老齡化垃圾填埋場滲濾液全量化處理工程實例
時間：2023-09-19 來源：《CE碳科技》
老齡化填埋場存在滲濾液氨氮濃度高、可生化性差、C/N比失調(diào)等問題，本文以某老齡化垃圾填埋場滲濾液和垃圾焚燒廠滲濾液協(xié)同處理工程為例，詳述兩種滲濾液全量化處理系統(tǒng)。
文中填埋場滲濾液設(shè)計規(guī)模1500m3/d，焚燒廠滲濾液設(shè)計規(guī)模500m3/d，采用“厭氧系統(tǒng)+兩級A/O+外置式超濾+納濾+反滲透”處理工藝，納濾濃縮液采用“物料膜減量化+臭氧氧化”處理工藝，反滲透濃縮液采用“DTRO減量化+浸沒燃燒蒸發(fā)”處理工藝。工程投資一類費3.6億元，運行成本101.20元/m3。項目建成運行至今，出水穩(wěn)定達到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008）表2標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié)果表明，通過兩種滲濾液的協(xié)同處理，可減少碳源投加量，節(jié)省運行成本，同時實現(xiàn)滲濾液全量化處理，濃縮液不外排。
作者簡介
丁西明：現(xiàn)就職于中城環(huán)境天津分公司，高級工程師，注冊公用設(shè)備工程師（給水排水），注冊環(huán)保工程師，主要從事市政污水處理廠和垃圾滲濾液等高濃度廢水處理的設(shè)計與研究工作。
垃圾填埋場滲濾液主要來源于垃圾自身含水和大氣降雨降雪等，其污染物濃度高，污染成分復(fù)雜，處理難度大。隨著填埋場場齡的增加，滲濾液有機物含量逐年下降，氨氮濃度逐年上升。10年以上的老齡化填埋場滲濾液水質(zhì)特點是氨氮濃度高（很多地區(qū)高達3000mg/L以上）、可生化性差、C/N比失調(diào)。
國內(nèi)滲濾液處理主流脫氮工藝采用兩級A/O+MBR，通過投加碳源等措施實現(xiàn)高效脫氮，確保出水達標(biāo)，如成都市垃圾滲濾液處理廠處理規(guī)模為1300m3/d，碳源投加量最高達到9～10t/d。碳源投加成為影響老齡化填埋場滲濾液處理運行成本的主要因素。為有效減少碳源投加量，可充分利用老齡化填埋場滲濾液和新鮮的垃圾焚燒廠滲濾液水質(zhì)的共性和個性，通過兩種滲濾液協(xié)同處理，減少滲濾液處理運行成本。
老齡化填埋場和垃圾焚燒廠兩種滲濾液進行全量化協(xié)同處理，其經(jīng)驗可為同類項目的設(shè)計和建設(shè)提供借鑒與參考。
設(shè)計進、出水水質(zhì)
本項目滲濾液中一部分為1500m3/d垃圾衛(wèi)生填埋場滲濾液，另一部分為500m3/d垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液。設(shè)計出水水質(zhì)執(zhí)行《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008）表2標(biāo)準(zhǔn)，處理達標(biāo)后外排市政污水管網(wǎng)。設(shè)計水質(zhì)見表1。
滲濾液處理工藝的確定
01 工藝選擇的重點和難點
結(jié)合項目進出水水質(zhì)要求，工藝選擇的重點和難點分析如下：
1. 滲濾液水質(zhì)水量波動比較大，要求選擇的工藝必須具有很強的抗沖擊負荷能力；
2. 老齡化填埋場滲濾液氨氮濃度有逐年升高趨勢，而出水執(zhí)行《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008）表2標(biāo)準(zhǔn)，對出水氨氮和總氮的排放要求極為嚴(yán)格，要求選擇的工藝必須具備高效脫氮能力，對氨氮的去除率須達到99%以上；
3. 深度處理采用膜法，產(chǎn)生的濃縮液必須妥善處理，隨著各地環(huán)保政策越來越嚴(yán)，濃縮液不允許外運和回灌填埋場。
02 工藝流程
