生態(tài)循環(huán)產(chǎn)業(yè)園混合工業(yè)污水處理工藝

中國(guó)環(huán)保（臨沂）生態(tài)循環(huán)產(chǎn)業(yè)園以“環(huán)保優(yōu)先、資源共享、設(shè)施共建、物質(zhì)循環(huán)、能量梯次利用”為建設(shè)理念，以生活垃圾處理為依托，實(shí)現(xiàn)其他固體廢棄物的無(wú)害化、減量化、資源化協(xié)同處置，規(guī)劃建設(shè)固廢處理、園區(qū)配套、利鄰項(xiàng)目3大類入園項(xiàng)目，包括生活垃圾、餐廚垃圾、動(dòng)物尸體、污泥等固廢處理項(xiàng)目，集中供熱、污水處理中心、科技研發(fā)中心、數(shù)字化管控平臺(tái)等園區(qū)配套項(xiàng)目，宣傳教育中心、區(qū)域居民供暖、村居倉(cāng)儲(chǔ)扶貧等利鄰項(xiàng)目。產(chǎn)業(yè)園處置范圍覆蓋臨沂市5區(qū)6縣，服務(wù)730余萬(wàn)老區(qū)群眾，解決了城市生活垃圾、餐廚垃圾、污泥、動(dòng)物尸體等城市固體廢物的無(wú)害化處理和資源化利用問(wèn)題，充分利用各項(xiàng)目之間的協(xié)同效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)目資源的二次開(kāi)發(fā)和循環(huán)利用，達(dá)到節(jié)能減排的目的。當(dāng)生態(tài)循環(huán)產(chǎn)業(yè)園建成，垃圾滲濾液、餐廚沼液、污泥壓濾液、動(dòng)物無(wú)害化廢水伴隨產(chǎn)生。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外針對(duì)單獨(dú)垃圾滲濾液、餐廚沼液等處理方面研究較多，但對(duì)混合污水處理技術(shù)研究一直較少。隨著城市規(guī)模越來(lái)越大，人口聚集更多，產(chǎn)生的城市廢水將會(huì)更多，混合污水的處理技術(shù)研究顯得尤為重要，這就需要設(shè)計(jì)建成一個(gè)優(yōu)良的工藝系統(tǒng)滿足園內(nèi)混合工業(yè)污水達(dá)標(biāo)處理、處置的需求。

1、設(shè)計(jì)水質(zhì)水量

垃圾滲濾液主要產(chǎn)生于垃圾貯坑，其特點(diǎn)是污染物濃度高、成分復(fù)雜，屬高濃度有機(jī)廢水，C/N高，可生化性好，主要污染物表征參數(shù)為COD、NH3-N、SS等。餐廚沼液C/N低，碳源不足，生化處理效果差。運(yùn)行時(shí)為使TN得到有效去除，往往需要額外投加大量碳源和純堿，大大增加了運(yùn)行成本。污泥壓濾液為污泥壓濾脫水產(chǎn)生的液體，脫水過(guò)程中會(huì)添加CaO類物質(zhì)，污泥壓濾液具有COD高、可生化性差、NH3-N濃度高、TP濃度高、C/N較低、硬度高、pH高等特點(diǎn)。動(dòng)物無(wú)害化污水成分復(fù)雜，含有大量的有機(jī)物質(zhì)和動(dòng)物油脂。

為保證系統(tǒng)適應(yīng)來(lái)水復(fù)雜多變的水質(zhì)，且能最大程度承受水質(zhì)波動(dòng)帶來(lái)的沖擊，穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行一定程度放大，使系統(tǒng)余量充足。生態(tài)循環(huán)產(chǎn)業(yè)園混合工業(yè)污水處理站處理設(shè)計(jì)規(guī)模為900m3/d，其中垃圾滲濾液、污泥壓濾液、餐廚沼液、動(dòng)物無(wú)害化污水處理設(shè)計(jì)規(guī)模分別為700、50、100、50m3/d。處理后的出水要求達(dá)到《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889―2008）表2要求后排入市政污水管網(wǎng)。設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

