高氨氮滲濾液零排放處理技術(shù)研究

全康環(huán)保:摘 要：文章采用 UASB 厭氧 + 電催化氧化 + 碟式反滲透（DTRO）+MVR 蒸發(fā)組合工藝，對高氨氮滲濾液廢水進(jìn)行零排放處理。首先采用 UASB 氧去除滲濾液中的易降解有機(jī)物，滲濾液 COD 去除率達(dá)到 70%；再利用電催化氧化去除氨氮，降低廢水含鹽量；最后采用 DTRO 對滲濾液進(jìn)行度處理，膜濾清液水質(zhì)滿足回用標(biāo)準(zhǔn)。膜濾濃縮液采用 MVR 蒸發(fā)干燥技術(shù)轉(zhuǎn)化為鹽泥填埋。該工藝設(shè)計(jì)合理，各工藝段對特征污染物的去除率較高，具有操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、無濃縮液回灌等優(yōu)點(diǎn)。

0 引言

根據(jù)生活垃圾的處理方式，可將垃圾滲濾液分為焚燒廠滲濾液和填埋場滲濾液。其中，焚燒廠滲濾液具有有機(jī)物濃度高、可生化性較好、氨氮濃度低等特點(diǎn)，主要采用厭氧 +兩級(jí)硝化反硝化脫氮 + 超濾 + 納濾 + 反滲透工藝進(jìn)行處理。

反滲透清液回用于生產(chǎn)，而納濾及反滲透濃縮液經(jīng)卷式超濾物料膜及碟式反滲透高壓膜減量后，用于石灰制漿及飛灰固化，以實(shí)現(xiàn)焚燒廠滲濾液的零排放處置。而填埋場滲濾液具有有機(jī)物濃度較高、可生化性較差、氨氮濃度高等特點(diǎn)，主要采用兩級(jí)硝化反硝化脫氮 + 超濾 + 納濾 / 反滲透工藝進(jìn)行處理，納濾清液達(dá)標(biāo)排放。如生化系統(tǒng)出現(xiàn)故障，出水不能達(dá)標(biāo)，則采用反滲透對納濾清液進(jìn)行應(yīng)急處置，反滲透清液達(dá)標(biāo)排放。而納濾及反滲透濃縮液通常回灌填埋區(qū)，鹽分及難降解有機(jī)物逐漸累積。

垃圾填埋場建設(shè)時(shí)間超過 5 年，則垃圾滲濾液開始“老齡化”，有機(jī)物厭氧產(chǎn)甲烷導(dǎo)致滲濾液 COD 濃度降低，氨氮及總氮濃度升高，碳氮比嚴(yán)重失調(diào)。南方地區(qū)部分填埋場滲濾液的氨氮濃度甚至超過 5000mg/L，生化段污泥活性受到抑制，嚴(yán)重影響脫氮效率。而膜濾濃縮液回灌進(jìn)一步導(dǎo)致進(jìn)水鹽分升高，滲濾液系統(tǒng)處理能力顯著下降，出水不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

針對高氨氮滲濾液處理難題，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用 UASB 厭氧+ 電催化氧化 + 碟式反滲透（DTRO）+MVR 蒸發(fā)組合工藝，對高氨氮滲濾液進(jìn)行零排放處理。各工藝段對特征污染物去除率較高，采用電催化氧化脫氮替代傳統(tǒng)的硝化 /反硝化生物脫氮，該組合工藝具有操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、無濃縮液回灌等優(yōu)點(diǎn)。

