老齡化垃圾填埋場滲濾液全量處理工藝

張成治 南京萬德斯環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?/p>

1 老齡化填埋場滲濾液特點(diǎn)

生活垃圾滲濾液是一種污染物成分復(fù)雜、有機(jī)物濃度高，氨氮濃度高，具有多種重金屬物質(zhì)，水質(zhì)和水量變化大等特點(diǎn)的污水。填埋齡低于5 年的滲濾液屬于早期滲濾液，含有較多易生物降解有機(jī)物，B/C 比約0.4～0.8，可生化性較好。填埋齡5～10 年的為中期滲濾液，其B/C 比約0.2～0.4，此時(shí)有機(jī)物開始降低，氨氮升高，可生化性開始變差。填埋齡10 年以上的屬于老齡垃圾滲濾液，此時(shí)滲濾液中有機(jī)物多為大分子難降解的腐殖酸和富里酸等，B/C 比甚至下降到0.1 以下，處理難度大。

垃圾填埋場滲濾液一般采用“預(yù)處理+生物法+膜分離法”的工藝進(jìn)行處理，產(chǎn)生的膜濃縮液回灌堆體。膜濃縮液經(jīng)過長期的回灌與新產(chǎn)生滲濾液混合后，其中的鹽分和腐殖質(zhì)大量累積，營養(yǎng)元素缺乏，可生化性降低。

對國內(nèi)老齡垃圾填埋場滲濾液進(jìn)行取樣分析，水質(zhì)指標(biāo)詳見表1。

表1 老齡填埋場滲濾液水質(zhì)

由1 表可知，老齡化填埋場水質(zhì)大多呈現(xiàn)鹽分高、氨氮濃度高，碳氮比失衡的特點(diǎn)。滲濾液鹽分高、碳氮比低、可生化性差，采用膜分離法回收率較低，且耗能大，技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性均比較差，生物法處理也面臨高鹽分對微生物的抑制和毒害。因此，探索一種適用老齡化填埋場滲濾液，特別是長期膜濃縮回灌滲濾液的處理技術(shù)，對垃圾填埋場滲濾液污染治理具有重要的意義。

2 老齡化填埋場滲濾液處理工藝

垃圾滲濾液處理方法有生物法、物化法和化學(xué)法，生物法包括厭氧處理、好氧處理，物化法有混凝法、氣浮（沉淀）法、過濾法以及膜分離法等，化學(xué)法有化學(xué)氧化法、高級氧化法等。由于垃圾滲濾液屬于高濃度有機(jī)廢水，污染成分復(fù)雜，單獨(dú)的一種工藝很難處理達(dá)標(biāo)，因此需要多種工藝的組合。

國內(nèi)垃圾滲濾液處理工藝包括“生物法+膜分離法”“生物法+高級氧化法”“高壓膜分離法”以及“膜分離法+蒸發(fā)法”等。以垃圾焚燒廠滲濾液常用的“預(yù)處理+厭氧+MBR+NF/RO”工藝，NF/RO 濃縮液經(jīng)高壓反滲透再濃縮后的濃縮液可用于石灰制漿、飛灰固化或回噴入爐。以垃圾填埋場滲濾液為例的“預(yù)處理+MBR+NF/RO”工藝，NF 濃縮液一般通過物料膜提取腐殖質(zhì)后外運(yùn)處置，RO 濃縮液回灌堆體，或者NF/RO濃縮液直接回灌。或者以“預(yù)處理+MBR+高級氧化”工藝的非膜法處理工藝，也僅適用低鹽分的滲濾液處理。但是，對于老齡化、高鹽分的填埋場滲濾液，這些工藝適用性和經(jīng)濟(jì)性較差。以實(shí)際工程為背景，采用“預(yù)處理+MVR+深度處理”工藝處理老齡化填埋場滲濾液的效果進(jìn)行分析，以期對老齡化滲濾液處理提供參考。

