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        MVR-MBR-活性炭工藝處理穩(wěn)定化飛灰滲濾液工程實例

        2020-11-16 01:48:44徐鵬飛
        工業(yè)用水與廢水 2020年5期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)工藝

        徐鵬飛

        (中冶華天南京工程技術(shù)有限公司, 南京 210000)

        生活垃圾焚燒時, 部分細微顆粒隨著氣流進入尾氣處理工段中, 在除塵裝置(通常為靜電除塵器或布袋除塵器)被捕集, 這部分細微顆粒物即為生活垃圾焚燒飛灰[1]。 飛灰富集了較高濃度的揮發(fā)態(tài)重金屬, 且焚燒改變了其形態(tài), 使其轉(zhuǎn)化為更易遷移的形式。 飛灰中含有較高浸出濃度的鉛、 銅、鎘、 鋅等重金屬及鹽類, 以及高毒性有機物如呋喃、 多環(huán)芳烴等, 多數(shù)國家已經(jīng)明確規(guī)定垃圾焚燒飛灰為危險廢物, 飛灰的處置必須嚴(yán)格按照危險廢物的標(biāo)準(zhǔn)進行[2]。 GB 16889—2008《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中明確飛灰中有害物質(zhì)需通過強化預(yù)處理手段減少其浸出毒性并達到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后,其穩(wěn)定化產(chǎn)物可以進入生活垃圾填埋場單獨分區(qū)填埋[3]。 常見的焚燒飛灰穩(wěn)定化方式包括水泥固化、磷酸或磷酸鹽穩(wěn)定化、 硫化物穩(wěn)定化以及有機螯合劑穩(wěn)定化等。 其中, 有機螯合劑通過與飛灰中的重金屬發(fā)生螯合反應(yīng)實現(xiàn)重金屬的穩(wěn)定化, 不僅藥劑使用量少, 同時具有增容體積小及穩(wěn)定效果好等優(yōu)點, 廣泛應(yīng)用于飛灰的穩(wěn)定化處理中[4-7]。

        飛灰本身含水率較低, 基本不會滲出滲濾液,滲濾液來源主要是填埋作業(yè)中的降雨, 在填埋的過程中, 堆體中超過持水率的水作為滲濾液排出。 目前, 國內(nèi)此類穩(wěn)定化飛灰填埋場的建設(shè)剛剛起步,對此尚缺乏專門的研究, 更無專門的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范, 大都參考生活垃圾填埋場相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。 因此, 飛灰滲濾液的處理工藝設(shè)計也缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范, 處理工程運行缺乏相關(guān)的經(jīng)驗參考。 南方某填埋場為專門的穩(wěn)定化飛灰填埋場, 穩(wěn)定化飛灰經(jīng)檢測達到GB 16889—2008 中規(guī)定的入場條件后進入該填埋場進行填埋。 本文對該飛灰滲濾液處理系統(tǒng)進行介紹, 對運行數(shù)據(jù)進行分析, 為飛灰滲濾液的處理工藝設(shè)計提供技術(shù)參考。

        1 工程概況

        南方某穩(wěn)定化飛灰填埋場一期占地面積19.06萬m2, 其中飛灰填埋庫區(qū)7.29 萬m2, 填埋庫容30萬m3, 使用年限為5 a, 平均填埋量為135 t/d。 飛灰在生活垃圾焚燒廠內(nèi)進行有機螯合劑穩(wěn)定化處理, 達到GB 16889—2008 中6.3 條的規(guī)定后, 進入飛灰填埋場填埋。 飛灰滲濾液主要來源于填埋過程中降雨, 主要污染物為氯離子、 COD、 NH3-N等。 本工程設(shè)計采用MVR-MBR-活性炭組合工藝處理飛灰滲濾液, 出水達到GB 16889—2008 中表2 限值要求后, 排至焚燒廠用作回用水。

        2 設(shè)計規(guī)模及水質(zhì)

        2.1 設(shè)計規(guī)模

        本工程滲濾液設(shè)計處理規(guī)模為48 m3/d。

        2.2 設(shè)計水質(zhì)

