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【工業(yè)污水處理】高氨氮滲濾液零排放處理技術(shù)研究

【工業(yè)污水處理】高氨氮滲濾液零排放處理技術(shù)研究

作者:泰源人????來(lái)源:西安泰源????發(fā)布時(shí)間:2021-05-10 12:40????瀏覽量:

【工業(yè)污水處理】高氨氮滲濾液零排放處理技術(shù)研究
根據生活垃圾的處理方式,可將垃圾滲濾液分為焚燒廠(chǎng)滲濾液和填埋場(chǎng)滲濾液。其中,焚燒廠(chǎng)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(diǎn),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(jìn)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(shí)現焚燒廠(chǎng)滲濾液的零排放處置。而填埋場(chǎng)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(diǎn),主要采用兩級硝化反硝化脫氮 + 超濾 + 納濾 / 反滲透工藝進(jìn)行處理,納濾清液達標排放。如生化系統出現故障,出水不能達標,則采用反滲透對納濾清液進(jìn)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?;毓嗵盥駞^,鹽分及難降解有機物逐漸累積。
垃圾填埋場(chǎng)建設時(shí)間超過(guò) 5 年,則垃圾滲濾液開(kāi)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。南方地區部分填埋場(chǎng)滲濾液的氨氮濃度甚至超過(guò) 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(jìn)一步導致進(jìn)水鹽分升高,滲濾液系統處理能力顯著(zhù)下降,出水不能穩定達標排放。
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(jìn)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的硝化 /反硝化生物脫氮,該組合工藝具有操作簡(jiǎn)單、運行穩定、無(wú)濃縮液回灌等優(yōu)點(diǎn)。
1 工程概況
南方地區某垃圾填埋場(chǎng)建設時(shí)間超過(guò) 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(jìn)南方地區某垃圾填埋場(chǎng)建設時(shí)間超過(guò) 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(jìn)水 COD 濃度 20000mg/L、氨氮濃度 3000mg/L,由于南方氣候溫熱,填埋場(chǎng)滲濾液老齡化加劇。項目運營(yíng)至今氨氮濃度不斷上升,最高濃度達到 5300mg/L。生化系統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(jià),可提高系統對污染物的去除率,使系統的出水仍可穩定達標。
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,系統設計處理量 240t/d。
該項目設計進(jìn)出水水質(zhì)如表 1 所示,出水如排放需滿(mǎn)足《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標準》(GB 16889-2008),出水如回用則需滿(mǎn)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(diǎn)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(mǎn)足排放要求。
設計采用電催化氧化法進(jìn)行脫氮,該過(guò)程包括氨氮氧化及硝氮反硝化。氨氮在電催化陽(yáng)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:
 

2氨氮氧化產(chǎn)生的 NO3-、NO2-進(jìn)一步在電催化陰極被還原為N2。通過(guò)電催化小試實(shí)驗發(fā)現,當滲濾液原水 COD 濃度較高時(shí),電解過(guò)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(jìn)行除渣后進(jìn)入調節池內,調節池出水經(jīng)厭氧進(jìn)水泵提升,并經(jīng)過(guò)袋式過(guò)濾器過(guò)濾掉大顆粒懸浮物后,進(jìn)入厭氧處理單元。厭氧采用 UASB 厭氧反應器,易生物降解有機物在反應器內水解、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(jìn)入電催化氧化系統進(jìn)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,與滲濾液原水混合,確保厭氧進(jìn)水氨氮濃度< 2000mg/L。
電催化氧化出水鹽分較低,進(jìn)入 DTRO 高壓膜深度處理系統。傳統工藝采用 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,膜系統運行穩定性較好,產(chǎn)水率高。DTRO 膜濾濃縮液經(jīng)化學(xué)軟化降低硬度后,利用 MVR蒸發(fā)濃縮及干燥進(jìn)行處置,蒸發(fā)系統脫鹽率超過(guò) 99%,而難降解有機物與無(wú)機鹽被轉化為鹽泥進(jìn)行填埋。蒸發(fā)清液中低沸點(diǎn)有機物濃度較高,但氨氮濃度很低,將其回流至厭氧系統進(jìn)一步處理。
該項目構建垃圾滲濾液零排放系統,總產(chǎn)水率超過(guò) 98%,無(wú)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(chǎng)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
調節池設計總池容 1000m³,停留時(shí)間 4.2h。在調節池內分格出事故出水池,事故池池容 500m³。調節池考慮三路進(jìn)水,分別為垃圾滲濾液原液、生活污水及初期雨水。在進(jìn)入調節池系統前,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。
調節池沉淀區設置調節池排泥泵。對調節池的沉淀物進(jìn)行排泥,污泥輸送至污泥池,與厭氧系統污泥混合后進(jìn)入污泥處理系統。調節池出水經(jīng)厭氧進(jìn)水泵提升,并經(jīng)過(guò)袋式過(guò)濾器過(guò)濾掉大顆粒懸浮物后,進(jìn)入厭氧處理單元。滲濾液調節池內部配置可燃氣體報警在線(xiàn)檢測儀表,以隨時(shí)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(jìn)水 COD 負荷 3120kg/d,設計 COD 容積負荷 5kg/(m³.d),厭氧池規格: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(jìn)水流量 Q=28t/h,原水有機物濃度充分稀釋?zhuān)瑹o(wú)需考慮內回流。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,部分排至污泥池后壓濾為干泥填埋。
該系統最大沼氣產(chǎn)量為 38m³/h(甲烷含量 65%),由風(fēng)機引至填埋區,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(jiǎn)單、運行穩定、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。而電催化系統設計的關(guān)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(yáng)極,BDD 電極化學(xué)性質(zhì)穩定,使用壽命長(cháng),氧化能力強。設置電催化氧化反應器一座,進(jìn)水氨氮負荷1050kg/d,系統裝機功率 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(jìn)入 DTRO 系統。
3.4 DTRO
該項目采用兩級 DTRO 工藝處理電催化氧化出水,系統設計進(jìn)水量 10t/h,產(chǎn)水量 7t/h,產(chǎn)水率 70%。廢水經(jīng) pH 值調節、多介質(zhì)過(guò)濾器、保安過(guò)濾器等預處理后進(jìn)入一級 DTRO,一級 DTRO 清液進(jìn)入二級 DTRO 作深度處理,而其濃縮液排至化學(xué)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(jìn)入化學(xué)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(jìn)入 MVR 蒸發(fā)干燥段,其工藝流程如圖 2 所示。
 
1. 
3.蒸原水由進(jìn)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)結晶系統蒸餾水和不凝氣預熱至 70℃進(jìn)入強制循環(huán)蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。結晶分離器出來(lái)的 90℃二次蒸汽,經(jīng)過(guò)結晶分離器內旋流板除沫器分離液沫后進(jìn)入MVR 壓縮系統。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(guò)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(jìn)入蒸發(fā)器后,和壓縮后升高到 95℃左右的二次蒸汽進(jìn)行換熱,MVR 系統達到熱平衡,需要少量外部的鮮蒸汽進(jìn)行加熱。經(jīng)過(guò)強制循環(huán)蒸發(fā)器蒸發(fā)后的濃縮液,經(jīng)過(guò)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,回流至厭氧系統作進(jìn)一步處理。
4 工程運行狀況
工程項目調試 3 個(gè)月后進(jìn)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.
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(jìn)行零排放處理。該組合工藝具有操作簡(jiǎn)單、運行穩定、無(wú)濃縮液回灌等優(yōu)點(diǎn)。
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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