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2 废水处理工艺流程
该项目渗滤液废水处理难点在于氨氮浓度高、可生化性较差、生物脱氮效率低下、出水氨氮及总氮难以满足排放要求。
设计采用电催化氧化法进行脱氮,该过程包括氨氮氧化及硝氮反硝化。氨氮在电催化阳极被直接氧化为 NO3-、NO2-及 N2,或者被电催化所产生的氯自由基及羟基自由基选择性氧化:
氨氮氧化产生的 NO3-、NO2-进一步在电催化阴极被还原为N2。通过电催化小试实验发现,当渗滤液原水 COD 浓度较高时,电解过程中极板易发生有机物粘附,氧化效率逐渐下降。故考虑采用厌氧工艺去除渗滤液中易降解有机物,提高电催化效率。该项目设计处理工艺流程如图 1 所示。
垃圾渗滤液原水采用水力筛格栅机进行除渣后进入调节池内,调节池出水经厌氧进水泵提升,并经过袋式过滤器过滤掉大颗粒悬浮物后,进入厌氧处理单元。厌氧采用 UASB 厌氧反应器,易生物降解有机物在反应器内水解、酸化、转化为甲烷,有机物浓度大幅下降。厌氧出水含有部分厌氧污泥,经沉淀后进入电催化氧化系统进行脱氮。而后氨氮转化为氮气,碳酸盐转化为二氧化碳,渗滤液的氨氮浓度、碱度及含盐量均降低。由于氨氮对厌氧菌有毒害作用,将电催化低氨出水及蒸发冷凝液回流至厌氧系统,与渗滤液原水混合,确保厌氧进水氨氮浓度< 2000mg/L。
电催化氧化出水盐分较低,进入 DTRO 高压膜深度处理系统。传统工艺采用 DTRO 直接处理渗滤液原液,高盐分影响产水率,高有机浓度造成膜污染严重。该项目利用厌氧及电催化氧化作为 DTRO 的预处理工艺,膜系统运行稳定性较好,产水率高。DTRO 膜滤浓缩液经化学软化降低硬度后,利用 MVR蒸发浓缩及干燥进行处置,蒸发系统脱盐率超过 99%,而难降解有机物与无机盐被转化为盐泥进行填埋。蒸发清液中低沸点有机物浓度较高,但氨氮浓度很低,将其回流至厌氧系统进一步处理。
该项目构建垃圾渗滤液零排放系统,总产水率超过 98%,无任何浓缩液需要回灌或者外运,出水水质达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008) 标准和《城市污水再生利用:工业用水水质》(GB/T 19923-2005)中工艺与生产用水标准。
3 主要构筑物与设备
3.1 废水收集池与预处理设备
调节池设计总池容 1000m³,停留时间 4.2h。在调节池内分格出事故出水池,事故池池容 500m³。调节池考虑三路进水,分别为垃圾渗滤液原液、生活污水及初期雨水。在进入调节池系统前,针对三种水的水质特性,考虑不同的预处理方式。对垃圾渗滤液原液采用水力筛的预处理方式,对生活污水及初期雨水采用格栅的预处理方式。
调节池沉淀区设置调节池排泥泵。对调节池的沉淀物进行排泥,污泥输送至污泥池,与厌氧系统污泥混合后进入污泥处理系统。调节池出水经厌氧进水泵提升,并经过袋式过滤器过滤掉大颗粒悬浮物后,进入厌氧处理单元。渗滤液调节池内部配置可燃气体报警在线检测仪表,以随时掌握沼气积累情况。
3.2 UASB 厌氧反应器
设置 UASB 厌氧反应器一座,进水 COD 负荷 3120kg/d,设计 COD 容积负荷 5kg/(m³.d),厌氧池规格:Φ8m×14m,有效容积 630m³。考虑到电催化出水回流,蒸发冷凝液回流,厌氧总进水流量 Q=28t/h,原水有机物浓度充分稀释,无需考虑内回流。设计厌氧出水沉淀池一座,沉淀污泥部分回流到UASB 反应器内,部分排至污泥池后压滤为干泥填埋。
