一種垃圾滲濾液全量化處理新工藝分析與探討

朱冬梅

（安徽三聯學院 交通工程學院，安徽 合肥 230601）

每日垃圾產生量隨著我國城市人口不斷增多而增加，全國大部分垃圾填埋場通常采用衛生填埋無害化處理生活垃圾。隨著垃圾填埋場填埋年限的增長（一般按填埋時間分為5年以下、5-10年、10年以上），滲濾液的水質發生變化。不同時段的填埋場滲濾液水質也有較大區別，詳見下表所示[1-4]。

表1 不同時期的填埋場滲濾液水質變化表

大部分垃圾填埋場滲濾液處理工藝基本采用A2O2-MBR（膜生物反應器）-NF（納濾膜）-卷式RO（反滲透）膜處理滲濾液，該工藝在填埋初期能很好處理垃圾滲濾液，當填埋場處于中后期或隨著濃水回灌等原因導致滲濾液水質惡化到一定階段后，常規工藝處理可能水質、水量不能滿足要求，導致全國各地垃圾填埋場采用DTRO（碟管式反滲透）工藝處理。由于DTRO是通過過濾把污染物截留下來，過濾后的通透液可達標外排，截留下來的一級濃縮液回灌，不能徹底去除污染物問題，致使滲濾液水質越來越差，COD（化學需氧量）、NH3-N等主要污染物指標急劇增加，形成惡性循環[5-8]。

根據滲濾液處理現狀，通過全國多地實際調研，結合相關工程案例的成功經驗，對現有滲濾液全量化處理工藝路線進行研究，期望為場滲濾液全量化處理的實際應用提供思路和參考。

1 工程概況

某城市垃圾填埋場于2004年年底投入使用，并于2019年進行規范性封場，原有滲濾液處理工藝采用二級反硝化、硝化-內置式MBR-納濾-反滲透處理工藝處理，由于常年累積導致COD等污染物含量高，生化系統無法處理，該滲濾液處理站處于癱瘓狀態，并于2022年采用滲濾液全量化處理工藝處理庫區滲濾液，設計總處理規模為500噸/天，工程占地2200m2，主要包括集水池、處理車間[DTRO設備、MVR設備、廢氣處理設施]、鹽泥固化干燥車間、清水池等，出水水質同時達到GB16889-2008中表2規定的排放標準及GB/T18920-2020城市綠化排放標準，本項目設計的進水及出水水質標準如下：

表2 設計進、出水水質

2 工藝選擇

本工程滲濾液主要來源于庫區現存垃圾滲濾液，其滲濾液水質特點為：COD、氨氮、TDS、氯離子含量高，生化性差，通過單純的生化處理出水很難達到標準，采用DTRO工藝處理滲濾液前期出水氨氮難以保證，需增加離子交換確保氨氮達標，但是隨著DTRO濃縮液不斷回灌，滲濾液水質急劇惡化，項目后期無法正常穩定運行，本項目滲濾液采用DTRO+離子交換樹脂工藝，濃縮液采用軟水處理+MVR蒸發+鹽泥固化處理，可實現滲濾液全量化處理，出水水質、水量均能達到設計標準。

圖1 滲濾液處理工藝流程圖

2.1 工藝流程說明

2.1.1 DTRO+STRO+三級RO+離子交換樹脂單元

（1）一級DTRO裝置

經過布袋過濾、砂濾及保安過濾器的滲濾液通過一級高壓泵進入一級膜系統。

一級DTRO設有在線循環系統，將滲濾液通過高壓力、高流量狀態進入一級膜柱，一級膜柱出水分為透過液和濃縮液，當滲濾液經過膜柱過濾后以去除滲濾液中絕大部分有機污染物質、鹽類和絕大部分SS（懸浮物），透過液出水進入二級膜裝置，濃縮液排入濃縮液水箱，通過濃縮液輸送泵輸送至濃縮液暫存池（如圖2所示）。

圖2 DTRO工藝流程圖

（2）二級STRO裝置

二級STRO裝置用于對一級膜裝置透過液的深度處理，經一級DTRO裝置處理后的透過液通過二級高壓泵進入二級STRO（管網式反滲透膜）膜柱，由于滲濾液經過一級DTRO處理后各污染物含量較低，進入二級STRO系統無需添加任何藥劑，二級出水達標外排，STRO少量濃縮液返回同一級透過液一并再循環處理（如圖3所示）。

