楊耀達(dá)
(廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,廣東廣州 510000)
生活垃圾填埋場的滲瀝液有機(jī)污染物濃度較高,一直以來是廢水處理領(lǐng)域的難題之一。隨著填埋場運(yùn)行年限增加,滲瀝液水質(zhì)發(fā)生變化,且濃縮液回灌導(dǎo)致的污染積累問題愈發(fā)突出,因此填埋場后期滲瀝液處理難度較大。本文所述MBR+NF+RO+MVR工藝用于處理填埋場后期滲瀝液,且有效解決濃縮液問題,實(shí)現(xiàn)滲瀝液全量處理。
本項(xiàng)目位于廣東省內(nèi)某生活垃圾填埋場,現(xiàn)有滲瀝液處理規(guī)模為400 m3/d,采用兩極碟管式反滲透(DTRO)工藝進(jìn)行處理。項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行中,隨著填埋場運(yùn)行年限增加,濃縮液回灌導(dǎo)致難降解有機(jī)物和鹽分不斷積累,DTRO產(chǎn)水率逐年下降,目前僅為50%~60%。為此,建設(shè)單位對滲瀝液處理進(jìn)行改造,改造后采用MBR+NF+RO工藝,濃縮液采用DTRO減量+MVR處理工藝。由于無濃縮液回灌,改造后滲瀝液處理規(guī)模降低至300 m3/d。
垃圾滲瀝液的水質(zhì)情況會(huì)隨填埋場運(yùn)行時(shí)長的增加而發(fā)生變化,主要的變化趨勢為C/N比失調(diào)、電導(dǎo)率增大,生化性變差。滲瀝液變化規(guī)律如表1[1]。
表1 典型填埋場不同年限滲瀝液水質(zhì)范圍
該填埋場運(yùn)行時(shí)間已有8年,按表1劃分屬于填埋中后期,且場內(nèi)現(xiàn)有滲瀝液處理后的濃縮液一直以來均采用回灌的方式,滲瀝液進(jìn)水水質(zhì)實(shí)測數(shù)據(jù)見表2。
表2 2021年滲瀝液進(jìn)水水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)
考慮到填埋場繼續(xù)運(yùn)營,NH3-N指標(biāo)將進(jìn)一步升高,以及滲瀝液的水質(zhì)波動(dòng),本項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)相關(guān)指標(biāo)如表3所示。根據(jù)項(xiàng)目環(huán)評批復(fù),出水水質(zhì)執(zhí)行《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889—2008)和廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染排放限值》(DB 44/26—2001)第二時(shí)段一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的較嚴(yán)值。排放標(biāo)準(zhǔn)中主要污染物指標(biāo)要求詳見表3[2-3]。
表3 設(shè)計(jì)進(jìn)水、出水水質(zhì)
填埋場后期滲瀝液C/N比失調(diào),按設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì),BOD5/CODCr約為0.3,BOD5/NH3-N<1,污水的可生化性一般。結(jié)合填埋場后期滲瀝液的水質(zhì)特點(diǎn),參照國內(nèi)外相似的垃圾滲瀝液處理工程的實(shí)踐,對本項(xiàng)目所處理的滲瀝液行之有效的處理技術(shù)路線主要有以下4類。
(1)預(yù)處理+深度處理,如混凝沉淀+DTRO工藝。該類工藝深度處理以膜處理技術(shù)居多,其中DTRO工藝在滲瀝液處理領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛,具有占地面積小、抗沖擊能力強(qiáng)、開停機(jī)迅速等優(yōu)點(diǎn)。但濃縮液的不斷回灌,導(dǎo)致滲瀝液電導(dǎo)率上升明顯,以本項(xiàng)目為例,改造前滲瀝液處理系統(tǒng)進(jìn)水電導(dǎo)率已高達(dá)25 000 μS/cm,系統(tǒng)產(chǎn)水率僅50%~60%,且隨著污染物累積產(chǎn)水率進(jìn)一步下降。在考慮增加濃縮液全量處理的條件下,僅采用DTRO工藝,濃縮液產(chǎn)生量依然較大,濃縮液全量處理成本較高。
