设计案例 | 某垃圾渗滤液处理站提标改造工程方案

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01

工程概况

上海某危险废物填埋场一期工程总库容为2.5万t/a，其垃圾渗滤液处理站配套处理该填埋场所产生的渗滤液，该渗滤液处理站现状设计规模为60 m3/d，于2009年开始投入运行，尾水执行上海市地方标准《污水排入城镇下水道水质标准》（DB 31/445—2009），达标后纳管排放。设计工艺：调节池→还原槽→氧化中和槽→絮凝槽→斜管沉淀池→中间水池→石英砂过滤器→回用水储罐→达标纳管排放。
上海市于2017年颁布了《上海市环境保护局关于进一步加强一类水污染物排放企业监管工作的通知》（沪环规[2017]5号）。要求排放一类水污染物的新、改、扩建企业，有相关行业排放标准的，即日起执行相关行业排放标准中的水污染物特别排放限值；现有企业自2018年1月1日起执行。排放一类水污染物的新、改、扩建企业，无相关行业排放标准的，即日起执行上海市《污水综合排放标准》（DB 31/199—2009）A级标准；现有企业自2018年1月1日起执行。对垃圾渗滤液的排放提出了更高的技术要求。
为此对渗滤液处理站进行提标改造建设，提标改造后处理规模仍为60 m3/d。提标改造后排放的第一类污染物执行上海市地方标准《污水综合排放标准》（DB 31/199—2009）A级标准，其他排放指标执行上海市地方标准《污水排入城镇下水道水质标准》（DB 31/445—2009）。改造工艺：调节池→软化→沉淀池→石英砂过滤器→蒸发系统→生化系统→达标纳管排放。
由于垃圾渗滤液成分复杂、污染物含量高、含有大量有机物、高浓度氨氮及重金属，危害性大、水质数量变化大，在严化标准的基础上，提标改造将从根本上改造项目使得尾水达标后纳管排放。

02

现状运行情况

2.1 现状进、出水水质

渗滤液处理站现状设计规模为60 m3/d。尾水执行上海市地方标准《污水排入城镇下水道水质标准》（DB 31/445—2009）。现状进、出水水质如表1所示。
表1 现状进、出水水质

2.2 现状工艺流程

现状工艺如图1所示。填埋场渗滤液先进入调节池均质均量，初步沉淀和降解；然后进入还原槽，投加NaHSO3及H2SO4进行还原；再进入氧化中和槽，通过投加NaOH及PAC进行氧化中和；接着进行絮凝反应；在后续斜管沉淀池中，大颗粒混凝物通过沉淀去除；上清液通过石英砂过滤器过滤后进入回用水储罐，经检测达标纳管排放。

图1 现状工艺流程图

2.3 现状运行情况评述
渗滤液处理站运行多年，部分进水水质与原设计值相比发生一定的变化，出水标准对处理站的管理要求越来越高，目前，运行过程中主要有如下几方面问题。
（1）随着使用年限的增加，还原槽、氧化中和槽及絮凝槽等设备局部腐蚀严重。
（2）斜管沉淀池中斜管设备老化严重，破损较多。
（3）工艺中还原及氧化中和单元目前没有起到很好的作用，实际运行中，还原槽已不添加药剂。
（4）主要出水指标不达标，主要表现为COD、BOD、总镉、总铅及Cl-出水不达标，填埋场承受较大的压力。

03

提标改造工程设计

3.1 提标改造设计
进、出水水质如表2所示。
表2 设计进出水水质

3.2 提标改造技术路线

（1）应用化学软化法去除垃圾渗滤液中硬度离子

根据现状进水浓度可知，进水具有高CODCr、高氨氮、高硬度、高碱度、高盐分的特点。根据现场取样检测分析，氯离子浓度可高达十数万毫克每升，总溶解性固体（TDS）含量近200 g/L，总碱度近8 g/L，同时含有重金属离子。给常用的渗滤液处理技术，如膜分离、蒸发结晶技术等技术，带来很多的困难：膜污染、极易发生结垢等而引发一系列问题。任艳双等对化学软化/RO工艺处理垃圾焚烧发电厂渗滤液中试中，研究了化学软化对COD和硬度的去除率。结果表明，进水CODCr基本为700~1 000 mg/L，出水CODCr为350~550 mg/L，化学软化工艺对COD去除率为30%~60%；化学软化进水的硬度（以碳酸钙计）基本为800~1 200 mg/L，出水硬度为10~40 mg/L，去除率基本在96%以上，最高可达99.2%，化学软化对硬度的去除效果很好。郑攀峰等采用化学软化对高含盐高硬度废水进行预处理，针对某工业园区排放的经过超滤+反渗透工艺系统处理过的工业高含盐高硬度废水（总硬度为1 900~3 200 mg/L），通过高密池投加液碱调节废水pH值至11.2，投加量约为理论投加量的1.8倍，之后投加纯碱，投加纯碱为理论计算量的1.2倍，然后投加絮凝剂和助凝剂在斜板沉淀区沉淀后，出水用硫酸调节pH值至8左右，出水总硬度<100mg/L，效果明显。

