衛(wèi)生填埋是垃圾處理的一種方式，因?yàn)槌杀镜汀⑿l(wèi)生程度好在國內(nèi)被廣泛應(yīng)用。但垃圾填埋會(huì)產(chǎn)生滲濾液，具有高COD、高氨氮、高鹽分等特點(diǎn)，且水質(zhì)比較復(fù)雜，如果未經(jīng)處理直接排放會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。江西某垃圾填埋場于2010年開始接收垃圾，滲濾液處理系統(tǒng)于2014年開工建設(shè)，設(shè)計(jì)處理量為300m³/d。隨著垃圾填埋量增加，滲濾液產(chǎn)量越來越多，日產(chǎn)量約500m³/d，其中200m³/d為填埋年限較短的垃圾產(chǎn)生的新鮮滲濾液，300m³/d為填埋年限較長的垃圾產(chǎn)生的可生化性差的滲濾液，且還有14×104m3可生化性較差的庫存滲濾液。滲濾液處理原采用“兩級(jí)生化+超濾+納濾”工藝，但生化過程將滲濾液中的氨氮部分轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮或亞硝態(tài)氮，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)水總氮不能滿足要求，且生化單元需要投加大量的碳源，運(yùn)行成本高。面對(duì)產(chǎn)生量大于處理量且環(huán)保要求降低庫存、產(chǎn)水水質(zhì)需滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008）表2標(biāo)準(zhǔn)（TN<40 mg/L）的現(xiàn)狀，亟需對(duì)滲濾液處理系統(tǒng)進(jìn)行提標(biāo)改造。
精餾脫氮根據(jù)溶液中各組分揮發(fā)度的差異，使各組分得以分離。通過氣、液兩相的直接接觸，使?jié)B濾液中易揮發(fā)的氨氮由液相向氣相傳遞，并將氣相中的氨氮與二氧化碳反應(yīng)，得到副產(chǎn)品銨鹽。精餾脫氮技術(shù)占地面積小，以處理量500m³/d為例，生化處理系統(tǒng)需要占地面積約1300m2，而精餾脫氮工藝占地約420m2，若采用精餾脫氮技術(shù)作為主要的脫氮單元可降低占地面積65%以上。該技術(shù)占地面積小且脫氮率高，不需要碳源，沒有污泥產(chǎn)生，運(yùn)行成本低，因此新增脫氮單元采用精餾脫氮技術(shù)。滲濾液處理系統(tǒng)采用“精餾脫氮+生化+超濾+納濾”組合工藝進(jìn)行提標(biāo)改造。
1、設(shè)計(jì)水質(zhì)
該填埋場庫存滲濾液和填埋年限較長的垃圾產(chǎn)生的滲濾液COD、氨氮、鹽分等濃度高，且可生化性較差。精餾脫氮系統(tǒng)進(jìn)水及整個(gè)系統(tǒng)出水標(biāo)準(zhǔn)見表1。產(chǎn)生的新鮮滲濾液COD為20000~30000mg/L，氨氮為1200~1800mg/L。
2、設(shè)計(jì)流程
該項(xiàng)目工藝流程和水量平衡見圖1。與原“兩級(jí)生化+超濾+納濾”處理工藝相比，新增1套處理量為500m³/d的精餾脫氮系統(tǒng)、1套處理量為250m³/d的生化系統(tǒng)和2套處理量分別為400m³/d的超濾、納濾系統(tǒng)。可生化性較差的滲濾液氨氮濃度高，經(jīng)過調(diào)節(jié)池直接進(jìn)入精餾脫氮系統(tǒng)去除大部分氨氮及部分堿度、硬度后進(jìn)入生化系統(tǒng)，由于精餾脫氮系統(tǒng)大大降低了生化系統(tǒng)的負(fù)荷，根據(jù)水質(zhì)水量情況，部分新鮮滲濾液可直接進(jìn)入原有兩級(jí)A/O和新增的A/O系統(tǒng)，生化系統(tǒng)進(jìn)一步去除滲濾液中的氨氮及大部分COD后進(jìn)入超濾系統(tǒng)。滲濾液經(jīng)超濾系統(tǒng)截留大分子有機(jī)物及幾乎全部懸浮物后進(jìn)入納濾系統(tǒng)，納濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)回收率為90%，產(chǎn)水達(dá)標(biāo)排放，濃水進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)滲濾液的全量處理。經(jīng)過提標(biāo)改造后，整個(gè)系統(tǒng)的處理能力可達(dá)到700m³/d以上，產(chǎn)水水質(zhì)可穩(wěn)定達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008）的表2標(biāo)準(zhǔn)（TN<40mg/L）。