3 老齡化填埋場滲濾液蒸發(fā)工藝應(yīng)用

3.1 工程背景

鹽城市市區(qū)垃圾填埋場設(shè)計(jì)總庫容約為36.1 萬m3，實(shí)際垃圾填埋量約20 萬t，設(shè)計(jì)使用年限至2020 年，已經(jīng)到達(dá)使用期限。該填埋場原滲濾液處理采用“預(yù)處理+MBR+NF/RO”工藝，長期運(yùn)行后水質(zhì)如表1 所示。擬對調(diào)節(jié)池庫存的滲濾液全量處理，設(shè)計(jì)規(guī)模為200t/d。設(shè)計(jì)產(chǎn)水達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889-2008）中表2 標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)水排入污水處理廠。

表2 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

3.2 工藝選擇

鹽城市區(qū)填埋場滲濾液水質(zhì)情況見表1，對原水中氯離子進(jìn)行檢測，其濃度為9000～11000mg/L，遠(yuǎn)超活性污泥微生物所能承受的范圍，導(dǎo)致微生物脫水死亡，并干擾阻斷微生物物質(zhì)吸收過程。因此，生物法不適用于老齡化、高鹽分垃圾滲濾液。

高級氧化法常用于MBR 產(chǎn)水的深度處理或納濾濃液處理，主要針對大分子難降解有機(jī)物，后端設(shè)置曝氣生物濾池工藝，可實(shí)現(xiàn)滲濾液的全量化處理。高級氧化法在垃圾滲濾液的應(yīng)用主要有芬頓法和臭氧催化氧化法，通過產(chǎn)生強(qiáng)氧化能力的羥基自由基并引發(fā)更多的活性氧實(shí)現(xiàn)對滲濾液中的腐殖質(zhì)等大分子難降解有機(jī)物斷鏈、分解去除。臭氧催化氧化法由于運(yùn)行成本較高，應(yīng)用效果不理想，實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用較少。芬頓法?？刂苝H 在3～4，特點(diǎn)是氧化性強(qiáng)、反應(yīng)速度快，相比生物法藥劑成本高，產(chǎn)泥量大，但運(yùn)行效果穩(wěn)定，在滲濾液處理中有一定的應(yīng)用。研究表明，在低pH 下，氯離子會對有機(jī)物去除速率產(chǎn)生明顯抑制。因此，芬頓法用于處理老齡化、高鹽分滲濾液效果較差。

滲濾液經(jīng)長期濃縮回灌后其中的鹽分極高，一般認(rèn)為，當(dāng)原水電導(dǎo)率超過40000～50000us/cm 時(shí)，采用高壓反滲透處理產(chǎn)水回收率較低，耗能高，處理成本高不經(jīng)濟(jì)。研究表明，對主要為大分子、難降解物類物質(zhì)的中晚期垃圾滲濾液較適合采用蒸發(fā)法處理。因此，對含有高鹽分、高氨氮、難生物降解的老齡化滲濾液選擇采用蒸發(fā)工藝，由于填埋場蒸汽供應(yīng)成本高，一般采用MVR 蒸發(fā)技術(shù)。

垃圾滲濾液成分復(fù)雜，有機(jī)物、懸浮物、氨氮、硬度、堿度、氟化物及硫化物等均會影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此需要在前端設(shè)置預(yù)處理。蒸發(fā)冷凝液一般含有揮發(fā)性有機(jī)物、氨氮等污染物，無法直接達(dá)標(biāo)，因此需設(shè)置深度處理。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際水質(zhì)，采用“軟化沉淀+混凝氣浮+調(diào)酸脫氣+MVR 蒸發(fā)+內(nèi)置式MBR+反滲透”的處理工藝出水達(dá)標(biāo)，預(yù)處理產(chǎn)生的污泥經(jīng)脫水后填埋，蒸發(fā)母液進(jìn)一步干燥濃縮，濃縮后的鹽泥經(jīng)專業(yè)鑒定后妥善處置，實(shí)現(xiàn)對滲濾液的全量化處置。工藝流程見圖1。