2、工藝設(shè)計(jì)及流程

2.1 工藝設(shè)計(jì)

餐廚沼液和垃圾滲濾液協(xié)同處理，調(diào)節(jié)池的垃圾滲濾液一部分進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)進(jìn)行厭氧發(fā)酵，一部分超越至生化系統(tǒng)，可以補(bǔ)充餐廚沼液生化處理所需要的碳源，無(wú)需額外投加碳源，大大節(jié)省了運(yùn)行成本；脫氮菌利用滲濾液補(bǔ)充的碳源，使系統(tǒng)的TN去除效果大大提高，同時(shí)滲濾液中的有機(jī)物在生化系統(tǒng)的去除率也得到相應(yīng)提高。污泥壓濾液進(jìn)入MBR系統(tǒng)與垃圾滲濾液混合，因垃圾滲濾液處理量大，兩者協(xié)同處理對(duì)污泥壓濾液起到稀釋作用，無(wú)需另外投加酸液調(diào)節(jié)污泥壓濾液pH，節(jié)省大量藥劑成本。此外，4種污水協(xié)同處理，餐廚沼液、動(dòng)物無(wú)害化污水含油量被大大稀釋，減弱了油含量對(duì)生化系統(tǒng)微生物及后期膜系統(tǒng)處理產(chǎn)生的影響。

2.2 工藝論證

厭氧生物處理技術(shù)由于具有運(yùn)行成本低、能耗低、剩余污泥量少、可以處理高濃度和好氧條件下生物難降解有機(jī)物的特點(diǎn)，近年來(lái)已被廣泛用于高濃度有機(jī)廢水處理。常見(jiàn)的厭氧反應(yīng)器有上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）、升流式厭氧污泥床-濾層反應(yīng)器（UBF）、厭氧生物濾池（AF）。UASB系統(tǒng)抗沖擊能力強(qiáng)，負(fù)荷率高，工藝設(shè)計(jì)參數(shù)有較多的滲濾液試驗(yàn)數(shù)據(jù)和運(yùn)行效果分析數(shù)據(jù)支持，有機(jī)物去除效果優(yōu)于AF，單位建設(shè)投資較UBF低。并且UBF、AF在國(guó)內(nèi)比較有影響力的垃圾滲濾液處理工程中成功應(yīng)用實(shí)例較少，難以確認(rèn)較為可靠的設(shè)計(jì)參數(shù)。所以，本工程設(shè)計(jì)采用UASB作為厭氧處理單元的構(gòu)筑物選型。

好氧生物處理在廢水處理中技術(shù)比較成熟，能使有機(jī)物最大程度地降解并接近排放標(biāo)準(zhǔn)，降低深度處理的難度和成本，主要有膜生物法（MBR）、氧化溝、序批式活性污泥法（SBR）等工藝。MBR工藝在高濃度有機(jī)廢水處理中的應(yīng)用日益廣泛成熟，MBR系統(tǒng)的污泥濃度高，系統(tǒng)占地小，能夠方便地安排生物脫氮，特別適合氨氮較高的污水處理；由于采用超濾膜進(jìn)行泥水分離，MBR工藝出水SS低，有利于后續(xù)深度處理。本工程的好氧單元選擇MBR系統(tǒng)，其中生化段設(shè)置兩級(jí)AO，一級(jí)AO段去除不掉的氮在后加的缺氧段通過(guò)超越一部分垃圾滲濾液補(bǔ)充碳源進(jìn)行反硝化脫去，最后的好氧段控制較高溶解氧，氧化剩余的碳源和有機(jī)物。