        本工程進水為飛灰填埋作業(yè)過程中產(chǎn)生的滲濾液, 同生活垃圾填埋場滲濾液不同, 本工程的飛灰滲濾液具有高鹽、 高氯離子、 高COD 和高NH3-N等特征。 出水排至焚燒廠用作回用水, 水質(zhì)要求達到GB 16889—2008 中表2 限值要求, 具體指標(biāo)要求如表1 所示。

        表1 設(shè)計進出水水質(zhì)Tab.1 Design influent and effluent water quality

        3 飛灰滲濾液處理工藝

        由飛灰滲濾液水質(zhì)特征可知, 飛灰滲濾液較難處理, 主要需解決2 個難點問題: ①水質(zhì)高鹽問題; ②去除較高濃度的COD、 NH3-N, 確保水質(zhì)達標(biāo)排放。 雖然GB 16889—2008 表2 中對鹽分無要求, 但高鹽水質(zhì)大大限制了處理工藝的選擇, 導(dǎo)致常用的生化處理技術(shù)和膜分離技術(shù)都無法正常運行。 為確保工藝的正常運行, 需先進行脫鹽處理,目前僅有蒸發(fā)技術(shù)適用于去除高鹽問題[8]。 根據(jù)上述滲濾液水質(zhì)特征, 確定本工程采用MVR-MBR-活性炭的處理工藝, 具體工藝流程如圖1 所示。

        圖1 飛灰滲濾液處理工藝Fig.1 Treatment process of fly ash leachate

        滲濾液首先進入調(diào)節(jié)池進行水質(zhì)、 水量調(diào)節(jié),然后泵提至MVR 蒸發(fā)系統(tǒng)脫鹽, 以利于后續(xù)生化處理, 同時部分重金屬也隨結(jié)晶鹽去除。 蒸發(fā)冷凝水首先進行水解酸化, 改善廢水可生化性, 隨后進入MBR 一體化工藝單元, 具體為兩級A/O 和內(nèi)置式平板微濾膜工藝。 水解酸化池出水進入兩級A/O, 降解COD 等有機物, 并發(fā)生硝化反應(yīng), 將NH3-N 轉(zhuǎn)變?yōu)橄鯌B(tài)氮, 二級好氧池混合液分別回流至兩級缺氧池, 通過反硝化達到去除總氮的目的。 在二級好氧池內(nèi)設(shè)內(nèi)置式平板微濾膜, 微生物被完全截流在生化系統(tǒng)內(nèi), 可有效提高污水中的活性污泥濃度, 提升對COD 等的去除效果, 保證了良好的出水水質(zhì), 且對進水負荷的變化有很好的適應(yīng)性; 同時, 通過膜的高效分離作用, 使出水懸浮物和濁度極低。 在膜組件的底部采用大氣泡曝氣產(chǎn)生紊流, 以沖刷膜表面并促使累積在膜表面的顆粒脫落, 控制膜污染, 提供好氧細菌生物降解所需要的氧氣[9-10]。 活性炭濾罐內(nèi)部裝填石英砂墊層及優(yōu)質(zhì)活性炭濾層, 能夠吸附去除小分子有機物、 異味、 膠體、 色素及重金屬離子等污染物質(zhì)。

        4 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

        (1) MVR 主體蒸發(fā)設(shè)備。 采用強制循環(huán)蒸發(fā)+FC 結(jié)晶器, 整體過程采用晶種法運行。 主要設(shè)備包括加熱器、 結(jié)晶器、 壓縮機、 循環(huán)泵、 預(yù)熱器、冷凝器和其他的泵閥、 管道、 支架裝置構(gòu)成。

        蒸發(fā)加熱器。 1 臺, 規(guī)格為DN 900 mm×7 718 mm, 總換熱面積為185 m2。 換熱管外徑為32 mm,壁厚1.5 mm。 管板采用一體式高強度管板, 材質(zhì)為鈦復(fù)合316L 材質(zhì)。

