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高氨氮滲濾液零排放處理技術研究

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行零排放處理。首先采用 uasb 氧去除滲濾液中的易降解有機物,滲濾液 cod 去除率達到 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 對滲濾液進行度處理,膜濾清液水質(zhì)滿足回用標準。膜濾濃縮液采用 mvr 蒸發(fā)干燥技術轉(zhuǎn)化為鹽泥填埋。該工藝設計合理,各工藝段對特征污染物的去除率較高,具有操作簡單、運行穩(wěn)定、無濃縮液回灌等優(yōu)點。

 

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物濃度高、可生化性較好、氨氮濃度低等特點,主要采用厭氧 +兩級硝化反硝化脫氮 + 超濾 + 納濾 + 反滲透工藝進行處理。

 

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物濃度較高、可生化性較差、氨氮濃度高等特點,主要采用兩級硝化反硝化脫氮 + 超濾 + 納濾 / 反滲透工藝進行處理,納濾清液達標排放。如生化系統(tǒng)出現(xiàn)故障,出水不能達標,則采用反滲透對納濾清液進行應急處置,反滲透清液達標排放。而納濾及反滲透濃縮液通常回灌填埋區(qū),鹽分及難降解有機物逐漸累積。

 

垃圾填埋場建設時間超過 5 年,則垃圾滲濾液開始“老齡化”,有機物厭氧產(chǎn)甲烷導致滲濾液 cod 濃度降低,氨氮及總氮濃度升高,碳氮比嚴重失調(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,嚴重影響脫氮效率。而膜濾濃縮液回灌進一步導致進水鹽分升高,滲濾液系統(tǒng)處理能力顯著下降,出水不能穩(wěn)定達標排放。

 

針對高氨氮滲濾液處理難題,該項目設計采用 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、運行穩(wěn)定、無濃縮液回灌等優(yōu)點。

 

一、工程概況

 

南方地區(qū)某垃圾填埋場建設時間超過 5 年,配套有垃圾滲濾液處理一期工程,其工藝流程:預處理 + 兩級硝化 / 反硝化 + 超濾 + 納濾 + 反滲透。項目設計處理水量 1540t/d,進南方地區(qū)某垃圾填埋場建設時間超過 5 年,配套有垃圾滲濾液處理一期工程,其工藝流程:預處理 + 兩級硝化 / 反硝化 + 超濾 + 納濾 + 反滲透。項目設計處理水量 1540t/d,進水 cod 濃度 20000mg/l、氨氮濃度 3000mg/l,由于南方氣候溫熱,填埋場滲濾液老齡化加劇。項目運營至今氨氮濃度不斷上升,最高濃度達到 5300mg/l。生化系統(tǒng)由于嚴重超負荷而被迫降低處理量,以降低處理量和提高運行費用為代價,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)定達標。

 

該項目以該項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計,系統(tǒng)設計處理量 240t/d。

 

該項目設計進出水水質(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準》(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)。

 

 

二、廢水處理工藝流程

 

該項目滲濾液廢水處理難點在于氨氮濃度高、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。

 

設計采用電催化氧化法進行脫氮,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-進一步在電催化陰極被還原為n2。通過電催化小試實驗發(fā)現(xiàn),當滲濾液原水 cod 濃度較高時,電解過程中極板易發(fā)生有機物粘附,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物,提高電催化效率。該項目設計處理工藝流程如圖 1 所示。

 

 

垃圾滲濾液原水采用水力篩格柵機進行除渣后進入調(diào)節(jié)池內(nèi),調(diào)節(jié)池出水經(jīng)厭氧進水泵提升,并經(jīng)過袋式過濾器過濾掉大顆粒懸浮物后,進入?yún)捬跆幚韱卧?。厭氧采?uasb 厭氧反應器,易生物降解有機物在反應器內(nèi)水解、酸化、轉(zhuǎn)化為甲烷,有機物濃度大幅下降。厭氧出水含有部分厭氧污泥,經(jīng)沉淀后進入電催化氧化系統(tǒng)進行脫氮。而后氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣,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,確保厭氧進水氨氮濃度< 2000mg/l。

 

電催化氧化出水鹽分較低,進入 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,高有機濃度造成膜污染嚴重。該項目利用厭氧及電催化氧化作為 dtro 的預處理工藝,膜系統(tǒng)運行穩(wěn)定性較好,產(chǎn)水率高。dtro 膜濾濃縮液經(jīng)化學軟化降低硬度后,利用 mvr蒸發(fā)濃縮及干燥進行處置,蒸發(fā)系統(tǒng)脫鹽率超過 99%,而難降解有機物與無機鹽被轉(zhuǎn)化為鹽泥進行填埋。蒸發(fā)清液中低沸點有機物濃度較高,但氨氮濃度很低,將其回流至厭氧系統(tǒng)進一步處理。