由表1看出，垃圾滲濾液COD為60000mg/L，遠(yuǎn)高于其他廢水，僅設(shè)計(jì)垃圾滲濾液進(jìn)入UASB進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣，保證產(chǎn)氣效率及其穩(wěn)定性。垃圾滲濾液處理規(guī)模遠(yuǎn)大于其他污水處理量之和，需將垃圾滲濾液調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)余量，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)UASB厭氧罐出水水質(zhì)指標(biāo)。保證垃圾滲濾液水質(zhì)水量可調(diào)可控即可確保4類廢水直接在MBR混合后處理效果穩(wěn)定且良好，無(wú)需在MBR前設(shè)置勻質(zhì)池，節(jié)省了池體建設(shè)費(fèi)用。

經(jīng)過(guò)MBR處理后難生化降解的有機(jī)物形成的COD和色度仍然超標(biāo)，一般混凝處理對(duì)于該類廢水的去除率低且污泥量較大，處理麻煩。其他物化處理技術(shù)在高濃度有機(jī)廢水處理實(shí)際工程應(yīng)用上還缺乏生產(chǎn)性相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)參數(shù)確認(rèn)。目前可靠的深度處理工藝只有膜處理技術(shù)。根據(jù)膜的孔徑，膜處理可以分為反滲透、納濾、超濾以及微濾等。與反滲透相比，納濾的最大優(yōu)點(diǎn)是能使小分子鹽隨出水排出，避免鹽分富集帶來(lái)的不利影響。納濾膜和反滲透膜在設(shè)備投資方面相差不大，但納濾系統(tǒng)動(dòng)力消耗遠(yuǎn)小于反滲透系統(tǒng)。本工程深度處理采用納濾工藝。

綜上工藝論證，本工程厭氧系統(tǒng)采用UASB工藝，好氧處理采用MBR系統(tǒng)（兩級(jí)A/O+外置管式超濾），深度處理采用納濾工藝。

2.3 工藝流程

混合工業(yè)污水處理工藝流程如圖1所示。

垃圾焚燒發(fā)電廠產(chǎn)生的滲濾液自流進(jìn)入預(yù)處理工段，格柵機(jī)對(duì)水中大的懸浮物進(jìn)行截留，以防止后段污堵設(shè)備。格柵過(guò)濾后的污水自流進(jìn)入滲濾液調(diào)節(jié)池。

調(diào)節(jié)池滲濾液一部分通過(guò)提升泵定量提升至UASB厭氧罐，一部分超越至MBR系統(tǒng)。厭氧系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過(guò)收集后進(jìn)入到沼氣處理系統(tǒng)進(jìn)行處理或利用；厭氧處理出水自流進(jìn)入到中間沉淀池，去除隨水流出的老化厭氧污泥以避免其對(duì)后端生化系統(tǒng)的不利影響。

厭氧工段中沉池出水自流進(jìn)入MBR系統(tǒng)。MBR系統(tǒng)采用外置式，膜系統(tǒng)部分采用管式超濾膜形式，生化部分采用兩級(jí)A/O生化工藝。MBR系統(tǒng)包括一級(jí)反硝化池、一級(jí)硝化池、二級(jí)反硝化池、二級(jí)硝化池、管式超濾系統(tǒng)等5部分。硝化液在管式超濾系統(tǒng)循環(huán)壓力作用下形成一部分超濾產(chǎn)水，壓力作用下自流進(jìn)入超濾清液箱。

污泥無(wú)害化處置中心產(chǎn)生的污泥壓濾液進(jìn)入壓濾液調(diào)節(jié)池，經(jīng)過(guò)pH調(diào)節(jié)池、沉淀池、水解池后進(jìn)入中間池，后經(jīng)提升泵泵入MBR系統(tǒng)。

餐廚無(wú)害化項(xiàng)目厭氧罐產(chǎn)出的沼液以及動(dòng)物無(wú)害化項(xiàng)目產(chǎn)生的動(dòng)物無(wú)害化污水分別經(jīng)除渣預(yù)處理后存入各自項(xiàng)目預(yù)存池，后續(xù)分別經(jīng)過(guò)自動(dòng)過(guò)濾清洗器除渣后經(jīng)提升泵泵入MBR系統(tǒng)。