圖3 STRO處理流程圖

（3）三級RO單元

為保障本項目出水水質符合標準，在DTRO+STRO后端增設一套三級RO裝置，經過RO處理單元后再經過離子交換樹脂單元，可確保本項目出水水質達標排放。

（4）離子交換樹脂單元

滲濾液經過預處理及DTRO、STRO、RO處理后，會存在氨氮不達標情況，后端增設一套離子交換樹脂可確保處理后的出水穩定達標排放。

圖4 離子交換樹脂裝置示意圖

2.2 預處理+MVR+鹽泥固化單元

2.2.1 軟水除鈣裝置 垃圾滲濾液中含有各種難溶解的硬質離子，如鈣、鎂、鋇、硅等離子，這些難溶鹽經過膜系統被濃縮，當其濃度超過一定值時將會以難溶的無機鹽形式附著在膜表面，產生結垢、污堵，影響膜通量。初步設計考慮添加特性改性劑對水質進行改性，考慮到處理的滲濾液中堿度比較高，預處理中添加石灰和液堿及少量PAM，其中液堿中的氫氧根離子與廢水中碳酸氫根反應生成水和碳酸根離子，碳酸根離子與廢水中的鈣形成碳酸鈣沉淀從而去除了鈣硬度，其主要反應如下：

Ca2++CO32-===CaCO3↓Mg2++CO32-===MgCO3↓

經軟化預處理后的水大大提高了預濃縮高壓膜的濃縮倍數，較少了濃縮液中大量存在的懸浮物質，同時也減少了蒸發結晶風險。該階段產生的殘渣經過脫水干化后無害化處置。

2.2.2 MVR蒸發單元 系統設計生產總能力為DTRO設計進水量的20%，即濃縮液產生量為100T/D，生產線蒸發能力設計：約4.5立方米/小時（以蒸發水量計）。裝置的年操作時間：8000小時。設計負荷90%～110%。各部分的功能過程如下：

（1）廢水蒸發濃縮系統

項目輸送的含鹽廢水進入換熱器，與系統中產生的冷凝水換熱，回收熱量使含鹽廢水升高到一定溫度后進入EV1強制循環蒸發器完成蒸發濃縮。蒸發器中產生的超濃縮液經過熱量回收和固化處理后運送至填埋場填埋處置。

（2）生蒸汽系統

MVR蒸發系統開車時引入外來蒸汽以加熱濃縮液來產生二次蒸汽，待MVR裝置中產生的二次蒸汽與外來加熱蒸汽達到平衡后，停止外來蒸汽的引入。

（3）冷凝水儲存及外排系統

生產裝置運行過程中產生的冷凝水收集到冷凝水水箱，在冷凝水外送泵的輸送下經換熱器進行熱量回收后，一部分作為補充洗滌塔的用水以及作為沖洗水系統的水源之用，剩余的回到DTRO進行深度達標處理。

圖5 MVR蒸發工藝流程示意圖

2.3 節能單元

2.3.1 廢氣處理單元 除臭系統工藝流程，滲濾液濃縮液中含有大量的甲硫醇、氨氣、甲醇等有毒有害的臭氣，濃縮液蒸發過程必須采取相應的臭氣處理系統，本項目除臭系統主要是通過堿洗、酸洗后進入一體化生物濾床處理，從而使本項目涉及的臭氣得到凈化、達標排放。生物濾池除臭工藝流程圖如下：

圖6 除臭系統工藝流程圖

2.3.2 鹽泥固化干燥單元 最終物料濃水和蒸發母液打入低溫干化機，干化機真空泵將蒸餾罐及管道抽成真空，真空達到一定程度，進料閥開始自動進料，進料結束后蒸汽進入夾套，對蒸餾罐進行加熱。由于蒸餾罐處于真空狀態，廢液中水分子沸點約50-60℃，加熱蒸發時間減少，蒸發產生的水蒸氣進入列管式冷凝器冷凝后形成冷凝水，冷凝水回到前端處理系統。蒸餾干燥過程中蒸餾罐內攪拌軸刮片自動正反旋轉，保證料液干燥均勻，避免結焦結垢。

