西北高寒地區(qū)某生活垃圾滲濾液處理工藝

馮 佳

(寧夏鑫林環(huán)境科技有限公司，寧夏 銀川 750000)

秦安縣生活垃圾無害化處理場于2014年11月開始試運(yùn)行，采用回噴簡易方式處理生活垃圾滲濾液。因秦安縣生活垃圾滲濾液產(chǎn)量較小，該處理場運(yùn)行初期能保證填埋場的正常運(yùn)行；但逢雨季時(shí)則不能保證生活垃圾滲濾液得到及時(shí)有效的處理。根據(jù)《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889—2008)中的污染物排放控制要求，為保證秦安縣生活垃圾無害化處理場安全運(yùn)行，徹底解決生活垃圾滲濾液的污染問題，保護(hù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境，維持社會、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)持續(xù)良性發(fā)展，迫切需要建設(shè)專門配套生活垃圾滲濾液處理工程，以對滲濾液進(jìn)行妥善處理并使其達(dá)標(biāo)排放[1-2]。因此，對秦安縣生活垃圾無害化處理場滲濾液處理站項(xiàng)目進(jìn)行系統(tǒng)地分析與研究，進(jìn)一步驗(yàn)證其系統(tǒng)工藝在處理西部高寒地區(qū)滲濾液時(shí)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性，以提高秦安縣生活垃圾無害化處理場滲濾液的處理效率，同時(shí)為我國西北高寒地區(qū)類似小縣城地區(qū)的滲濾液處理提供一定的工程實(shí)踐意義。

1 項(xiàng)目簡介及水質(zhì)分析

一般認(rèn)為，5～10 a的生活垃圾填埋場為成熟期的填埋場，COD和BOD濃度均隨著時(shí)間推移顯著下降，但B/C下降更為明顯，可生化性變差，而NH3-N濃度上升，C/N相對而言不甚理想，鹽分不斷累積，重金屬不斷富集。此類垃圾滲濾液相對較難處理，對社會和環(huán)境危害大，需要對其進(jìn)行無害化處理。

經(jīng)現(xiàn)場走訪調(diào)查，結(jié)合秦安縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、工業(yè)生產(chǎn)、地理氣候條件等，設(shè)定秦安縣生活垃圾無害化處理場滲濾液處理站的處理規(guī)模為50 m3/d，出水水質(zhì)需滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889—2008)中的排放標(biāo)準(zhǔn)，間接排放[3-5]。秦安縣生活垃圾無害化處理場滲濾液處理站設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見表1。

表1 秦安縣生活垃圾無害化處理場滲濾液處理站設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì) mg/L

2 滲濾液處理工藝的優(yōu)選

秦安縣生活垃圾無害化處理場的生活垃圾滲濾液屬于高濃度有機(jī)廢水，成分復(fù)雜，CODCr、BOD5、氨氮含量較高，且隨填埋時(shí)間延長，生活垃圾中的有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮，氨氮濃度升高。此外，由于生活垃圾降解產(chǎn)生的CO2在滲濾液中溶解，使其呈微酸性，加劇了不溶于水的碳酸鹽、金屬及其金屬氧化物等的溶解。因此，污染物成分復(fù)雜、NH3-N和TN 含量高是秦安縣生活垃圾填埋場的生活垃圾滲濾液的突出特點(diǎn)。

針對秦安縣生活垃圾無害化處理場的生活垃圾滲濾液水質(zhì)、水量變化大，且污染物組成及濃度呈季節(jié)性變化，雨季明顯大于旱季，干冷季節(jié)時(shí)滲濾液中的污染物濃度較低等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)滲濾液處理工藝時(shí)需要滿足以下條件：①污染物去除能力強(qiáng)，保證出水達(dá)標(biāo)；②針對冬季滲濾液產(chǎn)量小、滲濾液結(jié)冰等特點(diǎn)，可間歇運(yùn)行；③能夠適應(yīng)不同季節(jié)滲濾液水質(zhì)的波動；④工藝成熟可靠，能夠達(dá)到秦安縣生活垃圾無害化處理場全壽命周期滲濾液處理的要求；⑤在保證出水達(dá)標(biāo)的前提下，提高處理系統(tǒng)的自控程度，減少維護(hù)操作量，節(jié)省投資，降低運(yùn)行費(fèi)用。

