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0引言

隨著我國社會經濟的快速發展以及城市人口的增加,城市生活垃圾的產量也同步快速增加。城市垃圾的處理已經成為城市環境安全中的一個重要問題。當前,我國大部分地區仍然采用衛生填埋的方式處理垃圾。在垃圾的填埋與堆放過程中由于降水、地下水滲入以及垃圾本身所攜帶污染物等原因產生高濃度的有機廢水———垃圾滲濾液,嚴重危害了人們的身體健康[1-2]。《生活滲瀝液處理技術規范》(CJJ150-2010)于2011年確立了垃圾滲濾液的處理工藝路線,采用了預處理+生物處理+膜處理的組合路線[3]。MBR膜生物反應器與RO膜、NF膜的聯用工藝操作簡單、截留效率高、出水效果理想,是目前我國垃圾滲濾液的主流處理工藝[4]。但主流處理工藝會產生的15%~30%的膜濃縮。其成分十分復雜,其污染物濃度高,對土壤和地下水等危害極大,不能直接排放,特別是烴類有機物十分多[5-8]。據相關文獻,垃圾滲透液濃縮液內存在77種有機物,其中芳烴29種、烷烴與烯烴8種、酯類5種、酸類8種、醇與酚類6種、酮與醛類4種、酰胺類2種、其他種類5種[9-11],屬于典型的高濃度、有毒、難降解的有機廢水。針對山東某垃圾填埋場膜濃縮液,采用化學軟化+TUF+HPRO+低溫蒸發+RO和固化處理工藝,取得了良好的處理效果。本文著重介紹該廢水處理工藝的工程設計及調試運行中的重點問題,為同類項目提供參考。

1水質特點

山東某生活垃圾填埋場膜濃縮液庫存83000m3,膜濃縮液具有成分復雜、COD值高、含鹽量高,水質波動大等特點。設計處理規模為350m3/d,設計濃縮液處理后末端產水必須符合《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-2008)標準。膜濃縮液水質和排放標準如表1所示。

2膜濃縮液處理工藝

膜濃縮液處理工藝流程見圖1。(1)預處理單元。膜濃縮液懸浮物高,硬度高,進入深度處理單元前需進行預處理。預處理單元包含化學軟化一體裝置和TUF膜系統。化學軟化一體裝置長10m,寬2.8m,高2.9m。處理水量350m3/d。TUF膜系統處理水量350m3/d,設計運行壓力5~6bar,產水率90%,膜元件為管式耐堿中空纖維膜。(2)深度處理單元。深度處理單元包含HPRO膜系統和RO膜系統。HPRO膜系統處理水量530m3/d(350m3TUF產水,135m3蒸發產水,45m3RO濃水),設計運行壓力100~110bar,設計最大壓力120bar,產水率76%。RO膜系統處理水量350m3/d,設計運行壓力12~18bar,設計最大壓力20bar,產水率87%。(3)極濃廢水處理單元。極濃廢水處理單元包含低溫蒸發系統和固化系統。低溫蒸發系統設計處理水量150m3/d,設計運行負壓力20kPa,運行pH3~5,產水率86%,結晶產鹽率3%。固化系統設計處理水量35m3/d,固化物含水率小于<30%。

3工程運行與分析

3.1進水水質

該項目于2019年10月28開始安裝調試,2020年1月5號系統開始產水,現已運行近2年,系統部分進水水質如圖2所示。由圖2可知,膜濃縮液水質波動較大,COD在2500~4500mg/L,氨氮在1000~1700mg/L,電導率在50000~70000μS/cm。故處理工藝需具有抗沖擊負荷能力強的特點。

3.2預處理單元

預處理系統采用化學軟化+TUF工藝進行除硬。液堿投加量為1~3kg/m3,氫氧化鈣投加量為5~10kg/m3,碳酸鈉投加量為1~3kg/m3,運行pH控制在10.5~11,系統各污染物去除見圖3所示。當進水波動時,預處理系統出水也有所波動,但各污染物處理率相對穩定,COD去除率保持在20%,氨氮去除率保持在20%,電導率去除率保持在15%,總硬度去除率保持在50%。預處理系統受藥劑投加量影響較大,運行過程需對藥劑投加量及時記錄分析,確保系統穩定運行。

3.3深度理單元

深度處理單元采用120bar高壓反滲透和15bar低壓反滲透進行處理。120bar高壓反滲透產水率為70%,15bar低壓反滲透產水率為90%。系統各污染物去除如圖4所示。經高壓反滲透處理后,COD濃度低于40mg/L,氨氮濃度低于30mg/L,電導率小于800uScm/,經低壓反滲透處理后,COD濃度低于20mg/L,氨氮濃度低于8mg/L,電導率小于300uScm/,出水水質滿足《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-2008)。

3.4低溫蒸發系統

深度處理系統膜濃縮液進入低溫蒸發系統處理,低溫蒸發系統采用兩級低溫蒸發工藝,運行負壓力20kPa,運行溫度60~75℃,運行pH3~5。系統各污染物去除如圖5所示。經低溫蒸發系統處理后,COD濃度低于500mg/L,COD去除率大于90%,主要是一些低沸點的有機物和水蒸氣一起進入產水中;氨氮濃度低于100mg/L,前期運行pH在5左右,出水氨氮在80mg/L左右,后期運行pH在3左右,出水氨氮在20mg/L左右,氨氮大于去除率98%,當系統pH越低,生成的硫酸銨或者氯化銨越穩定,蒸發過程中生成的氨氣越小,故產生氨氮越低;電導率小于400uScm/,去除率大于99%。蒸發系統外排母液冷卻后可以產生結晶鹽,經高壓板框壓濾機脫水,每天可以可產生1~3t含水率小于30%的混鹽。此外,低溫蒸發系統1-2個月對換熱器進行機械清洗一次,較其他項目高溫堿性蒸發清洗周期延遲一倍,結垢頻率明顯降低。但由于系統是酸性蒸發,對設備管道材質要求較高。

3.5固化系統

蒸發母液冷卻結晶后的極濃廢水,屬于高COD、高氨氮、高鹽廢水、處理難度極大,最終采用固化處理實現全量化處理。圖6是固化前極濃廢水水質情況,表2是固化后固化物浸出性指標。極濃廢水COD可達20000~30000mg/L,氨氮可達10000~20000mg/L,電導率可達400000~600000uScm/,污染物濃度極高,處理難度極大,故采用固化工藝進行穩定化,無害化處理。表2是極濃廢液固化后固化物含水率和浸出性重金屬情況,固化物指標優于《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-2008)。此外,天氣對固化配方影響較大。在晴天,固液比可按照1∶1運行,固化時間10h左右。在陰冷天氣,固液比按照1.6∶1運行,上層不會出現水層,固化時間較快。按照固液比1∶1運行,上層會出現水層,固化時間需要2天。

4結論

(1)針對山東某垃圾填埋場膜濃縮液采用化學軟化+TUF+HPRO+低溫蒸發+RO和固化處理工藝,處理后水質滿足《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-2008)。固化后固化產物滿足《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB16889-2008)。(2)預處理系統可以降低50%的硬度,可以提高深度處理系統產水率,但藥劑投加量加大。(3)低溫蒸發系統產水較好,可以實現混鹽結晶,系統結垢情況較高溫堿性蒸發好,但對設備管道材質要求較高。(4)該工藝抗沖擊負荷能力強,處理效果好,運行穩定,對我國老齡垃圾填埋場庫存膜濃縮液處理具有借鑒意義。

作者:冷超群 李紅 王雪霞 胡文立 黃開明 高本修 單位:武漢天源環保股份有限公司