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引言
依據(jù)生活垃圾的處置方式,可將垃圾滲濾液分為燃燒廠滲濾液和填埋場滲濾液。其中,燃燒廠滲濾液具有有機物濃度高、可生化性較好、氨氮濃度低等特性,主要采用“厭氧 +兩級硝化反硝化脫氮 + 超濾 + 納濾 + 反滲透”工藝實行處置。
反滲透清液回用于生產(chǎn)制造過程,而納濾及反滲透濃縮液經(jīng)卷式超濾物料膜及碟式反滲透高壓膜減量后,用于石灰制漿及飛灰固化,以完成燃燒廠滲濾液的零排放處置。而填埋場滲濾液具有有機物濃度較高、可生化性較差、氨氮濃度高等特性,主要采用兩級硝化反硝化脫氮 + 超濾 + 納濾 / 反滲透工藝實行處置,納濾清液達標排放。如生化系統(tǒng)發(fā)生故障,出水不能達標,則采用反滲透對納濾清液實行應(yīng)急處置,反浸透清液達標排放。而納濾及反浸透濃縮液通常回灌填埋區(qū),鹽分及難降解有機物逐步累積。
垃圾填埋場建立時間大于5 年,則垃圾滲濾液開端“老齡化”,有機物厭氧產(chǎn)甲烷造成滲濾液 COD 濃度降低,氨氮及總氮濃度升高,碳氮比嚴重失調(diào)。南方地域有些填埋場滲濾液的氨氮濃度以至大于 5000mg/L,生化段污泥活性遭到抑止,嚴重影響脫氮效率。而膜濾濃縮液回灌進一步造成進水鹽分升高,滲濾液系統(tǒng)處置才能顯著降低,出水不能穩(wěn)定達標排放。
針對高氨氮滲濾液處置難題,結(jié)合類似工業(yè)廢水處理經(jīng)驗,該項目設(shè)計采用 UASB 厭氧+ 電催化氧化 + 碟式反浸透(DTRO)+MVR 蒸發(fā)組合工藝,對高氨氮滲濾液實行零排放處置。各工藝段對特征污染物去除率較高,采用電催化氧化脫氮替代傳統(tǒng)的硝化 /反硝化生物脫氮,該組合工藝具有操作便捷、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、無濃縮液回灌等優(yōu)點。
1 工程概略
南方地域某垃圾填埋場建立時間大于5 年,配套有垃圾滲濾液處置一期工程,其工藝流程:預(yù)處置 + 兩級硝化 / 反硝化 + 超濾 + 納濾 + 反浸透。項目設(shè)計處置水量 1540t/d,進水 COD 濃度 20000mg/L、氨氮濃度 3000mg/L,由于南方氣候溫?zé)?,填埋場滲濾液老齡化加劇。項目運營至今氨氮濃度持續(xù)上升,最高濃度到達 5300mg/L。生化系統(tǒng)由于嚴重超負荷而被迫降低處置量,以降低處置量和提升運轉(zhuǎn)費用為代價,可提升系統(tǒng)對污染物的去除率,使系統(tǒng)的出水仍可穩(wěn)定達標。
該項目以該項目高氨氮滲濾液為處置對象,研討滲濾液零排放處置工藝設(shè)計,系統(tǒng)設(shè)計處置量 240t/d。
該項目設(shè)計進出水水質(zhì)如表 1 所示,出水如排放需滿足《生活渣滓填埋場污染控制標準》(GB 16889-2008),出水如回用則需滿足《城市污水再生應(yīng)用:工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923-2005)。
2 廢水處理工藝流程
該項目滲濾液廢水處置難點在于氨氮濃度高、可生化性較差、生物脫氮效率低下、出水氨氮及總氮難以滿足排放請求。
設(shè)計采用電催化氧化法實行脫氮,該過程包括氨氮氧化及硝氮反硝化。氨氮在電催化陽極被直接氧化為 NO3-、NO2-及 N2,或者被電催化所產(chǎn)生的氯自在基及羥基自在基選擇性氧化:
氨氮氧化產(chǎn)生的 NO3-、NO2-進一步在電催化陰極被復(fù)原為N2。經(jīng)過電催化小試實驗發(fā)現(xiàn),當滲濾液原水 COD 濃度較高時,電解過程中極板易發(fā)作有機物粘附,氧化效率逐步降低。故思索采用厭氧工藝去除滲濾液中易降解有機物,提升電催化效率。該項目設(shè)計處置工藝流程如圖 1 所示。
