高效物化技术处理老龄垃圾渗滤液工程实例
2023-07-31杨丹廉宇萍赵良忠覃霞杜仲惜周鸿飞
杨丹 廉宇萍 赵良忠 覃霞 杜仲惜 周鸿飞
摘要：我国生活垃圾填埋量巨大，如何有效处理垃圾填埋场产生的渗滤液成为一大问题。文章以广西某县生活垃圾卫生填埋场填埋年限10年以上的老龄垃圾为垃圾处理工程对象，针对可生化性差（低B/C）的老龄垃圾渗滤液处理难题展开研究，提出采用高效物化技术进行垃圾渗滤液处理。工程实际运行结果表明，液体聚合硫酸铁、活性炭、双氧水和片碱的投加量分别为36、1.50、0.30、0.30 kg/m3时效果最佳；在此条件下，中低浓度（化学需氧量COD<6 000 mg/L，氨氮<2 000 mg/L）的老龄垃圾渗滤液化学需氧量、氨氮、总氮和总磷的去除率分别为99.5%、99.1%、98.5%、99.7%，系统出水水质满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）的水质要求。
关键词：高效物化水处理；老龄垃圾渗滤液；渗滤液处理；水处理工程
中图分类号：X505 文献标识码：A 文章编号：1674-0688（2023）03-0021-04
0 引言
从1990年开始，我国越来越重视生活垃圾的处理处置，各省份、地区开始争相建设生活垃圾卫生填埋场，生活垃圾填埋场的规模建设开始高速增长，截至2020年，全国生活垃圾填埋量已超过21 520.9万t［1］。据不完全统计，各地目前专门用于处置生活垃圾的填埋场有547座，处理处置能力达30万t/d［2］。垃圾填埋过程不可避免会产生大量的渗滤液，如何有效地处理这些渗滤液成为垃圾填埋场亟待解决的难题。国内生活垃圾填埋场大多数采用生物技术处理渗滤液，生物处理工艺运行管理简便，投资运行成本较低，技术成熟，通常应用于早期垃圾渗滤液的处理［3-5］。但是，老龄渗滤液水质变化大，填埋年限在5年以上的垃圾渗滤液有机污染物浓度下降（＜2 300 mg/L），而氨氮含量升高（＞1 800 mg/L），造成碳氮比值严重失调（低B/C），高浓度的氨离子对生物处理工作产生抑制［6-7］，生物处理技术已无法满足渗滤液出水长期稳定、達标排放的要求。物化处理方法不受水质、水量、水温变化的影响，能有效去除渗滤液中的有毒、有害物质及高浓度的氨氮［8］。本文以广西某县生活垃圾卫生填埋场产生的老龄垃圾渗滤液处理项目为实例，介绍高效物化处理技术工程的实际应用，为老龄垃圾渗滤液处理工作提供参考。
1 工程概况
广西某县生活垃圾卫生填埋场于2010年9月建成并投入运营，至今稳定运行，原配套的渗滤液处理站处理能力为80 m3/d，渗滤液处理采用的是“生物处理+膜处理”组合工艺，但由于原处理工艺不能适应水质变化，处理能力不能满足现在的要求，导致出水质量不达标，因此急需对处理站进行扩容、升级和改造。本工程采用高效物化处理技术进行渗滤液处理，处理站处理能力扩容为150 m3/d。
2 工程设计方案
2.1 进、出水水质设计
广西某县生活垃圾卫生填埋场产生的老龄垃圾渗滤液水质较差，未能满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）标准的要求。本工程根据标准要求设计的进、出水水质参数见表1。
表1 进、出水水质参数设计
[序号 污染物 单位 进水水质 出水水质 1 化学需氧量（COD） mg·L-1 5 500 ≤100 2 氨氮 mg·L-1 1 500 ≤25 3 悬浮固体（SS） mg·L-1 900 ≤30 4 生化需氧量（BOD） mg·L-1 500 ≤30 5 总氮 mg·L-1 1 625 ≤40 6 总磷 mg·L-1 13.50 ≤3 7 pH值 — 6～9 6～9 8 色度 倍 16 000 ≤40 ]
2.2 工艺流程设计
本工程具体处理工艺流程如图1所示。
活性炭片碱][老龄垃圾
