垃圾渗滤液处理扩建工程工艺方案比选

垃圾渗滤液处理扩建工程工艺方案比选来源：作者：李强[i]章明海2摘要：本文从广州市兴丰生活垃圾卫生填埋场渗滤液处理的排放要求方面考虑，从多个方案中比较选择出最适宜该场的渗滤液扩建方案。关键词：垃圾渗滤液工艺方案比选ComparisonandSelectionofExpansionProposalfortheLeachateTreatmentPlant.AbstractionBasedontheLeachateTreatmentDischargeRequirement,theOptimumExpansionProposalforLTPIsChosenFromSeveralFeasibleOptionsafterComprehensiveConsideration.KeywordsLandfillLeachate;technology;ProposalSelection广州市兴丰垃圾卫生填埋场位于广州市中心东北方向约38km的丘陵山地中，占地面积84公顷，填埋库容达2000万m3。是我国第一座在技术和管理上全面与国际接轨的垃圾填埋场，它采用了高标准的建设，并将其营运承包给知名的境外专业公司。该场于2000年11月开始建设，于2002年8月一期工程建成并投入营运，运行一年多来，取得了良好的环境效益和社会效益。兴丰场原设计的进场垃圾接纳量平均为3000T/d，垃圾渗滤液处理能力为565m3/d，主要工艺设计参数如表1所示。由于广州市规划中的其它垃圾处理设施不能如期建成，在相当长的一段时间内兴丰场将承担6000T/d的处理任务，因此渗滤液处理设施的扩建势在必行。扩建后渗滤液总处理能力必须达到1200m3/d，场区自北向南流水经谷口排入金坑河，再流至兴丰填埋场东南方向大约900m的总库容达1850万m3的金坑水库。由于下游金坑水库功能环境较为敏感，因此兴丰场渗滤液处理出水必须达到回用水标准。表1一期工程渗滤液处理系统设计指标（单位：mg/L）类别CODCrBOD5SSNH3-NTP进水20000120002000210060出水*5010510--*注：实际处理后水质均达到回用水标准。1扩建工程渗滤液水量水质标准1.1渗滤液水量根据兴丰场运行1年多来渗滤液产生量、广州降雨量和垃圾填埋方式等综合考虑确定垃圾量增加至6000t以上时，渗滤液处理水量将增加650m3/d。1.2渗滤液进水水质和出水水质渗滤液进水水质和出水水质采用采用表1中的参数。2扩建工程处理方案选择原则（1）扩建工程工艺必须达到现有渗滤液处理厂的处理能力和处理效果，保持最终出水稳定地达到回用水水质标准；（2）选择工艺尽可能简单、技术可靠、管理方便、运行高效低耗的处理流程，并尽可能降低工程投资。（3）由于渗滤液水质变化幅度大，选取的工艺必须有较强的适应性和操作上的灵活性，具有一定的抗冲击负荷能力，并且能够容易进行改造，以适应水质的变化。3扩建工程处理工艺方案介绍3.1方案一：UASB+SBR+CMF+RO处理工艺3.1.1工艺流程现渗滤液处理采用的工艺方案为UASB+SBR+CMF+RO，见图1。3.1.2工艺说明渗滤液由调节池泵入均衡池，进行水质水量的均衡和pH调节，均衡池出水进入UASB反应池中，在反应池中COD负荷为10~15kgCOD/m3d，BOD降解可达75%，COD降解可达70%。经厌氧后渗滤液进入SBR池，在此利用生物反应进行BOD5、COD以及NH3-N的去除，停留时间为10.5d，反硝率：4.51gNO3/kgVSS.h(20°C)。SBR反应期的操作以好氧，缺氧交替运作，在好氧情况下，微生物会产生硝化作用；在缺氧情况下，微生物会进行反硝化作用以去除氨氮[3]。为了防止高氨氮浓度对生化系统可能产生的抑制，SBR系统采用了高污泥龄设计(30d)，这较生活污水处理厂的设计为长，可保证反应器中数量足够且性能隐定的硝化和反硝化菌，使微生物在反应器中的停留时间大于硝化和反硝化菌的最小世代期。