朱冬梅

（安徽三聯(lián)學(xué)院 交通工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

每日垃圾產(chǎn)生量隨著我國城市人口不斷增多而增加，全國大部分垃圾填埋場通常采用衛(wèi)生填埋無害化處理生活垃圾。隨著垃圾填埋場填埋年限的增長（一般按填埋時間分為5年以下、5-10年、10年以上），滲濾液的水質(zhì)發(fā)生變化。不同時段的填埋場滲濾液水質(zhì)也有較大區(qū)別，詳見下表所示[1-4]。

表1 不同時期的填埋場滲濾液水質(zhì)變化表

大部分垃圾填埋場滲濾液處理工藝基本采用A2O2-MBR（膜生物反應(yīng)器）-NF（納濾膜）-卷式RO（反滲透）膜處理滲濾液，該工藝在填埋初期能很好處理垃圾滲濾液，當(dāng)填埋場處于中后期或隨著濃水回灌等原因?qū)е聺B濾液水質(zhì)惡化到一定階段后，常規(guī)工藝處理可能水質(zhì)、水量不能滿足要求，導(dǎo)致全國各地垃圾填埋場采用DTRO（碟管式反滲透）工藝處理。由于DTRO是通過過濾把污染物截留下來，過濾后的通透液可達(dá)標(biāo)外排，截留下來的一級濃縮液回灌，不能徹底去除污染物問題，致使?jié)B濾液水質(zhì)越來越差，COD（化學(xué)需氧量）、NH3-N等主要污染物指標(biāo)急劇增加，形成惡性循環(huán)[5-8]。

根據(jù)滲濾液處理現(xiàn)狀，通過全國多地實(shí)際調(diào)研，結(jié)合相關(guān)工程案例的成功經(jīng)驗(yàn)，對現(xiàn)有滲濾液全量化處理工藝路線進(jìn)行研究，期望為場滲濾液全量化處理的實(shí)際應(yīng)用提供思路和參考。

1 工程概況

某城市垃圾填埋場于2004年年底投入使用，并于2019年進(jìn)行規(guī)范性封場，原有滲濾液處理工藝采用二級反硝化、硝化-內(nèi)置式MBR-納濾-反滲透處理工藝處理，由于常年累積導(dǎo)致COD等污染物含量高，生化系統(tǒng)無法處理，該滲濾液處理站處于癱瘓狀態(tài)，并于2022年采用滲濾液全量化處理工藝處理庫區(qū)滲濾液，設(shè)計總處理規(guī)模為500噸/天，工程占地2200m2，主要包括集水池、處理車間[DTRO設(shè)備、MVR設(shè)備、廢氣處理設(shè)施]、鹽泥固化干燥車間、清水池等，出水水質(zhì)同時達(dá)到GB16889-2008中表2規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)及GB/T18920-2020城市綠化排放標(biāo)準(zhǔn)，本項(xiàng)目設(shè)計的進(jìn)水及出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)如下：

表2 設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)

2 工藝選擇

本工程滲濾液主要來源于庫區(qū)現(xiàn)存垃圾滲濾液，其滲濾液水質(zhì)特點(diǎn)為：COD、氨氮、TDS、氯離子含量高，生化性差，通過單純的生化處理出水很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，采用DTRO工藝處理滲濾液前期出水氨氮難以保證，需增加離子交換確保氨氮達(dá)標(biāo)，但是隨著DTRO濃縮液不斷回灌，滲濾液水質(zhì)急劇惡化，項(xiàng)目后期無法正常穩(wěn)定運(yùn)行，本項(xiàng)目滲濾液采用DTRO+離子交換樹脂工藝，濃縮液采用軟水處理+MVR蒸發(fā)+鹽泥固化處理，可實(shí)現(xiàn)滲濾液全量化處理，出水水質(zhì)、水量均能達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 滲濾液處理工藝流程圖

