某危廢項目填埋場滲濾液處理工藝研究

任立停

(遼寧星宇再生資源有限公司，遼寧 錦州 121000)

危險廢物填埋場是危險廢物經(jīng)焚燒處置后產(chǎn)生的飛灰、爐渣、固化后的物料、石棉等直接填埋物料的最終處置場所，有效控制了危險廢物中有毒有害物質(zhì)，尤其是可溶性物質(zhì)的遷移。但雨水滲入填埋場內(nèi)后，可能將危險廢物中的可溶性污染物帶入滲濾液，產(chǎn)生二次污染的安全隱患。

滲濾液是處理難度非常大的一種廢液，其成分非常復(fù)雜，COD、氨氮、硬度、可溶性固體含量高，并且隨著填埋場填埋危險廢物量的增加，滲濾液的各項污染物濃度增加，污染物總量呈上升趨勢。如果滲濾液處理不當(dāng)或者處置工藝存在問題，會對環(huán)境造成二次污染，在一些環(huán)境敏感地區(qū)，甚至?xí)a(chǎn)生不可逆的后果。

2019年生態(tài)環(huán)境部頒布了新的《危險廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》，新標(biāo)準(zhǔn)中指出危險廢物填埋場產(chǎn)生的滲濾液(調(diào)節(jié)池廢水)等污水必須經(jīng)過處理，符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的污染物排放控制要求后方可排放，并且規(guī)定禁止?jié)B濾液回罐[1]。

1 項目概況

通遼市固體廢物處置中心是內(nèi)蒙古東部地區(qū)專業(yè)從事危險廢物和醫(yī)療廢物的處置企業(yè)，列入《全國危險廢物和醫(yī)療廢物處置設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》。通遼蒙東固廢中心項目占地11.84 hm2，設(shè)有焚燒車間、穩(wěn)定化固化車間、污水處理車間、安全填埋場、化驗室等，設(shè)計處理規(guī)模2.5萬t/a，其中焚燒5 kt/a、固化填埋2萬t/a。污水車間處理規(guī)模為60 m3/d，處理完的污水達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)后用于焚燒車間和綠化用水。

該項目自2008年取得環(huán)評批復(fù)，2016年取得危廢經(jīng)營許可證，安全填埋場內(nèi)已填埋了7萬多t危險廢物，產(chǎn)生的滲濾液逐年增多，采用以前污水處理車間的工藝已無法達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)。

1.1 以前污水處理車間處理工藝

污水匯入調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水質(zhì)由泵提升至還原池，加入FeSO4和HCl溶液進(jìn)行還原，控制pH值在3～4，還原后的廢水將pH值調(diào)至7～9，與重金屬離子進(jìn)一步反應(yīng)后進(jìn)入絮凝沉降池，投加絮凝劑，同時將pH值調(diào)至6.5～7.0，經(jīng)絮凝后進(jìn)入沉淀池沉淀分離。上清液進(jìn)入中間水池，經(jīng)生物轉(zhuǎn)盤、濾布濾池后，由二氧化氯發(fā)生器消毒，出水進(jìn)入回用水池以備回用。化學(xué)沉淀污泥排至濃縮池，濃縮脫水后經(jīng)自動板框壓濾機(jī)脫水后的污泥送固化車間處理。

填埋場滲濾液濃度低時，上述工藝的處理效果還可以。但經(jīng)過多年填埋后，滲濾液濃度和水質(zhì)變化大，以前污水車間處理工藝已無法達(dá)標(biāo)處置滲濾液。

1.2 滲濾液情況

年產(chǎn)生滲濾液約2 000 t，填埋場滲濾液主要理化指標(biāo)如表1所示。

表1 填埋場滲濾液主要理化指標(biāo)Table 1 Main physiochemical indexes of landfill leachate

2 滲濾液處理工藝介紹

2.1 處理工藝的選擇

滲濾液逐年增多，采用以前廢水車間處理工藝已無法滿足要求；尤其是含鹽量高，單純采用生化處理效率低、效果差，經(jīng)過多次小試試驗和組織專家進(jìn)行討論論證，決定增加單效蒸發(fā)設(shè)備和A/O處理設(shè)施，處理后的廢水再進(jìn)入廢水車間處理，達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)，以滿足環(huán)保要求。