秦安縣生活垃圾無害化處理場滲濾液處理站的主要工藝設(shè)計(jì)為預(yù)處理+砂濾過濾系統(tǒng)+兩級DTRO組合工藝，配套設(shè)置相關(guān)污泥及濃縮液處理系統(tǒng)、臭氣收集與處理系統(tǒng)。其中，預(yù)處理系統(tǒng)產(chǎn)生的預(yù)處理濃縮物及濃縮液通過螺桿泵采用壓力回灌至填埋堆體上進(jìn)行處理。秦安縣生活垃圾無害化處理場滲濾液處理站的主要工藝流程如圖1所示。

圖1 秦安縣生活垃圾無害化處理場滲濾液處理站的主要工藝流程

本項(xiàng)目中的惡臭氣體主要來源于調(diào)節(jié)池、預(yù)處理系統(tǒng)、預(yù)處理濃縮物儲池。經(jīng)集中收集后，將無組織排放改為有組織收集，再對惡臭氣體進(jìn)行集中處理，即加蓋密封→收集→處理(采用2套1 000 m3/h 光氧催化凈化裝置為主要設(shè)備)→排放，滿足《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 14554—93)中二級排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 主要構(gòu)筑物與設(shè)備

預(yù)處理系統(tǒng)包括加藥單元和反應(yīng)沉淀池。反應(yīng)沉淀池包括混合區(qū)、反應(yīng)區(qū)、斜管沉淀區(qū)和集水區(qū)。生活垃圾滲濾液在反應(yīng)區(qū)與氫氧化鈉混合后自流進(jìn)反應(yīng)區(qū)，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)與還原劑、絮凝藥劑(聚丙烯酰胺、PFS)充分混合，經(jīng)反應(yīng)形成大顆粒絮凝體后，在斜管沉淀區(qū)沉淀分離，上清液經(jīng)集水池由臥式離心泵提升至砂濾過濾器，沉淀物儲存在泥斗里，定期排至預(yù)處理濃縮物儲池。

3.1 調(diào)節(jié)池系統(tǒng)

由于滲濾液來水呈峰、谷不均勻狀態(tài)，需要設(shè)置較大的調(diào)蓄容積，以緩解后續(xù)處理系統(tǒng)帶來的沖擊負(fù)荷。為保證滲濾液處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，對調(diào)節(jié)池的調(diào)節(jié)能力做水量平衡核算。新建調(diào)節(jié)池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：有效容積150 m3，水力停留時(shí)間3 d，鋼筋砼結(jié)構(gòu)1座，采用環(huán)氧煤瀝青防腐。

調(diào)節(jié)池提升泵：Q=3.0 m3/h，H=20 m，N=0.55 kW，2臺，1用1備；

調(diào)節(jié)池進(jìn)水泵：Q=5.0 m3/h，H=50 m，N=1.1 kW，2臺，1用1備。

3.2 一體化反應(yīng)沉淀池系統(tǒng)

1) 混合池。處理水量3 m3/h，水力停留時(shí)間0.5 h，有效水深1.5 m，地上式鋼結(jié)構(gòu)，建筑尺寸L×B×H=1.0 m×1.0 m×2.0 m，環(huán)氧煤瀝青防腐結(jié)構(gòu)，1座。

2) 反應(yīng)池。處理水量3 m3/h ，水力停留時(shí)間0.5 h ，有效水深1.5 m ，地上式鋼結(jié)構(gòu)，建筑尺寸L×B×H=1.0 m×1.0 m×2.0 m，環(huán)氧煤瀝青防腐結(jié)構(gòu)，3 座。

3) 沉淀池。處理水量3 m3/h，水力停留時(shí)間9.33 h，有效水深5.5 m，表面負(fù)荷0.375 m3/(m2·h)，地上式鋼結(jié)構(gòu)，建筑尺寸L×B×H=4.0 m×2.0 m×6.0 m，環(huán)氧煤瀝青防腐結(jié)構(gòu)，1座。