        FC結(jié)晶分離器。 1 臺, 規(guī)格為DN 1 800 mm×6 103 mm, TA2 材質(zhì), 全容積為16 m3。

        蒸汽壓縮機。 2 臺國產(chǎn)三葉輪羅茨壓縮機, 溫升為8.8 ℃, 串聯(lián)使用, 葉輪和殼體材質(zhì)為鎳基合金鋼。 均為變頻控制, 功率分別為75 和55 kW。

        強制循環(huán)泵。 1 臺, 流量為900 m3/h, 揚程為4 m, 功率為45 kW。

        冷凝水預(yù)熱器。 1 臺, 采用板式換熱器, 利用蒸發(fā)冷凝水將原液預(yù)熱, 換熱面積為5 m2。

        不凝氣冷凝器。 1 臺, 采用板式換熱器, 換熱面積為1.2 m2。

        (2) 水解酸化池。 2 座, 尺寸分別為1.70 m×2.50 m×3.80 m 和1.05 m×2.50 m×3.80 m(與一級缺氧池合建), 有效水深為3.5 m, 不銹鋼304 材質(zhì), 水力停留時間為12 h。 設(shè)潛水?dāng)嚢铏C1 臺, 功率為1.5 kW。

        (3) 一級缺氧池。 與水解酸化池一個池體, 分2 格布置。 尺寸為0.65 m×2.50 m×3.80 m, 有效水深為3.50 m, 不銹鋼304 材質(zhì), 水力停留時間為3 h。 設(shè)潛水?dāng)嚢铏C1 臺, 功率為1.5 kW。

        (4) 一級好氧池。 尺寸為1.20 m×2.50 m×3.80 m, 有效水深為3.50 m, 不銹鋼304 材質(zhì), 水力停留時間為5 h。 設(shè)管式微孔曝氣器1 套; 曝氣風(fēng)機2 臺, 流量為1.8 m3/min, 風(fēng)壓為30 kPa, 功率為2.2 kW, 負責(zé)一級好氧池和MBR 膜組件曝氣。

        (5) 二級缺氧池。 與一級好氧池一個池體, 分2 格布置。 尺寸為0.50 m×2.50 m×3.80 m, 有效水深為3.50 m, 不銹鋼304 材質(zhì), 水力停留時間為2 h。 設(shè)潛水?dāng)嚢铏C1 臺, 功率為1.5 kW。

        (6) 二級好氧池兼膜池。 尺寸為1.80 m×2.50 m×3.80 m, 有效水深為3.50 m, 不銹鋼304 材質(zhì),水力停留時間為8 h。 設(shè)管式微孔曝氣器1 套; 膜組件1 套, 膜材質(zhì)PVDF, 支架材質(zhì)SS304, 通量為400 L/(m2·d), 總面積為120 m2; 潛水回流泵2臺, 流量為8 m3/h, 揚程為10 m, 功率為0.55 kW; 自吸泵2 臺, 流量為2.5 m3/h, 揚程為10 m,吸程為4 m, 功率為0.55 kW; 膜組件在線清洗系統(tǒng)包括: PE 罐1 個400 L, 計量泵2 臺, 流量為720 L/h, 揚程為8 m。

        (7) 乙酸鈉投加系統(tǒng)。 PE 罐1 個400 L, 計量泵2 臺, 流量為100 L/h, 揚程為8 m。

        (8) 活性炭罐。 1 座, 尺寸為φ 1 000 mm×4 000 mm, 采用粒徑為2 ~4 mm 的煤質(zhì)顆粒活性炭, 活性炭裝填高度約為2.4 m。 設(shè)反洗水泵1 臺, 流量為15 m3/h, 揚程為15 m, 功率為1.5 kW; 反洗風(fēng)機1 臺, 風(fēng)量為0.25 m3/min, 風(fēng)壓為40 kPa, 功率為0.37 kW。

        5 工程設(shè)計特點

        (1) 針對飛灰滲濾液高鹽問題, 采用強制循環(huán)蒸發(fā)濃縮工藝, 將鹽分脫除的同時可去除部分COD 和NH3-N。 該工藝可以有效實現(xiàn)長周期抗結(jié)垢運行, 清洗周期能達6 個月以上。

