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0引言

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展以及城市人口的增加,城市生活垃圾的產(chǎn)量也同步快速增加。城市垃圾的處理已經(jīng)成為城市環(huán)境安全中的一個重要問題。當(dāng)前,我國大部分地區(qū)仍然采用衛(wèi)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(chǎn)生高濃度的有機廢水———垃圾滲濾液,嚴(yán)重危害了人們的身體健康[1-2]。《生活滲瀝液處理技術(shù)規(guī)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(yù)處理+生物處理+膜處理的組合路線[3]。MBR膜生物反應(yīng)器與RO膜、NF膜的聯(lián)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(chǎn)生的15%~30%的膜濃縮。其成分十分復(fù)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(jù)相關(guān)文獻,垃圾滲透液濃縮液內(nèi)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(xué)軟化+TUF+HPRO+低溫蒸發(fā)+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(shè)計及調(diào)試運行中的重點問題,為同類項目提供參考。

1水質(zhì)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(fù)雜、COD值高、含鹽量高,水質(zhì)波動大等特點。設(shè)計處理規(guī)模為350m3/d,設(shè)計濃縮液處理后末端產(chǎn)水必須符合《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)標(biāo)準(zhǔn)。膜濃縮液水質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)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(yù)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(yù)處理。預(yù)處理單元包含化學(xué)軟化一體裝置和TUF膜系統(tǒng)。化學(xué)軟化一體裝置長10m,寬2.8m,高2.9m。處理水量350m3/d。TUF膜系統(tǒng)處理水量350m3/d,設(shè)計運行壓力5~6bar,產(chǎn)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(tǒng)和RO膜系統(tǒng)。HPRO膜系統(tǒng)處理水量530m3/d(350m3TUF產(chǎn)水,135m3蒸發(fā)產(chǎn)水,45m3RO濃水),設(shè)計運行壓力100~110bar,設(shè)計最大壓力120bar,產(chǎn)水率76%。RO膜系統(tǒng)處理水量350m3/d,設(shè)計運行壓力12~18bar,設(shè)計最大壓力20bar,產(chǎn)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(fā)系統(tǒng)和固化系統(tǒng)。低溫蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計處理水量150m3/d,設(shè)計運行負(fù)壓力20kPa,運行pH3~5,產(chǎn)水率86%,結(jié)晶產(chǎn)鹽率3%。固化系統(tǒng)設(shè)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(zhì)

該項目于2019年10月28開始安裝調(diào)試,2020年1月5號系統(tǒng)開始產(chǎn)水,現(xiàn)已運行近2年,系統(tǒng)部分進水水質(zhì)如圖2所示。由圖2可知,膜濃縮液水質(zhì)波動較大,COD在2500~4500mg/L,氨氮在1000~1700mg/L,電導(dǎo)率在50000~70000μS/cm。故處理工藝需具有抗沖擊負(fù)荷能力強的特點。

3.2預(yù)處理單元

預(yù)處理系統(tǒng)采用化學(xué)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(tǒng)各污染物去除見圖3所示。當(dāng)進水波動時,預(yù)處理系統(tǒng)出水也有所波動,但各污染物處理率相對穩(wěn)定,COD去除率保持在20%,氨氮去除率保持在20%,電導(dǎo)率去除率保持在15%,總硬度去除率保持在50%。預(yù)處理系統(tǒng)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(tǒng)穩(wěn)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(chǎn)水率為70%,15bar低壓反滲透產(chǎn)水率為90%。系統(tǒng)各污染物去除如圖4所示。經(jīng)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(dǎo)率小于800uScm/,經(jīng)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(dǎo)率小于300uScm/,出水水質(zhì)滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)。

3.4低溫蒸發(fā)系統(tǒng)

深度處理系統(tǒng)膜濃縮液進入低溫蒸發(fā)系統(tǒng)處理,低溫蒸發(fā)系統(tǒng)采用兩級低溫蒸發(fā)工藝,運行負(fù)壓力20kPa,運行溫度60~75℃,運行pH3~5。系統(tǒng)各污染物去除如圖5所示。經(jīng)低溫蒸發(fā)系統(tǒng)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(chǎn)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(dāng)系統(tǒng)pH越低,生成的硫酸銨或者氯化銨越穩(wěn)定,蒸發(fā)過程中生成的氨氣越小,故產(chǎn)生氨氮越低;電導(dǎo)率小于400uScm/,去除率大于99%。蒸發(fā)系統(tǒng)外排母液冷卻后可以產(chǎn)生結(jié)晶鹽,經(jīng)高壓板框壓濾機脫水,每天可以可產(chǎn)生1~3t含水率小于30%的混鹽。此外,低溫蒸發(fā)系統(tǒng)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(fā)清洗周期延遲一倍,結(jié)垢頻率明顯降低。但由于系統(tǒng)是酸性蒸發(fā),對設(shè)備管道材質(zhì)要求較高。

3.5固化系統(tǒng)

蒸發(fā)母液冷卻結(jié)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(xiàn)全量化處理。圖6是固化前極濃廢水水質(zhì)情況,表2是固化后固化物浸出性指標(biāo)。極濃廢水COD可達20000~30000mg/L,氨氮可達10000~20000mg/L,電導(dǎo)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(wěn)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(biāo)優(yōu)于《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(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(xiàn)水層,固化時間較快。按照固液比1∶1運行,上層會出現(xiàn)水層,固化時間需要2天。

4結(jié)論

(1)針對山東某垃圾填埋場膜濃縮液采用化學(xué)軟化+TUF+HPRO+低溫蒸發(fā)+RO和固化處理工藝,處理后水質(zhì)滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)。固化后固化產(chǎn)物滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB16889-2008)。(2)預(yù)處理系統(tǒng)可以降低50%的硬度,可以提高深度處理系統(tǒng)產(chǎn)水率,但藥劑投加量加大。(3)低溫蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)水較好,可以實現(xiàn)混鹽結(jié)晶,系統(tǒng)結(jié)垢情況較高溫堿性蒸發(fā)好,但對設(shè)備管道材質(zhì)要求較高。(4)該工藝抗沖擊負(fù)荷能力強,處理效果好,運行穩(wěn)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(huán)保股份有限公司