4) 預(yù)處理出池。處理水量3 m3/h，水力停留時(shí)間1.5 h，有效水深7.5 m，半地上式鋼筋砼結(jié)構(gòu)，建筑尺寸L×B×H=3.0 m×3.0 m×8.0 m，環(huán)氧煤瀝青防腐結(jié)構(gòu)，1座。

5) 預(yù)處理加藥系統(tǒng)。①采用機(jī)械隔膜泵向混合池內(nèi)投加氫氧化鈉，調(diào)節(jié)滲濾液pH=8.0～9.0，對原水進(jìn)行強(qiáng)化沉淀；②向反應(yīng)池內(nèi)投加鐵鹽混凝劑，通過其水解產(chǎn)物對膠體起到脫穩(wěn)作用，同時(shí)在水解、聚合反應(yīng)中形成的高聚物的強(qiáng)烈吸附架橋作用，使膠體被吸附粘結(jié)；③在反應(yīng)池中投加化學(xué)除硬劑，通過化學(xué)除硬劑與氫氧化鈉的聯(lián)合作用，能有效降低滲濾液中的硬度及部分無機(jī)離子濃度，起到穩(wěn)定水質(zhì)的作用；④在反應(yīng)沉淀池中投加PAM助凝劑，在混凝過程中強(qiáng)化沉淀效果，穩(wěn)定沉淀池出水水質(zhì)。

4 滲濾液處理工藝

4.1 砂濾過濾系統(tǒng)

沉淀池出水經(jīng)泵加壓后再進(jìn)入石英砂過濾器，進(jìn)一步去除滲濾液中的膠體物質(zhì)，防止對后續(xù)DTRO系統(tǒng)造成不利影響。砂濾器數(shù)量按具體處理規(guī)模確定，過濾精度為 50 μm，進(jìn)、出水端壓差超過 2.5×105Pa 的時(shí)候須執(zhí)行反洗程序。砂濾器反沖洗的頻率取決于進(jìn)水的懸浮物含量：對一般的垃圾填埋場，砂濾器反沖洗周期約為 100 h；對于 SS值比較低的原水，砂濾運(yùn)行 100 h后若壓差未超過 2.5×105Pa也須進(jìn)行反沖洗，以避免石英砂過度壓實(shí)發(fā)生板結(jié)現(xiàn)象。兩者以先到時(shí)間為自動激活砂濾反洗時(shí)間。砂濾水洗采用原水，氣洗使用旋片壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣。砂濾處理水量為3 m3/h，過濾速度為2.65 m/h，反洗強(qiáng)度為30.0 m/h，設(shè)備尺寸為Φ1.2 m×3.0 m，材質(zhì)為玻璃鋼。

4.2 兩級 DTRO系統(tǒng)

DTRO膜技術(shù)即碟管式膜技術(shù)(Disc Tube Module)，是一種專利型膜分離組件，專門針對高濃度料液的過濾分離而開發(fā)，至今已成功應(yīng)用近 30 a。

膜系統(tǒng)分為兩級DTRO，第1級反滲透需要從芯式過濾器后進(jìn)水，第2級反滲透處理第1級透過水。將原水儲罐出水泵送給反滲透設(shè)備，由砂濾器增壓泵提供壓力。為防止各種難溶性硫酸鹽、硅酸鹽在膜組件內(nèi)結(jié)垢，以有效延長膜使用壽命，在一級反滲透膜前加入一定量的阻垢劑，添加量按原水中難溶鹽的濃度確定。經(jīng)過芯式過濾器的滲濾液直接進(jìn)入一級反滲透高壓柱塞泵，DT膜系統(tǒng)每臺柱塞泵后都有一個減震器，用于吸收高壓泵產(chǎn)生的壓力脈沖，給膜柱提供平穩(wěn)的壓力。經(jīng)高壓泵后的出水進(jìn)入膜組件，膜組件采用碟管式反滲透膜柱，抗污染性強(qiáng)，物料交換效果好，對滲濾液的適應(yīng)性很強(qiáng)。