3、主要處理系統(tǒng)
主要改造單元包括精餾脫氮系統(tǒng)、生化系統(tǒng)和深度處理系統(tǒng)（超濾、納濾）。精餾脫氮系統(tǒng)主要由脫碳塔、脫氮塔和吸收塔組成，生化系統(tǒng)采用鋼結(jié)構(gòu)罐體節(jié)約占地面積。超濾、納濾系統(tǒng)在原有廠房空余的位置擴(kuò)大規(guī)模。
3.1 精餾脫氮系統(tǒng)
精餾脫氮工藝流程見圖2。滲濾液經(jīng)過預(yù)熱后由進(jìn)水泵送入脫碳塔，由于滲濾液堿度、硬度較高，在高溫條件下堿度易分解為CO32-，與滲濾液中的Ca2+結(jié)合生成鈣鹽析出。脫除部分堿度、硬度的滲濾液由脫氮塔進(jìn)水泵送入脫氮塔，自上而下與自下而上的蒸汽進(jìn)行逆流接觸傳質(zhì)傳熱，滲濾液中的氨進(jìn)入蒸汽，含氨蒸汽進(jìn)入氨吸收塔，脫除氨氮的滲濾液進(jìn)入后續(xù)處理系統(tǒng)。由于滲濾液硬度、堿度高，塔板易結(jié)垢，因此采用雙塔設(shè)計(jì)負(fù)壓運(yùn)行，脫碳塔用于去除滲濾液中部分硬度、堿度，脫氮塔用于去除滲濾液中的氨氮，此設(shè)計(jì)將易結(jié)垢的脫碳塔和脫氮塔分離。易結(jié)垢的脫碳塔采用1用1備，清洗時(shí)無需整個(gè)系統(tǒng)停機(jī)，保證了系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。吸收塔利用二氧化碳與含氨蒸汽中的氨反應(yīng)生成銨鹽結(jié)晶體，經(jīng)后續(xù)離心機(jī)脫水后作為銨鹽外銷。系統(tǒng)采用填埋氣燃燒產(chǎn)生的蒸汽作為熱源，無需外購蒸汽，不僅降低了運(yùn)行成本，而且實(shí)現(xiàn)了“以廢治廢”。
精餾脫氮系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。
精餾脫氮系統(tǒng)主要設(shè)備：脫碳塔2臺(tái)；脫氮塔1臺(tái)；吸收塔1臺(tái)；脫碳塔進(jìn)水泵2臺(tái)，Q=50m³/h，H=300kPa；脫氮塔進(jìn)水泵2臺(tái)，Q=50m³/h，H=300kPa；其他配套設(shè)備。
3.2 生化系統(tǒng)及深度處理系統(tǒng)
精餾脫氮產(chǎn)水進(jìn)入生化系統(tǒng)去除大部分有機(jī)物及氨氮后，再進(jìn)入深度處理系統(tǒng)進(jìn)一步去除小分子污染物，保證產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。
3.2.1 生化系統(tǒng)
新增生化系統(tǒng)處理量250m³/d，其中170m³/d來自精餾脫氮產(chǎn)水，80m³/d來自新產(chǎn)生的滲濾液。由于新產(chǎn)生的滲濾液可生化性好，生化系統(tǒng)無需外加碳源，降低了運(yùn)行成本。