 

該項目構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,出水水質(zhì)達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》(gb 16889-2008) 標準和《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)用水標準。

 

三、主要構筑物與設備

 

3.1 廢水收集池與預處理設備

 

調(diào)節(jié)池設計總池容 1000m3,停留時間 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)池考慮三路進水,分別為垃圾滲濾液原液、生活污水及初期雨水。在進入調(diào)節(jié)池系統(tǒng)前,針對三種水的水質(zhì)特性,考慮不同的預處理方式。對垃圾滲濾液原液采用水力篩的預處理方式,對生活污水及初期雨水采用格柵的預處理方式。

 

調(diào)節(jié)池沉淀區(qū)設置調(diào)節(jié)池排泥泵。對調(diào)節(jié)池的沉淀物進行排泥,污泥輸送至污泥池,與厭氧系統(tǒng)污泥混合后進入污泥處理系統(tǒng)。調(diào)節(jié)池出水經(jīng)厭氧進水泵提升,并經(jīng)過袋式過濾器過濾掉大顆粒懸浮物后,進入?yún)捬跆幚韱卧B濾液調(diào)節(jié)池內(nèi)部配置可燃氣體報警在線檢測儀表,以隨時掌握沼氣積累情況。

 

3.2 uasb 厭氧反應器

 

設置 uasb 厭氧反應器一座,進水 cod 負荷 3120kg/d,設計 cod 容積負荷 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,厭氧總進水流量 q=28t/h,原水有機物濃度充分稀釋,無需考慮內(nèi)回流。設計厭氧出水沉淀池一座,沉淀污泥部分回流到uasb 反應器內(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%),由風機引至填埋區(qū),混合填埋產(chǎn)氣焚燒或發(fā)電。

 

3.3 電催化氧化

 

目前,已有眾多文獻報道采用電催化法去除滲濾液中的氨氮,該工藝有操作簡單、運行穩(wěn)定、處理效果好等優(yōu)點。而電催化系統(tǒng)設計的關鍵為電極材料的選擇,該項目選用硼摻雜金剛石 bdd 電極作為陽極,bdd 電極化學性質(zhì)穩(wěn)定,使用壽命長,氧化能力強。設置電催化氧化反應器一座,進水氨氮負荷1050kg/d,系統(tǒng)裝機功率 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,而后進入 dtro 系統(tǒng)。

 

3.4 dtro

 

該項目采用兩級 dtro 工藝處理電催化氧化出水,系統(tǒng)設計進水量 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、保安過濾器等預處理后進入一級 dtro,一級 dtro 清液進入二級 dtro 作深度處理,而其濃縮液排至化學軟化段。二級 dtro 清液入脫氣塔吹脫部分溶解氣體(h2s、co2、nh3 等),降低電導率后達標排放或回用。二級 dtro 濃縮液返回一級 dtro 合并繼續(xù)處理。

 

一級 dtro 設計產(chǎn)水量 7.8t/h,膜通量 8.5l/(㎡.h),選用 9.4㎡ 膜組件 100 支,操作壓力 50bar;二級 dtro 設計產(chǎn)水量 7t/h,膜通量 32l/(㎡.h),選用 9.4㎡ 膜組件 25 支,操作壓力 35bar。

 

3.5 mvr 蒸發(fā)干燥

 

dtro 濃縮液進入化學軟化段,采用 naoh/na2co3 法降低廢水總硬度至 800mg/l 以下,軟化出水進入 mvr 蒸發(fā)干燥段,其工藝流程如圖 2 所示。

 

 

蒸原水由進料泵輸送至蒸餾水板式預熱器和不凝氣板式預熱器與 mvr蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)蒸餾水和不凝氣預熱至 70℃進入強制循環(huán)蒸發(fā)器進行蒸發(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入mvr 壓縮系統(tǒng)。二次蒸汽被單螺桿壓縮機壓縮后,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℃。

 

預熱后的物料進入蒸發(fā)器后,和壓縮后升高到 95℃左右的二次蒸汽進行換熱,mvr 系統(tǒng)達到熱平衡,需要少量外部的鮮蒸汽進行加熱。經(jīng)過強制循環(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)作進一步處理。

 

四、工程運行狀況

 

工程項目調(diào)試 3 個月后進入運行期,各單元運行狀況如表 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。

 

 

五、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行零排放處理。該組合工藝具有操作簡單、運行穩(wěn)定、無濃縮液回灌等優(yōu)點。

 

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,工藝設計合理。

 

來源:《南方農(nóng)機》 作者:鄧鵬 樂晨

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