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案例收藏!一文读懂垃圾渗滤液的几种处理新工艺

2017-1-9 13:18:24      点击:

垃圾渗滤液作为高浓度有机废水,自从2003年首次将外置式膜生化反应器(MBR)工艺从德国引入国内进行垃圾渗滤液进行处理以来,已经有数百个案例采用该工艺,但因为各个公司的设计及运营水平不一样,一直只有少数公司能够将该工艺长期稳定运行在项目上,但MBR工艺无疑是被证明了的对垃圾渗滤液最高效,最稳定的工艺,因而,当前国内新建的垃圾渗滤液处理场90%以上采用生化工艺进行处理。主要工艺为“MBR+NF+RO”,如江苏维尔利2016年新建运营的850t/d的成都万兴电厂垃圾渗滤液处理工程采用“MBR+NF+RO/DTRO”工艺,浙江泰来环保2016年新建的400t/d象山垃圾填埋场垃圾渗滤液处理工程采用”MBR+NF+RO/AOP”,上海康恒2016年新建的800t/d宁波市鄞州区垃圾焚烧场渗滤液处理系统采用“MBR+NF+RO”等。但随着膜法技术的深入,越来越多的其他问题也渐渐浮出水面,尤其是纳滤与反渗透的浓缩液的处理已成为越来越多垃圾渗滤液处理公司发展的瓶颈,因而,在2016年,很多新的工艺与方法在项目上进行了应用,值得我们去研究。


一、外置式膜生化反应器的进展


外置式膜生化反应器工艺原理图

外置式膜生化反应器根据进水水量和水质的不同工况而设计和控制适宜的反应条件以实现高效的反硝化和硝化反应并同时降解有机污染物。为了充分利用进水中的碳源来进行反硝化反应,外置式膜生化反应器采用反硝化前置,硝化后置的形式,同时可以减少硝化池中用于降解有机污染物所需的氧量。单级生物脱氮的外置式膜生化反应器由反硝化、硝化和外置式超滤(UF)两个单元组成。如上图所示:

外置式膜生化反应器的硝化池内根据需要配置射流鼓风曝气专用设备,可以培养出高活性的好氧微生物,使污水中的可生化降解的有机污染物在硝化池内几乎完全降解,同时把氨氮和有机氮氧化为硝酸盐,由于超滤膜把菌体(活性污泥)和净化水完全分离,使得在生化系统中经过不断驯化产生的微生物菌群得以繁殖,对渗沥液中相对普通污水处理工艺而言难降解的有机物也能逐步降解,可以获得高品质的出水水质。超滤进水兼有回流功能,即超滤进水经过超滤浓缩后,清液排出,而浓缩液回流至反硝化池中,在缺氧环境中还原成氮气排出,达到脱氮的目的。反硝化池内设液下搅拌装置,保证了反硝化池内泥水的良好混合性,避免了污泥沉淀在反硝化池底部。

外置式膜生化反应器采用外置管式超滤替代了传统的二沉池,完全实现泥、水分离,使生化系统内的污泥浓度达到15-30g/l。由于生化反应器内污泥浓度较传统的活性污泥法高出3-6倍,并且渗沥液中盐份含量很高,如采用普通的曝气方式,氧的转移效率、空气扩散和气液搅拌混合效果等均受到极大的限制,不能满足高污泥浓度、高污染物负荷条件下的供氧要求,因此在外置式膜生化反应器硝化池中采用特殊设计的鼓风射流曝气机构。

该工艺虽然原理上比较简单,但为了达到高效、节能等特点,很多公司在生化系统上进行了很多的创新与试验,如采用试验CJR代替传统的生化,将一级硝化池分成二段,增加二级反硝化池与二级硝化池的比例,反硝化池采用折流设计,二级系统与一级系统串联或并联优选等各种改变,来达到更高的污水处理效果。

二、混凝沉淀+高级氧化技术在浓缩液处理上的应用

     纳滤浓缩液水质浑浊,呈弱酸性,黄褐色,无味。含有大量腐殖酸类物质,难以被生物降解,COD约为3000~10000mg/LBOD100 mg/L,采用混凝沉淀能去除腐殖酸类物质,从而降低系统的COD。在弱酸性条件下,FeCl3 的水解产物主要为带正电荷的低 、中聚合形态,吸附电中和及共聚络合是 FeCl3 与腐殖酸的主要混凝机理 。


