生活垃圾填埋場滲濾液一般具有污染物濃度高、成分復(fù)雜、水質(zhì)不穩(wěn)定等特點，屬于高濃度有機(jī)廢水。我國在2008年修訂出臺了《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008），促使國內(nèi)垃圾填埋場滲濾液處理設(shè)施進(jìn)行提標(biāo)改造，一些較先進(jìn)的技術(shù)得到快速發(fā)展和應(yīng)用，如納濾（NF）、反滲透（RO）、兩級碟管式反滲透（DTRO）、高壓反滲透（HPRO）、離子交換系統(tǒng)（DI）等。
MBR+NF/RO是我國目前最常用的滲濾液處理工藝之一，通常會產(chǎn)生20%~30%的膜濃縮液，需要進(jìn)一步處理。近年來，機(jī)械蒸汽壓縮（MVR）技術(shù)依靠較低的成本優(yōu)勢和節(jié)能效果逐漸被國內(nèi)外垃圾滲濾液膜濃縮液處理工程采用，已有不少成功應(yīng)用實例。垃圾滲濾液膜濃縮液經(jīng)蒸發(fā)處理后減量化效果顯著，蒸發(fā)濃縮液通常進(jìn)行無害化處置，處置量遠(yuǎn)小于未經(jīng)處理的原膜濃縮液，很大程度上減輕了生活垃圾填埋場后續(xù)的處置壓力，蒸發(fā)冷凝水經(jīng)過簡單處理可作為雜用水。
以廣東省某垃圾填埋場滲濾液膜濃縮液的MVR蒸發(fā)處理工程為例，介紹了系統(tǒng)設(shè)計、運(yùn)行效果和運(yùn)行成本，可為類似工程應(yīng)用提供借鑒。
1、工程背景
該生活垃圾填埋場已配套建有滲濾液處理工程，處理規(guī)模為1100m3/d，主體工藝采用調(diào)節(jié)池+兩級A/O+MBR+化學(xué)軟化+兩級DTRO+RO+DI（見圖1），可實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放清水約750m3/d。
其中，一級DTRO產(chǎn)生的濃水（505m3/d）需經(jīng)過HPRO系統(tǒng)處理，處理后的清水（155m3/d）進(jìn)入二級DTRO系統(tǒng)。HPRO系統(tǒng)產(chǎn)生的350m3/d膜濃縮液原為外運(yùn)處理，委外處置費(fèi)用為263元/m3，每年因此產(chǎn)生開支近3000萬元。為實現(xiàn)垃圾填埋場滲濾液膜濃縮液進(jìn)一步減量化，降低外運(yùn)處置成本，該填埋場新增了一套MVR蒸發(fā)系統(tǒng)對滲濾液膜濃縮液進(jìn)行深度處理。
2、工藝流程與設(shè)計參數(shù)
2.1 滲濾液膜濃縮液蒸發(fā)系統(tǒng)工藝
滲濾液膜濃縮液蒸發(fā)系統(tǒng)采用“預(yù)處理+MVR強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)+單效釜蒸發(fā)+深度處理”工藝（見圖2）。
首先膜濃縮液依次經(jīng)過除硬系統(tǒng)和物料膜系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理，分別降低硬度和COD，將產(chǎn)生的鈣鎂沉淀物進(jìn)行脫水后收集；預(yù)處理后的膜濃縮液進(jìn)入MVR蒸發(fā)器，蒸發(fā)母液和預(yù)處理產(chǎn)生的一級濃液進(jìn)入單效蒸發(fā)釜進(jìn)行二次濃縮，過程中濃縮液所含鹽分結(jié)晶析出，收集后委外處置；預(yù)處理產(chǎn)生的鈣鎂沉淀物與蒸發(fā)后剩余的二級濃液混合收集后進(jìn)行固化填埋；蒸發(fā)冷凝水經(jīng)RO膜和DI系統(tǒng)深度處理后達(dá)標(biāo)排放，DI反沖洗水送填埋場廢水車間統(tǒng)一處理。除硬系統(tǒng)、物料膜系統(tǒng)和MVR產(chǎn)生的廢氣統(tǒng)一抽送至綜合廢氣處理系統(tǒng)，設(shè)計處理風(fēng)量為5000m3/h，采用“酸堿洗+活性炭”組合工藝處理后達(dá)標(biāo)排放。
2.2 系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)
2.2.1 總體設(shè)計參數(shù)
