1 工程概况
山东济南市某城市生活垃圾焚烧发电厂每天产生约150 t垃圾渗滤液，主要由垃圾自身所含水分、垃圾发酵分解产生的水分及储运过程中渗入的雨水和地表水等组成〔1〕。该渗滤液有机物浓度极高且水质变化大，B/C在0.4左右，可生化性较好〔2, 3〕。由于其处理尾水需直排入海，且常规工艺难以处理达标，因此拟采用预处理/生化处理/深度处理三段式多级串联强化生物处理组合工艺，出水水质需达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准要求。该工程设计进水指标和排放标准见表 1。
2 处理工艺及设计参数
处理工艺流程见图 1。
图 1 垃圾渗滤液处理工艺流程
渗滤液首先进入调节池调节水量水质，随后通过泵抽送至预处理段中的快速混合池并投加石灰，调节其pH至弱碱性。此后进入一级、二级反应沉淀池并分别投加混凝剂和絮凝剂，其出水利用外来蒸汽加热至30 ℃左右后进入生化段。生化段由两级UBF段（厌氧）和SMSBR段（好氧）组成。在两级UBF段，处理液由UBF反应器底部进入，依次经过厌氧污泥床和填料生物膜区，最后在反应器顶部进行固液气三相分离，之后处理液自流至脱气沉淀池脱除沼气和污泥，而UBF反应器产生的沼气通过燃气管道收集储存用来发电或燃烧处理〔4, 5〕。处理液进入SMSBR段通过好氧处理进一步降解有机物，其出水至超滤膜池并进行鼓风曝气强化生物处理〔6〕。生化段出水至双膜段（纳滤、反渗透）进行深度处理，在该段处理液中的难降解有机污染物通过膜的筛分、截留和吸附等作用被去除掉〔7〕，可使最终出水达标直排入海。系统产生的污泥经污泥管道收集后进入污泥浓缩池进行重力浓缩。浓缩后的污泥由泵输送至离心脱水机机械脱水，脱水干污泥外运或送至焚烧车间焚烧处理。
各处理单元的设计参数及主要设备见表 2。
表 2 处理单元设计参数及主要设备材料
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处理单元 |
设计参数 |
主要设备材料 |
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调节池 |
设 2 座，采用半地下式钢筋混凝土结构，停留时间 10d ，单池尺寸为 14.0m×10.0m×6.5m ，有效水深均 5.5m |
单座调节池配潜水搅拌机 4 台， P=5.0kW ；提升泵 2 台， Q=10m3/h ， H=10m ， P=2.2kW |
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预处理段 |
快速混合池，采用半地下式钢筋混凝土结构，尺寸为 5.0m×2.5m×6.5m ，有效水深 5.5m |
一级沉淀池配混合搅拌机 1 台，桨式，叶轮 D750mm ，转速 89r/min ， P=5.5kW ；反应搅拌机 2 台，框式， D1200m ，转速 6~15r/min ， P=1.5kW ；斜管填料，斜管孔径 D80mm ， δ=1.0mm ， L=1000mm ，安装角度 60° |
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UBF 段 |
UBF 反应器设 2 座，平行排列，每座分 2 格，共 4 格遥采用半地下式钢筋混凝土结构，停留时间 10d ，单池尺寸为 6.0m×6.0m×11.5m ，有效水深 10.5m ， COD 容积负荷为 7.0kg/(m3·d) |
配组合填料， D150mm×100mm ；斜管填料，斜管孔径 D80mm ， δ=1.0mm ， L=1000mm ，安装角度 60° |
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SMSBR 段 |
SBR 池设 3 座，采用半地下式钢筋混凝土结构，单池尺寸为 8.0m×7.0m×6.5m ，有效水深 5.5m ，运行周期为 0.5d ，污泥负荷为 0.2kg/(kg·d) ，污泥质量浓度为 7500mg/L 超滤膜车间 2 座，单座平面尺寸为 7.0m×4.5m |
配浸没式超滤系统 1 套， S=550m2 ，共 6 个膜堆，产水量为 150m3/d ；射流曝气器 60 套， Q=14m3/h |
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双膜段 |
膜处理车间，平面尺寸为 20.0m×10.0m |
纳滤系统 1 套 ( 纳滤元件型号 NF270 ， F=400ft2 ， FC ；压力膜管型号 80A7W ， FRP ， S2.1MPa) ，产水量 150m3/d ；反渗透系统 1 套 (PROC20 型 12 支，两段排列 2 颐 1 式；压力容器 3 个，每个内设 4 支膜 ) ，产水量为 150m3/d |
3 工程调试
工程调试主要为生化处理段的两级UBF段厌氧调试和SMSBR段好氧调试。