垃圾滲濾液原水采用水力篩格柵機實行除渣后進入調(diào)理池內(nèi),調(diào)理池出水經(jīng)厭氧進水泵提升,并經(jīng)過袋式過濾器過濾掉大顆粒懸浮物后,進入?yún)捬跆幹脝卧?。厭氧采?/font> UASB 厭氧反響器,易生物降解有機物在反響器內(nèi)水解、酸化,變成甲烷,有機物濃度大幅降低。厭氧出水含有一些厭氧污泥,經(jīng)沉淀后進入電催化氧化系統(tǒng)實行脫氮。然后氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣,碳酸鹽轉(zhuǎn)化為二氧化碳,滲濾液的氨氮濃度、堿度及含鹽量均降低。由于氨氮對厭氧菌有毒害作用,將電催化低氨出水及蒸發(fā)冷凝液回流至厭氧系統(tǒng),與滲濾液原水混合,確保厭氧進水氨氮濃度< 2000mg/L。
電催化氧化出水鹽分較低,進入 DTRO 高壓膜深度處置系統(tǒng)。傳統(tǒng)工藝采用 DTRO 直接處置滲濾液原液,高鹽分影響產(chǎn)水率,高有機濃度形成膜污染嚴重。該項目應(yīng)用厭氧及電催化氧化作為 DTRO 的預(yù)處置工藝,膜系統(tǒng)運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性較好,產(chǎn)水率高。DTRO 膜濾濃縮液經(jīng)化學(xué)軟化降低硬度后,應(yīng)用 MVR蒸發(fā)濃縮及實行烘干處置,蒸發(fā)系統(tǒng)脫鹽率超越 99%,而難降解有機物與無機鹽被轉(zhuǎn)化為鹽泥實行填埋。蒸發(fā)清液中低沸點有機物濃度較高,但氨氮濃度很低,將其回流至厭氧系統(tǒng)進一步處置。
該項目構(gòu)建渣滓滲濾液零排放系統(tǒng),總產(chǎn)水率超越 98%,無任何濃縮液需求回灌或者外運,出水水質(zhì)到達《生活渣滓填埋場污染控制標準》(GB 16889-2008) 規(guī)范和《城市污水再生應(yīng)用:工業(yè)用水水質(zhì)》(GB/T 19923-2005)中工藝與生產(chǎn)用水規(guī)范。
3 主要構(gòu)筑物與設(shè)備
3.1 廢水搜集池與預(yù)處置設(shè)備
調(diào)理池設(shè)計總池容 1000m³,停留時間 4.2h。在調(diào)理池內(nèi)分格出事故出水池,事故池池容 500m³。調(diào)理池分為三路進水,分別為垃圾滲濾液原液、生活污水及初期雨水。在進入調(diào)理池系統(tǒng)前,針對三種水的水質(zhì)特性,思索不同的預(yù)處置方式。對垃圾滲濾液原液采用水力篩的預(yù)處置方式,對生活污水及初期雨水采用格柵的預(yù)處置方式。
調(diào)理池沉淀區(qū)設(shè)置調(diào)理池排泥泵。對調(diào)理池的沉淀物實行排泥,污泥傳送至污泥池,與厭氧系統(tǒng)污泥混合后進入污泥處置系統(tǒng)。調(diào)理池出水經(jīng)厭氧進水泵提升,并經(jīng)過袋式過濾器過濾掉大顆粒懸浮物后,進入?yún)捬跆幹脝卧B濾液調(diào)理池內(nèi)部配置可燃氣體報警在線檢測儀表,以隨時控制沼氣積聚狀況。
3.2 UASB 厭氧反響器
設(shè)置 UASB 厭氧反響器一座,進水 COD 負荷 3120kg/d,設(shè)計 COD 容積負荷 5kg/(m³.d),厭氧池規(guī)格:Φ8m×14m,有效容積 630m³。考量到電催化出水回流,蒸發(fā)冷凝液回流,厭氧總進水流量 Q=28t/h,原水有機物濃度充沛稀釋,無需考量內(nèi)回流。設(shè)計厭氧出水沉淀池一座,沉淀污泥少量回流到UASB 反響器內(nèi),多數(shù)排至污泥池后壓濾為干泥填埋。
該系統(tǒng)最大沼氣產(chǎn)量為 38m³/h(甲烷含量 65%),由風(fēng)機引至填埋區(qū),混合填埋產(chǎn)氣燃燒或發(fā)電。
3.3 電催化氧化