通過多年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，通遼地區(qū)主要降雨季節(jié)在6—9月，產(chǎn)生滲濾液的解決也主要集中在降雨季節(jié)，項目每年產(chǎn)生的滲濾液約為2 000 t左右，滲濾液收集池可儲存1 500 t左右滲濾液。

2.1.1 小試試驗內(nèi)容

2.1.1.1 滲濾液降氟試驗

試驗對象：滲濾液。

試驗工具：電熱板、燒杯、溫度計、pH值試紙、酸度計。

試驗?zāi)康模航档蜐B濾液氟化物數(shù)據(jù)。

試驗過程:通過加入適量藥劑降低滲濾液中的氟化物數(shù)據(jù)，根據(jù)蒸發(fā)試驗過程中產(chǎn)生的現(xiàn)象，制定相應(yīng)處理措施。

試驗一：

取適量滲濾液于玻璃燒杯中，置于電熱板上進(jìn)行加熱，剩余量低于1/3時，再次加入滲濾液，繼續(xù)加熱，持續(xù)跟進(jìn)，觀察反應(yīng)現(xiàn)象。

表2 滲濾液原液不經(jīng)預(yù)處理進(jìn)行蒸發(fā)步驟Table 2 Evaporation steps of original leachate without pretreatment

根據(jù)試驗一可以得到以下結(jié)論：滲濾液在蒸發(fā)中，溶液呈持續(xù)爆沸狀態(tài)，溶液剩余量越少，爆沸狀態(tài)越劇烈，杯壁不斷有黃色結(jié)晶鹽析出，底部產(chǎn)生黃色結(jié)晶鹽沉淀并逐漸增多。

試驗二：滲濾液通過調(diào)節(jié)pH值，加入適量氯化鐵、PAC、PAM，絮凝沉淀后，測定溶液中氟化物含量(見表3)。

表3 試驗步驟及現(xiàn)象Table 3 Test steps and phenomena

表4 滲濾液原液與試驗二中處理后的滲濾液的數(shù)據(jù)對比Table 4 Data comparison between original leachate and the leachate treated in test 2

由表4可以看出：COD去除率0.33%，氨氮去除率2.39%，氟化物去除率17.96%。因此可以得到以下結(jié)論：通過試驗二調(diào)節(jié)pH值，加入氯化鐵、PAC、PAM，絮凝沉淀后可去除部分氟化物。

試驗三：取滲濾液100 mL放入燒杯內(nèi)，加入適量氫氧化鈣，充分?jǐn)嚢?，靜置5 min后，測定上清液氟化物數(shù)據(jù)。

試驗三試驗現(xiàn)象及步驟如表5所示。

表5 試驗現(xiàn)象及步驟Table 5 Test steps and phenomena

滲濾液原液與試驗三中處理后的滲濾液的數(shù)據(jù)對比如表6所示。

表6 滲濾液原液與試驗三中處理后的滲濾液的數(shù)據(jù)對比Table 6 Data comparison between original leachate and the leachate treated in test 3

根據(jù)表6可以看出：COD去除率0.47%，氨氮去除率0.84%，氟化物去除率65.09%。

因此可以得到以下結(jié)論：結(jié)合試驗一、二、三可知，加入氯化鐵及氫氧化鈣能去除部分氟化物，關(guān)于降低氟化物數(shù)值，試驗三效果最佳，且試驗步驟較為簡單，易操作。對COD、氨氮的去除皆無明顯效果。在蒸發(fā)過程中須注意滲濾液的爆沸狀態(tài)，及結(jié)晶鹽析出后嚴(yán)重的掛壁現(xiàn)象。

2.1.1.2 滲濾液降氨氮試驗

試驗對象：滲濾液。

試驗工具：燒杯、曝氣裝置(氧氣泵)。

試驗?zāi)康模航档蜐B濾液中氨氮數(shù)據(jù)。

試驗過程:通過持續(xù)曝氣降低滲濾液中的氨氮數(shù)據(jù)。

試驗步驟：取適量滲濾液于玻璃燒杯中，接入曝氣裝置，持續(xù)曝氣，定時跟進(jìn)，觀察反應(yīng)現(xiàn)象。

滲濾液進(jìn)行曝氣步驟及數(shù)據(jù)對比如表7所示。

表7 滲濾液進(jìn)行曝氣步驟及數(shù)據(jù)對比Table 7 Leachate aeration steps and data comparison