圖1 普通熱水制冷機(jī)流程

3.3 系統(tǒng)配置

工藝設(shè)備清單詳見表3。

表3 工藝設(shè)備清單

3.3.1 預(yù)處理系統(tǒng)

老齡化滲濾液含有較高的堿度、硬度以及懸浮物，進(jìn)入MVR 系統(tǒng)后易結(jié)垢并產(chǎn)生浮泥和泡沫，影響蒸發(fā)效率，造成能源浪費(fèi)，被二次蒸汽帶入冷凝液中惡化蒸發(fā)產(chǎn)水水質(zhì)，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。預(yù)處理系統(tǒng)采用“軟化沉淀+混凝氣浮+調(diào)酸脫氣”工藝主要是去除大部分的硬度、堿度和懸浮物。系統(tǒng)設(shè)置1 套一體化軟化沉淀池和一體化溶氣氣浮池，處理量10m3/h，通過投加石灰、液堿或蘇打等藥劑軟化除硬，出水進(jìn)入氣浮進(jìn)一步去除水中膠體和細(xì)小懸浮物。設(shè)置1 座調(diào)酸池中和吹脫水中多余的堿度（HCO3-），防止進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生大量泡沫，并將原水調(diào)至合適的pH 值后進(jìn)入MVR 系統(tǒng)。

3.3.2 MVR 蒸發(fā)系統(tǒng)

研究表明，當(dāng)滲濾液初始pH 呈酸性時(shí)，冷凝液中NH3-N 的含量較低；當(dāng)滲濾液初始pH 為堿性時(shí)，冷凝液中COD 的含量較低。對原水進(jìn)行蒸發(fā)小試實(shí)驗(yàn)，A 組取原液量1L，原水pH 為8.25，蒸發(fā)至終點(diǎn)產(chǎn)生冷凝液0.95L，檢測冷凝液水質(zhì)為CODcr為184mg/L，氨氮3200mg/L；B 組取原液量1L，pH 調(diào)至3.68，蒸發(fā)終點(diǎn)產(chǎn)生冷凝液0.97L，檢測冷凝液水質(zhì)CODcr 為285mg/L，氨氮175mg/L；小試結(jié)果表明，酸性條件蒸發(fā)出水氨氮較低，pH 對產(chǎn)水COD 影響較小。因此系統(tǒng)采用酸性條件蒸發(fā)。

MVR 蒸發(fā)系統(tǒng)處理量為200m3/d，單套處理量40m3/d，共5 套。系統(tǒng)蒸發(fā)冷凝液產(chǎn)量180m3/d，設(shè)計(jì)回收率75%。調(diào)酸后的滲濾液泵入MVR 系統(tǒng)，分離室的物料通過強(qiáng)制循環(huán)泵輸送至換熱器管內(nèi)，被管外蒸汽冷凝所產(chǎn)生的熱量加熱升溫。加熱后的循環(huán)液從加熱器流出到低壓的分離室中，高溫循環(huán)液在此發(fā)生閃蒸，將其不斷循環(huán)濃縮，達(dá)到其飽和濃度后，由濃液泵泵出系統(tǒng)，進(jìn)入后續(xù)母液處理系統(tǒng)。

母液處理量為20m3/d，最終產(chǎn)出鹽泥10t/d，冷凝液10t/d。MVR 排出的母液經(jīng)稠厚器后進(jìn)入離心機(jī)分離出鹽泥。離心后的母液進(jìn)入滾筒干燥機(jī)，干燥機(jī)產(chǎn)生的廢蒸汽經(jīng)冷凝后與MVR 冷凝液混合后進(jìn)入后續(xù)的深度處理系統(tǒng)。最終的冷凝液量為190m3/d，進(jìn)入后續(xù)深度處理系統(tǒng)。