该系统最大沼气产量为 38m³/h(甲烷含量 65%),由风机引至填埋区,混合填埋产气焚烧或发电。
3.3 电催化氧化
目前,已有众多文献报道采用电催化法去除渗滤液中的氨氮,该工艺有操作简单、运行稳定、处理效果好等优点。而电催化系统设计的关键为电极材料的选择,该项目选用硼掺杂金刚石 BDD 电极作为阳极,BDD 电极化学性质稳定,使用寿命长,氧化能力强。设置电催化氧化反应器一座,进水氨氮负荷1050kg/d,系统装机功率 200kW,氨氮去除量 90%,剩余 10%的氨氮在蒸发段转化为氯化铵或硫酸铵结晶去除。电催化氧化出水经曝气均质去除残留氧化物,而后进入 DTRO 系统。
3.4 DTRO
该项目采用两级 DTRO 工艺处理电催化氧化出水,系统设计进水量 10t/h,产水量 7t/h,产水率 70%。废水经 pH 值调节、多介质过滤器、保安过滤器等预处理后进入一级 DTRO,一级 DTRO 清液进入二级 DTRO 作深度处理,而其浓缩液排至化学软化段。二级 DTRO 清液入脱气塔吹脱部分溶解气体(H2S、CO2、NH3 等),降低电导率后达标排放或回用。二级 DTRO 浓缩液返回一级 DTRO 合并继续处理。
一级 DTRO 设计产水量 7.8t/h,膜通量 8.5L/(㎡.h),选用 9.4㎡ 膜组件 100 支,操作压力 50bar;二级 DTRO 设计产水量 7t/h,膜通量 32L/(㎡.h),选用 9.4㎡ 膜组件 25 支,操作压力 35bar。
3.5 MVR 蒸发干燥
DTRO 浓缩液进入化学软化段,采用 NaOH/Na2CO3 法降低废水总硬度至 800mg/L 以下,软化出水进入 MVR 蒸发干燥段,其工艺流程如图 2 所示。
蒸原水由进料泵输送至蒸馏水板式预热器和不凝气板式预热器与 MVR蒸发结晶系统蒸馏水和不凝气预热至 70℃进入强制循环蒸发器进行蒸发浓缩。结晶分离器出来的 90℃二次蒸汽,经过结晶分离器内旋流板除沫器分离液沫后进入MVR 压缩系统。二次蒸汽被单螺杆压缩机压缩后,温度可升高到 120℃左右,压缩后的蒸汽再打入蒸发室加热物料。加热物料的过程中,这部分蒸汽冷凝成水并由蒸馏水泵排出,其温度约 40℃。
预热后的物料进入蒸发器后,和压缩后升高到 95℃左右的二次蒸汽进行换热,MVR 系统达到热平衡,需要少量外部的鲜蒸汽进行加热。经过强制循环蒸发器蒸发后的浓缩液,经过出料泵输送干燥机处置为盐泥,封装后填埋。蒸发冷凝液COD 浓度较高,回流至厌氧系统作进一步处理。
4 工程运行状况
工程项目调试 3 个月后进入运行期,各单元运行状况如表 2 所示,其中厌氧出水氨氮及 TDS 浓度降低是由于电催化出水回流及蒸发冷凝液回流的稀释效应。
5 结论
1)采用 UASB 厌氧 + 电催化氧化 + 碟式反渗透(DTRO)+MVR 蒸发组合工艺,对高氨氮渗滤液废水进行零排放处理。该组合工艺具有操作简单、运行稳定、无浓缩液回灌等优点。
2)利用 UASB 厌氧降低渗滤液的 COD 浓度,提高电催化氧化效率。而电催化氧化降低了渗滤液的电导率,提高了DTRO 的产水率。各工艺段对特征污染物去除率较高,工艺设计合理。
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