(2)預(yù)處理+蒸發(fā)工藝,如混凝沉淀+蒸發(fā)(MVC)+氨吹脫。該類工藝已在高濃度有機(jī)廢水中的處理中應(yīng)用多年,多用于垃圾填埋場的滲瀝液處理。該類工藝具有占地小、工藝流程簡單、運(yùn)行管理簡單、開停機(jī)迅速的優(yōu)點(diǎn),但由于電耗較大、蒸發(fā)器結(jié)垢嚴(yán)重、清洗頻繁等缺點(diǎn),導(dǎo)致廢水處理成本逐年增加,且頻繁的停機(jī)清洗維護(hù)使處理能力不斷衰減,最終無法滿足處理需要。
(3)生化處理+膜處理,如膜生物反應(yīng)器(MBR)+納濾(NF)+反滲透(RO)。該類工藝通過生化處理去除有機(jī)物及NH3-N,是有機(jī)廢水的主流處理工藝,具有運(yùn)行成本低、去除效果好的優(yōu)點(diǎn)。填埋場后期的滲瀝液可生化性一般,采用該類工藝需要投加碳源。相比DTRO工藝,NF+RO工藝的濃縮液產(chǎn)生量更少,整個(gè)系統(tǒng)的濃縮液產(chǎn)出可控制在25%左右[4]。結(jié)合該填埋場的實(shí)際情況,濃縮液無法繼續(xù)回灌處理,因此采用該類工藝必須搭配濃縮液的全量處理。
(4)生化處理+高級(jí)氧化,如MBR+芬頓(Fenton)+曝氣生物濾池(BAF)。該類工藝處理工藝在國內(nèi)起步較晚,高級(jí)氧化技術(shù)能有效增強(qiáng)廢水的可生化性,相比膜處理技術(shù)可解決濃縮液的處置問題,但相比生化處理+膜技術(shù)+濃縮液處理,該類工藝的流程復(fù)雜、占地面積大、出水穩(wěn)定性一般,且對運(yùn)營管理水平要求更高。
工藝選擇上,優(yōu)先考慮出水達(dá)標(biāo)的穩(wěn)定性,填埋場后期滲瀝液的主要污染物依然以有機(jī)物及NH3-N為主,因此在投加碳源的情況下,采用生化處理是可行的,選擇第(3)類工藝,深度處理采用NF+RO工藝,搭配濃縮液全量處理,具體工藝路線為外置式MBR+NF+RO+濃縮液全量處理,該工藝出水穩(wěn)定,運(yùn)行成本相對較低,可解決該填埋場后期滲瀝液的處理難題。
根據(jù)填埋場運(yùn)行數(shù)據(jù),濃縮液進(jìn)水水質(zhì)設(shè)計(jì)如表4所示。
表4 濃縮液進(jìn)水設(shè)計(jì)水質(zhì)
由于濃縮液含有大量難降解有機(jī)污染物、二價(jià)離子,采用生化工藝無法處理濃縮液,濃縮液本身來自于膜處理工藝,采用膜技術(shù)無法全量化處理濃縮液。因此本項(xiàng)目濃縮液全量處理工藝選擇為低溫蒸發(fā)(MVR)工藝。MVR可在廢液加熱至60 ℃時(shí)進(jìn)行蒸發(fā),能有效避免結(jié)垢。MVR技術(shù)適合類似濃縮液處理類的規(guī)模較小、處理難度大、生化性差、有全量處理需求的廢水處理項(xiàng)目。
此外,RO雖然無法全量處理濃縮液,但處理過程中增加RO單元可有效對濃縮液進(jìn)行減量。為進(jìn)一步降低成本,配置1套DTRO,用于濃縮液減量。
自調(diào)節(jié)池內(nèi)的滲瀝液泵入均質(zhì)池,再通過提升泵泵送至MBR系統(tǒng),經(jīng)過生物硝化、反硝化等生化處理,可大量去除污水的有機(jī)污染物、NH3-N、金屬離子[5],生化處理后進(jìn)入膜處理車間,通過NF、RO對污染物進(jìn)一步去除,出水滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。NF、RO濃縮液通過DTRO減量后進(jìn)入MVR單元進(jìn)行最終處理。具體的工藝流程見圖1。
圖1 工藝流程及水量平衡圖
一級(jí)反硝化池停留時(shí)間52 h;一級(jí)硝化池停留時(shí)間91 h;二級(jí)反硝化池停留時(shí)間29 h;二級(jí)硝化池停留時(shí)間31 h;超濾(UF)組件膜通量65 L/(m2·h);NF組件膜通量16 L/(m2·h),綜合回收率≥80%;RO組件膜通量12 L/(m2·h),綜合回收率≥75%;DTRO組件膜通量10 L/(m2·h),綜合回收率≥60%。