渗滤液] [管道混合器][深度处理罐][物化反应池][干污泥回库区][压滤机][砂滤机][超滤膜][反渗透膜][浓缩液回库区][达标排放]
2.3 主要处理设施及参数设计
2.3.1 管道混合器
管道混合器为SK型设备，DN125管，PVC材质，主要作用是调整pH值，使废水中胶体脱稳，为布朗运动、紊动水流作用下凝聚创造水解聚合条件。配合鼓风机使用，利用鼓风曝气作为搅拌动力，使药剂快速作用，均匀地分散于渗滤液中，有效调节渗滤液pH值，并节省药剂量、降低药剂成本。
2.3.2 物化反应池
物化反应池为钢筋混凝土结构，内壁防腐，外形尺寸为7.5 m×13.5 m×3.2 m，有效容积为225 m3，主要作用是将渗滤液中的氨氮、COD、悬浮物色度和各种金属离子吸附去除。在第一反应池中投加粉末状活性炭，利用其吸附能力强、制备容易、成本低等特点实现渗滤液吹脱氨氮及混凝沉淀；在第二反应池中投加双氧水，双氧水与混凝反应时产生的硫酸亚铁起芬顿反应，进一步去除COD，然后利用片碱将pH值回调至7左右。
2.3.3 压滤机
压滤机为液压4 kW/行车1.5 kW箱式，过滤面积为200 m2，主要作用是对混凝反应后的污水进行固液分离，具有优良的分离效果，压滤后的泥饼含水率低，上清液则进入下一道工序。
2.3.4 砂滤机
砂滤罐采用玻璃钢制造，尺寸为1 800 mm×2 400 mm，滤料采用石英砂（3层滤砂，粒径为0.5～4 mm）；配备304不锈钢袋式过滤器，尺寸为450 mm×430 mm×3 mm，精度为50目。
2.3.5 超滤进水池
超滤进水池为钢筋混凝土结构，内壁防腐，外形尺寸为4 m×8 m×5 m，有效容积为160 m3，池内配备超滤膜装置，超滤膜组件采用MO83G66.03 I8 V型号、26.67 cm（8寸）直径、3 m长、PVDF材质、膜孔径为0.03 μm的管式超滤膜，实施错流过滤，通过分离净化水体和菌体降低渗滤液COD、氨氮浓度及悬浮物色度。
2.3.6 反渗透系统
反渗透系统选用玻璃钢材质RO膜壳，规格为8040 mm×4 mm，600PIS；有机膜RO膜元件，规格为BW30FR-400/34；PE材质RO清洗水箱，容量为1 000 L。该系统可以有效降低渗滤液的COD、氨氮、悬浮物色度，保证出水水质达到排放要求。
2.3.7 深度处理器
深度处理器选用玻璃钢材质，规格为1 800 mm×2 400 mm，内置高效氨氮去除专用填料，主要作用是通过填料进一步去除水中氨氮，使出水氨氮降到25 mg/L以下，保证出水达标排放。
3 工艺调试及运行效果
3.1 工艺调试
3.1.1 混凝沉淀调试
该调试用于确定液體聚合硫酸铁投加量。渗滤液与液体聚合硫酸铁在高效管道混合器中快速均匀混合，形成高密度的絮体，可有效去除水中微粒、微生物污染物及部分水中可溶解污染物。通过多次调试，确定液体聚合硫酸铁投加量为36 kg/m3。
3.1.2 活性炭吸附调试
该调试用于确定活性炭投加量和搅拌时间。选用的活性炭为粉末状椰壳（碘值为800），吸附能力强、制备容易、成本低，能起到吸附COD、悬浮物色度和各种金属离子的作用，同时对前端工艺的混凝有助凝沉淀的作用。通过多次调试，确定活性炭投加量为1.5 kg/m3，压缩空气搅拌时间为2 h。
3.1.3 芬顿反应调试
有研究指出，与在自然条件下进行的臭氧氧化反应相比，Fe2+/H2O2试剂会实现更高的COD和总有机碳去除率，并且会提高垃圾渗滤液的可生物降解性［9］。在酸性条件下，双氧水与混凝反应时产生硫酸亚铁反应，片碱回调反应液的pH使芬顿反应后的Fe3+形成矾花状的氢氧化铁沉淀，可去除COD、氨氮和铁离子。通过多次调试，确定双氧水投加量为0.3 kg/m3，片碱投加量为0.3 kg/m3，回调pH值为7左右。
3.2 运行结果
