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。
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。
1 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）。
2 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)捬跆幚韱卧捬醪捎?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。而后氨氮轉化為氮氣，碳酸鹽轉化為二氧化碳，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。
3 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)段轉化為氯化銨或硫酸銨結晶去除。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。結晶分離器出來的 90℃二次蒸汽，經(jīng)過結晶分離器內(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。
4 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。
5 結論
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。
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