垃圾滲濾液膜濃縮液處理在工藝設(shè)計時需著重考慮膜濃縮液的高濃度溶解性總固體物質(zhì)（TDS）、高濃度氨氮、高濃度氯化物和難降解COD等特性。滲濾液原液與MVR蒸發(fā)系統(tǒng)處理前的膜濃縮液關(guān)鍵參數(shù)如表1所示。
滲濾液膜濃縮液MVR蒸發(fā)系統(tǒng)有效處理水量350m3/d，設(shè)計富余系數(shù)取1.1，第一級濃液約32m3/d，第二級濃液約19m3/d，回收結(jié)晶鹽38.5t/d，設(shè)計膜濃縮液減量化率達(dá)85%以上，出水水質(zhì)滿足GB16889—2008表3規(guī)定的水污染物特別排放限值要求。
2.2.2 預(yù)處理過程
滲濾液膜濃縮液MVR蒸發(fā)系統(tǒng)的預(yù)處理過程包括除硬系統(tǒng)和物料膜系統(tǒng)兩部分。設(shè)置除硬系統(tǒng)的目的是防止預(yù)熱器、換熱器、管道等設(shè)備結(jié)垢堵塞。首先向進(jìn)入系統(tǒng)的膜濃縮液投加燒堿和純堿，充分?jǐn)嚢瑁瑢⒛饪s液pH調(diào)至10.5~11，使鈣鎂離子反應(yīng)生成鈣鎂沉淀物，絮凝沉淀后進(jìn)入板框壓濾機(jī)，再經(jīng)壓濾分別得到濾液和鈣鎂沉淀物，濾液總硬度（以CaCO3計）降至100mg/L以下進(jìn)入物料膜系統(tǒng)，鈣鎂沉淀物則與后端產(chǎn)生的濃縮液一起固化后填埋處置。物料膜系統(tǒng)的主要作用是降低進(jìn)水COD（COD去除率可達(dá)65%），并防止MVR蒸發(fā)濃縮過程中溶液沸點溫升過高，設(shè)計產(chǎn)水率90%，操作壓力為0.5~0.6MPa，進(jìn)水最高溫度為40℃，單支物料膜面積26.4m2。一段物料膜設(shè)計處理規(guī)模24m3/h，膜元件數(shù)量為60支；二段物料膜設(shè)計處理規(guī)模12m3/h，膜元件數(shù)量為30支。膜濃縮液中的大分子有機(jī)物經(jīng)物料膜系統(tǒng)截留后進(jìn)入一級濃液，一級濃液產(chǎn)量約32m3/d，再接入單效蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶。
2.2.3 蒸發(fā)過程
滲濾液膜濃縮液經(jīng)預(yù)處理后進(jìn)入MVR主系統(tǒng)蒸發(fā)，本項目共設(shè)置2臺MVR蒸發(fā)器，設(shè)計濃液處理量約350m3/d，蒸發(fā)產(chǎn)水率83%，單臺設(shè)計蒸發(fā)量10m3/h，裝機(jī)總功率198kW/臺，單位能耗16.5kW·h/臺，主換熱面積1000m2/臺，MVR分離器直徑2400mm。本項目單臺MVR蒸發(fā)器的設(shè)計進(jìn)液溫度為25℃，進(jìn)液總量12m3/h，壓縮機(jī)設(shè)計進(jìn)、出口溫度分別為85℃和105℃，蒸汽溫度為（85±2）℃，料液溫度（97±2）℃，料液沸點最大溫升12℃。
MVR的工作原理是將原液蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)提高品位后作為熱源，從而實現(xiàn)蒸發(fā)循環(huán)，冷凝水先對濃液進(jìn)行預(yù)熱后再排出，使余熱得到充分利用。本項目采取了多種措施減緩MVR蒸發(fā)系統(tǒng)發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象。蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)前，首先經(jīng)過氣液分離器，避免氣液夾帶，分離器中設(shè)計了鹽腿結(jié)構(gòu)并配置兩級除霧。將濃液pH調(diào)節(jié)至3~4，同時采用列管式強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)可提高料液流速，降低蒸發(fā)管內(nèi)停留時間，并且保證管內(nèi)滿液循環(huán)，提升抗垢性能。