MBR工藝處理后的污水進(jìn)入納濾處理系統(tǒng)。在一定壓力作用下，部分清水和小分子物質(zhì)透過(guò)膜形成清液，剩余的物質(zhì)和水形成濃縮液，清液回用或者達(dá)標(biāo)排放，濃縮液則排入濃縮液收集池，經(jīng)濃縮液處理站的碟管式反滲透（DTRO）系統(tǒng)進(jìn)一步濃縮后，進(jìn)入機(jī)械式蒸汽壓縮（MVR）系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)，中水作為循環(huán)冷卻塔補(bǔ)水，母液回噴至垃圾焚燒爐。

3、主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）調(diào)節(jié)池。

2座，調(diào)節(jié)池有效容積4800m3。其中滲濾液調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)有效容積4200m3，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間6d，分為2格，設(shè)計(jì)尺寸分別為19m×15m×8.5m、19.6m×12.5m×8.5m，其中一格兼作事故池；污泥壓濾液調(diào)節(jié)池有效容積600m3，設(shè)計(jì)尺寸為19m×4m×8.5m，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間3d。調(diào)節(jié)池前設(shè)置格柵機(jī)，去除大顆粒懸浮物，調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)置潛水?dāng)嚢铏C(jī)，減少污泥沉降，同時(shí)在調(diào)節(jié)池內(nèi)底板設(shè)置一定坡度，并在最低點(diǎn)設(shè)計(jì)排泥井，可定期對(duì)調(diào)節(jié)池進(jìn)行排泥。

（2）UASB厭氧罐。

2座，每座有效容積2700m3，規(guī)格為D15m×17m。系統(tǒng)處理水量Q為700m3/d，UASB液位高度15.8m，沉淀區(qū)高度1m，三相分離器沼氣層高度0.8m，單體分配流量14.6m3/h，單體內(nèi)循環(huán)流量162~250m3/h，單位COD產(chǎn)氣率0.45m3/kg，產(chǎn)氣量14742Nm3/d，單位COD容積負(fù)荷≤6.63kg/（m3?d），污泥MLSS產(chǎn)率0.05kg/kg（以COD計(jì)），總泥SS產(chǎn)量2047.5kg/d，水力停留時(shí)間7.7d。

（3）中沉池。

1個(gè)，實(shí)際沉淀區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)格6.5m×5.5m×9.5m，設(shè)計(jì)有效液位8.8m，設(shè)計(jì)泥斗高度2.0m，有效容積243m3，沉淀時(shí)間8.3h，表面積負(fù)荷1m3/（m2?h），沉淀區(qū)表面積30m2。（4）MBR系統(tǒng)。包含一級(jí)A/O系統(tǒng)、二級(jí)A/O系統(tǒng)、超濾系統(tǒng)。

一級(jí)A/O系統(tǒng)。反硝化段（缺氧段）包括2座小池體，尺寸分別為12m×11m×9.5m、6m×3.5m×9.5m，有效液位8.0m，有效容積1776m3，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間47.3h。硝化段（好氧段）容積尺寸12m×11m×9.5m，4座，有效液位8.0m，有效容積4224m3，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間112.6h。一級(jí)A/O實(shí)際污染物的BOD5去除負(fù)荷0.057kg/（kg?d）（以MLVSS計(jì)）。

二級(jí)A/O系統(tǒng)。反硝化段（缺氧段）容積尺寸12m×5.5m×9.5m，2座，有效液位8.0m，有效容積1056m3。設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間28.1h。硝化段（好氧段）容積尺寸12m×12m×9.5m，2座，有效液位8.0m，有效容積2304m3，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間61.4h。二級(jí)A/O實(shí)際污染物的BOD5去除負(fù)荷0.031kg/（kg?d）（以MLVSS計(jì)）。