通過進出水水質(zhì)分析，并借鑒國內(nèi)其他類似項目成功運行案例，本項目滲濾液主體工藝采用“厭氧系統(tǒng)+兩級A/O+超濾+納濾+反滲透”工藝，納濾濃縮液采用“物料膜減量化+臭氧氧化”工藝，反滲透濃縮液采用“DTRO減量化+浸沒燃燒蒸發(fā)”工藝，工藝流程如圖1所示。
垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液首先經(jīng)過沉淀預(yù)處理，然后進入調(diào)節(jié)池均質(zhì)均量，調(diào)節(jié)池出水一部分進入?yún)捬醴磻?yīng)器系統(tǒng)，去除高濃度的有機物，一部分超越厭氧系統(tǒng)，進入混合池與填埋場滲濾液充分混合，調(diào)配滲濾液C/N比。厭氧反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過脫水脫硫預(yù)處理后供給后端浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)�；旌铣爻鏊M入后續(xù)MBR生化處理系統(tǒng)。
MBR生化系統(tǒng)由一級反硝化、一級硝化、二級反硝化、二級硝化系統(tǒng)和外置式超濾組成，其主要功能是在硝化池內(nèi)降解污水中的大部分有機污染物，并實現(xiàn)高效脫氮，超濾出水NH3-N在10mg/L以下，COD在600～800mg/L之間。
超濾出水依次進入納濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)，去除難降解有機物和總氮，確保處理出水穩(wěn)定達標(biāo)。納濾濃縮液經(jīng)過物料膜減量化處理，產(chǎn)生的清液和納濾產(chǎn)水一起進入反滲透系統(tǒng)，產(chǎn)生的濃液首先經(jīng)過兩級混凝沉淀預(yù)處理，去除鈣鎂等二價鹽后進入臭氧氧化系統(tǒng)。臭氧氧化系統(tǒng)由一級臭氧氧化、一級生物活性炭、二級臭氧氧化、二級生物活性炭、三級臭氧氧化、三級生物活性炭組成，主要去除難降解有機物，處理出水和系統(tǒng)產(chǎn)水混合排放。反滲透濃縮液首先經(jīng)過DTRO減量化，然后進入浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)，蒸發(fā)產(chǎn)生的鹽泥經(jīng)脫水后單獨封裝外運處置，產(chǎn)生的蒸汽冷凝液再經(jīng)過反滲透處理后達標(biāo)外排，產(chǎn)生的不凝氣經(jīng)過化學(xué)噴淋處理系統(tǒng)后達標(biāo)排放。
前端生化系統(tǒng)的剩余污泥進入離心脫水機，納濾濃縮液系統(tǒng)產(chǎn)生的化學(xué)污泥進入板框脫水機，脫水后的污泥含水率達到80%以下，然后外運至垃圾焚燒發(fā)電廠，干化后焚燒處理。
03 工藝優(yōu)勢分析
1. 整個處理系統(tǒng)在確保出水穩(wěn)定達標(biāo)的同時，實現(xiàn)了滲濾液的全量化處理，濃縮液不外排。
2. 通過老齡化填埋場滲濾液和垃圾焚燒廠滲濾液協(xié)同處理，可以減少MBR生化系統(tǒng)脫氮所需的碳源投加量，減少運行成本。
3. 兩級A/O+超濾+納濾+反滲透是國內(nèi)滲濾液處理領(lǐng)域主流工藝，成功運行案例有上海老港、沈陽老虎沖、福州紅廟嶺等大型滲濾液處理工程，有很多成功運行管理經(jīng)驗可供借鑒。
4. 納濾濃縮液和反滲透濃縮液水質(zhì)差異比較大，分開收集，分開處理，確保各自的濃縮液處理系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
5. 反滲透濃縮液經(jīng)DTRO減量化后采用浸沒燃燒蒸發(fā)工藝處理，該工藝屬于無固定傳熱界面的蒸發(fā)工藝，相比傳統(tǒng)蒸發(fā)工藝，結(jié)垢率低。