試驗結(jié)論：結(jié)合實例可知，在持續(xù)曝氣中須注意滲濾液會產(chǎn)生大量泡沫。在持續(xù)曝氣12 h過程中，曝氣時間越長，對氨氮的去除率越高，效果越明顯。在前6 h pH值下降效果比較明顯，8～12 h呈平穩(wěn)狀態(tài)，沒有起伏，COD在第6 h略有下降，其余時間一直在持續(xù)上升。

2.1.1.3 滲濾液模擬蒸發(fā)試驗

試驗對象：滲濾液。

試驗?zāi)康模和ㄟ^模擬蒸發(fā)試驗測定絮凝后上清液沸點升高，為設(shè)計方案提供數(shù)據(jù)支撐。

蒸發(fā)原理：將含有不揮發(fā)溶質(zhì)的溶液加熱至沸騰，使部分揮發(fā)性溶劑汽化并移除，溶液中溶質(zhì)濃度提高。

沸點升高的原因：在一定壓強(qiáng)下，溶液的沸點較純水高，兩者之差即為沸點升高。

溶液的沸點升高=溶液的沸點-與溶液壓強(qiáng)相等時水的沸點(二次蒸汽的飽和溫度)。

懸浮物(SS)采用電子比色法(懸浮物測定儀)測定。

COD采用重鉻酸鹽法測定。

pH值用pH計測量。

不揮發(fā)物質(zhì)濃度用稱重法測量。

原液總濃度用折光法(折光儀)測量。

電導(dǎo)率用電導(dǎo)率儀測量。

黏度用旋轉(zhuǎn)式黏度計測量。

離子濃度用離子計測量。

試驗儀器及裝置有：旋轉(zhuǎn)式黏度計、鹽度計、萬用電爐、電動攪拌器、pH計、懸浮物測試儀、真空抽濾瓶、電子天平、循環(huán)水式真空抽濾機(jī)、萬用電爐、燒瓶、量筒、布氏漏斗、溫度計、TDS、熱電偶、真空濃縮結(jié)晶釜、COD測定儀、微波消解儀。

試驗內(nèi)容及步驟如下。

(1)檢測原液的總濃度、pH值、SS、COD、鈣離子參數(shù)。

(2)使用布氏漏斗(中速濾紙)對原液進(jìn)行抽濾，抽濾速度慢。

(3)取原液進(jìn)行絮凝小試，取幾組50 mL原液，分別加入不同比例PAC(質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%)、PAM(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%)，對比絮凝效果，取最佳藥劑投加比例。

(4)選取最佳投加比例：每50 mL原液投加PAC(質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%)1.5 mL，PAM(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%)0.5 mL，對原液進(jìn)行絮凝預(yù)處理，對絮凝后的溶液進(jìn)行抽濾，抽濾速度慢。取絮凝后上清液進(jìn)行試驗，并檢測絮凝上清液的總濃度、pH值、SS、密度、COD參數(shù)。

(5)取絮凝濾液2 800 g，進(jìn)行蒸發(fā)試驗。

(6)記錄液體溫度，氣體溫度，為保證試驗數(shù)據(jù)的相對完整，可適當(dāng)多記錄幾組數(shù)據(jù)。

(7)待燒瓶內(nèi)的溶液蒸發(fā)至少量水分，停止蒸發(fā)。

(8)測試收集的蒸餾水的COD、TDS、pH值。

(9)記錄，分析試驗數(shù)據(jù)。

絮凝小試過程有：①PAC(質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%)1.5 mL，PAM(陽離子型，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%)0.5 mL；②PAC(質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%)1.5 mL，PAM(陰離子型，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%)0.5 mL；③PAC(質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%)2 mL，PAM(陽離子型，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%)0.75 mL；④PAC(質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%)2 mL，PAM(陽離子型，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%)0.5 mL；⑤PAC(質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%)2.5 mL，PAM(陰離子型，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%)0.5 mL。