鉴于本项目规模较小、总溶解性固体浓度高等特点，采用石灰-纯碱软化法，具有更好的可行性。与软化相结合的工艺是沉淀，考虑投资成本及运行管理，采用化学软化-沉淀的方法对渗滤液进行预处理。

（2）原石英砂过滤器利旧去除垃圾渗滤液中SS
目前，原处理单元石英砂过滤器运行情况良好，用石英砂过滤器进一步去除悬浮物，有利于后端处理系统及排水管道系统的稳定运行。
（3）应用蒸发结晶技术分离重金属、无机化合物及大部分有机物
渗滤液由于长时间经过填埋场的一系列生化反应，其中有机物多为长链的碳水化合物及腐殖质，且随着时间的推移，BOD快速下降，从而BOD/COD比值降低，难降解成分高、毒性大，不利于生物处理。
目前渗滤液的处理多采用生化处理、反渗膜、热力蒸发等工艺进行处理。
排放标准对氯化物有低于600 mg/L的要求，废水中较高的含氯量，超过了膜分离技术的应用界限；同时，废水中也含有其他杂质对膜组件造成不可逆的污染，污堵可能性比较高，需要频繁维护甚至需要更换，从技术角度限制了膜分离技术在该项目中的应用。高级氧化技术的处理过程相对过于复杂、处理费用普遍偏高、氧化剂消耗大，碳酸根离子及悬浮固体对反应有干扰，工程应用尚不成熟。
蒸发技术处理垃圾渗滤液是一种利用物理分离原理实现污染物与水分离的垃圾渗滤液处理技术。蒸发处理后，垃圾渗滤液分离成相对洁净的液相和含有污染物的固相。蒸发法处理垃圾渗滤液具有对水质水量变化适应性强、工艺占地面积小、产水能力高及可析出盐类晶体等特点。李星等采用直接蒸发法对垃圾渗滤液的处理进行了试验研究，在中性和碱性条件下，CODCr绝大部分未被蒸出，而NH3-N有较高的蒸发量，便于后期开展进一步深度处理，对中晚期垃圾渗滤液进行有效浓缩分离，浓缩倍数可达6~10倍，浓缩后渗滤液体积可缩减至原液的1/6~1/10，显著降低了渗滤液后续处理量，是一种垃圾渗滤液的有效处理方法。赵海对某渗滤液处理工程实际运行效果分析可知，渗滤液预处理后采用MVR蒸发工艺，进水CODCr达到30 000 mg/L，只有6%~8%的COD随蒸汽会发出来，能适应高含盐量的水质环境，运行稳定，有较强耐冲击能力，能适应垃圾渗滤液水质不稳定，水量变化大的需要。同时，蒸发设备在其他领域已比较成熟，与常规工艺相比蒸发法具有明显的优势。
（4）应用生化系统（一体化SBR/MBBR反应器）进一步处理蒸发系统冷凝液
本项目生化系统采用一体化SBR/MBBR反应器，SBR池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。主要特点为工艺简单投资少、耐冲击负荷去磷除氮效果好、反应推力大处理效率高、能充分抑制污泥膨胀运行灵活、便于实现高度自动化。MBBR池通过投加载体填料的方式完成处理能力和处理效果的提升，耐冲击性强、性能稳定、池体无堵塞、池体容积利用充分、系统灵活方便、使用寿命长。一体化SBR/MBBR反应器兼具二者优点，充分发挥两者的优越性，使之扬长避短、相互补充，以取得更好的处理效果。朱云鹏等采用SBR/MBBR法改造青岛某污水处理厂ICEAS工艺，由于进水工业废水比例高达70%，致使可生化性较差；改造后的出水氨氮基本都在2 mg/L以下，平均去除率为90%，远好于改造前65%的去除率，SBR/MBBR工艺抗冲击负荷能力强；通过调整进水方式及投加悬浮填料，强化了系统的硝化能力，减少了曝气时间，节约了能耗。
蒸发器冷凝液中含有一定浓度的氨氮及总氮，需要加以针对性地处理以使其满足排放要求。鉴于蒸发器冷凝液规模较小、污染物浓度一般等特点，结合一体化SBR/MBBR反应器工艺具有更好的可行性。
3.3 提标改造后工艺流程
提标改造后工艺流程如图2所示。进水经过调节池，由泵提升后进入软化-沉淀池，出水由泵提升至石英砂过滤器；然后在蒸发系统进行蒸发浓缩，冷凝液经生化系统处理后达标纳管排放。软化-沉淀池及生化系统剩余污泥一并排入污泥储罐，至生产车间回用或固化。蒸发系统产生的结晶体，定期外运作进一步处理处置。
图2 提标改造后工艺流程图
3.4 主要构筑物及设备参数
3.4.1 调节池（利旧）
调节池1座，有效容积为150 m3，钢砼防腐结构。主要收集、贮存来自垃圾填埋场产生的渗滤液，均质均量，并起到一定预处理的功能，完成渗滤液初步沉淀和降解。
调节池设置污水提升泵2台，1用1备，Q=2.5 m3/h，H=25 m，N=0.75 kW；超声波液位计1台，控制液位启停。
3.4.2 软化-沉淀池（新建）
软化-沉淀池1座，为竖流沉淀池，规格：φ=2.2 m×4.0 m，碳钢衬胶成套设备。主要起水质软化预处理作用，有利于后端蒸发系统和排水管道系统的稳定运行。混凝反应时间>30 min，沉淀区固体负荷100 kg/(m2∙d)，沉淀区表面负荷0.7m3/( m2∙h)，设计污泥产量360 kg DS/d，通过污泥泵间歇排泥至污泥储罐。
软化-沉淀池设置石灰、纯碱、PAM加药装置各一套。
3.4.3 石英砂过滤器（利旧）
石英砂过滤器2台，单台规格：φ =0.8 m，H= 3.0 m，碳钢衬胶成套设备。主要作用为去除悬浮物，有利于后端蒸发系统和排水管道系统的稳定运行。设计滤速为5~8 m/h，单水反冲洗，反洗强度为10~12 L/（m2·h），滤料为石英砂d=0.6~1.2 mm，无烟煤d=0.6~1.6 mm。
过滤器设置进水泵2台，Q=2.5 m3/h，H=25 m，N=0.75 kW；反冲洗水泵Q=6 m3/h，H=35 m，N=2.2 kW。
3.4.4 蒸发系统（新建）
三效强制循环蒸发系统1套，水蒸发量为2.5 t/h，设计晶体量为0.5 t/h，设计冷凝液量为50 m3/d。主要作用为除盐及金属离子。进料温度为25 ℃，设计物料沸点升12 ℃，蒸发系统冷凝器冷却水进水温度≤32 ℃，蒸发系统冷凝器冷却水回水温度为39 ℃，蒸气压力0.5 MPa(G)。
三效强制循环蒸发系统设置加热器、分离器、晶浆罐和母液罐等。
3.4.5 生化系统（新建）
生化系统采用IFAS-SBR工艺，2组并联，间歇进/出水运行方式，单组规格：V=15 m3，设计流量为50 m3/d。主要作用为去除NH3-N、TN，使之满足纳管标准。总生化反应时间为12 h。
生化系统设置反应罐2套，单台规格：φ 2.0 m×H 6.0 m；潜水曝气机2台，自吸式，Q=0.4 m3/min，H=6 m，N=2.2 kW；聚胺酯悬浮型填料，填充率30%。