1 工程概況

南方地區(qū)某垃圾填埋場建設(shè)時(shí)間超過 5 年，配套有垃圾滲濾液處理一期工程，其工藝流程：預(yù)處理 + 兩級(jí)硝化 / 反硝化 + 超濾 + 納濾 + 反滲透。項(xiàng)目設(shè)計(jì)處理水量 1540t/d，進(jìn)南方地區(qū)某垃圾填埋場建設(shè)時(shí)間超過 5 年，配套有垃圾滲濾液處理一期工程，其工藝流程：預(yù)處理 + 兩級(jí)硝化 / 反硝化 + 超濾 + 納濾 + 反滲透。項(xiàng)目設(shè)計(jì)處理水量 1540t/d，進(jìn)水 COD 濃度 20000mg/L、氨氮濃度 3000mg/L，由于南方氣候溫?zé)?，填埋場滲濾液老齡化加劇。項(xiàng)目運(yùn)營至今氨氮濃度不斷上升，最高濃度達(dá)到 5300mg/L。生化系統(tǒng)由于嚴(yán)重超負(fù)荷而被迫降低處理量，以降低處理量和提高運(yùn)行費(fèi)用為代價(jià)，可提高系統(tǒng)對污染物的去除率，使系統(tǒng)的出水仍可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

該項(xiàng)目以該項(xiàng)目高氨氮滲濾液為處理對象，研究滲濾液零排放處理工藝設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理量 240t/d。

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)如表 1 所示，出水如排放需滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889-2008），出水如回用則需滿足《城市污水再生利用：工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T 19923-2005）。

2 廢水處理工藝流程

該項(xiàng)目滲濾液廢水處理難點(diǎn)在于氨氮濃度高、可生化性較差、生物脫氮效率低下、出水氨氮及總氮難以滿足排放要求。

設(shè)計(jì)采用電催化氧化法進(jìn)行脫氮，該過程包括氨氮氧化及硝氮反硝化。氨氮在電催化陽極被直接氧化為 NO₃^-、NO₂^-及 N₂，或者被電催化所產(chǎn)生的氯自由基及羥基自由基選擇性氧化：

氨氮氧化產(chǎn)生的 NO₃^-、NO₂^-進(jìn)一步在電催化陰極被還原為N₂。通過電催化小試實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)滲濾液原水 COD 濃度較高時(shí)，電解過程中極板易發(fā)生有機(jī)物粘附，氧化效率逐漸下降。故考慮采用厭氧工藝去除滲濾液中易降解有機(jī)物，提高電催化效率。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)處理工藝流程如圖 1 所示。

垃圾滲濾液原水采用水力篩格柵機(jī)進(jìn)行除渣后進(jìn)入調(diào)節(jié)池內(nèi)，調(diào)節(jié)池出水經(jīng)厭氧進(jìn)水泵提升，并經(jīng)過袋式過濾器過濾掉大顆粒懸浮物后，進(jìn)入?yún)捬跆幚韱卧捬醪捎?UASB 厭氧反應(yīng)器，易生物降解有機(jī)物在反應(yīng)器內(nèi)水解、酸化、轉(zhuǎn)化為甲烷，有機(jī)物濃度大幅下降。厭氧出水含有部分厭氧污泥，經(jīng)沉淀后進(jìn)入電催化氧化系統(tǒng)進(jìn)行脫氮。而后氨氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，碳酸鹽轉(zhuǎn)化為二氧化碳，滲濾液的氨氮濃度、堿度及含鹽量均降低。由于氨氮對厭氧菌有毒害作用，將電催化低氨出水及蒸發(fā)冷凝液回流至厭氧系統(tǒng)，與滲濾液原水混合，確保厭氧進(jìn)水氨氮濃度＜ 2000mg/L。

電催化氧化出水鹽分較低，進(jìn)入 DTRO 高壓膜深度處理系統(tǒng)。傳統(tǒng)工藝采用 DTRO 直接處理滲濾液原液，高鹽分影響產(chǎn)水率，高有機(jī)濃度造成膜污染嚴(yán)重。該項(xiàng)目利用厭氧及電催化氧化作為 DTRO 的預(yù)處理工藝，膜系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性較好，產(chǎn)水率高。DTRO 膜濾濃縮液經(jīng)化學(xué)軟化降低硬度后，利用 MVR蒸發(fā)濃縮及干燥進(jìn)行處置，蒸發(fā)系統(tǒng)脫鹽率超過 99%，而難降解有機(jī)物與無機(jī)鹽被轉(zhuǎn)化為鹽泥進(jìn)行填埋。蒸發(fā)清液中低沸點(diǎn)有機(jī)物濃度較高，但氨氮濃度很低，將其回流至厭氧系統(tǒng)進(jìn)一步處理。

