生活垃圾填埋场膜浓缩液全量化处理

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0引言

随着我国社会经济的快速发展以及城市人口的增加,城市生活垃圾的产量也同步快速增加。城市垃圾的处理已经成为城市环境安全中的一个重要问题。当前,我国大部分地区仍然采用卫生填埋的方式处理垃圾。在垃圾的填埋与堆放过程中由于降水、地下水渗入以及垃圾本身所携带污染物等原因产生高浓度的有机废水———垃圾渗滤液,严重危害了人们的身体健康[1-2]。《生活渗沥液处理技术规范》(CJJ150-2010)于2011年确立了垃圾渗滤液的处理工艺路线,采用了预处理+生物处理+膜处理的组合路线[3]。MBR膜生物反应器与RO膜、NF膜的联用工艺操作简单、截留效率高、出水效果理想,是目前我国垃圾渗滤液的主流处理工艺[4]。但主流处理工艺会产生的15%~30%的膜浓缩。其成分十分复杂,其污染物浓度高,对土壤和地下水等危害极大,不能直接排放,特别是烃类有机物十分多[5-8]。据相关文献,垃圾渗透液浓缩液内存在77种有机物,其中芳烃29种、烷烃与烯烃8种、酯类5种、酸类8种、醇与酚类6种、酮与醛类4种、酰胺类2种、其他种类5种[9-11],属于典型的高浓度、有毒、难降解的有机废水。针对山东某垃圾填埋场膜浓缩液,采用化学软化+TUF+HPRO+低温蒸发+RO和固化处理工艺,取得了良好的处理效果。本文着重介绍该废水处理工艺的工程设计及调试运行中的重点问题,为同类项目提供参考。

1水质特点

山东某生活垃圾填埋场膜浓缩液库存83000m3,膜浓缩液具有成分复杂、COD值高、含盐量高,水质波动大等特点。设计处理规模为350m3/d,设计浓缩液处理后末端产水必须符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)标准。膜浓缩液水质和排放标准如表1所示。

2膜浓缩液处理工艺

膜浓缩液处理工艺流程见图1。(1)预处理单元。膜浓缩液悬浮物高,硬度高,进入深度处理单元前需进行预处理。预处理单元包含化学软化一体装置和TUF膜系统。化学软化一体装置长10m,宽2.8m,高2.9m。处理水量350m3/d。TUF膜系统处理水量350m3/d,设计运行压力5~6bar,产水率90%,膜元件为管式耐碱中空纤维膜。(2)深度处理单元。深度处理单元包含HPRO膜系统和RO膜系统。HPRO膜系统处理水量530m3/d(350m3TUF产水,135m3蒸发产水,45m3RO浓水),设计运行压力100~110bar,设计最大压力120bar,产水率76%。RO膜系统处理水量350m3/d,设计运行压力12~18bar,设计最大压力20bar,产水率87%。(3)极浓废水处理单元。极浓废水处理单元包含低温蒸发系统和固化系统。低温蒸发系统设计处理水量150m3/d,设计运行负压力20kPa,运行pH3~5,产水率86%,结晶产盐率3%。固化系统设计处理水量35m3/d,固化物含水率小于<30%。

3工程运行与分析

3.1进水水质

该项目于2019年10月28开始安装调试,2020年1月5号系统开始产水,现已运行近2年,系统部分进水水质如图2所示。由图2可知,膜浓缩液水质波动较大,COD在2500~4500mg/L,氨氮在1000~1700mg/L,电导率在50000~70000μS/cm。故处理工艺需具有抗冲击负荷能力强的特点。

3.2预处理单元

预处理系统采用化学软化+TUF工艺进行除硬。液碱投加量为1~3kg/m3,氢氧化钙投加量为5~10kg/m3,碳酸钠投加量为1~3kg/m3,运行pH控制在10.5~11,系统各污染物去除见图3所示。当进水波动时,预处理系统出水也有所波动,但各污染物处理率相对稳定,COD去除率保持在20%,氨氮去除率保持在20%,电导率去除率保持在15%,总硬度去除率保持在50%。预处理系统受药剂投加量影响较大,运行过程需对药剂投加量及时记录分析,确保系统稳定运行。

3.3深度理单元

深度处理单元采用120bar高压反渗透和15bar低压反渗透进行处理。120bar高压反渗透产水率为70%,15bar低压反渗透产水率为90%。系统各污染物去除如图4所示。经高压反渗透处理后,COD浓度低于40mg/L,氨氮浓度低于30mg/L,电导率小于800uScm/,经低压反渗透处理后,COD浓度低于20mg/L,氨氮浓度低于8mg/L,电导率小于300uScm/,出水水质满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)。

3.4低温蒸发系统

深度处理系统膜浓缩液进入低温蒸发系统处理,低温蒸发系统采用两级低温蒸发工艺,运行负压力20kPa,运行温度60~75℃,运行pH3~5。系统各污染物去除如图5所示。经低温蒸发系统处理后,COD浓度低于500mg/L,COD去除率大于90%,主要是一些低沸点的有机物和水蒸气一起进入产水中;氨氮浓度低于100mg/L,前期运行pH在5左右,出水氨氮在80mg/L左右,后期运行pH在3左右,出水氨氮在20mg/L左右,氨氮大于去除率98%,当系统pH越低,生成的硫酸铵或者氯化铵越稳定,蒸发过程中生成的氨气越小,故产生氨氮越低;电导率小于400uScm/,去除率大于99%。蒸发系统外排母液冷却后可以产生结晶盐,经高压板框压滤机脱水,每天可以可产生1~3t含水率小于30%的混盐。此外,低温蒸发系统1-2个月对换热器进行机械清洗一次,较其他项目高温碱性蒸发清洗周期延迟一倍,结垢频率明显降低。但由于系统是酸性蒸发,对设备管道材质要求较高。

3.5固化系统

蒸发母液冷却结晶后的极浓废水,属于高COD、高氨氮、高盐废水、处理难度极大,最终采用固化处理实现全量化处理。图6是固化前极浓废水水质情况,表2是固化后固化物浸出性指标。极浓废水COD可达20000~30000mg/L,氨氮可达10000~20000mg/L,电导率可达400000~600000uScm/,污染物浓度极高,处理难度极大,故采用固化工艺进行稳定化,无害化处理。表2是极浓废液固化后固化物含水率和浸出性重金属情况,固化物指标优于《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)。此外,天气对固化配方影响较大。在晴天,固液比可按照1∶1运行,固化时间10h左右。在阴冷天气,固液比按照1.6∶1运行,上层不会出现水层,固化时间较快。按照固液比1∶1运行,上层会出现水层,固化时间需要2天。

4结论

(1)针对山东某垃圾填埋场膜浓缩液采用化学软化+TUF+HPRO+低温蒸发+RO和固化处理工艺,处理后水质满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)。固化后固化产物满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)。(2)预处理系统可以降低50%的硬度,可以提高深度处理系统产水率,但药剂投加量加大。(3)低温蒸发系统产水较好,可以实现混盐结晶,系统结垢情况较高温碱性蒸发好,但对设备管道材质要求较高。(4)该工艺抗冲击负荷能力强,处理效果好,运行稳定,对我国老龄垃圾填埋场库存膜浓缩液处理具有借鉴意义。

作者:冷超群 李红 王雪霞 胡文立 黄开明 高本修 单位:武汉天源环保股份有限公司