2.1 工藝流程說明

2.1.1 DTRO+STRO+三級RO+離子交換樹脂單元

（1）一級DTRO裝置

經(jīng)過布袋過濾、砂濾及保安過濾器的滲濾液通過一級高壓泵進(jìn)入一級膜系統(tǒng)。

一級DTRO設(shè)有在線循環(huán)系統(tǒng)，將滲濾液通過高壓力、高流量狀態(tài)進(jìn)入一級膜柱，一級膜柱出水分為透過液和濃縮液，當(dāng)滲濾液經(jīng)過膜柱過濾后以去除滲濾液中絕大部分有機(jī)污染物質(zhì)、鹽類和絕大部分SS（懸浮物），透過液出水進(jìn)入二級膜裝置，濃縮液排入濃縮液水箱，通過濃縮液輸送泵輸送至濃縮液暫存池（如圖2所示）。

圖2 DTRO工藝流程圖

（2）二級STRO裝置

二級STRO裝置用于對一級膜裝置透過液的深度處理，經(jīng)一級DTRO裝置處理后的透過液通過二級高壓泵進(jìn)入二級STRO（管網(wǎng)式反滲透膜）膜柱，由于滲濾液經(jīng)過一級DTRO處理后各污染物含量較低，進(jìn)入二級STRO系統(tǒng)無需添加任何藥劑，二級出水達(dá)標(biāo)外排，STRO少量濃縮液返回同一級透過液一并再循環(huán)處理（如圖3所示）。

圖3 STRO處理流程圖

（3）三級RO單元

為保障本項(xiàng)目出水水質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)，在DTRO+STRO后端增設(shè)一套三級RO裝置，經(jīng)過RO處理單元后再經(jīng)過離子交換樹脂單元，可確保本項(xiàng)目出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。

（4）離子交換樹脂單元

滲濾液經(jīng)過預(yù)處理及DTRO、STRO、RO處理后，會存在氨氮不達(dá)標(biāo)情況，后端增設(shè)一套離子交換樹脂可確保處理后的出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

圖4 離子交換樹脂裝置示意圖

2.2 預(yù)處理+MVR+鹽泥固化單元

2.2.1 軟水除鈣裝置 垃圾滲濾液中含有各種難溶解的硬質(zhì)離子，如鈣、鎂、鋇、硅等離子，這些難溶鹽經(jīng)過膜系統(tǒng)被濃縮，當(dāng)其濃度超過一定值時將會以難溶的無機(jī)鹽形式附著在膜表面，產(chǎn)生結(jié)垢、污堵，影響膜通量。初步設(shè)計考慮添加特性改性劑對水質(zhì)進(jìn)行改性，考慮到處理的滲濾液中堿度比較高，預(yù)處理中添加石灰和液堿及少量PAM，其中液堿中的氫氧根離子與廢水中碳酸氫根反應(yīng)生成水和碳酸根離子，碳酸根離子與廢水中的鈣形成碳酸鈣沉淀從而去除了鈣硬度，其主要反應(yīng)如下：

Ca2++CO32-===CaCO3↓Mg2++CO32-===MgCO3↓

經(jīng)軟化預(yù)處理后的水大大提高了預(yù)濃縮高壓膜的濃縮倍數(shù)，較少了濃縮液中大量存在的懸浮物質(zhì)，同時也減少了蒸發(fā)結(jié)晶風(fēng)險。該階段產(chǎn)生的殘?jiān)?jīng)過脫水干化后無害化處置。

2.2.2 MVR蒸發(fā)單元 系統(tǒng)設(shè)計生產(chǎn)總能力為DTRO設(shè)計進(jìn)水量的20%，即濃縮液產(chǎn)生量為100T/D，生產(chǎn)線蒸發(fā)能力設(shè)計：約4.5立方米/小時（以蒸發(fā)水量計）。裝置的年操作時間：8000小時。設(shè)計負(fù)荷90%～110%。各部分的功能過程如下：

（1）廢水蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)