主體工藝設(shè)計
01 調(diào)節(jié)均衡池
調(diào)節(jié)均衡池主要由調(diào)節(jié)池、沉淀池和混合池組成。調(diào)節(jié)池主要用于垃圾焚燒廠滲濾液均質(zhì)均量，停留時間8.2d，有效容積4080m3。調(diào)節(jié)池和混合池前端均設(shè)置沉淀池，分別用于焚燒廠滲濾液沉淀預(yù)處理和經(jīng)過厭氧處理后焚燒廠滲濾液沉淀處理，沉淀池表面水力負荷0.42m3/（m2·h）�；旌铣刂饕糜谔盥駡鰸B濾液、經(jīng)厭氧處理后的垃圾焚燒廠滲濾液以及部分焚燒廠滲濾液原液混合均質(zhì)，調(diào)配C/N比，便于后續(xù)生化處理，停留時間2d，有效容積4000m3。
主要設(shè)備：厭氧進水泵2臺（1用1備），Q=30m3/h，H=250kPa，N=7.5kW；生化進水泵2臺（1用1備），Q=30m3/h，H=250kPa，N=7.5kW；沉淀池排泥泵2臺（1用1備），Q=10m3/h，H=150kPa，N=3kW。
02 厭氧系統(tǒng)
垃圾焚燒廠滲濾液COD高達60000mg/L，通過厭氧反應(yīng)器去除高濃度有機物。厭氧反應(yīng)器采用中溫厭氧，溫度控制在35℃左右，容積負荷6.0kgCOD/（m3·d），COD設(shè)計去除率75%。設(shè)置2臺厭氧罐，每臺有效容積1625m3，采用鋼制設(shè)備，厭氧系統(tǒng)產(chǎn)生的沼氣經(jīng)過脫水脫硫預(yù)處理后供給后續(xù)浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)。
主要設(shè)備：鋼制厭氧罐2臺，Ø14m×15m；厭氧循環(huán)泵4臺（2用2備），Q=150m3/h，H=180kPa，N=11.0kW。
03 MBR生化系統(tǒng)
兩級A/O生化池分為兩組，每組兩個系列，每個系列一級A池有效容積2304m3，一級O池有效容積4096m3，二級A池有效容積436m3，二級O池有效容積436m3。滲濾液中的大部分有機物在生化池內(nèi)均能得到降解，同時一級硝化池至一級反硝化池設(shè)置混合液回流泵，將大部分硝酸鹽氮回流至一級反硝化池，在缺氧環(huán)境中還原成氮氣排出，生化系統(tǒng)對氨氮的去除率達到99%以上。
生化系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)：設(shè)計水溫25℃，污泥濃度14.0g/L，硝化池容積負荷1.91kgCOD/（m3·d），好氧泥齡25d，20℃時脫氮速率0.04kgNO3--N/（kgMLSS·d），污泥總產(chǎn)率系數(shù)0.25kgVSS/kgCOD，內(nèi)回流比25，供氣量720m3/min，剩余污泥量640m3/d。本項目采用管式超濾膜，其過濾孔徑為0.03μm，膜材質(zhì)為PVDF，設(shè)計膜通量為65L/（h·m2），處理水量考慮1.2的系數(shù)，計算膜總面積1538m2。
主要設(shè)備：一級硝化射流曝氣器32臺，18路；一級硝化射流泵16臺，Q=630m3/h，H=130kPa，N=37kW；硝酸鹽回流泵8臺，Q=375m3/h，H=130kPa，N=22kW；二級硝化射流曝氣器4臺，8路；二級硝化射流泵4臺，Q=180m3/h，H=130kPa，N=11kW；冷卻污泥輸送泵4臺，Q=600m3/h，H=150kPa，N=37kW；冷卻水輸送泵4臺，Q=600m3/h，H=150kPa，N=37kW；冷卻塔4臺，Q=600m3/h，N=18.5kW，配套板式換熱器4臺；超濾進水泵6臺（4用2備），Q=300m3/h，H=250kPa，N=30kW；鼓風(fēng)機6臺（4用2備），Q=10800m3/h，H=80kPa，N=300kW；超濾雙環(huán)路集成設(shè)備8套，每套2個環(huán)路，每個環(huán)路5支膜，N=110kW；超濾清洗設(shè)備2套。