該項(xiàng)目構(gòu)建垃圾滲濾液零排放系統(tǒng)，總產(chǎn)水率超過 98%，無任何濃縮液需要回灌或者外運(yùn)，出水水質(zhì)達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889-2008） 標(biāo)準(zhǔn)和《城市污水再生利用：工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T 19923-2005）中工藝與生產(chǎn)用水標(biāo)準(zhǔn)。

3 主要構(gòu)筑物與設(shè)備

3.1 廢水收集池與預(yù)處理設(shè)備

調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)總池容 1000m3，停留時(shí)間 4.2h。在調(diào)節(jié)池內(nèi)分格出事故出水池，事故池池容 500m3。調(diào)節(jié)池考慮三路進(jìn)水，分別為垃圾滲濾液原液、生活污水及初期雨水。在進(jìn)入調(diào)節(jié)池系統(tǒng)前，針對三種水的水質(zhì)特性，考慮不同的預(yù)處理方式。對垃圾滲濾液原液采用水力篩的預(yù)處理方式，對生活污水及初期雨水采用格柵的預(yù)處理方式。

調(diào)節(jié)池沉淀區(qū)設(shè)置調(diào)節(jié)池排泥泵。對調(diào)節(jié)池的沉淀物進(jìn)行排泥，污泥輸送至污泥池，與厭氧系統(tǒng)污泥混合后進(jìn)入污泥處理系統(tǒng)。調(diào)節(jié)池出水經(jīng)厭氧進(jìn)水泵提升，并經(jīng)過袋式過濾器過濾掉大顆粒懸浮物后，進(jìn)入?yún)捬跆幚韱卧?。滲濾液調(diào)節(jié)池內(nèi)部配置可燃?xì)怏w報(bào)警在線檢測儀表，以隨時(shí)掌握沼氣積累情況。

3.2 UASB 厭氧反應(yīng)器

設(shè)置 UASB 厭氧反應(yīng)器一座，進(jìn)水 COD 負(fù)荷 3120kg/d，設(shè)計(jì) COD 容積負(fù)荷 5kg/（m3.d），厭氧池規(guī)格：Φ8m×14m，有效容積 630m3?？紤]到電催化出水回流，蒸發(fā)冷凝液回流，厭氧總進(jìn)水流量 Q=28t/h，原水有機(jī)物濃度充分稀釋，無需考慮內(nèi)回流。設(shè)計(jì)厭氧出水沉淀池一座，沉淀污泥部分回流到UASB 反應(yīng)器內(nèi)，部分排至污泥池后壓濾為干泥填埋。

該系統(tǒng)最大沼氣產(chǎn)量為 38m3/h（甲烷含量 65%），由風(fēng)機(jī)引至填埋區(qū)，混合填埋產(chǎn)氣焚燒或發(fā)電。

3.3 電催化氧化

目前，已有眾多文獻(xiàn)報(bào)道采用電催化法去除滲濾液中的氨氮，該工藝有操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。而電催化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵為電極材料的選擇，該項(xiàng)目選用硼摻雜金剛石 BDD 電極作為陽極，BDD 電極化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，使用壽命長，氧化能力強(qiáng)。設(shè)置電催化氧化反應(yīng)器一座，進(jìn)水氨氮負(fù)荷1050kg/d，系統(tǒng)裝機(jī)功率 200kW，氨氮去除量 90%，剩余 10%的氨氮在蒸發(fā)段轉(zhuǎn)化為氯化銨或硫酸銨結(jié)晶去除。電催化氧化出水經(jīng)曝氣均質(zhì)去除殘留氧化物，而后進(jìn)入 DTRO 系統(tǒng)。