MVR蒸發(fā)所得濃液首先打入稠厚器析出晶體，當(dāng)晶體增多到一定程度時打入壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離，濾液返回MVR蒸發(fā)器繼續(xù)循環(huán)。MVR蒸發(fā)器后端配備2m3/h單效蒸發(fā)器，當(dāng)濾液循環(huán)造成沸點升高超過12℃時，將濃液排入單效蒸發(fā)器，與一級濃縮液同時蒸發(fā)濃縮，得到結(jié)晶鹽和二級濃縮液。二級濃縮液與預(yù)處理產(chǎn)生的鈣鎂沉淀物混合收集后固化填埋，結(jié)晶鹽委外處置。
2.2.4 深度處理過程
本項目蒸發(fā)冷凝水依次經(jīng)過RO和DI兩個系統(tǒng)深度處理后最終外排，設(shè)計出水水質(zhì)指標(biāo)執(zhí)行GB16889—2008表3規(guī)定的水污染物特別排放限值。
RO膜系統(tǒng)設(shè)計處理水量為20m3/h，產(chǎn)水量18m3/h，設(shè)計回收率90%，膜通量20.3L/（m2·h），設(shè)計操作壓力0.8~1.0MPa，最大操作壓力1.5MPa。RO膜系統(tǒng)采用連續(xù)運(yùn)行的錯流過濾形式，2路循環(huán)，采用3段6支膜殼并聯(lián)設(shè)置，每支膜殼內(nèi)串4支共計24支膜組件，單支膜組件面積37m2，膜組件總面積887m2。
DI系統(tǒng)采用DN1800×3000mm吸附塔裝填除氨氮吸附交換樹脂，2套（1用1備），設(shè)計進(jìn)水氨氮為150mg/L，設(shè)計出水氨氮為4.5mg/L，設(shè)計處理水量為20m3/h，工作溫度為10~35℃，工作壓力為0.1~0.2MPa，離子交換樹脂體積為15m3，樹脂交換率為60%~80%，再生鹽酸濃度為8%~10%，再生時間為20h。
3、測試指標(biāo)與分析方法
本項目于2020年11月18日完成安裝和調(diào)試，調(diào)試完成后進(jìn)行為期10d的連續(xù)試運(yùn)行（2020年11月19日—28日），試運(yùn)行期間對MVR蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)出水分別進(jìn)行計量和水質(zhì)采樣檢測。水質(zhì)測試指標(biāo)為COD和NH3-N，分別采用快速消解分光光度法和氣相分子吸收光譜法進(jìn)行檢測分析。
系統(tǒng)通過試運(yùn)行測試并連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行后，委托具備中國計量認(rèn)證（CMA）資質(zhì)的檢測機(jī)構(gòu)，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行采樣檢測，各項測試指標(biāo)及對應(yīng)分析方法見《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008）的表4。
4、運(yùn)行效果分析
4.1 MVR蒸發(fā)穩(wěn)定性及減量化程度
2020年11月19日—28日，試運(yùn)行期間進(jìn)水量為201~268m3/d，出水量為133~175m3/d，產(chǎn)水率為66.17%~67.77%。在此期間滲濾液膜濃縮液進(jìn)水量控制在設(shè)計進(jìn)水量的50%~70%，MVR蒸發(fā)系統(tǒng)平均產(chǎn)水率67%，系統(tǒng)運(yùn)行表現(xiàn)穩(wěn)定。
實際運(yùn)行中產(chǎn)生的剩余物質(zhì)包括二級濃縮液、鈣鎂氧化物和結(jié)晶鹽，其中二級濃液和鈣鎂氧化物產(chǎn)生比例約15%~17%，經(jīng)混合固化后填埋（固液比為1.3∶1），無需委外處置；結(jié)晶鹽產(chǎn)率約12%~15%，目前仍需委外處置。采用“預(yù)處理+MVR強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)+單效釜蒸發(fā)+深度處理”工藝對滲濾液膜濃縮液進(jìn)行處理后，末端處置減量化率達(dá)67%，委外處置減量化率達(dá)到85%~88%，可大幅節(jié)約委外處置費(fèi)用。
