摘 要:本文阐述了对我厂采用先进的“UASB+A/O/MBR+NF+RO+化学处理”组合工艺的理解与认识,并对该组合工艺运行中存在的问题做了深入分析与评述,从实践中得出一些个人看法和观点,并提出建议。
关键词:组合工艺 二次污染问题 工艺联合 半干式脱酸除尘塔
中图分类号:X5文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)07(b)-0103-02
垃圾渗沥液是垃圾在堆放填埋过程中产生的污染性极强的高浓度复杂有机废水。它由厌氧分解、垃圾自身含水、自然降雨和径流等产生,具有水质成分复杂、有机污染物含量高、氨氮含量高、重金属含量高、色度高、恶臭和微生物营养元素比例失衡等特性。北京市顺义区生活垃圾综合处理厂针对高浓度有机废水的水质复杂性,采用先进的UASB+A/O/MBR+NF+RO+化学处理(催化氧化还原、胶凝、絮凝和沉淀)组合工艺。
1 渗沥液处理组合工艺介绍
由于垃圾中含有水分和大量易腐烂的有机物,当进入填埋作业单元后,有机物在微生物作用下发生水解酸化,产生ph较低的渗沥液,并使金属在其中溶解,使渗沥液中含有大量金属(包括重金属)离子。在水解酸化过程中,有机含氮化合物被分解产生氨氮。当溶解氧耗尽后,还将进一步发生甲烷化作用。而且生活垃圾卫生填埋场的垃圾渗沥液水量随季节和气候波动很大,一般在夏天和雨季时水量最大,旱季和冬季水量最小。根据工程规模和建设资料,按照年平均降雨量计算,渗沥液量为67.5m3/d。加上管理设施区产生的生活污水30m3/d,本处理站设计水量为100m3/d。在不久的将来还要扩建即二期工程,达到处理量400m3/d的规模。
1.1 组合工艺进、出水水质说明
我厂采用生化处理、化学处理、膜处理三种方式有机结合的组合工艺,即UASB+A/O/MBR+NF+RO+化学处理,来应对成份复杂的渗沥液处理并实现深度处理。进出水、水质见表1:(单位:mg/l,ph为无量纲)
1.2 组合工艺流程说明
填埋初期流程如下。
来自调节池的渗沥液经泵提升进入厌氧UASB,去除大部分有机物,出水自流进入A/O/MBR膜生化处理系统,通过好氧微生物的作用去除水中的有机物,并通过硝化和反硝化去除垃圾渗沥液中的氨氮。采用外置式陶瓷膜实现生化处理系统的泥水分离,截留污泥,提高微生物浓度,提高反应器的去除效率。膜生化处理系统出水进入LCH、LCY催化氧化还原系统,通过微电解催化氧化还原反应,去除难生化降解的有机物。LCH、LCY的出水经增压泵增压,进入纳滤处理装置,进一步去除有机物和氨氮。纳滤的出水再进入反渗透,去除总溶固,最终出水达标排放。
填埋后期流程如下。
来自调节池的渗沥液经提升泵进入UASB,去除大部分有机物,出水进入LCH、LCY催化氧化还原系统,使垃圾渗沥液中的大分子难降解有机物断链为小分子,提高垃圾渗沥液的可生化性,并降低总氮水平,提高碳氮比,保证后续处理工艺的处理效果。LCH、LCY的出水进入A/O/MBR膜生化处理系统,进行COD去除和生物脱氮。膜生化处理系统的出水经增压泵增压,进入纳滤处理装置,进一步去除有机物和氨氮。纳滤出水再进入反渗透,去除总溶固,最终出水达标排放。
2 存在问题的分析与探讨
2.1 运行中的不足和二次污染问题
整套工艺虽有先进性和代表性,但在运行中发现仍旧有有待改进的地方。该组合工艺的布局和美观性上应该进行设计优化,特别是膜系统内各级物理过滤单元在运行的连续性和协调性上需改进,中控室监控画面与膜系统实现自控的衔接上还存在不协调待改进的地方,以降低不必要的事故发生几率。
在包含生活垃圾筛分预处理、好氧发酵堆肥和焚烧的具备一定规模的综合性生活垃圾处理厂里,厂内外空气长时间呈酸性,且具有较强的腐蚀性和氧化性。另外膜处理系统对化学药剂的使用量大,这也是造成设备和管路腐蚀问题不可忽略的原因之一,所以必须注重工艺设备和管道的防腐问题。充分应用和发展工程材料学,应采用耐腐蚀且机械强度更高的材料和设备。例如,纳米塑料,纳米大小的无机填充物粒子分散于有机聚合物中形成的塑料材料,现实常用的无机纳米填充物为蒙脱土等,纳米塑料可制作高性能管材,机械零配件、电子和电气部件等。
