高氨氮滲濾液零排放處理技術研究
摘 要：文章采用 UASB 厭氧 + 電催化氧化 + 碟式反滲透（DTRO）+MVR 蒸發組合工藝，對高氨氮滲濾液廢水進行零排放處理。首先采用 UASB 氧去除滲濾液中的易降解有機物，滲濾液 COD 去除率達到 70%；再利用電催化氧化去除氨氮，降低廢水含鹽量；最后采用 DTRO 對滲濾液進行度處理，膜濾清液水質滿足回用標準。膜濾濃縮液采用 MVR 蒸發干燥技術轉化為鹽泥填埋。該工藝設計合理，各工藝段對特征污染物的去除率較高，具有操作簡單、運行穩定、無濃縮液回灌等優點。
0 引言
根據生活垃圾的處理方式，可將垃圾滲濾液分為焚燒廠滲濾液和填埋場滲濾液。其中，焚燒廠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，主要采用厭氧 +兩級硝化反硝化脫氮 + 超濾 + 納濾 + 反滲透工藝進行處理。
反滲透清液回用于生產，而納濾及反滲透濃縮液經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，以實現焚燒廠滲濾液的零排放處置。而填埋場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，主要采用兩級硝化反硝化脫氮 + 超濾 + 納濾 / 反滲透工藝進行處理，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常回灌填埋區，鹽分及難降解有機物逐漸累積。
垃圾填埋場建設時間超過 5 年，則垃圾滲濾液開始“老齡化”，有機物厭氧產甲烷導致滲濾液 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滲濾液的氨氮濃度甚至超過 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一步導致進水鹽分升高，滲濾液系統處理能力顯著下降，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 蒸發組合工藝，對高氨氮滲濾液進行零排放處理。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單、運行穩定、無濃縮液回灌等優點。
1 工程概況
南方地區某垃圾填埋場建設時間超過 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，進南方地區某垃圾填埋場建設時間超過 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，進水 COD 濃度 20000mg/L、氨氮濃度 3000mg/L，由于南方氣候溫熱，填埋場滲濾液老齡化加劇。項目運營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，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。
該項目設計進出水水質如表 1 所示，出水如排放需滿足《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889-2008），出水如回用則需滿足《城市污水再生利用：工業用水水質》（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足排放要求。
設計采用電催化氧化法進行脫氮，該過程包括氨氮氧化及硝氮反硝化。氨氮在電催化陽極被直接氧化為 NO3-、NO2-及 N2，或者被電催化所產生的氯自由基及羥基自由基選擇性氧化：
氨氮氧化產生的 NO3-、NO2-進一步在電催化陰極被還原為N2。通過電催化小試實驗發現，當滲濾液原水 COD 濃度較高時，電解過程中極板易發生有機物粘附，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行除渣后進入調節池內，調節池出水經厭氧進水泵提升，并經過袋式過濾器過濾掉大顆粒懸浮物后，進入厭氧處理單元。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，經沉淀后進入電催化氧化系統進行脫氮。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冷凝液回流至厭氧系統，與滲濾液原水混合，確保厭氧進水氨氮濃度＜ 2000mg/L。
電催化氧化出水鹽分較低，進入 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，產水率高。DTRO 膜濾濃縮液經化學軟化降低硬度后，利用 MVR蒸發濃縮及干燥進行處置，蒸發系統脫鹽率超過 99%，而難降解有機物與無機鹽被轉化為鹽泥進行填埋。蒸發清液中低沸點有機物濃度較高，但氨氮濃度很低，將其回流至厭氧系統進一步處理。
該項目構建垃圾滲濾液零排放系統，總產水率超過 98%，無任何濃縮液需要回灌或者外運，出水水質達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB 16889-2008） 標準和《城市污水再生利用：工業用水水質》（GB/T 19923-2005）中工藝與生產用水標準。
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。調節池考慮三路進水，分別為垃圾滲濾液原液、生活污水及初期雨水。在進入調節池系統前，針對三種水的水質特性，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行排泥，污泥輸送至污泥池，與厭氧系統污泥混合后進入污泥處理系統。調節池出水經厭氧進水泵提升，并經過袋式過濾器過濾掉大顆粒懸浮物后，進入厭氧處理單元。滲濾液調節池內部配置可燃氣體報警在線檢測儀表，以隨時掌握沼氣積累情況。
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。考慮到電催化出水回流，蒸發冷凝液回流，厭氧總進水流量 Q=28t/h，原水有機物濃度充分稀釋，無需考慮內回流。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。
該系統最大沼氣產量為 38m3/h（甲烷含量 65%），由風機引至填埋區，混合填埋產氣焚燒或發電。
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，該工藝有操作簡單、運行穩定、處理效果好等優點。而電催化系統設計的關鍵為電極材料的選擇，該項目選用硼摻雜金剛石 BDD 電極作為陽極，BDD 電極化學性質穩定，使用壽命長，氧化能力強。設置電催化氧化反應器一座，進水氨氮負荷1050kg/d，系統裝機功率 200kW，氨氮去除量 90%，剩余 10%的氨氮在蒸發段轉化為氯化銨或硫酸銨結晶去除。電催化氧化出水經曝氣均質去除殘留氧化物，而后進入 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，系統設計進水量 10t/h，產水量 7t/h，產水率 70%。廢水經 pH 值調節、多介質過濾器、保安過濾器等預處理后進入一級 DTRO，一級 DTRO 清液進入二級 DTRO 作深度處理，而其濃縮液排至化學軟化段。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 蒸發干燥
DTRO 濃縮液進入化學軟化段，采用 NaOH/Na2CO3 法降低廢水總硬度至 800mg/L 以下，軟化出水進入 MVR 蒸發干燥段，其工藝流程如圖 2 所示。
蒸原水由進料泵輸送至蒸餾水板式預熱器和不凝氣板式預熱器與 MVR蒸發結晶系統蒸餾水和不凝氣預熱至 70℃進入強制循環蒸發器進行蒸發濃縮。結晶分離器出來的 90℃二次蒸汽，經過結晶分離器內旋流板除沫器分離液沫后進入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室加熱物料。加熱物料的過程中，這部分蒸汽冷凝成水并由蒸餾水泵排出，其溫度約 40℃。
預熱后的物料進入蒸發器后，和壓縮后升高到 95℃左右的二次蒸汽進行換熱，MVR 系統達到熱平衡，需要少量外部的鮮蒸汽進行加熱。經過強制循環蒸發器蒸發后的濃縮液，經過出料泵輸送干燥機處置為鹽泥，封裝后填埋。蒸發冷凝液COD 濃度較高，回流至厭氧系統作進一步處理。
4 工程運行狀況
工程項目調試 3 個月后進入運行期，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冷凝液回流的稀釋效應。
5 結論
1）采用 UASB 厭氧 + 電催化氧化 + 碟式反滲透（DTRO）+MVR 蒸發組合工藝，對高氨氮滲濾液廢水進行零排放處理。該組合工藝具有操作簡單、運行穩定、無濃縮液回灌等優點。
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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