生化系統(tǒng)采用鋼結(jié)構(gòu)罐體，主要設(shè)備為反硝化反應(yīng)罐和硝化反應(yīng)罐。反硝化反應(yīng)罐容積750m³，反硝化速率0.05~0.12kgNO3--N/（kgMLSS·d），罐內(nèi)設(shè)置攪拌機(jī)。硝化反應(yīng)罐容積1400m³，硝化速率0.02~0.05kgNH4+-N/（kgMLSS·d），設(shè)有射流曝氣器。反硝化反應(yīng)罐和硝化反應(yīng)罐的罐體之間設(shè)有連通管，精餾脫氮產(chǎn)水首先進(jìn)入硝化反應(yīng)罐進(jìn)行硝化反應(yīng)，含氮有機(jī)物被細(xì)菌分解成氨，然后在亞硝化菌的作用下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮，再經(jīng)硝化菌作用而轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。硝酸鹽氮進(jìn)入反硝化反應(yīng)罐后進(jìn)行反硝化反應(yīng)，利用或部分利用污水中原有的有機(jī)物碳源作為電子供體，以硝酸鹽代替分子氧作電子受體進(jìn)行“無氧”呼吸，分解有機(jī)質(zhì)，同時(shí)將硝酸鹽氮還原成氣態(tài)氮。
生化系統(tǒng)主要設(shè)備：射流泵2臺(tái)，Q=600m3/h，H=150kPa；羅茨風(fēng)機(jī)2臺(tái)，Q=38m3/min，H=90kPa；冷水泵1臺(tái)，Q=300m3/h，H=150kPa；換熱泵1臺(tái)，Q=300m3/h，H=150kPa；配套冷卻塔和換熱器。
3.2.2 深度處理系統(tǒng)
深度處理系統(tǒng)包括超濾和納濾。原深度處理的超濾和納濾系統(tǒng)處理量均為300m³/d，由于生化系統(tǒng)處理量提升至700m³/d，新增的超濾和納濾系統(tǒng)處理量均為400m3/d。
超濾系統(tǒng)采用外置式管式超濾膜，滲濾液經(jīng)過生化處理后，進(jìn)入超濾進(jìn)行泥水分離，產(chǎn)水進(jìn)入后續(xù)納濾系統(tǒng)，分離的泥水返回生化系統(tǒng)。超濾系統(tǒng)回流量與產(chǎn)水量設(shè)計(jì)值為9∶1，大循環(huán)量保證了膜面流速，減緩了膜孔的堵塞速度，延長了膜清洗周期。
超濾系統(tǒng)截留滲濾液中大分子有機(jī)物及幾乎全部懸浮物，產(chǎn)水進(jìn)入納濾系統(tǒng)，進(jìn)一步截留小分子污染物，使產(chǎn)水達(dá)標(biāo)排放。
新增超濾系統(tǒng)膜進(jìn)水量20m3/h，膜面積27.2m²，設(shè)計(jì)膜通量65L/（m2·h），膜數(shù)量12支。
新增納濾系統(tǒng)膜進(jìn)水量20m3/h，膜面積37.2m²，設(shè)計(jì)膜通量10L/（m2·h），膜數(shù)量49支，設(shè)計(jì)回收率90%。
4、運(yùn)行效果及分析
4.1 精餾脫氮系統(tǒng)
精餾脫氮系統(tǒng)處理量可達(dá)到設(shè)計(jì)值500m³/d，產(chǎn)水氨氮平均值低于設(shè)計(jì)值（150mg/L），整體運(yùn)行良好。但在調(diào)試運(yùn)行過程中偶爾出現(xiàn)產(chǎn)水氨氮波動(dòng)較大的情況，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)可能有兩種原因：一是進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)；二是填埋場滲濾液中含有表面活性劑，在精餾過程中易起泡，導(dǎo)致脫碳塔和脫氮塔的塔內(nèi)壓力波動(dòng)，當(dāng)壓力降低時(shí)，通過視窗可看到塔內(nèi)有大量氣泡產(chǎn)生。起泡嚴(yán)重會(huì)影響氣液之間的傳質(zhì)傳熱效率，導(dǎo)致脫氮效率下降，出水氨氮波動(dòng)較大（見圖3）。此種情況可通過添加消泡劑解決。
精餾脫氮系統(tǒng)將氨氮資源化為碳酸氫銨產(chǎn)品，經(jīng)檢測，該產(chǎn)品滿足《農(nóng)用碳酸氫銨》（GB/T3559—2001）要求，可作為農(nóng)用肥料進(jìn)行外銷。碳酸氫銨產(chǎn)量約5t/d，單價(jià)為310元/t，收益約1600元/d，進(jìn)一步降低了運(yùn)行成本。碳酸氫銨的檢測結(jié)果見表3。
4.2 生化系統(tǒng)