        (2) 蒸發(fā)冷凝水采用完整的生化處理工藝, 包括水解酸化、 兩級A/O 和內(nèi)置平板膜工藝, 具有工藝成熟可靠、 運行成本低等特點。

        (3) 深度處理采用活性炭保障工藝。 利用活性炭對COD、 色度、 重金屬等的吸附過濾作用, 可保障出水達到GB 16889—2008 中表2 限值要求。

        6 工程運行效果

        經(jīng)定期抽檢發(fā)現(xiàn), 滲濾液原液中COD、 NH3-N和氯離子含量均較高, 重金屬含量較低。 通過MVR蒸發(fā)結(jié)晶, 冷凝水的氯離子質(zhì)量濃度基本降至200 ~300 mg/L, 說明MVR 蒸發(fā)設(shè)備可有效去除滲濾液鹽分, 同時冷凝水重金屬均已達到排放標(biāo)準(zhǔn)。 以2018年7 月2 日水質(zhì)檢測結(jié)果為例, 水質(zhì)情況見表2。

        表2 滲濾液原液和冷凝水水質(zhì)Tab. 2 Quality of leachate raw liquid and condensate water

        通過一段時間內(nèi)滲濾液原液和冷凝水的水質(zhì)對比, 發(fā)現(xiàn)滲濾液經(jīng)蒸發(fā)處理后, COD 和NH3-N 均有一定程度的降低, 且去除率穩(wěn)定。 此外由于調(diào)節(jié)池滲濾液不具備良好的取樣條件及填埋場現(xiàn)場試驗條件限制, 因此, 滲濾液處理系統(tǒng)運行期間, 每日只對MVR 出水、 MBR 出水、 活性炭出水的COD和NH3-N 進行自檢, 2019 年6 月29 日至7 月26日的檢測數(shù)據(jù)如圖2 和圖3 所示。

        圖2 各工段出水COD 濃度Fig.2 COD concentration in effluent water of different sections

        圖3 各工段出水NH3-N 濃度Fig.3 NH3-N concentration in effluent water of different sections

        由圖2 和圖3 可知, 雖然MVR 出水COD 和NH3-N 波動性較大, 無明顯規(guī)律性, 但MBR 出水COD 和NH3-N 均相對穩(wěn)定, 說明MBR 工藝有一定的抗沖擊負荷能力; MBR 出水COD 均高于排放標(biāo)準(zhǔn), 須增加活性炭等物化處理工藝; MBR 出水NH3-N 基本達到排放標(biāo)準(zhǔn), 活性炭對NH3-N 基本無吸附效果。

        綜上所述, 該滲濾液處理工藝可行, 飛灰滲濾液經(jīng)處理后能夠穩(wěn)定達標(biāo)排放。 但需注意的是, 在運行過程中, 由于冷凝水可生化性低, 為維持較好的污泥活性, 需定期投加葡萄糖、 磷酸二氫鉀等營養(yǎng)物質(zhì), 以維持適應(yīng)于微生物生存的碳氮磷比; 在冬季時, 由于生物活性的降低, 需要投加硝化菌劑,以維持較高的NH3-N 去除率。 因此, 將冷凝水通過生化工藝處理, 雖然可去除部分COD 和NH3-N, 但同時也造成操作復(fù)雜、 運行費用高等問題。

        7 結(jié)語

        (1) 采用MVR-MBR-活性炭工藝處理穩(wěn)定化飛灰滲濾液, 處理出水能夠穩(wěn)定達標(biāo), 滿足GB 16889—2008 中表2 排放限值要求。

        (2) 蒸發(fā)冷凝水僅通過生化工藝處理后無法達到排放標(biāo)準(zhǔn), 必須增加活性炭等物化處理工藝, 但同時, 由于活性炭吸附周期較短, 且活性炭廢棄后需作為危廢進行處置, 易造成運行費用的增加。

        (3) 冷凝水可生化性較低, 通過生化處理雖可去除部分COD 和NH3-N, 同時也引起操作復(fù)雜、運行費用高等問題。 建議在今后的工藝設(shè)計中, 針對脫鹽后的蒸發(fā)冷凝水進一步考慮可替代生化法的物化處理工藝, 如NF、 RO、 芬頓等。

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