从上图可以看出,当pH>7后,对腐殖酸(以TOC量计)基本无去除效果,混凝效果较差。投药量较低或较高时,pH值为 4~7 时,去除 TOC效果均较佳,都能获得较好的混凝效果。而投加量为0.25mg/mgTOC基本上可以达到50%左右的TOC去除效果,在性价比上来说是最优的,pH控制在4~6范围内对整个系统的运行是最优的。

pH=5的弱酸性条件下,由于FeCl3的水解产物主要为带正电荷的低、中聚合形态,容易与腐殖酸分子发生吸附电中和后形成大量Me-HA形式的络合物(Me为金属离子)。在pH=7的中性条件下,FeCl3的水解产物主要为高聚合形态,达到一定投药量后,生成大量不定形的氢氧化物沉淀。在较低投药量下,这种高聚合态水解产物仍然与腐殖酸分子络合,但络合物表面的剩余负电荷阻碍了络合物的进一步凝聚而较难沉淀,通过增大投药量后形成的氢氧化物不定形体与铁-腐殖酸络合物作用而达到混凝沉淀的效果。

FeCl3混凝后,进行PAM复配,能提高COD的降解率10~15%左右,PAM是阳离子型有机高分子,阳离子型PAM水解形成长链的高分子物质,对胶体主要起吸附架桥的作用,同时因为它能解离出较多的阳离子基团,所以兼有电性中和的作用。首先投加的FeCl3混凝剂与水中有机物形成絮体,投加PAM后,它先吸附在絮体上,然后与其他未反应的高分子通过桥连而实现絮凝。此外,阳离子型PAM还可以通过与带负电的溶解物进行物理化学反应,生成不溶性盐,对水中溶解物起到絮凝沉淀的作用。与单独投加FeCL3相比,絮体形成快,尺度大且密实,沉速快。

高级氧化技术 (AOPS)20世纪80年代发展起来的一种难降解有机污染物氧化去除新技术,它的特点是利用反应中产生的强氧化性的羧基自由基作为主要氧化剂,将废水中难降解的有机污染物氧化降解成无毒或低毒的小分子物质,甚至直接矿化为二氧化碳、水以及其他小分子羧酸,达到无害化目的。由于AOPs产生大量非常活泼的具有强氧化性自由基(•OH),这些自由基无选择性地直接与废水中的有机污染物作用诱发后续链反应,将难降解有机污染物无害化降解,并且操作条件易于控制,因此被科研人员认为是化学氧化法中最有发展前景的分支之一。该方法在废水处理方面也发挥着越来越重要的作用。

高级氧化技术以产生强氧化活性的羧基自由基为标志,通过电、声、光辐射、催化剂等作用方式,使污水中难降解物质直接矿化,或利用自由基强氧化作用将大分子物质降解为小分子易降解物质,提高污水的可生化性。

     与其他化学氧化法相比,高级氧化法具有以下特点。

氧化能力强 反应过程中产生大量羧基自由基(•OH)。羧基自由基和其他各种氧化剂的标准电极电势见下表。从表中可以看出,•OH自由基的标准电极电势仅次于F2,比O3H2O2MnO4CL2等常用的强氧化剂的电势高得多,这就意味着羧基自由基的氧化能力要远远高于普通的化学氧化剂,是一种氧化能力很强的氧化剂。 



2  反应速率快 羧基自由基(•OH)非常活泼,能与大多数有机物反应;反应速率很快,多数有机物在此过程中的氧化速率常数可达106~109L/(mols)。对不同有机物质,O3的氧化速率常数大多保持在109L/(mols)这一数量级水平上。

3  适用范围广 羧基自由基(•OH)与有机物作用时,无论是何种物质,无论多大浓度,较高的氧化电位使得羧基自由基(•OH)几乎可将所有有机物快速氧化降解直至矿化,反应选择性小。

例:浙江象山垃圾填埋场渗滤液处理工程80m3/d浓缩液处理采用 “AOP(高级催化氧化)处理系统”主体工艺为“混凝沉淀+AOP+BAC”,工艺流程如下:


象山垃圾填埋场渗滤液80t/d浓缩液处理项目高级氧化项目图

三、亚表面超微气泡浸没式燃烧工艺

浸没燃烧蒸发器也不是新概念了,但2016年的重大事项是在清华大学的研发团队的带领下,终于在北京阿苏卫进行了中试及项目实验的成功,为浓缩液的处理带来了革命性的进步。