高污泥龄设计还可去除较难生化的有机物。经生化处理后的渗滤液进入连续微滤（CMF）系统，此系统作为反渗透系统的前处理，采用0.2μm中空纤维膜，隔除渗滤液中大于0.2μm的固体、细菌和不溶性的有机物。经生化和微滤处理的渗滤液进入RO反渗透系统，RO系统采用宽幅螺旋卷式复合膜，设计最大工作压力：35Bar，最大回收率为80%，清洗周期为1~2星期，预期膜的工作寿命为1~2年。RO出水可直接进行回用，浓缩液经化学沉淀后形成稳定的絮凝体再运至填埋场进行填埋处理。该工艺的技术特点是：（1）UASB能耗低效率高，与SBR相结合的工艺是既经济又灵活去除有机物及氨氮的有效方式；（2）高效的SBR处理体系是生物脱氮的关键，它将各种形态的氮最终转化为N2，彻底解决了渗滤液中的氮污染问题；（3）CMF＋RO深度处理系统可确保出水水质稳定达标；（4）剩余污泥量小。3.1.3各阶段的出水水质表2各阶段出水水质水质指标原水UASBSBR微滤反渗透COD(mg/l)20,0006,00070060040BOD5(mg/l)12,0003,0002001508TSS(mg/l)2,00050011011NH3-N(mg/l)2,1001,890505083.2方案二：蒸发+RO处理工艺3.2.1工艺流程3.2.2工艺说明渗滤液由调节池泵入预处理池，通过投加臭氧对氨氮与低分子有机物进行预处理，出水经沉淀后进入热交换器。预处理后渗滤液用泵送入两个热交换器进行预热，交换器同时作为蒸发器浓缩液和冷凝水的冷却器。预热后的渗滤液进入进水池，然后提升进入蒸发器。在蒸发器内，渗滤液通过喷头喷洒在高温的管束外表面而蒸发成蒸气，蒸气经收集后通过离心压缩机压缩进入管束，从而产生持续的蒸发循环。同时渗滤液喷洒到管束外表面对管束中的蒸气起到降温作用而使管道内蒸气冷凝。管道中形成的冷凝水收集后进入脱气器中，减少易挥发有机成分，冷凝液用泵从脱气器经过冷凝液冷却器进入暂存池。经蒸发处理的渗滤液进入RO反渗透系统，RO系统采用宽幅螺旋卷式复合膜，设计最大工作压力为35Bar，最大回收率为80%，清洗周期为1~2星期，预期膜的工作寿命为1~2年。RO出水可直接进行回用。蒸发器底部所收集的浓缩液及RO浓缩液用循环泵输送入浓缩液冷却器对进水进行预热，冷却后的浓缩液进入焚烧炉焚烧。该工艺的技术特点是：（1）全部采用物化工艺处理，进水水质波动对处理效果基本无影响；（2）剩余污泥量小；（3）浓缩液可以得到彻底的处置，无须回灌。3.2.3各阶段的出水水质和处理效率表3各工段处理效率表项目CODCr(mg/l)BOD5(mg/l)TSS(mg/l)NH3-N(mg/l)蒸发器进水200001200020002100出水5002501520去除率97.5%97.9%99.299.0%RO出水40818去除率92.0%96.8%93.3%60.0%出水要求50105103.3方案三：MBR+UF+NF处理工艺方案3.3.1工艺流程3.3.2工艺说明渗滤液由调节池泵入生化池，生化池包括硝化池和反硝化池，在硝化池中，通过高活性的好氧微生物作用，降解大部分有机物，并使氨氮和有机氮氧化为硝酸盐和亚硝酸盐，回流到反硝化池，在缺氧环境中还原成氮气排出，达到脱氮的目的。MBR反应器通过超滤膜分离净化水和菌体，污泥回流可使生化反应器中的污泥浓度达到20g/l，经过不断驯化形成的微生物菌群，对渗滤液中难生物降解的有机物逐步降解。MBR生化系统COD设计去除率90%，NH3-N设计去除率99%。采用特殊设计的高效内循环射流曝气系统，氧利用率可高达25%。MBR的剩余污泥量小，每天排泥量按不同运行期(前，中，后)为110～50m3/d左右。MBR出水无菌体和悬浮物，进入纳滤系统进一步深化处理，出水稳定达标排放，浓缩液则回灌至填埋场。纳滤系统采用特殊纳滤膜和工艺设计，可使盐随净化水排出，不会出现盐富积现象，纳滤净化水回收率可达到85%。纳滤浓缩液量3.7m3/h，为节省投资及运行费用可将浓缩液回灌至填埋场处置。