目前,已有眾多文獻報道采用電催化法去除滲濾液中的氨氮,該工藝有操作簡便、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、處置效果好等優(yōu)點。而電催化系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵為電極材料的選擇,該項目選用硼摻雜金剛石 BDD 電極作為陽極,BDD 電極化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,運用壽命長,氧化性能強。設(shè)置電催化氧化反響器一座,進水氨氮負荷1050kg/d,系統(tǒng)裝機功率 200kW,氨氮去除量 90%,剩余 10%的氨氮在蒸發(fā)段轉(zhuǎn)化為氯化銨或硫酸銨結(jié)晶去除。電催化氧化出水經(jīng)曝氣均質(zhì)去除殘留氧化物,然后進入 DTRO 系統(tǒng)。
3.4 DTRO
該項目采用兩級 DTRO 工藝處置電催化氧化出水,系統(tǒng)設(shè)計進水量 10t/h,產(chǎn)水量 7t/h,產(chǎn)水率 70%。廢水經(jīng) pH 值調(diào)理、多介質(zhì)過濾器、保安過濾器等預(yù)處置后進入一級 DTRO,一級 DTRO 清液進入二級 DTRO 作深度處置,而其濃縮液排至化學(xué)軟化段。二級 DTRO 清液入脫氣塔吹脫一些溶解氣體(H2S、CO2、NH3 等),降低電導(dǎo)率后達標排放或回用。二級 DTRO 濃縮液返回一級 DTRO 匯合后繼續(xù)處置。
一級 DTRO 設(shè)計產(chǎn)水量 7.8t/h,膜通量 8.5L/(㎡.h),選用 9.4㎡ 膜組件 100 支,操作壓力 50bar;二級 DTRO 設(shè)計產(chǎn)水量 7t/h,膜通量 32L/(㎡.h),選用 9.4㎡ 膜組件 25 支,操作壓力 35bar。
3.5 MVR 蒸發(fā)干燥
DTRO 濃縮液進入化學(xué)軟化段,采用 NaOH/Na2CO3 法降低廢水總硬度至 800mg/L 以下,軟化出水進入 MVR 蒸發(fā)干燥段,其工藝流程如圖 2 所示。
蒸原水由進料泵保送至蒸餾水板式預(yù)熱器和不凝氣板式預(yù)熱器與 MVR蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)蒸餾水和不凝氣預(yù)熱至 70℃進入強迫循環(huán)蒸發(fā)器實行蒸發(fā)濃縮。結(jié)晶分離器出來的 90℃二次蒸汽,經(jīng)過結(jié)晶分離器內(nèi)旋流板除沫器分離液沫后進入MVR 壓縮系統(tǒng)。二次蒸汽被單螺桿壓縮機壓縮后,溫度可升高到 120℃左右,壓縮后的蒸汽再打入蒸發(fā)室加熱物料。加熱物料的過程中,這局部蒸汽冷凝成水并由蒸餾水泵排出,其溫度約 40℃。
預(yù)熱后的物料進入蒸發(fā)器后,和壓縮后升高到 95℃左右的二次蒸汽實行換熱,MVR 系統(tǒng)到達熱均衡,需求少量外部的鮮蒸汽實行加熱。經(jīng)過強迫循環(huán)蒸發(fā)器蒸發(fā)后的濃縮液,經(jīng)過出料泵保送枯燥機處置為鹽泥,封裝后填埋。蒸發(fā)冷凝液COD 濃度較高,回流至厭氧系統(tǒng)作進一步處置。
4 工程運轉(zhuǎn)情況
工程項目調(diào)試 3 個月后進入運轉(zhuǎn)期,各單元運轉(zhuǎn)情況如表 2 所示,其中厭氧出水氨氮及 TDS 濃度降低是由于電催化出水回流及蒸發(fā)冷凝液回流的稀釋效應(yīng)。
5 總結(jié)
1)采用 UASB 厭氧 + 電催化氧化 + 碟式反滲透(DTRO)+MVR 蒸發(fā)組合工藝,對高氨氮滲濾液廢水實行零排放處置。該組合工藝具有操作便捷、運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、無濃縮液回灌等優(yōu)點。
2)應(yīng)用 UASB 厭氧降低滲濾液的 COD 濃度,提升電催化氧化效率。而電催化氧化降低了滲濾液的電導(dǎo)率,提升了DTRO 的產(chǎn)水率。各工藝段對特征污染物去除率較高,工藝設(shè)計合理。