浸没燃烧蒸发器是在浸没燃烧中把热烟气强制通过浸没管道,直接释放到水中,一般可达到95%以上的传热效率。其燃烧室可达到很高的温度,因此,排出尾气可达标。浸没燃烧蒸发器的主要工作过程如下:燃气燃烧器产生热烟气进入蒸发器,热烟气从浸没于水池的管道口冲击进入水体,多孔板把大气泡撕裂为微气泡,极大地提高传热表面积,界面水迅速气化,蒸气缓慢上升至液面,在上升过程中加热更多的水转化为蒸气,最后尾气通过管道排出,蒸发浓缩液从底部除去。渗滤液浸没燃烧蒸发器的特点:工艺可靠、可达标排放;减容率可达97%以上;对水量、水质变化适应能力强;维护成本低、自控程度高;燃气用填埋气体,节省能源费用;减少甲烷排放。根据渗滤液水质和填埋气体产量的不同,渗滤液浸没蒸发处理也存在各种不同的工艺流程。

同时该工艺解决了浓缩液处理中蒸发工艺易结垢的问题,我们知道渗滤液中含有大量的钙镁钡硅等离子,这些离子在受热后会迅速沉淀,形成难以处理的垢质,对设备及整体稳定运行具有很大影响,浸没燃烧工艺在原理上没有固定传热面,不存在在传热面上结晶、结垢和腐蚀问题。实际工程中,阿苏卫业主、首钢环境的一位朋友在经过1~2周的考察后,也没有出现该类问题。


阿苏卫50t/d二级浸没燃烧项目图

四、MVC蒸发工艺

MVC技术(即Mechanical Vapor Compression)最初为美国海军舰船的海水淡化研发而成,现在已经广泛的应用到海水淡化、化工浓缩、高浓度有机/无机废水处理、纯净水生产、药用级注射用水生产等。

ine-height:26.4pt;background:white'>例:浙江象山垃圾填埋场渗滤液处理工程80m3/d浓缩液处理采用 “AOP(高级催化氧化)处理系统”主体工艺为“混凝沉淀+AOP+BAC”,工艺流程如下:


MVC技术的工作原理,首先污水通过绿色线的来水管道进入MVC处理系统,由于管束附近的温度要高出来水温度10度左右,进来的污水会一部分蒸发到空气中并通过除雾网进入蒸汽管道。气体管道中的蒸气压缩机会按照系统的实际情况对管道中的气体增压提温,保持管道蒸汽温度在110度左右,之后来水部分的污水和管道中的气体热交换一方面使得一部分来水汽化,另一方面管道中的气体会冷凝为蒸馏水。而来水在不断的蒸发冷凝过程中浓度会越来越大,最后通过热井富集并由浓液管道将浓度很高的污水排出。

MVC技术的优点是在蒸馏水出水和浓液出水的过程中都会进行能量回收以确保热量最小的消耗,经处理排出的蒸馏水纯度可以达到90%以上,而且这套系统另一项优点在于整套系统是全封闭的,确保系统热量内部循环从而达到耗能最小的目的。据了解系统每处理一吨污水大概耗电25度电左右。同时MVC采用全自动的系统,管外薄膜蒸发,污水处理后的积垢比较容易清洗,每吨废水所需的清洗药剂成本大约十元左右,由于管外接触污水管外清洗,也在处理过程中省去了软化水的步骤。

蒸发工艺一直是被大家谈论在处理浓缩液方面具有很大的优势,但一直以来有以下几个问题制约着这个工艺的发展,一是结垢问题,因盐份太高对设备及管材腐蚀、结垢非常严重,蒸发设备引入后大多项目都只是关停状态,难得笔记在现场进行考察时看到了2年完整的运行记录及中控记录,这让笔者很欣喜,终于找到一家能稳定运行的蒸发工艺了,因而本人在写这遍文章时推荐给大家。二是运行费用问题,有时高昂的运行费用,使得蒸发工艺谈之色变,动辄上百元的运行费用,这是一般企业很难接受的。而MVC蒸发的运行费用从数据上看的确是比较低的。



恩平垃圾填埋场100t/d渗滤液项目MVC蒸发工艺项目图

五、总结

      2016年虽然已经结束,但在渗滤液处理方面留给我们的思考还很多,我们听到过不少关于渗滤液偷排的新闻,也关注过很多渗滤液处理新工艺的研发,但很多只是忽悠的成份更多一点,因为在一套成熟的工艺之上进行创新,并不是简单的过程,我们更多的是需要引进,比如将化工的MVC工艺引入到垃圾渗滤液项目上,比如国外同类已经成功的案例进行国产化,一切的道路都很漫长,我们需要的是沉下来认真做事的企业,我们需要的是确确实实打造项目的工程,我们关注环保,我们呵护环保,我们热爱环保就如对待我们的家人。

           

浙江泰来环保科技有限公司 水务中心技术部经理 鲍习峰

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