04 NF+RO深度處理系統(tǒng)
本項目深度處理系統(tǒng)采用NF+RO組合工藝，主要去除滲濾液中的難降解有機物和部分總氮，確保系統(tǒng)出水穩(wěn)定達標(biāo)。為了減少膜通量衰減對產(chǎn)水量的影響，處理水量考慮1.2的變化系數(shù)，納濾系統(tǒng)設(shè)計膜通量15L/（h·m2），清液得率85%，計算膜總面積5667m2；反滲透系統(tǒng)設(shè)計膜通量12L/（h·m2），清液得率75%，計算膜總面積6250m2。
主要設(shè)備：納濾集成設(shè)備6套，Q=400m3/d，N=32.5kW；反滲透集成設(shè)備6套，Q=400m3/d，N=60kW。
05 納濾濃縮液處理系統(tǒng)
本項目納濾濃縮液產(chǎn)量300m3/d，采用“物料膜減量化+混凝沉淀預(yù)處理+臭氧氧化”組合處理工藝，經(jīng)過物料膜減量化后濃縮液量為75m3/d。
臭氧氧化系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)：臭氧投加量40kg/h，AOP1∶AOP2∶AOP3臭氧投加量按3∶3∶4比例投加，AOP反應(yīng)塔水力停留時間6h，BAC1反應(yīng)塔水力停留時間30h，BAC2和BAC3水力停留時間15h。
主要設(shè)備：物料膜減量化系統(tǒng)2套，Q=200m3/d，N=49.5kW；臭氧AOP反應(yīng)器3套，Ø2400mm×7000mm，一、二、三級臭氧AOP反應(yīng)器各1套；生物活性炭反應(yīng)器4套，Ø3000mm×7000mm，其中一級生物活性炭反應(yīng)器2套，二、三級生物活性炭反應(yīng)器各1套；臭氧發(fā)生器2套，Q=20kg/h，N=200kW；尾氣分解系統(tǒng)1套，N=18kW；液氧貯槽1套，雙壁真空保溫，20m3，1.6MPa。
06 反滲透濃縮液處理系統(tǒng)
本項目反滲透濃縮液產(chǎn)量500m3/d，設(shè)計規(guī)模按照520m3/d考慮，浸沒燃燒蒸發(fā)設(shè)計規(guī)模260m3/d。采用“DTRO減量化+浸沒燃燒蒸發(fā)”組合處理工藝。
浸沒燃燒蒸發(fā)設(shè)計參數(shù)：進水TDS為30～40g/L，殘渣量13t/d，含固率不低于40%，蒸汽冷凝液量221m3/d，不凝氣水汽量26m3/d。
主要設(shè)備：DTRO系統(tǒng)2套，Q=260m3/d，N=67kW；浸沒燃燒蒸發(fā)系統(tǒng)1套，Q=260m3/d；反滲透集成設(shè)備1套，Q=15m3/h，N=29kW。
07 污泥處理系統(tǒng)
本項目污泥一部分為來自厭氧和兩級A/O系統(tǒng)的生化污泥，另一部分為來自納濾濃縮液處理系統(tǒng)的化學(xué)污泥，由于兩種污泥性質(zhì)不同，故分開收集，分開處理。生化污泥采用離心脫水機脫水，化學(xué)污泥采用板框壓濾機脫水，產(chǎn)生的上清液分別回流至前端混合池和濃縮液預(yù)處理系統(tǒng)，脫水后污泥含水率達到80%以下，然后外運至成都萬興環(huán)保發(fā)電廠（二期），干化后焚燒處理。
主要設(shè)備：離心脫水機3臺（2用1備），Q=40～50m3/h，N=（110+22）kW；板框脫水機1臺，Q=10m3/h，N=24kW；高分子絮凝劑投配裝置2套，Q=10m3，N=6.8kW。實際運行效果本項目建成運行至今，實際出水水質(zhì)穩(wěn)定達到設(shè)計要求。2021年2月—11月日均處理滲濾液量達到滿負荷，各工藝段污染物去除效果見表2。
主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)