（1）两级UBF段厌氧调试。接种厌氧消化污泥取自济南某城市污水处理厂（含水率约80%），按30 t污泥+300 t清水+30 t渗滤液（COD在5 000 mg/L左右）的比例稀释后投至一级、二级UBF反应器，并按m（COD）∶m（N）∶m（P）=1 000∶7∶1投加适量营养物质。调试过程中，控制一级UBF反应器pH在5左右，在酸性环境下污泥培养时间约7 d；二级反应器中污泥培养时间约14 d，当观察到两级UBF反应器中有CO2、CH4等气体产生且检测出水COD明显下降即认为污泥接种完成，UBF反应器调试启动。 UBF反应器启动后，将垃圾渗滤液分批进入反应器中，每批次进水浓度逐步提高以强化微生物对垃圾渗滤液中有机物的处理能力。启动初期UBF厌氧反应器采用间歇运行，使反应器中微生物在静态下进行厌氧代谢，经7 d左右反应器中的厌氧微生物将大分子有机物逐步分解。调试运行一段时间后，将二级UBF反应器进水改为一级UBF反应器出水。该阶段的进水水力负荷采用阶梯法逐步提高，直至最终的设计负荷（150 t/d），可分为4个环节，即进水量从30~60 t/d→60~90 t/d→90~120 t/d→120~150 t/d。进水量每次变动后应保持稳定运行7 d，待检测出水有机酸质量浓度降至500 mg/L以下方可进入下一个负荷阶段，增加负荷阶段总共约28 d。
（2）SMSBR段好氧调试。取济南某城市污水处理厂的活性污泥15 t（含水率约为80%）经粗滤后投入SBR好氧反应池内，并向该反应池中注入稀释后的二级UBF反应器出水（BOD5控制为500 mg/L左右）进行射流曝气，控制DO在1 mg/L。在不进水条件下保持连续曝气4 h后，停止曝气并沉淀换水。如此运行12 d后开始连续小量进水，在连续曝气及污泥回流系统连续运行的动态条件下进行污泥驯化，此过程中随着UBF反应器出水进入量的增大，相应的微生物数量逐渐增加，直至进水全部为UBF出水。约20 d左右活性污泥驯化成功，加大SBR池进水量、提高负荷，并加大曝气量直至DO达到2 mg/L，最终使曝气池污泥浓度和运行负荷达到设计值，此时SV30＜70%，MLSS在7 500 mg/L左右。在污泥驯化期间，氮源充足不需要补充，磷源和碳源由于微生物不断消耗而需要补充，从经济角度考虑，工程上分别选用磷酸氢二钠（工业级，P2O5为45％）和工业淀粉，投加比例为m（C）∶m（P）＝（100~200）∶（0.8~1.0） 。
4 组合工艺各处理单元运行效果
（1）组合工艺整体运行效果。该工程稳定运行后，各项出水水质均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准要求，运行效果见表 3。
（2）预处理段运行效果。预处理段的去除机理以化学反应为主，先在快速混合池内投加石灰（质量分数4%），控制pH在8.5~9.0，为一级、二级反应沉淀池提供碱性环境以及后续厌氧段和好氧段所需的碱度。其后向一级、二级反应沉淀池内分别投加混凝剂（质量分数5%铁盐）和絮凝剂（质量分数1%~2%PAM），在两者联合投加作用下原水中的大分子有机颗粒、悬浮粒子及胶体物质发生架桥吸附、混凝吸附等反应，使得处理液中部分有机物被去除，COD去除率为25.00%。同时在碱性环境下，处理液中的OH-与NH4+发生离子平衡反应（OH-+NH4+NH3·H2ONH3↑+H2O），在出水池经密封蒸汽加热后，原平衡被破坏生成大量NH3·H2O并挥发，从而部分去除处理液中的NH4+，NH3-N去除率为14.81%。
（3）生化处理段运行效果。生化段由两级UBF反应器和SMSBR串联组成，可达到强化生物处理的效果，是组合工艺的核心工艺段。
预处理后的废水由UBF反应器底部进入，以螺旋上升形式流过生物反应区时，处理液中的有机物先被生物反应区内的高浓度有机颗粒污泥分解（将大分子有机物分解成乙酸等小颗粒物质），随后通过附着厌氧生物膜的填料区时被进一步截留吸附和厌氧分解〔8〕。经两级UBF反应器作用后，有机物被大量去除并产生CO2、CH4等，COD去除率可达96.55%。SMSBR段的进水是UBF段经脱气沉淀池后的出水，其可生化性好，COD的去除主要是通过SMSBR的好氧作用〔9, 10〕。经活性污泥的好氧降解和超滤膜作用后，该段出水COD降至200 mg/L以下，COD去除率达78.79%。
生化段系统进水与一部分SBR池回流污泥混合进入到一级UBF反应器，回流污泥中的亚硝态氮与硝态氮（NOx--N）利用进水中的有机碳源在一级UBF反应器中进行反硝化，同时进行厌氧产甲烷反应。二级UBF反应器通过反硝化及产甲烷反应进一步降解剩余有机物，其出水经脱气沉淀池后进入SBR池。控制SBR厌氧/好氧交替运行，通过硝化作用去除残余氨氮、反硝化作用去除产生的NOx--N，从而达到强化脱氮的目的，NH3-N去除率高达99.11%〔11〕。
（4）深度处理段运行效果。深度处理系统由双膜（纳滤、反渗透）组成，主要是利用半透膜的选择性，在常温下以膜两侧压力差为动力，对预处理段及生化段未能去除的难降解有机物进行分离去除〔9〕。双膜处理段进水COD均值为136.75 mg/L、NH3-N均值为9.55 mg/L，出水COD均值为1.86 mg/L、NH3-N均值为0.49 mg/L，COD去除率达98.64%，NH3-N去除率达94.87%。
（5）经济技术分析。该工程总投资约为1 200万元，实际运行成本经核算后为2 580元/d，平均每吨水处理费用为17.20元，其中电费为6.50元/m3，药剂费2.85元/m3，人工费为3.60元/m3，日常维护及修理费2.45元/m3，折旧费1.80元/m3。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
5 结语
城市生活垃圾焚烧发电厂渗滤液COD和NH3-N浓度高，采用常规工艺难以处理达标。笔者采用预处理/生化处理/深度处理三段式多级串联强化生物处理组合工艺，工程运行实践表明处理效果良好，COD和NH3-N去除率极高，出水水质稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中的一级A标准，可直排入海。