(1)均質(zhì)池。滲瀝液水質(zhì)具有一定的波動(dòng)性,均質(zhì)池主要用于均衡水質(zhì)。均質(zhì)池設(shè)計(jì)尺寸為3.0 m×5.0 m×4.0 m(長×寬×高,以下尺寸均為此形式),有效水深3.5 m,有效容積52.5 m3。均質(zhì)池內(nèi)主要配置設(shè)備:均質(zhì)池提升泵,Q=10 m3/h,H=25 m,1臺(tái);精密過濾器,過濾流量為0~20 m3/h,過濾精度為600 ~ 800 μm。
(2)一級(jí)反硝化池、二級(jí)反硝化池。一級(jí)反硝化池設(shè)計(jì)尺寸為14.0 m×7.5 m×8.0 m,有效水深7.0 m,有效容積735 m3。綜合考慮短程反硝化及一般反硝化作用,20 ℃下反硝化速率取 0.05 kgTN/(kgMLVSS·d)[6],設(shè)計(jì)溫度25 ℃下反硝化速率為0.073 kgTN/(kgMLVSS·d),設(shè)計(jì)反硝化率為92%(TN為總氮,MLVSS為混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度,下同)。二級(jí)反硝化池設(shè)計(jì)尺寸為10.0 m×6.5 m×8.0 m,有效水深6.5 m,有效容積422 m3,設(shè)計(jì)反硝化率82%。
(3)一級(jí)硝化池、二級(jí)硝化池。一級(jí)硝化池設(shè)計(jì)尺寸為18.0 m×10.5 m×8.0 m,有效水深7.0 m,有效容積1 323 m3;設(shè)計(jì)溫度25 ℃,設(shè)計(jì)污泥濃度15 kg/m3,設(shè)計(jì)污泥產(chǎn)率系數(shù)為0.2 kgMLSS/kgCOD,本系統(tǒng)回流比為9(MLSS為混合液懸浮固體濃度,下同)。二級(jí)硝化池設(shè)計(jì)尺寸為10.0 m×7.0 m×8.0 m,有效水深6.5 m,有效容積455 m3;設(shè)計(jì)溫度為25 ℃,設(shè)計(jì)污泥濃度為15 kg/m3,設(shè)計(jì)污泥產(chǎn)率系數(shù)為0.2 kg MLSS/kgCOD。
(4)UF單元。UF設(shè)置在膜處理車間,主要配置設(shè)備:UF集成設(shè)備,Q=13.64 m3/h;膜元件8支;膜通量為65 L/(m2·h),過濾面積為216 m2,1臺(tái)。
(5)NF單元。NF設(shè)置在膜處理車間,主要配置設(shè)備:NF集成設(shè)備,Q=13.64 m3/h;膜元件18支;膜通量為16 L/(m2·h),過濾面積為666 m2,產(chǎn)水率為80%,1臺(tái);NF單元設(shè)有在線清洗系統(tǒng),用于對NF進(jìn)行沖洗和化學(xué)清洗。
(6)RO單元。RO設(shè)置在膜處理車間,主要配置設(shè)備:RO集成設(shè)備,Q=12.5 m3/h;膜元件18支;膜通量為12 LMH,過濾面積為666 m2,產(chǎn)水率為75%,1臺(tái);RO單元設(shè)有在線清洗系統(tǒng),用于對RO進(jìn)行沖洗和化學(xué)清洗。
(7)DTRO單元。DTRO設(shè)置在膜處理車間,主要配置設(shè)備:進(jìn)水濃縮液儲(chǔ)罐,φ2 500 mm×3 100 mm,15 m3,1個(gè);DTRO進(jìn)水泵,Q=10 m3/h,H=30 m,2臺(tái)(一用一備);DTRO集成設(shè)備,Q=6.83 m3/h;膜元件18支;膜通量為10 L/(m2·h),過濾面積為640 m2,產(chǎn)水率為60%,1臺(tái);DTRO濃縮液泵,Q=5 m3/h,H=20 m,2臺(tái)(一用一備)。
(8)濃縮液處理單元。經(jīng)DTRO減量后的濃縮液泵至室外的濃縮液池,濃縮液池設(shè)計(jì)尺寸為8.0 m×5.0 m×4.0 m,有效水深3.2 m,有效容積128 m3。濃縮液處理單元設(shè)置在單獨(dú)的濃縮液處理車間內(nèi),主要配置設(shè)備:預(yù)換熱器,冷側(cè)流量為2.5 m3/h,介質(zhì)為后端蒸發(fā)廢氣,1臺(tái);主換熱器,冷側(cè)流量1 400 m3/h,介質(zhì)為鍋爐蒸汽,換熱面積400 m2,1臺(tái);蒸發(fā)罐,φ1 400 mm×10 000 mm,1臺(tái);蒸汽壓縮機(jī),流量為1.6 t/h,1臺(tái);脫氣罐,有效容積為2 000 L,1臺(tái);冷凝水換熱器,80 ℃至35 ℃,1臺(tái);電鍋爐,鍋爐出力為300 kg/h,1臺(tái);冷卻塔,30 m3/h,37 ℃至32 ℃,1臺(tái);干化螯合裝置,處理量1 t/h,1套。
