达到了要求的500 mg/L、350 mg/L、400 mg/L、45 mg/L、70 mg/L、8 mg/L、100 mg/L目标。按照设计去除率=设计出水浓度/设计进水浓度计算，对应的去除率分别为98%、98%、87%、96.3%、95.4%、92%、93.4%。

4 结语

总之，城市固体垃圾渗滤液水质构成复杂、危害相对较大，加强对其处理工艺的探究具有十分重要的现实意义。结合上述分析可以看出，垃圾渗滤液的处理工艺较多，应用场景各不相同。随着新材料、新技术、新工艺的配置比例扩大，大幅度提升了其工艺处理效果。建议在垃圾渗滤液处理项目中，相关人员一方面应具体问题具体分析，加强处理需求分析的精准性；另一方面应尽可能根据进、出水水质的设计要求，选择适配性较高的多技术联合工艺处理方案，辅助提升渗滤液处理效果及产出综合效益。