項(xiàng)目輸送的含鹽廢水進(jìn)入換熱器，與系統(tǒng)中產(chǎn)生的冷凝水換熱，回收熱量使含鹽廢水升高到一定溫度后進(jìn)入EV1強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器完成蒸發(fā)濃縮。蒸發(fā)器中產(chǎn)生的超濃縮液經(jīng)過熱量回收和固化處理后運(yùn)送至填埋場填埋處置。

（2）生蒸汽系統(tǒng)

MVR蒸發(fā)系統(tǒng)開車時引入外來蒸汽以加熱濃縮液來產(chǎn)生二次蒸汽，待MVR裝置中產(chǎn)生的二次蒸汽與外來加熱蒸汽達(dá)到平衡后，停止外來蒸汽的引入。

（3）冷凝水儲存及外排系統(tǒng)

生產(chǎn)裝置運(yùn)行過程中產(chǎn)生的冷凝水收集到冷凝水水箱，在冷凝水外送泵的輸送下經(jīng)換熱器進(jìn)行熱量回收后，一部分作為補(bǔ)充洗滌塔的用水以及作為沖洗水系統(tǒng)的水源之用，剩余的回到DTRO進(jìn)行深度達(dá)標(biāo)處理。

圖5 MVR蒸發(fā)工藝流程示意圖

2.3 節(jié)能單元

2.3.1 廢氣處理單元 除臭系統(tǒng)工藝流程，滲濾液濃縮液中含有大量的甲硫醇、氨氣、甲醇等有毒有害的臭氣，濃縮液蒸發(fā)過程必須采取相應(yīng)的臭氣處理系統(tǒng)，本項(xiàng)目除臭系統(tǒng)主要是通過堿洗、酸洗后進(jìn)入一體化生物濾床處理，從而使本項(xiàng)目涉及的臭氣得到凈化、達(dá)標(biāo)排放。生物濾池除臭工藝流程圖如下：

圖6 除臭系統(tǒng)工藝流程圖

2.3.2 鹽泥固化干燥單元 最終物料濃水和蒸發(fā)母液打入低溫干化機(jī)，干化機(jī)真空泵將蒸餾罐及管道抽成真空，真空達(dá)到一定程度，進(jìn)料閥開始自動進(jìn)料，進(jìn)料結(jié)束后蒸汽進(jìn)入夾套，對蒸餾罐進(jìn)行加熱。由于蒸餾罐處于真空狀態(tài)，廢液中水分子沸點(diǎn)約50-60℃，加熱蒸發(fā)時間減少，蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣進(jìn)入列管式冷凝器冷凝后形成冷凝水，冷凝水回到前端處理系統(tǒng)。蒸餾干燥過程中蒸餾罐內(nèi)攪拌軸刮片自動正反旋轉(zhuǎn)，保證料液干燥均勻，避免結(jié)焦結(jié)垢。

MVR蒸發(fā)裝置蒸發(fā)后殘留的高倍濃液在殘?jiān)袒瘑卧M(jìn)行固液分離，產(chǎn)生少量高倍母液和干化殘?jiān)?，少量母液通過螯合劑螯合固化，干化污泥運(yùn)至指定區(qū)域，最終達(dá)到零液體排放的處理效果。MVR蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥量：50噸/天，含水率40%。

圖7 干燥單元流程圖

2.3.3 主要設(shè)備選型 DTRO成套裝置設(shè)計參數(shù)，MVR成套裝置設(shè)參郵和各工段實(shí)際處理效果見表3，表4和表5：

表3 DTRO成套裝置設(shè)計參數(shù)

表4 MVR成套裝置設(shè)計參數(shù)

表5 各工段實(shí)際處理效果

3 存在的問題與討論

3.1 可能存在的問題

（1）本項(xiàng)目主要針對中后期垃圾填埋場的滲濾液處理，由于全國各地滲濾液水質(zhì)不盡相同，DTRO處理后的濃縮液進(jìn)入MVR蒸發(fā)設(shè)備進(jìn)行蒸發(fā)，可能會導(dǎo)致蒸發(fā)器列管結(jié)垢，蒸發(fā)效率變差；