MBR生化系統(tǒng)污泥齡設(shè)計(jì)為26d。射流曝氣形式，清水氧利用率為40%以上，總曝氣量168.7m3/min?；亓髦饕譃橐患?jí)A/O系統(tǒng)內(nèi)回流：包括連續(xù)的硝化液與厭氧進(jìn)水換熱后的回流（回流比6.4）、間歇的冷卻污泥回流（回流比>20）；二級(jí)A/O系統(tǒng)內(nèi)回流：超濾系統(tǒng)濃液回流（回流比8）。好氧工藝溫度的控制方法：先與厭氧系統(tǒng)進(jìn)水進(jìn)行換熱冷卻，不足條件下與冷卻塔運(yùn)行產(chǎn)生的冷媒進(jìn)行換熱冷卻，通過(guò)在線溫度監(jiān)測(cè)控制換熱冷卻量。

超濾系統(tǒng)。采用外置管式超濾膜，設(shè)計(jì)處理水量1000m3/d，設(shè)計(jì)套數(shù)6套，單套環(huán)路設(shè)計(jì)D26.66cm×3m的管式UF膜5支，實(shí)際膜通量55.8L/（m2?h），實(shí)際膜面積816m2，超濾最大操作壓力為0.8MPa。超濾進(jìn)水前配置2套多袋式過(guò)濾器，流量范圍0~200m3/h，過(guò)濾孔徑為600μm，材質(zhì)SUS304。

（5）納濾系統(tǒng)。

采用卷式納濾膜，設(shè)計(jì)處理水量1000m3/d，設(shè)計(jì)套數(shù)3套，采用膜支數(shù)30支，單段設(shè)置2支耐壓膜殼，每支膜殼內(nèi)設(shè)有5支卷式納濾膜元件，單套系統(tǒng)總膜面積為1020m2，設(shè)計(jì)清液產(chǎn)率80%。實(shí)際膜通量13.8L/（m2?h），實(shí)際膜面積1020m2。設(shè)計(jì)運(yùn)行壓力1~2MPa，回收率80%。

4、運(yùn)行效果

本工程于2018年10月調(diào)試完畢至正式運(yùn)行以來(lái)，混合污水處理站處理效果穩(wěn)定，處理后的出水達(dá)到《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889―2008）表2要求后排入市政污水管網(wǎng)或回用。目前混合污水處理站高峰時(shí)期超負(fù)荷運(yùn)行，實(shí)際平均進(jìn)水量為698m3/d，其中滲濾液、沼液、污泥壓濾液、動(dòng)物無(wú)害化污水平均進(jìn)水量分別為462、145、20、42m3/d。通過(guò)公司例行監(jiān)測(cè)和第三方監(jiān)測(cè)，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

5、社會(huì)環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1 社會(huì)環(huán)境效益分析

本工程中混合工業(yè)污水的處理處置是以保護(hù)生態(tài)環(huán)境、治理環(huán)境污染為目的，項(xiàng)目運(yùn)行后降低了產(chǎn)業(yè)園污染物總體排放量，為節(jié)能減排貢獻(xiàn)巨大力量。產(chǎn)生的中水回用，有效降低了水資源的消耗，減少了滲濾液給環(huán)境帶來(lái)的污染問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了滲濾液、餐廚沼液、動(dòng)物無(wú)害化污水、污泥壓濾液無(wú)害化、減量化處理，具有巨大的環(huán)境效益。自2018年10月正式運(yùn)行以來(lái)，截止到2021年4月，共處理污水61.52萬(wàn)t，其中滲濾液處理量39.76萬(wàn)t，餐廚沼液處理量15.52萬(wàn)t，動(dòng)物無(wú)害化污水處理量3.98萬(wàn)t，污泥壓濾液處理量2.25萬(wàn)t。COD、氨氮、總氮排放量分別減少16719、1015、1288t。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