絮凝小試試驗總結(jié)：結(jié)合絮凝效果、沉降速率，在項目處理中選取第②組投加比例，每50 mL混合溶液依次添加PAC(質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%)1.5 mL，PAM(陰離子型，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%)0.5 mL，試驗數(shù)據(jù)詳見表8。

表8 絮凝試驗數(shù)據(jù)匯總表Table 8 Summary of flocculation test data

圖1 蒸發(fā)試驗流程圖Fig.1 Evaporation test procedure

蒸發(fā)試驗數(shù)據(jù)及現(xiàn)象如表9所示。

表9 蒸發(fā)試驗數(shù)據(jù)及現(xiàn)象Table 9 Evaporation test data and phenomena

蒸發(fā)小試試驗總結(jié)：根據(jù)試驗發(fā)現(xiàn)，原液抽濾以及原液絮凝后抽濾速度較慢，絮凝后上清液與原液水質(zhì)變化不明顯。

首先取絮凝后上清液2 500 g分2次倒入燒瓶負(fù)壓濃縮，物料沸騰前起泡嚴(yán)重，加入2 mL消泡劑后泡沫消失。當(dāng)濃縮液質(zhì)量為563.26 g時進(jìn)行常壓蒸發(fā)，剩余質(zhì)量為369 g時試驗結(jié)束，測得沸點升高值最高為8 ℃；試驗過程中，物料濃度不斷增加。試驗結(jié)束后，燒瓶底部得到外觀呈褐色不透明流動性良好的濃縮液，對濃縮液抽濾，得到含水率較高、褐色顆粒細(xì)小的鹽和黑色不透明母液。母液質(zhì)量121.13 g。

2.1.2 小試試驗總結(jié)

經(jīng)過多次小試試驗，論證決定選擇將滲濾液預(yù)處理后，進(jìn)單效蒸發(fā)設(shè)備進(jìn)行蒸發(fā)，蒸發(fā)廢水指標(biāo)滿足A/O處理設(shè)備的進(jìn)水指標(biāo)。

2.2 滲濾液處理工藝流程

根據(jù)小試試驗，在滲濾液中伴隨的有機(jī)物會造成換熱面甚至是罐體和管道結(jié)垢堵塞，同時無機(jī)鹽溶液在蒸發(fā)的過程中，會過飽和出現(xiàn)晶體，這些晶體如果流速太慢，也會導(dǎo)致晶體黏附在換熱面上，形成晶疤，堵塞蒸發(fā)系統(tǒng)。于是選擇強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)，滲濾液可以在外力作用下保證較高的流速，在加熱室內(nèi)做強(qiáng)制劇烈湍流，同時對換熱面形成沖刷，這些對于處理無機(jī)鹽非常有利。在加熱器和結(jié)晶器之間，通過高度差形成適當(dāng)?shù)撵o壓頭，保證換熱器內(nèi)不汽化，汽化只發(fā)生在結(jié)晶器內(nèi)，這樣加熱器的結(jié)垢周期就可以延長。

滲濾液中SS、氟離子、氨氮含量偏高，SS偏高會增加設(shè)備結(jié)垢乃至堵塞的風(fēng)險，氟離子過高會對蒸發(fā)系統(tǒng)鈦材設(shè)備及反應(yīng)釜造成腐蝕風(fēng)險，影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，須對滲濾液進(jìn)行預(yù)處理。

通過混凝池、絮凝池、除氟池、除硬池、沉淀池等預(yù)處理工序后，通過單效蒸發(fā)結(jié)晶器來進(jìn)行處理；經(jīng)過單效蒸發(fā)系統(tǒng)后，產(chǎn)生的母液進(jìn)入焚燒車間進(jìn)行焚燒處理，產(chǎn)生的結(jié)晶鹽進(jìn)入公司的剛性填埋場，蒸發(fā)出的液體進(jìn)入A/O系統(tǒng)，經(jīng)過生化處理槽處理后，出水進(jìn)入污水車間進(jìn)行處理，達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行綠化、道路清洗、焚燒車間回用等。