(9)污泥脫水系統(tǒng)。本項(xiàng)目產(chǎn)生的剩余污泥量41.7 m3/d,設(shè)計(jì)采用板框脫水機(jī)對剩余污泥進(jìn)行脫水處理,脫水上清液回入調(diào)節(jié)池,脫水產(chǎn)生的干污泥填埋處置。污泥濃縮池設(shè)計(jì)尺寸均為3.0 m×5.0 m×4.0 m。污泥脫水系統(tǒng)主要配置設(shè)備:壓濾機(jī),過濾面積100 m2,過濾/壓榨工作壓力≤1.0/1.6 MPa,1套;PAM制備裝置,1 000 L/h,濃度2‰~3‰,1套;PAM投加泵,Q=2 m3/h,H=40 m,1臺(tái)。
(1)本項(xiàng)目處理填埋場后期滲瀝液,結(jié)合實(shí)際的進(jìn)水水質(zhì)合理設(shè)計(jì)工藝路線及參數(shù),滲瀝液中NH3-N含量高而有機(jī)碳不足,補(bǔ)充RO工藝,在弱酸性環(huán)境下,對NH3-N具有較好的去除率[7],可保障出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
(2)填埋場內(nèi)由于濃縮液回灌,難降解有機(jī)物和鹽分積累,單純使用膜技術(shù)產(chǎn)水率過低,回灌的濃縮液又很快通過混入滲瀝液中一并流出,形成惡性循環(huán),造成滲瀝液的設(shè)計(jì)處理規(guī)模遠(yuǎn)超過實(shí)際滲瀝液產(chǎn)生量。本文中采用MBR+NF+RO,搭配濃縮液處理,可有效解決該問題,且實(shí)現(xiàn)了滲瀝液的全量處理。原有滲瀝液處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模為400 m3/d,尚不能完全滿足處理需要,經(jīng)升級(jí)改造后,處理規(guī)??山档椭?00 m3/d,有效節(jié)省MBR系統(tǒng)占地面積和運(yùn)行成本。
(3)為減少濃縮液處理成本,使用DTRO對濃縮液進(jìn)行減量化處理,可有效減少運(yùn)行成本。本項(xiàng)目MVR處理單噸濃縮液的運(yùn)行成本約100元/m3,DTRO運(yùn)行成本約40元/m3,DTRO進(jìn)水117.7 m3/d,經(jīng)DTRO減量后約減少70.6 m3/d,即采用DTRO+MVR的方式運(yùn)行成本為80元/m3,相比單獨(dú)使用MVR每年節(jié)省費(fèi)用85.8萬元,運(yùn)行成本顯著降低,且MVR規(guī)??s減帶來的投資降低也能完全覆蓋DTRO的建設(shè)投資。
(4)采用MVR工藝,使廢水蒸發(fā)溫度要求降低,與傳統(tǒng)MVC相比,既節(jié)省了能耗,又減緩結(jié)垢問題。
按以上工藝設(shè)計(jì),滲瀝液處理階段各單元去除效果及出水情況見表5,濃縮液處理效果及出水情況見表6。
表5 滲瀝液處理各階段去除率及出水水質(zhì)
表6 濃縮液處理去除率及出水水質(zhì)
(1)本項(xiàng)目采用MBR+NF+RO+MVR工藝能夠?qū)崿F(xiàn)滲瀝液全量處理。經(jīng)升級(jí)改造后,解決了填埋場后期運(yùn)營中濃縮液回灌后立即流出、滲瀝液處理產(chǎn)水率低等問題,滲瀝液處理規(guī)模由原400 m3/d降低至300 m3/d,該工藝對這類項(xiàng)目具有指導(dǎo)意義。
(2)本項(xiàng)目出水水質(zhì)要求嚴(yán)格,其出水水質(zhì)可滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889—2008)中表2和廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染排放限值》(DB 44/26—2001)第二時(shí)段一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的較嚴(yán)值。
(3)濃縮液采用DTRO進(jìn)行減量,再進(jìn)入MVR處理,可有效降低運(yùn)行成本和建設(shè)投資,運(yùn)行成本每年節(jié)省費(fèi)用85.8萬元。