4.2 COD和NH3-N去除效果
2020年11月19日—28日，試運(yùn)行期間進(jìn)水COD和NH3-N分別為10119~13293mg/L和6360~7837mg/L，經(jīng)MVR蒸發(fā)和深度處理后，出水COD降至10~25mg/L，NH3-N降至4.5mg/L以下，均大幅低于出水水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)限值，對COD和NH3-N平均去除率分別達(dá)到99.86%和99.95%，符合項目設(shè)計預(yù)期。
4.3 穩(wěn)定出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況
滲濾液膜濃縮液MVR蒸發(fā)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行1個月后，出水COD為22mg/L，BOD5為3.8mg/L，懸浮物為4mg/L，氨氮為1.13mg/L，總氮為1.25mg/L，總磷為0.03mg/L，總汞、總鎘、總鉻、六價鉻、總砷、總鉛等重金屬均未檢出，既滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008）表3規(guī)定的水污染物特別排放限值要求，又可穩(wěn)定達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）的一級A標(biāo)準(zhǔn)。
5、經(jīng)濟(jì)成本分析
本項目的剛性運(yùn)行成本主要包括藥劑費(fèi)、蒸汽費(fèi)、電費(fèi)和水費(fèi)等，其他成本還包括人工費(fèi)、委外處置費(fèi)、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)等。不計設(shè)備折舊，經(jīng)過實際核算，總運(yùn)行成本為201.16元/m3，其中包含結(jié)晶鹽的委外處置費(fèi)114.29元/t，扣除該部分費(fèi)用后，滲濾液膜濃縮液MVR蒸發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行成本為86.87元/m3，與文獻(xiàn)報道的類似工藝處理成本接近。本項目實施后可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用61.84元/m3，可為垃圾填埋場節(jié)省約790萬元/a，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。
6、結(jié)論與展望
①采用“預(yù)處理+MVR強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)+單效釜蒸發(fā)+深度處理”工藝處理垃圾滲濾液膜濃縮液，實現(xiàn)膜濃縮液減量85%以上，對COD和NH3-N平均去除率分別達(dá)到99.86%和99.95%，出水各項指標(biāo)均大幅優(yōu)于《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889—2008）表3規(guī)定的水污染物特別排放限值。
②本項目運(yùn)行成本為201.16元/m3，其中MVR蒸發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行成本為86.87元/m3，與類似應(yīng)用案例接近，實施后為垃圾填埋場節(jié)省790萬元/a，經(jīng)濟(jì)效益可觀。
③本項目產(chǎn)生的MVR結(jié)晶鹽仍需委外處置，產(chǎn)生了較高的處置費(fèi)用，一旦解決結(jié)晶鹽資源化利用出路問題，基于MVR蒸發(fā)技術(shù)處理垃圾滲濾液膜濃縮液可產(chǎn)生更大經(jīng)濟(jì)效益。（來源：廣東省環(huán)境科學(xué)研究院，粵港澳環(huán)境質(zhì)量協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)合實驗室）