二次污染问题最为凸显,在垃圾厂不光是渗沥液处理车间存在二次污染。垃圾处理的所有工作,目的就是将有害物质转化为无害、低害物质甚至是再生资源。例如,可以考虑渗滤液处理工段每天将产生1m3左右的泥饼,利用垃圾余热干化泥饼,再将干化泥饼混入高热值垃圾一起焚烧,因为干化后的泥饼水分更少,泥饼中所含的难降解惰性有机物质可作为低质燃料,实现了活性污泥泥饼的无害化最终处置。
2.2 提出“工艺联合”设想
“工艺联合”设想,就是将垃圾焚烧烟气除尘脱酸工艺和膜处理工艺有机地结合起来,扬长避短,优势互补。把RO浓缩液当作半干式脱酸除尘塔的喷淋水,以实现浓缩液的“三化”即“无害化、减量化、资源化”,减少了对有限资源地下水的使用量,也提高了余热利用率,同时也改善了半干塔出灰的成份性质。实现了污染的负外部性内部化。
RO浓缩液处理工艺原理及步骤设计:配置强碱性混合液→半干塔雾化(吸附、中和、汽化、分解)→星型出灰器(结晶析出、吸附)→填埋(无机灰分为主的混合物)。
注:当水中有共存金属氢氧化物时,SiO2更易沉积。所以SiO2在碱液池中沉积的量也有待观察,同样需要观察的是碱液池中铁、锰产生的氢氧化物沉淀也是不可忽略的。
还有,一般碱式盐的溶解度不大,特别是以RO最常见结垢化合物:CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrSO4等在配制碱液过程中生成的各类碱式盐垢更是不可忽略。结构现象有待观察。
2.2.1 烟气除尘系统介绍与分析
大气污染,以污染化学物质及它们存在的大气环境状况为依据,可划分为两种类型:还原型和氧化型。生活垃圾中含石化类有机物为主,而煤炭类物质极少,所以我厂生活垃圾焚烧炉产生的烟气应属氧化型大气污染。这里需要补充说明的是,垃圾焚烧技术虽有先进性和很多优点,但它毕竟摆脱不了人类“高碳循环”的这个本质过程。所以,余热产生的蒸汽亟待进一步开发利用,为了提高各种污染的负外部性内部化能力,加快生活垃圾的所有处理的负熵过程。以“联合工艺”设想为依据,把垃圾厂作为在人类生产生活环节中的“碳源”之一,开发出更多“低碳经济”产业,并最终形成绿色产业链还是比较有前景的。
2.2.2 RO浓缩液成份分析
反渗透浓缩液主要是含水溶性盐和金属离子类物质[4]。RO最常见结构化合物; CaCO3其次是CaSO4、BaSO4、SrSO4、硅酸化合物(以SiO2表示)和CaF2。反渗透膜对水中的离子和有机物的分离有选择性行为,大致有六个特点:(1)对有机物的分离性优于无机物;(2)对电解质的分离性优于非电解质。对于非电解质,其相对分子质量越大越容易去除。AL3+＞Fe3+＞Mg2+＞Ca2+＞Na+＞K+,PO43-＞SO42-＞CL-;(3)无极水合离子的水合数越大或离子半径越大的,越容易被去除,Mg2+＞Ca2+＞Li+＞Na+＞K+,F-＞Cl-＞Br-＞NO3,铵盐的去除率也没有钠离子的高;(4)气体容易透过膜;(5)弱酸的去除率较低;(6)对有机物的去除率,一般顺序为:柠檬酸＞酒石酸＞乙酸,乙醛＞乙醇＞胺＞酸,在异构体中:叔位＞异位＞仲位＞伯位,在同系列中,相对分子质量大的易去除,有机酸的钠盐也容易去除。
根据以上六个特点和活性污泥好氧降解、代谢有机物与充分曝气氧化后出水的过程,浓缩液中应以含氧酸盐阴离子(正含氧酸盐和酸式含氧酸盐)为主。而实测浓缩液总溶固为>800mg/l。根据TDS的计算公式[5]:TDS=∑C阳离子+∑C阴离子-0.49[HCO3-]+[R2O3]+[有机物]。“[有机物]”的含量一般在几个毫克每升,因其含量小,所以本文暂不将其影响考虑在内,或者说是可将其忽略掉。AL、Fe、Mn、Si这些易结垢的元素在反渗透工艺设计时已考虑用微滤即预处理去除,但浓缩后的各元素浓度都基本接近饱和析出的限值,因此就不可忽略了[2]。前处理中加酸调PH制的目的是防止CaCO3结垢,加阻垢剂(常用的阻垢剂是六偏磷酸钠,SHMP,加药量一般设计在3～5mg/l,浓度如果过高则六偏磷酸钠会水解转化成正磷酸盐而在膜表面形成磷酸盐垢)的目的是防止BaSO4结垢,而不论是加酸还是阻垢剂,虽然浓缩后的浓水中碳酸盐和硫酸盐这两种难溶盐也基本接近饱和而结晶析出,但此时难溶盐的总量仍旧很低,所以在此不做考虑。
