楊耀達
(廣東省建筑設計研究院有限公司,廣東廣州 510000)
生活垃圾填埋場的滲瀝液有機污染物濃度較高,一直以來是廢水處理領域的難題之一。隨著填埋場運行年限增加,滲瀝液水質發(fā)生變化,且濃縮液回灌導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,實現(xiàn)滲瀝液全量處理。
本項目位于廣東省內某生活垃圾填埋場,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)工藝進行處理。項目實際運行中,隨著填埋場運行年限增加,濃縮液回灌導致難降解有機物和鹽分不斷積累,DTRO產水率逐年下降,目前僅為50%~60%。為此,建設單位對滲瀝液處理進行改造,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。
垃圾滲瀝液的水質情況會隨填埋場運行時長的增加而發(fā)生變化,主要的變化趨勢為C/N比失調、電導率增大,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范圍
該填埋場運行時間已有8年,按表1劃分屬于填埋中后期,且場內現(xiàn)有滲瀝液處理后的濃縮液一直以來均采用回灌的方式,滲瀝液進水水質實測數(shù)據(jù)見表2。
表2 2021年滲瀝液進水水質檢測數(shù)據(jù)
考慮到填埋場繼續(xù)運營,NH3-N指標將進一步升高,以及滲瀝液的水質波動,本項目設計進水水質相關指標如表3所示。根據(jù)項目環(huán)評批復,出水水質執(zhí)行《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB 16889—2008)和廣東省地方標準《水污染排放限值》(DB 44/26—2001)第二時段一級標準的較嚴值。排放標準中主要污染物指標要求詳見表3[2-3]。
表3 設計進水、出水水質
填埋場后期滲瀝液C/N比失調,按設計進水水質,BOD5/CODCr約為0.3,BOD5/NH3-N<1,污水的可生化性一般。結合填埋場后期滲瀝液的水質特點,參照國內外相似的垃圾滲瀝液處理工程的實踐,對本項目所處理的滲瀝液行之有效的處理技術路線主要有以下4類。
(1)預處理+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居多,其中DTRO工藝在滲瀝液處理領域的應用最為廣泛,具有占地面積小、抗沖擊能力強、開停機迅速等優(yōu)點。但濃縮液的不斷回灌,導致滲瀝液電導率上升明顯,以本項目為例,改造前滲瀝液處理系統(tǒng)進水電導率已高達25 000 μS/cm,系統(tǒng)產水率僅50%~60%,且隨著污染物累積產水率進一步下降。在考慮增加濃縮液全量處理的條件下,僅采用DTRO工藝,濃縮液產生量依然較大,濃縮液全量處理成本較高。
(2)預處理+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廢水中的處理中應用多年,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、運行管理簡單、開停機迅速的優(yōu)點,但由于電耗較大、蒸發(fā)器結垢嚴重、清洗頻繁等缺點,導致廢水處理成本逐年增加,且頻繁的停機清洗維護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,如膜生物反應器(MBR)+納濾(NF)+反滲透(RO)。該類工藝通過生化處理去除有機物及NH3-N,是有機廢水的主流處理工藝,具有運行成本低、去除效果好的優(yōu)點。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工藝的濃縮液產生量更少,整個系統(tǒng)的濃縮液產出可控制在25%左右[4]。結合該填埋場的實際情況,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起步較晚,高級氧化技術能有效增強廢水的可生化性,相比膜處理技術可解決濃縮液的處置問題,但相比生化處理+膜技術+濃縮液處理,該類工藝的流程復雜、占地面積大、出水穩(wěn)定性一般,且對運營管理水平要求更高。
工藝選擇上,優(yōu)先考慮出水達標的穩(wěn)定性,填埋場后期滲瀝液的主要污染物依然以有機物及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)填埋場運行數(shù)據(jù),濃縮液進水水質設計如表4所示。
表4 濃縮液進水設計水質
由于濃縮液含有大量難降解有機污染物、二價離子,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,采用膜技術無法全量化處理濃縮液。因此本項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 ℃時進行蒸發(fā),能有效避免結垢。MVR技術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行減量。為進一步降低成本,配置1套DTRO,用于濃縮液減量。
自調節(jié)池內的滲瀝液泵入均質池,再通過提升泵泵送至MBR系統(tǒng),經過生物硝化、反硝化等生化處理,可大量去除污水的有機污染物、NH3-N、金屬離子[5],生化處理后進入膜處理車間,通過NF、RO對污染物進一步去除,出水滿足排放標準。NF、RO濃縮液通過DTRO減量后進入MVR單元進行最終處理。具體的工藝流程見圖1。
圖1 工藝流程及水量平衡圖
一級反硝化池停留時間52 h;一級硝化池停留時間91 h;二級反硝化池停留時間29 h;二級硝化池停留時間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)均質池。滲瀝液水質具有一定的波動性,均質池主要用于均衡水質。均質池設計尺寸為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。均質池內主要配置設備:均質池提升泵,Q=10 m3/h,H=25 m,1臺;精密過濾器,過濾流量為0~20 m3/h,過濾精度為600 ~ 800 μm。