一級反滲透系統(tǒng)擬設(shè)2組，為串聯(lián)連接方式，第1組反滲透的濃液進(jìn)入串聯(lián)后置的第2組，各組處理的濃液 COD 濃度及鹽含量依次增加。二級反滲透設(shè)1組。此外，還應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

1)滲濾液通過DTRO進(jìn)水泵提升壓力，并設(shè)置保安過濾器，防止大顆粒雜質(zhì)進(jìn)入膜內(nèi)。

2)在管路中投加殺菌劑，防止微生物滋生，污染膜組件。投加阻垢劑，防止高價(jià)態(tài)離子的高倍濃縮而結(jié)垢。根據(jù)進(jìn)水pH，投加酸，防止相關(guān)離子因堿性環(huán)境而結(jié)垢。

3)通過高壓泵進(jìn)一步提升壓力，滿足反滲透的過濾要求。

4)加壓后進(jìn)入DTRO裝置進(jìn)行濃縮，產(chǎn)水去二級DTRO進(jìn)水箱，濃水回濃水池存儲后回灌于垃圾堆體。

5 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果與效益分析

5.1 系統(tǒng)運(yùn)行水質(zhì)數(shù)據(jù)分析

秦安縣生活垃圾無害化處理場滲濾液處理站于2020下半年調(diào)試完畢試運(yùn)行以來，系統(tǒng)運(yùn)行基本穩(wěn)定，預(yù)處理+砂濾過濾系統(tǒng)+兩級DTRO工藝對秦安縣生活垃圾無害化處理場滲濾液有很好的適應(yīng)性。2021年3月15日，委托甘肅領(lǐng)越檢測技術(shù)有限公司對秦安縣生活垃圾無害化處理場滲濾液處理站出水進(jìn)行檢測，各單元處理效果見表2。由表2可知，“預(yù)處理+砂濾過濾系統(tǒng)+兩級DTRO”工藝對滲濾液中高濃度有機(jī)污染物有較高的去除率，系統(tǒng)出水滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889—2008)排放要求。

表2 秦安縣生活垃圾無害化處理場滲濾液處理站各單元處理效果

5.2 系統(tǒng)運(yùn)行效益分析

秦安縣生活垃圾無害化處理場滲濾液處理站實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用包括能耗、藥劑消耗、操作人員工資及設(shè)備維修折舊費(fèi)用等。兩級DTRO為成套裝置，自動化程度高，操作維護(hù)工作量小，本系統(tǒng)配置3人參與運(yùn)行。藥劑費(fèi)為5.25 元/m3,水電費(fèi)12.5 元/m3，人工費(fèi)3.00元/m3，設(shè)備維修折舊費(fèi)0.25元/m3，合計(jì)噸污水處理費(fèi)為21.00元/m3。

本項(xiàng)目可減排污水13 687.5 t/a(系統(tǒng)回收率按75%計(jì)算)，大大減輕了秦安縣生活垃圾填埋場的壓力，保障了秦安縣生活垃圾填埋場的安全運(yùn)行，徹底解決了垃圾填埋場滲濾液的污染問題，有效保護(hù)了秦安縣當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，對秦安縣的社會、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)持續(xù)良性發(fā)展起到了積極作用。

6 結(jié)論

秦安縣生活垃圾無害化處理場滲濾液處理站的工藝靈活、合理，有很好的處理效果，能最大程度適應(yīng)滲濾液的高COD、高氨氮、高鹽分及重金屬污染物的變化沖擊；通過靈活選擇開停預(yù)處理系統(tǒng)，解決了當(dāng)?shù)馗珊岛蜕儆甑纫蛩貙ο到y(tǒng)的影響，保障了滲濾液系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定。采用預(yù)處理+砂濾過濾系統(tǒng)+兩級DTRO工藝，設(shè)備事故率低，人員占用少，操作簡單，系統(tǒng)出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，出水滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889—2008)排放要求，惡臭氣體收集及處理系統(tǒng)滿足《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 14554—93)中二級排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。由此可見，秦安生活垃圾滲濾液處理系統(tǒng)工藝在我國西北高寒地區(qū)有一定的推廣和借鑒意義。