最后分析得出,有机类污染物成份大部分已在纳滤系统得到滤除,我厂反渗透浓缩液中主要为无机成份,应该包括:无机阳离子类有AL3+、Fe3+、Cu2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Na+、NH4+、K+等,Mn、Si的金属氧化物类(R2O3),无机阴离子类有PO43-、CO32-、HCO3-、SO42-、SO32、NO3-、SiO3-、F-、Cl-、Br-等。
回收率定在75%～90%之间,按每天处理100吨废水,则浓缩液产生量为10～25t/d。二期建好后,浓缩液产生量将达到80～100t/d。而半干塔的用水量(100～120t/d)仍旧大于此。
3 结语及建议
(1)我厂采用的具备众多优点的组合工艺比较具有综合性和先进性,实现了对高浓度有机废水的深度处理和再生利用,也体现了对各种再生水的“优质优用,低质低用”原则,反渗透出水可用作上游工艺即纳滤系统的药剂配制溶剂。对于极度缺水的北京来说,在一定程度上也减少了对有限地下水的开采使用,迎合了京东郊水文地质的生态平衡,所以值得推广应用。但是在该组合工艺的布局和美观性上应该进行设计优化,特别是膜系统内各级物理过滤单元在运行的连续性和协调性上需改进,以降低不必要的事故发生几率。存在的一些不足和问题应分轻重缓急、逐一解决或改进。
(2)在包含生活垃圾筛分预处理、好氧发酵堆肥和焚烧的具备一定规模的综合性生活垃圾处理厂里,厂内外空气长时间呈酸性,具有较强的腐蚀性和氧化性。另外膜处理系统对化学药剂的使用量非常大,这也是造成设备和管路腐蚀问题不可忽略的原因之一,所以必须注重工艺设备和管道的防腐问题。充分应用和发展工程材料学,应采用耐腐蚀且机械强度更高的材料和设备。纳米塑料可制作高性能管材,机械零配件、电子和电气部件等,期待其在环保领域的应用。
(3)联合工艺设想的提出,实现了生活垃圾焚烧烟气除尘工艺与垃圾渗沥液深度处理工艺的互补,利用了垃圾焚烧产生的可汽化余热,同时也解决了RO浓缩液的二次污染问题,实现了浓缩液的“三化”即“无害化、减量化、资源化”,扬长避短,相得益彰。在具备一定规模和条件的综合性垃圾处理厂,值得将两套工艺有机地结合起来。此分析虽具可行性,但还待相关人员做进一步实践分析与改进。
(4)生活垃圾综合处理厂包括垃圾预处理和好氧发酵、焚烧、填埋工艺等,可考虑各种工艺的优缺点,取长补短,有机结合,开发利用出新的共生组合工艺应该是可以的。例如,垃圾焚烧余热产生的蒸汽亟待进一步开发利用,提高各种污染的负外部性内部化能力。加快生活垃圾的所有处理的负熵过程。并以“联合工艺”设想为依据,把我厂作为在人类生产生活环节中的“碳源”之一,开发出更多“低碳经济”产业,并最终形成绿色产业链。
参考文献
[1]GE水处理膜产品技术手册(2007版).过滤图谱末页.
[2]崔玉川,杨崇豪,张东伟.城市污水回用深度处理设施设计计算[J].2003,7:318.
[3]王嵘,王华,万金宝.膜生物反应器污泥培养过程中丝状菌污泥膨胀的控制[J].中国给水排水,2009,3:46～49.
[4]庞子山,况勋华,朱俊,等.三峡库区污水处理厂的污泥膨胀及恢复运行[J].中国给水排水,2009,10:95～98.
[5]崔玉川,杨崇豪,张东伟.城市污水回用深度处理设施设计计算[J].2003,7:446.
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