采用该工艺处理渗滤液，适应性强，能确保不同季节不同水质条件下，出水稳定达标。在国外大量工程实例中发现，即使对于BOD/COD小于0.2的老填埋场渗滤液，经过MBR与纳滤后也能使COD、BOD和NH4-N达标排放。该工艺主要特点：（1）反应器体系中生物浓度高，达到20g/L，对难生物降解的有机物及氨氮的去除效率高；（2）污泥稳定性强，粘度低，易脱水，不易腐败变质。（3）出水不存在致病菌污染问题。3.3.3各阶段的出水水质和处理效率表4各工段处理效率表项目CODCr(mg/l)BOD5(mg/l)NH3-N(mg/l)MBR进水20000120002100出水20001008去除率90.0%99.2%99.6%NF出水40108去除率98.0%90.0%0%要求总排浓度5010103.4方案四：DT-RO处理工艺3.4.1工艺流程3.4.2工艺说明渗滤液由调节池泵入储罐中进行pH调节，控制pH在6~6.5之间。经pH调节的渗滤液加压泵入砂滤器，砂滤器可根据压差自动进行反冲洗，反冲洗水进入浓缩液储存池。经过砂滤的渗滤液泵入筒式过滤器，经过滤后的渗滤液由柱塞泵输入第一级反渗透（RO）系统。一级RO系统膜通量为12L/m2·h，净水回收率为80%，设计操作压力为60bar。渗出液进入二级RO装置，浓缩液排至浓缩液储存池。二级RO系统回收率为90%，膜通量为34.6L/m2·h，设计操作压力为50bar。渗出液进入脱气装置，浓缩液则排至砂滤器的进水端。膜组的反冲洗在每次系统关闭时进行，清洗由系统自动控制，清洗后的液体排入浓缩液储存池中。为避免浓缩液回灌时长期将高浓度的氨氮在垃圾填埋场不断积累循环，在浓缩液储存池设置脱氮系统，通过化学沉淀法将渗滤液中的NH3-N转化为MgNH3PO4.6H2O沉淀，沉淀后形成的结晶性状稳定，可以直接随浓缩液回灌到填埋场，也可以分离出来做肥料。该工艺的技术特点是：（1）预处理比较简单，且不需设生化处理单元；（2）DT-RO膜组的结垢较少，膜污染减轻，使反渗透膜的寿命延长；（3）安装、维修简单，操作方便，自动化程度高；（4）DT-RO系统可扩充性强，可根据需要增加一级、二级或高压膜组。3.4.3各阶段的出水水质和处理效率表5方案四处理效率表进水二级反渗透出水截留率BOD(mg/L)12000599.9％COD(mg/L)200002099.9％NH3-N(mg/L)2100599.9％SS(mg/L)2000299.9％4扩建工程处理工艺方案选择4.1方案比较以上四个渗滤液扩建工程处理工艺方案汇总比较详见表6。表6工艺方案比较项目方案一方案二方案三方案四UASB+SBR+CMF+ROEV+ROMBR+UF+NFDT-RO一、工艺技术比较基本工艺流程原水—PH调节—UASB—SBR—反渗透—生产回用原水—EV蒸发器—反渗透—生产回用原水—MBR生物膜反应器—超滤－纳滤—生产回用原水—砂滤器—二级反渗透—生产回用处理原理生化处理与反渗透相结合物理处理与反渗透相结合生化处理与纳滤相结合采用单纯反渗透工艺进水水质影响抗冲击负荷能力强，进水水质对其影响较小，厌氧后出水有机物浓度大幅降低，对SBR池的处理冲击较小。不依赖于生物处理，抗冲击负荷能力强，可通过调节蒸气压力适应进水负荷的变化。环境因素和进水参数变化对生物系统影响较大，可通过调节回流量适应进水负荷的变化。不依赖于生物处理，抗冲击负荷能力强，可通过调节反渗透压力适应进水负荷的变化。浓缩液处理浓缩液回灌或燃烧处理，较彻底，对环境及填埋场运行影响较小。浓缩液回灌或燃烧处理，较彻底，对环境及填埋场运行影响较小。浓缩液回灌或化学沉淀形成稳定的结晶而去除，残留物对环境及填埋场运行有一定的影响。浓缩液回灌或化学沉淀形成稳定的结晶而去除，残留物对环境及填埋场运行有较大的影响。工艺运行比较有较多的工程及运行经验，运行管理较为复杂。有较多的工程及运行经验，运行管理较为方便。有较多的工程及运行经验，运