精餾脫氮系統(tǒng)產(chǎn)水氨氮平均值<150mg/L，大大降低了生化系統(tǒng)的負(fù)荷，使原有生化系統(tǒng)的處理量由300m³/d增至450m³/d，提高到原來的1.5倍，且無需額外投加碳源。由于精餾脫氮系統(tǒng)沒有污泥產(chǎn)生，大大減少了生化系統(tǒng)的污泥產(chǎn)生量，進(jìn)一步降低了運(yùn)行成本。
4.3 深度處理系統(tǒng)
由于精餾脫氮系統(tǒng)去除了滲濾液中部分硬度，延緩了膜的結(jié)垢速度，延長了膜的清洗周期。納濾膜清洗周期由原來的2個(gè)月延長至兩個(gè)半月，增加了膜系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。控制納濾系統(tǒng)進(jìn)水pH由原來約5.6增至約6.5，減少了鹽酸的投加量，降低了加藥成本。
5、各處理單元污染物去除效果
該項(xiàng)目自2019年7月開始調(diào)試，2020年5月驗(yàn)收，設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。穩(wěn)定運(yùn)行期間收集了5月—12月的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。表4為各處理單元污染物去除效果。
精餾脫氮作為主要脫氮單元，氨氮由進(jìn)水的3156mg/L降至127mg/L，去除率為96%。總氮由進(jìn)水的3481mg/L降至158mg/L，去除率可達(dá)95%。該單元脫氮效率高為系統(tǒng)最終產(chǎn)水總氮達(dá)標(biāo)提供了保障。硬度由815mg/L降至448mg/L，去除率約45%，減緩了后續(xù)膜系統(tǒng)的結(jié)垢傾向，延長了膜系統(tǒng)清洗周期。系統(tǒng)最終產(chǎn)水水質(zhì)滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008）的表2標(biāo)準(zhǔn)。
6、經(jīng)濟(jì)效益分析
精餾脫氮與生物脫氮的技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析見表5。一方面，精餾脫氮相對(duì)于生物脫氮節(jié)約電耗66%，主要是因?yàn)樯锩摰枰L(fēng)機(jī)和射流泵等高電耗的設(shè)備。另一方面，精餾脫氮技術(shù)不需要添加碳源，而對(duì)于可生化性差的填埋場滲濾液需要投加大量碳源，增加了運(yùn)行成本。此外，精餾脫氮可將氨氮資源化為銨鹽外銷，進(jìn)一步降低了運(yùn)行成本。
相對(duì)于生物脫氮，精餾脫氮運(yùn)行成本低于10元/m3（所用蒸汽為燃燒填埋氣產(chǎn)生，不計(jì)入費(fèi)用），較傳統(tǒng)生物脫氮運(yùn)行成本降低約80%，投資成本可降低約32%，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
7、結(jié)論
江西某垃圾填埋場將精餾脫氮技術(shù)用于垃圾滲濾液脫氮處理，脫氮效率高，出水水質(zhì)穩(wěn)定，氨氮去除率可達(dá)96%，總氮去除率可達(dá)95%，大幅降低了后續(xù)生物脫氮負(fù)荷，提高了生化系統(tǒng)處理能力，解決了處理量不足和運(yùn)行成本高的問題，最終產(chǎn)水水質(zhì)達(dá)到《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008）的表2標(biāo)準(zhǔn)（TN<40mg/L）。精餾脫氮工藝使?jié)B濾液中的氨氮轉(zhuǎn)化為銨鹽外銷，且使用由填埋氣經(jīng)鍋爐產(chǎn)生的蒸汽作為熱源，大大降低了運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)了精餾脫氮技術(shù)與垃圾填埋場物質(zhì)、能量的高效協(xié)同，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。（來源：光大環(huán)境科技<中國>有限公司）