設(shè)備材質(zhì)選擇，滲濾液中成分復(fù)雜，氯離子等腐蝕性離子含量高，本系統(tǒng)與高溫物料接觸材質(zhì)選用耐腐蝕性能強(qiáng)的鈦材，與低溫物料接觸材質(zhì)選用雙相不銹鋼，與水蒸氣及蒸餾水接觸材質(zhì)選用316，其它根據(jù)物料性質(zhì)選擇材質(zhì)。

3.3.3 深度處理系統(tǒng)

隨著蒸發(fā)過程的進(jìn)行，易揮發(fā)和易生物降解類有機(jī)物逐漸進(jìn)入冷凝液，而大分子、難降解的富里酸類和胡敏酸類物質(zhì)不會進(jìn)入冷凝液，起到明顯的分離作用。由于蒸發(fā)冷凝液中帶入的有機(jī)物和氨氮，產(chǎn)水一般達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)，因此需要設(shè)置深度處理系統(tǒng)。MVR 的二次蒸汽一般采用酸液或堿液與二次蒸汽接觸，其中的揮發(fā)性有機(jī)酸和氨氮分別被酸、堿液吸收后回到前端繼續(xù)蒸發(fā)，達(dá)到凈化冷凝液的目的。但該方法消耗大量酸堿，消耗大量能量，且有機(jī)物和氨氮并沒有徹底降解。因此，深度處理采用“內(nèi)置式MBR+反滲透”組合工藝。

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，蒸發(fā)冷凝液出水CODcr200～800mg/L，氨氮20～200mg/L，產(chǎn)水水質(zhì)受蒸發(fā)進(jìn)料的有機(jī)物和氨氮濃度、濃縮倍數(shù)以及pH 值的影響。進(jìn)料濃度越高、濃縮倍數(shù)越高，產(chǎn)水濃度越高，pH 值越低出水氨氮越低。內(nèi)置式MBR 采用中空纖維膜，設(shè)計(jì)通量為15～20L/m2·h，采用一體化箱體反應(yīng)器，設(shè)置反硝化和硝化單元，箱體尺寸15m×3m×3.5m，停留時(shí)間13.5h，產(chǎn)水CODcr 和氨氮去除率達(dá)到90%以上。MBR后設(shè)置反滲透系統(tǒng)作為保安措施，反滲透采用濃縮內(nèi)循環(huán)模式，一段RO 濃水進(jìn)入二段RO 再濃縮，保障尾水處理系統(tǒng)回收率穩(wěn)定在90%以上，反滲透濃水回流至前端MVR系統(tǒng)。利用反滲透系統(tǒng)對蒸發(fā)產(chǎn)水進(jìn)行深度處理去除超標(biāo)的CODcr，確保系統(tǒng)產(chǎn)水穩(wěn)定常態(tài)化達(dá)標(biāo)排放。反滲透設(shè)計(jì)平均通量不高于18L/m2·h，膜總面積為666m2。

4 結(jié)語

采用“軟化沉淀+混凝氣浮+調(diào)酸脫氣+MVR 蒸發(fā)+內(nèi)置式MBR+反滲透”的組合工藝對處理高鹽分、高氨氮、碳氮比低和可生化性差的老齡化滲濾液具有較好的處理效果，出水達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889-2008）中表2 標(biāo)準(zhǔn)。酸性蒸發(fā)將滲濾液中大部分氨氮留在蒸發(fā)母液中，不隨蒸汽進(jìn)入后續(xù)深度處理，降低后續(xù)氨氮處理負(fù)荷，冷凝液深度處理可不用額外設(shè)置脫氨工藝，節(jié)省投資和運(yùn)行成本。蒸發(fā)冷凝液中多為易生物降解有機(jī)物和低濃度氨氮，采用內(nèi)置MBR（AO+內(nèi)置超濾）生物處理工藝處理蒸發(fā)冷凝液具有較好的去除有機(jī)物和氨氮的效果，大大降低投資和運(yùn)行成本。