2.3 主要處理設(shè)備和構(gòu)筑物

(1)一個50 m3的緩沖池,將滲濾液池中的滲濾液通過泵達(dá)到緩沖池中。

(2)混凝池、絮凝池、除氟池、除硬池、沉淀池，對滲濾液進(jìn)行預(yù)處理。

(3)單效順流蒸發(fā)結(jié)晶器,處理規(guī)模1.5 t/h，對滲濾液進(jìn)行蒸發(fā)處理。

(4)生化處理槽，規(guī)格8 m×3 m×3.5 m，集水解酸化+A/O于一體的碳鋼防腐處理設(shè)備。

(5)生物轉(zhuǎn)盤，通過細(xì)菌和菌類的微生物來處理有機(jī)污染物。

(6)濾布濾池，通過微孔濾布截流固體懸浮物、重金屬等。

(7)回用水池，根據(jù)處理水達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)，用于綠化、道路沖洗等；當(dāng)污水處理不達(dá)標(biāo)時，暫時存放，再回流至處理系統(tǒng)，重新處理。

3 滲濾液處理效果分析

3.1 滲濾液處理系統(tǒng)效果分析

由于通遼地區(qū)冬季比較寒冷，對A/O處理系統(tǒng)影響較大，冬季焚燒線產(chǎn)生的蒸汽要用于廠區(qū)供暖，滲濾液處理系統(tǒng)建設(shè)完成后，在5—10月期間運行，其余時間停產(chǎn)檢修，足以滿足生產(chǎn)需要。

滲濾液經(jīng)過單效蒸發(fā)處理，再通過A/0處理和進(jìn)污水車間深度處理后，可達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)。

表10 滲濾液處理系統(tǒng)處理結(jié)果Table 10 Results of leachate treatment system

3.2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

滲濾液處理設(shè)備投資約300萬元，包含了單效蒸發(fā)設(shè)備、A/O設(shè)備、安裝工程、土建工程、電氣儀表、控制系統(tǒng)等。運行成本主要為電費和藥劑費用，以實際每天處理36 t滲濾液來計算，藥劑費用4.49元/m3，其他費用88.3元/m3，滲濾液處理系統(tǒng)的運行成本為92.79元/m3(不含人工費用、污泥處置費用及深度處理費用)[2]。

表11 滲濾液處理系統(tǒng)運營成本分析Table 11 Operation cost analysis of leachate treatment system

表12 滲濾液處理系統(tǒng)運行能耗及費用Table 12 Energy consumption and expenses of leachate treatment system

4 結(jié)語

4.1 結(jié)論

本項目通過預(yù)處理、單效蒸發(fā)系統(tǒng)后，大大提高了滲濾液的可生化性，該工藝操作簡便易學(xué)、效果明顯，經(jīng)過深度處理后，出水可達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)。本項目滲濾液處理系統(tǒng)使用的是焚燒產(chǎn)生的富余蒸汽，省去了蒸汽成本，只需要設(shè)備購置成本，大大降低了綜合處置成本[3]。

隨著環(huán)保要求的逐步提高，國家規(guī)范越來越嚴(yán)格，尤其是未納入產(chǎn)業(yè)園區(qū)、污水處理設(shè)備配套不全的地區(qū)，滲濾液處理需要實現(xiàn)循環(huán)利用，達(dá)到零排放，本項目也是基于這方面考慮更新了滲濾液處理系統(tǒng)，新購置了單效蒸發(fā)設(shè)備和A/O設(shè)備來處理滲濾液，再結(jié)合原有污水處理車間設(shè)備，來實現(xiàn)零排。

目前項目的回用水用于道路清洗、綠化、焚燒車間、固化車間等，節(jié)約了水資源的同時，還避免了對環(huán)境造成二次污染，對其他公司滲濾液處理系統(tǒng)升級改造有很大的借鑒意義。

4.2 改進(jìn)措施

蒸發(fā)工藝處置滲濾液效果明顯，應(yīng)用較為廣泛，但會產(chǎn)生大量母液和蒸發(fā)殘渣(廢鹽為主)，需要分別進(jìn)行焚燒和剛性填埋處理，這就需要開發(fā)成本更低、更使用的滲濾液處理技術(shù)；進(jìn)入填埋場廢物填埋后要及時做好防雨工作，減少滲濾液的產(chǎn)生，來降低總成本。