工程采用上述最佳工艺参数，经过工程运行处理的进、出水水质对比见表2。由表2可知，该工艺处理老龄垃圾渗滤液效果良好，对于中低浓度（COD<6 000 mg/L，氨氮<2000 mg/L）的老龄垃圾渗滤液，处理后出水中的COD、氨氮等浓度远低于《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）的指标要求。
3.3 运行效果分析
3.3.1 预处理系统运行效果
预处理系统的工序有混凝、沉淀、过滤。首先，液体聚合硫酸铁快速中和渗滤液中胶体微粒表面的负电荷，发生混凝［10］，活性炭吸附渗滤液中包括COD、色度及各种金属离子污染物，同时对前置的混凝起到助凝沉淀的作用；其次，双氧水与混凝反应时产生的硫酸亚铁溶液充分混合后发生芬顿反应，利用Fe2+催化分解H2O2生成羟基自由基降解有机物，同时Fe2+最终可被氧化为Fe3+，并产生Fe（OH）3胶体［11］；最后，进入压滤机进行固液分离。预处理系统能有效去除各种污染物，尤其是对COD、总磷的去除效果明显（如图2所示）。
3.3.2 超滤膜工艺段运行效果
经过预处理系统后，渗滤液进入超滤膜工艺段，利用超滤膜微小孔径分离污染物，有效去除渗滤液中的胶体、大分子有机物、微粒悬浮物、病毒及细菌，进一步过滤分离净化水体，为下一段工艺创造良好的水质条件（如图3所示）。
3.3.3 反渗透膜工艺段运行效果
反渗透系统可高效去除氢离子和氢氧根离子以外的其他无机离子，去除率高达98 %，对低分子量有机物甚至达到100 %去除率［12］。反渗透膜工艺段具有良好的去除污染物效果（如图4所示），去除污染物的反渗透膜浓缩液将回流至垃圾填埋库区。
3.3.4 深度处理器运行效果
为保证渗滤液出水达标，采用高效氨氮去除专用填料的深度处理器进一步降低氨氮浓度，利用沸石吸附氨氮，实现渗滤液达标排放。该工艺段处理后的出水水质低于《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）的指标要求（如图5所示）。
3.4 运行成本分析
工程总价（包含税收费用）约545万元，主要包括处理设备费、土木建设费、运行调试费、设备材料运输费、安装费、设计工艺费、电线路架设费、项目验收费和项目监理费等。
工程正式投入运行后主要费用为运行维护费用，包括人工工资、投放药剂成本和电费，具体费用明细如下。
（1）电费：当地每度电为0.65元，垃圾渗滤液处理系统设备总功率为145.8 kW，处理能力为6.25 m3/h，则处理1 t垃圾渗滤液的电费为15元。
（2）人工工资费用：垃圾渗滤液处理系统需配备4人开展日常运维工作，按每人150元/d计，则处理1 t垃圾渗滤液所需人工工资为4元。
（3）药剂费：按处理1 t废水需消耗36 kg液体聚合硫酸铁、1.50 kg粉末状椰壳活性炭、0.30 kg双氧水、0.30 kg片碱、0.024 kg阻垢剂、0.002 kg洗膜专用药剂一、0.015 kg洗膜专用药剂二计算，处理1 t废水需投放的药剂成本约为47元。
综上，工程实例运行成本约67元/t。
4 结论
高效物化技术处理老龄垃圾渗滤液工程设计经过工艺调试，确定液体聚合硫酸铁、活性炭、双氧水和片碱的投加量分别为36、1.50、0.30、0.30 kg/m3时的效果最佳。在此条件下，中低浓度（COD<6 000 mg/L，氨氮<2 000 mg/L）老龄垃圾渗滤液中的COD、氨氮、总氮和总磷的去除率分别为99.5%、99.1%、98.5%、99.7%。老龄垃圾渗滤液经过工程运行处理后，出水水质指标远低于《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）的排放指标要求。由此证明，本工程采用的高效物化处理技术可较好地解决老龄渗滤液氨氮含量高、可生化性低等问题。同时，本工程具有运行成本低、能有效处理不同时段的垃圾渗滤液等优点，为老龄垃圾渗滤液处理提供有价值的应用参考。
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