MVR蒸發裝置蒸發后殘留的高倍濃液在殘渣固化單元進行固液分離，產生少量高倍母液和干化殘渣，少量母液通過螯合劑螯合固化，干化污泥運至指定區域，最終達到零液體排放的處理效果。MVR蒸發系統產生的污泥量：50噸/天，含水率40%。

圖7 干燥單元流程圖

2.3.3 主要設備選型 DTRO成套裝置設計參數，MVR成套裝置設參郵和各工段實際處理效果見表3，表4和表5：

表3 DTRO成套裝置設計參數

表4 MVR成套裝置設計參數

表5 各工段實際處理效果

3 存在的問題與討論

3.1 可能存在的問題

（1）本項目主要針對中后期垃圾填埋場的滲濾液處理，由于全國各地滲濾液水質不盡相同，DTRO處理后的濃縮液進入MVR蒸發設備進行蒸發，可能會導致蒸發器列管結垢，蒸發效率變差；

（2）由于長時間的高壓力運行后，可能會導致DTRO膜通量較小，膜出水水質變差。

3.2 解決辦法

（1）如出現MVR蒸發器列管堵塞結垢現象，可通過定期水、汽清洗，減少結垢現象；在不影響適當處理效率前提下，適當降低蒸發溫度；同時可針對結構物種類篩選阻垢劑，通過添加有針對性阻垢劑來組織結垢現象；

（2）提高操作人員操作能力，規范DTRO膜的水洗、藥洗流程，提高水洗、藥洗效果，有針對性地使用無機/有機藥劑進行清洗，定期對高壓泵進行維護保養，確保DTRO運行穩定。

4 工程經濟分析

本工程設計進水量500T/D，出水量450T/D，固廢產生量約50T/D，3套250T/D DTRO+STRO+RO處理設備、1套離子交換樹脂裝置、1套250T/D的MVR蒸發裝置，共計投資2400萬元（包含設備投資、土建施工、管道管材等），滲濾液處理系統處理成本約為160元/噸水（以進水計），其中電費約為90元/噸水，管理成本（包括人員工資、稅費等）約為35元/噸水，設備維保約為5元/噸水，藥劑費（其中清洗劑A/C約為7.16元/噸水、阻垢劑約為4.2元/噸水、硫酸約為4.56元/噸水、片堿約為9.36元/噸水、氨基磺酸約為0.5元/噸水、除泡劑約為1元/噸水、混凝劑約為3元/噸水、絮凝劑約為0.22元/噸水）約為30元/噸水，出水可做城市園林灌溉回用水。

6 結語

（1）較A2O2-MBR-NF-RO工藝，滲濾液處理采用DTRO+STRO+三級RO+離子交換樹脂工藝，濃縮液采用預處理+MVR蒸發+鹽泥固化工藝可處理中后期水質較差的垃圾填埋場滲濾液，同時不產生濃縮液，可防止因濃水回灌導致的水質惡化情況；

（2）垃圾填埋場前期滲濾液可采用A2O2-MBRNF-RO常規工藝進行處理，填埋場后期滲濾液采用DTRO+STRO+三級RO+離子交換樹脂工藝，濃縮液采用預處理+MVR蒸發+鹽泥固化工藝，兩種工藝組合可解決任何時期垃圾填埋場滲濾液的處理難題；

（3）滲濾液采用DTRO+STRO+三級RO+離子交換樹脂工藝，濃縮液采用預處理+MVR蒸發+鹽泥固化工藝處理填埋場后期高污染、可生化性差的垃圾滲濾液，工程運行效果穩定，出水氨氮排放濃度為3-5mg/L，低于氨氮排放標準值（8mg/L），其他指標同時達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》GB16889-2008中表2規定的排放標準及《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T18920-2020）城市綠化排放標準，同時蒸發后的殘渣經過鹽泥固化螯合處理后，含水率40%以下，達到衛生填埋場要求。針對中后期垃圾填埋場滲濾液的水質特點，采用該組合式全量化處理工藝具有運行穩定，出水水質達標，不產生二次環境污染等優點，可為同類垃圾填埋場滲濾液全量化處理工程的設計提供參考。