生態(tài)循環(huán)產(chǎn)業(yè)園混合廢水協(xié)同處置模式與各類型污水單獨(dú)建廠處置相比，降低了土建和設(shè)備投資，噸水處理成本降低，節(jié)省了碳源、酸堿成本，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

5.2.1 單獨(dú)建廠與協(xié)同處置投資比較

若餐廚垃圾、生活垃圾、脫水污泥、動(dòng)物尸體4類固廢單獨(dú)建設(shè)處理廠，產(chǎn)生的污水需建立獨(dú)立處理設(shè)施4套。建立生態(tài)循環(huán)產(chǎn)業(yè)園共同處置4種固廢，產(chǎn)生的4類污水協(xié)同處置，共用1套處理系統(tǒng)。與單獨(dú)建廠相比，協(xié)同處置模式4種污水共用MBR處理系統(tǒng)與納濾處理系統(tǒng)，生化系統(tǒng)土建基礎(chǔ)費(fèi)用及MBR系統(tǒng)和納濾系統(tǒng)的設(shè)備投資費(fèi)用大大降低。與單獨(dú)建廠相比，協(xié)同處置土建投資節(jié)省690萬(wàn)元，設(shè)備投資節(jié)省4203萬(wàn)元，噸水處理成本節(jié)省43元。具體內(nèi)容見(jiàn)表3。

5.2.2 單獨(dú)建廠與協(xié)同處置耗材藥劑成本比較

垃圾滲濾液與餐廚沼液協(xié)同處理，垃圾滲濾液提供餐廚沼液碳源補(bǔ)給，兩者pH相互調(diào)配，無(wú)需投加碳源和純堿。根據(jù)本工程建設(shè)前污水一期實(shí)踐數(shù)據(jù)可知，與單獨(dú)建廠相比，協(xié)同處置可節(jié)省碳源成本258萬(wàn)元/a，純堿成本23萬(wàn)元/a。垃圾滲濾液與污泥壓濾液協(xié)同處理，剩余污泥通過(guò)管道直接輸送到污泥無(wú)害化處理中心，節(jié)省污泥運(yùn)輸費(fèi)用46萬(wàn)元/a。若壓濾液?jiǎn)为?dú)處理，不與滲濾液等協(xié)同處置，因壓濾液pH在11~12之間，必須在壓濾液pH調(diào)節(jié)池中投加酸，才能使壓濾液的pH適合MBR系統(tǒng)中的微生物生長(zhǎng)。污水協(xié)同處置后，壓濾液進(jìn)入MBR系統(tǒng)與處理量較大的滲濾液混合后，混合液pH在8~9之間，無(wú)需在pH調(diào)節(jié)池額外投加藥劑，降低酸成本130萬(wàn)元/a。具體內(nèi)容見(jiàn)表4。

6、結(jié)語(yǔ)

（1）本工程采用“預(yù)處理系統(tǒng)（格柵+調(diào)節(jié)池）+厭氧系統(tǒng)（UASB+中沉池）+MBR系統(tǒng)（兩級(jí)A/O+外置管式超濾）+納濾系統(tǒng)”工藝處理生態(tài)循環(huán)產(chǎn)業(yè)園混合工業(yè)污水，處理效果良好且穩(wěn)定，出水各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889―2008）表2要求，此工藝可應(yīng)用于類似生態(tài)循環(huán)產(chǎn)業(yè)園混合污水處理實(shí)踐中。

（2）本工程實(shí)現(xiàn)滲濾液、餐廚沼液、動(dòng)物無(wú)害化污水、污泥壓濾液無(wú)害化、減量化處理，具有巨大的環(huán)境效益。

（3）生態(tài)循環(huán)產(chǎn)業(yè)園混合廢水協(xié)同處置模式與各類型污水單獨(dú)建廠處置相比，降低了土建和設(shè)備投資，噸水處理成本降低，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。（來(lái)源：中節(jié)能（臨沂）環(huán)保能源有限公司）