（2）由于長時間的高壓力運(yùn)行后，可能會導(dǎo)致DTRO膜通量較小，膜出水水質(zhì)變差。

3.2 解決辦法

（1）如出現(xiàn)MVR蒸發(fā)器列管堵塞結(jié)垢現(xiàn)象，可通過定期水、汽清洗，減少結(jié)垢現(xiàn)象；在不影響適當(dāng)處理效率前提下，適當(dāng)降低蒸發(fā)溫度；同時可針對結(jié)構(gòu)物種類篩選阻垢劑，通過添加有針對性阻垢劑來組織結(jié)垢現(xiàn)象；

（2）提高操作人員操作能力，規(guī)范DTRO膜的水洗、藥洗流程，提高水洗、藥洗效果，有針對性地使用無機(jī)/有機(jī)藥劑進(jìn)行清洗，定期對高壓泵進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，確保DTRO運(yùn)行穩(wěn)定。

4 工程經(jīng)濟(jì)分析

本工程設(shè)計進(jìn)水量500T/D，出水量450T/D，固廢產(chǎn)生量約50T/D，3套250T/D DTRO+STRO+RO處理設(shè)備、1套離子交換樹脂裝置、1套250T/D的MVR蒸發(fā)裝置，共計投資2400萬元（包含設(shè)備投資、土建施工、管道管材等），滲濾液處理系統(tǒng)處理成本約為160元/噸水（以進(jìn)水計），其中電費(fèi)約為90元/噸水，管理成本（包括人員工資、稅費(fèi)等）約為35元/噸水，設(shè)備維保約為5元/噸水，藥劑費(fèi)（其中清洗劑A/C約為7.16元/噸水、阻垢劑約為4.2元/噸水、硫酸約為4.56元/噸水、片堿約為9.36元/噸水、氨基磺酸約為0.5元/噸水、除泡劑約為1元/噸水、混凝劑約為3元/噸水、絮凝劑約為0.22元/噸水）約為30元/噸水，出水可做城市園林灌溉回用水。

6 結(jié)語

（1）較A2O2-MBR-NF-RO工藝，滲濾液處理采用DTRO+STRO+三級RO+離子交換樹脂工藝，濃縮液采用預(yù)處理+MVR蒸發(fā)+鹽泥固化工藝可處理中后期水質(zhì)較差的垃圾填埋場滲濾液，同時不產(chǎn)生濃縮液，可防止因濃水回灌導(dǎo)致的水質(zhì)惡化情況；

（2）垃圾填埋場前期滲濾液可采用A2O2-MBRNF-RO常規(guī)工藝進(jìn)行處理，填埋場后期滲濾液采用DTRO+STRO+三級RO+離子交換樹脂工藝，濃縮液采用預(yù)處理+MVR蒸發(fā)+鹽泥固化工藝，兩種工藝組合可解決任何時期垃圾填埋場滲濾液的處理難題；

（3）滲濾液采用DTRO+STRO+三級RO+離子交換樹脂工藝，濃縮液采用預(yù)處理+MVR蒸發(fā)+鹽泥固化工藝處理填埋場后期高污染、可生化性差的垃圾滲濾液，工程運(yùn)行效果穩(wěn)定，出水氨氮排放濃度為3-5mg/L，低于氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)值（8mg/L），其他指標(biāo)同時達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB16889-2008中表2規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)及《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920-2020）城市綠化排放標(biāo)準(zhǔn)，同時蒸發(fā)后的殘?jiān)?jīng)過鹽泥固化螯合處理后，含水率40%以下，達(dá)到衛(wèi)生填埋場要求。針對中后期垃圾填埋場滲濾液的水質(zhì)特點(diǎn)，采用該組合式全量化處理工藝具有運(yùn)行穩(wěn)定，出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，不產(chǎn)生二次環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，可為同類垃圾填埋場滲濾液全量化處理工程的設(shè)計提供參考。