3.4 DTRO

該項(xiàng)目采用兩級(jí) DTRO 工藝處理電催化氧化出水，系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)水量 10t/h，產(chǎn)水量 7t/h，產(chǎn)水率 70%。廢水經(jīng) pH 值調(diào)節(jié)、多介質(zhì)過濾器、保安過濾器等預(yù)處理后進(jìn)入一級(jí) DTRO，一級(jí) DTRO 清液進(jìn)入二級(jí) DTRO 作深度處理，而其濃縮液排至化學(xué)軟化段。二級(jí) DTRO 清液入脫氣塔吹脫部分溶解氣體（H₂S、CO₂、NH₃ 等），降低電導(dǎo)率后達(dá)標(biāo)排放或回用。二級(jí) DTRO 濃縮液返回一級(jí) DTRO 合并繼續(xù)處理。

一級(jí) DTRO 設(shè)計(jì)產(chǎn)水量 7.8t/h，膜通量 8.5L/（?O.h），選用 9.4?O 膜組件 100 支，操作壓力 50bar；二級(jí) DTRO 設(shè)計(jì)產(chǎn)水量 7t/h，膜通量 32L/（?O.h），選用 9.4?O 膜組件 25 支，操作壓力 35bar。

3.5 MVR 蒸發(fā)干燥

DTRO 濃縮液進(jìn)入化學(xué)軟化段，采用 NaOH/Na2CO3 法降低廢水總硬度至 800mg/L 以下，軟化出水進(jìn)入 MVR 蒸發(fā)干燥段，其工藝流程如圖 2 所示。

蒸原水由進(jìn)料泵輸送至蒸餾水板式預(yù)熱器和不凝氣板式預(yù)熱器與 MVR蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)蒸餾水和不凝氣預(yù)熱至 70℃進(jìn)入強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。結(jié)晶分離器出來的 90℃二次蒸汽，經(jīng)過結(jié)晶分離器內(nèi)旋流板除沫器分離液沫后進(jìn)入MVR 壓縮系統(tǒng)。二次蒸汽被單螺桿壓縮機(jī)壓縮后，溫度可升高到 120℃左右，壓縮后的蒸汽再打入蒸發(fā)室加熱物料。加熱物料的過程中，這部分蒸汽冷凝成水并由蒸餾水泵排出，其溫度約 40℃。

預(yù)熱后的物料進(jìn)入蒸發(fā)器后，和壓縮后升高到 95℃左右的二次蒸汽進(jìn)行換熱，MVR 系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，需要少量外部的鮮蒸汽進(jìn)行加熱。經(jīng)過強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器蒸發(fā)后的濃縮液，經(jīng)過出料泵輸送干燥機(jī)處置為鹽泥，封裝后填埋。蒸發(fā)冷凝液COD 濃度較高，回流至厭氧系統(tǒng)作進(jìn)一步處理。

4 工程運(yùn)行狀況

工程項(xiàng)目調(diào)試 3 個(gè)月后進(jìn)入運(yùn)行期，各單元運(yùn)行狀況如表 2 所示，其中厭氧出水氨氮及 TDS 濃度降低是由于電催化出水回流及蒸發(fā)冷凝液回流的稀釋效應(yīng)。

5 結(jié)論

1）采用 UASB 厭氧 + 電催化氧化 + 碟式反滲透（DTRO）+MVR 蒸發(fā)組合工藝，對高氨氮滲濾液廢水進(jìn)行零排放處理。該組合工藝具有操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、無濃縮液回灌等優(yōu)點(diǎn)。

2）利用 UASB 厭氧降低滲濾液的 COD 濃度，提高電催化氧化效率。而電催化氧化降低了滲濾液的電導(dǎo)率，提高了DTRO 的產(chǎn)水率。各工藝段對特征污染物去除率較高，工藝設(shè)計(jì)合理。