本項目滲濾液設(shè)計規(guī)模2000m3/d，其中垃圾填埋場滲濾液1500m3/d，垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液500m3/d。項目占地面積約3.73hm2，工程概算總投資4.14億元，其中一類費3.6億元。滲濾液處理運行成本101.20元/m3，其中人工費4.63元/m3、水費0.09元/m3、電費39.15元/m3、天然氣費27.70元/m3、蒸汽費2.40元/m3、藥劑費27.23元/m3。
運行管理要點
1. 水量調(diào)配。填埋場滲濾液原水實際監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，水質(zhì)波動比較大，無明顯規(guī)律可循，這和填埋場日常填埋作業(yè)以及降水等因素有關(guān)。在日常運行管理中，應(yīng)加強水質(zhì)監(jiān)測，通過水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，適時調(diào)配焚燒廠滲濾液超越厭氧系統(tǒng)直接進入MBR生化系統(tǒng)的水量，確保出水穩(wěn)定達標(biāo)。
2. 碳源投加。本項目通過填埋場滲濾液和焚燒廠滲濾液協(xié)同處理，減少碳源投加量，降低運行成本，但是新鮮的焚燒廠滲濾液盡量投加在一級反硝化池前，不宜投加在二級反硝化池中，主要是由于焚燒廠滲濾液中除含有高濃度有機物外，還攜帶高濃度的氨氮，而二級硝化反硝化系統(tǒng)未設(shè)置內(nèi)回流系統(tǒng)，容易造成出水總氮超標(biāo)，因此建議日常運行中在二級反硝化池投加葡萄糖或乙酸鈉等不含“氮”的碳源。
3. 膜系統(tǒng)運行。根據(jù)國內(nèi)其他類似工程運行經(jīng)驗，納濾系統(tǒng)出水能達到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008）表2標(biāo)準(zhǔn)要求，但是有時進水水質(zhì)惡劣，波動比較大，導(dǎo)致MBR生化系統(tǒng)出水水質(zhì)較差，納濾系統(tǒng)出水可能會超標(biāo)，因此，在實際運行時，要根據(jù)納濾系統(tǒng)出水水質(zhì)，適時調(diào)整反滲透系統(tǒng)開啟套數(shù)，減少反滲透濃縮液產(chǎn)生量，從而節(jié)省運行成本。
4. 濃縮液處理。膜法產(chǎn)生的濃縮液是滲濾液處理領(lǐng)域的重點和難點。納濾濃縮液主要含有大分子有機物和二價鹽，處理難度相對較小，反滲透濃縮液主要含有一價鹽，目前國內(nèi)大都采用蒸發(fā)處理工藝。本項目采用浸沒燃燒蒸發(fā)工藝，相比常規(guī)蒸發(fā)工藝，結(jié)垢率低，運行穩(wěn)定，但是存在投資和運行成本高等問題。后期運行應(yīng)重點關(guān)注如何減少項目運行成本。此外，蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的不凝氣和殘渣應(yīng)嚴(yán)格按照項目環(huán)評要求妥善處理和處置。
結(jié) 論
1. 本項目滲濾液設(shè)計規(guī)模2000m3/d，其中垃圾填埋場滲濾液1500m3/d，垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液500m3/d，采用“厭氧系統(tǒng)+兩級A/O+外置式超濾+納濾+反滲透”處理工藝，納濾濃縮液采用“物料膜減量化+臭氧氧化”處理工藝，反滲透濃縮液采用“DTRO減量化+浸沒燃燒蒸發(fā)”處理工藝，濃縮液不外排，實現(xiàn)了滲濾液的全量化處理。
2. 本項目概算總投資4.14億元，其中一類費3.6億元，運行成本101.20元/m3，項目建成運行至今，處理出水水質(zhì)穩(wěn)定達到設(shè)計要求。
本文首發(fā)于《中國給水排水》，更新后刊登于《CE碳科技》。