04

经济分析

该垃圾渗滤液处理站工程总投资为530万元（不含设备基础土建费用）。
项目建成投入使用后，对渗滤液处理站运行成本进行预统计，主要包括：①动力成本（主要为电费、蒸汽费和循环水费，消耗量分别为1 345 kW∙h/d、22 t/d和1 760 t/d，对应运行费用分别为16.50元/m3、73.40元/m3和5.90元/m3）：95.80元/m3，②药剂成本（主要包含石灰、纯碱、预处理PAM及污泥处理PAM，平均投加量分别为100、100、2 mg/L和3 kg/( t DS)，对应投加费用分别为0.04、0.54、0.40元/m3和8.52元/m3）：9.50元/m3，③人工成本18.26元/m3，④管理成本：6.18元/m3。
渗滤液处理站预计直接运行成本：①+②+③+④=129.74元/m3。

05

结论

渗滤液处理站提标改造的主要内容为：利用原调节池、石英砂过滤器，新增软化-沉淀池、蒸发系统、生化系统，通过优化工艺改造，满足提标改造的要求。项目建成投入使用后，预计排放的第一类污染物达到上海市地方标准《污水综合排放标准》（DB 31/199—2009）A级标准，其他排放指标达到上海市地方标准《污水排入城镇下水道水质标准》（DB 31/445—2009）。在处理站的布置上，要结合原渗滤液处理站的自身情况，结合原有设备间功能区划，合理布置新增设备，设计适宜的改造方案，有待进一步研究改善。

更多信息

戴杨叶

（上海市净化技术装备成套有限公司，上海  200120）

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