(2)一級反硝化池、二級反硝化池。一級反硝化池設計尺寸為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],設計溫度25 ℃下反硝化速率為0.073 kgTN/(kgMLVSS·d),設計反硝化率為92%(TN為總氮,MLVSS為混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度,下同)。二級反硝化池設計尺寸為10.0 m×6.5 m×8.0 m,有效水深6.5 m,有效容積422 m3,設計反硝化率82%。
(3)一級硝化池、二級硝化池。一級硝化池設計尺寸為18.0 m×10.5 m×8.0 m,有效水深7.0 m,有效容積1 323 m3;設計溫度25 ℃,設計污泥濃度15 kg/m3,設計污泥產率系數(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)。二級硝化池設計尺寸為10.0 m×7.0 m×8.0 m,有效水深6.5 m,有效容積455 m3;設計溫度為25 ℃,設計污泥濃度為15 kg/m3,設計污泥產率系數(shù)為0.2 kg MLSS/kgCOD。
(4)UF單元。UF設置在膜處理車間,主要配置設備:UF集成設備,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。
(5)NF單元。NF設置在膜處理車間,主要配置設備:NF集成設備,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,產水率為80%,1臺;NF單元設有在線清洗系統(tǒng),用于對NF進行沖洗和化學清洗。
(6)RO單元。RO設置在膜處理車間,主要配置設備:RO集成設備,Q=12.5 m3/h;膜元件18支;膜通量為12 LMH,過濾面積為666 m2,產水率為75%,1臺;RO單元設有在線清洗系統(tǒng),用于對RO進行沖洗和化學清洗。
(7)DTRO單元。DTRO設置在膜處理車間,主要配置設備:進水濃縮液儲罐,φ2 500 mm×3 100 mm,15 m3,1個;DTRO進水泵,Q=10 m3/h,H=30 m,2臺(一用一備);DTRO集成設備,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,產水率為60%,1臺;DTRO濃縮液泵,Q=5 m3/h,H=20 m,2臺(一用一備)。
(8)濃縮液處理單元。經DTRO減量后的濃縮液泵至室外的濃縮液池,濃縮液池設計尺寸為8.0 m×5.0 m×4.0 m,有效水深3.2 m,有效容積128 m3。濃縮液處理單元設置在單獨的濃縮液處理車間內,主要配置設備:預換熱器,冷側流量為2.5 m3/h,介質為后端蒸發(fā)廢氣,1臺;主換熱器,冷側流量1 400 m3/h,介質為鍋爐蒸汽,換熱面積400 m2,1臺;蒸發(fā)罐,φ1 400 mm×10 000 mm,1臺;蒸汽壓縮機,流量為1.6 t/h,1臺;脫氣罐,有效容積為2 000 L,1臺;冷凝水換熱器,80 ℃至35 ℃,1臺;電鍋爐,鍋爐出力為300 kg/h,1臺;冷卻塔,30 m3/h,37 ℃至32 ℃,1臺;干化螯合裝置,處理量1 t/h,1套。
(9)污泥脫水系統(tǒng)。本項目產生的剩余污泥量41.7 m3/d,設計采用板框脫水機對剩余污泥進行脫水處理,脫水上清液回入調節(jié)池,脫水產生的干污泥填埋處置。污泥濃縮池設計尺寸均為3.0 m×5.0 m×4.0 m。污泥脫水系統(tǒng)主要配置設備:壓濾機,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。
(1)本項目處理填埋場后期滲瀝液,結合實際的進水水質合理設計工藝路線及參數(shù),滲瀝液中NH3-N含量高而有機碳不足,補充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)定達標。
(2)填埋場內由于濃縮液回灌,難降解有機物和鹽分積累,單純使用膜技術產水率過低,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),造成滲瀝液的設計處理規(guī)模遠超過實際滲瀝液產生量。本文中采用MBR+NF+RO,搭配濃縮液處理,可有效解決該問題,且實現(xiàn)了滲瀝液的全量處理。原有滲瀝液處理系統(tǒng)設計規(guī)模為400 m3/d,尚不能完全滿足處理需要,經升級改造后,處理規(guī)??山档椭?00 m3/d,有效節(jié)省MBR系統(tǒng)占地面積和運行成本。
(3)為減少濃縮液處理成本,使用DTRO對濃縮液進行減量化處理,可有效減少運行成本。本項目MVR處理單噸濃縮液的運行成本約100元/m3,DTRO運行成本約40元/m3,DTRO進水117.7 m3/d,經DTRO減量后約減少70.6 m3/d,即采用DTRO+MVR的方式運行成本為80元/m3,相比單獨使用MVR每年節(jié)省費用85.8萬元,運行成本顯著降低,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,又減緩結垢問題。
按以上工藝設計,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
表6 濃縮液處理去除率及出水水質
(1)本項目采用MBR+NF+RO+MVR工藝能夠實現(xiàn)滲瀝液全量處理。經升級改造后,解決了填埋場后期運營中濃縮液回灌后立即流出、滲瀝液處理產水率低等問題,滲瀝液處理規(guī)模由原400 m3/d降低至300 m3/d,該工藝對這類項目具有指導意義。
(2)本項目出水水質要求嚴格,其出水水質可滿足《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB 16889—2008)中表2和廣東省地方標準《水污染排放限值》(DB 44/26—2001)第二時段一級標準的較嚴值。
(3)濃縮液采用DTRO進行減量,再進入MVR處理,可有效降低運行成本和建設投資,運行成本每年節(jié)省費用85.8萬元。