沈阳市大辛生活垃圾卫生填埋场, 于2003年9月正式运行, 坐落于沈北新区财落镇大辛村, 设计处理生活垃圾2 000t/d, 近5年来日处理生活垃圾约4 000t, 远超设计处理能力, 产生的渗沥液量也随之增加;同时渗沥液处理站的处理能力不能满足渗沥液处理要求, 导致填埋区和调节池内积存大量的渗沥液急需处理。根据现场实测, 目前厂区库存渗沥液约94万m³, 根据中央环保督查的要求, 为了尽快缓解积存渗沥液的风险, 相关部门启动了积存渗沥液的应急处理工程, 以保证在没有外运的情况下, 历时1.75年处理完全部积存渗沥液。经过测算应急渗沥液处理规模为出水2 100m³/d。

根据现场水质检测, 确定本项目的渗沥液进水水质。从水质指标可以看出, 本项目积存渗沥液为典型的老龄渗沥液, 具有明显的可生化性差、盐分高的特点, 分析原因主要是积存较长时间的渗沥液和回灌的浓缩液。

根据环保排放需要, 出水水质达《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB 18918-2002) 一级A标准, 设计出水主要指标参见表1。

从原水水质指标可以看出, 该积存渗沥液具有可降解有机物浓度低、盐分高的特点, 为老龄渗沥液和回灌浓缩液的明显特点。该渗沥液水质生化性极差, 如果采用传统生化工艺, 需要投加大量碳源、控制温度等条件来维持运行, 且建设生化系统时间较长;根据本项目应急时间要求短和水质差的特点, 经过综合比选, 设计了以物化法为主的处理工艺路线, 即软化+两级碟管式反渗透 (DTRO) +高压反渗透 (HPRO) +深度处理 (离子交换) , 浓缩液处理工艺为“二段式浸没燃烧蒸发”。

工艺难点和重点, 一是如何提高产水率, 设计了前端软化预处理, 后端高压反渗透减量的方式综合提高产水率, 二是浓缩液的处理, 前端没有生化系统的浓缩液成分难度极大, 采用了具有抗腐蚀和结垢较强的浸没燃烧蒸发工艺, 蒸发冷凝液具有低电导率, 高温度的特点, 回前端两级DTRO系统有利于提高膜系统产水率。

调节池来水首先经过高密池, 投加石灰进行软化除硬以避免影响膜系统结垢, 影响系统回收率。同时池内投加PAC、PAM助凝, 沉淀污泥定期排出脱水。高密池出水经砂滤后进入两级DTRO系统, 两级DTRO系统可高效的去除渗沥液中绝大部分COD、NH₃-N、TN等污染物指标, 产生的浓缩液通过高压反渗透 (HPRO) 系统得到减量, HPRO的浓缩液进入到浓缩液处理系统进一步处理。为保证出水达标排放, 两级DTRO的透过液进入离子交换系统, 进一步去除NH₃-N和TN, 以确保出水达标排放。HPRO透过液回流至两级DTRO前端循环处理降低系统出水浓度, 反渗透浓缩液进入浸没燃烧蒸发工艺处理。工艺流程见图1。

作为渗沥液处理系统的第一段, 主要包括高密沉淀池、絮凝池、石灰投加池和加药系统等。

应急项目设备为租赁模式, 设计采用集装箱设备, 10套两级DTRO集装箱。单套处理能力出水220m³/d, 运行压力90bar (1bar=0.1MPa) 。

5套HPRO系统集装箱 (单套处理能力240m³/d) , 运行压力120bar。

DTRO清液中, 其氮主要以NH₃-N存在, 含NH₃-N的清液经过阳离子交换柱, 去除了水中的NH₃-N和总氮, 实现出水达标排放。

本项目污泥主要为高密度沉淀池排出的化学污泥, 约1 280m³/d, 选用卧式离心脱水进行脱水处理, 脱水污泥约160t/d (含水率80%) 。脱水污泥与蒸发残渣在厂区内装袋后, 运输至填埋场分区填埋处置。

主要设备:离心脱水机2台, Q=50m³/h, 进泥含水率98%, 要求泥饼含水率<80%, P=75kW, 配污泥脱水控制柜及配电柜。

本项目产生的经过HPRO进一步浓缩的DTRO浓缩液, 其水中主要含有一价盐离子、二价盐离子、氨氮和难降解有机物等物质。考虑到此类浓缩液的成分复杂, 电导率极高, 应用一般的蒸发工艺很难处理达标, 本项目设计采用“二段式浸没燃烧蒸发处理”工艺处理浓缩液, 二段式浸没燃烧蒸发为近来年逐渐应用的无固定传热界面的蒸发工艺, 处理易结垢、易腐蚀的浓缩液具有独特的优势, 本项目采用天然气为燃料, 处理后产物为固体残渣、冷凝液和不凝气。处理工艺流程见图2。

本项目渗沥液没经过生化脱氮, 氨氮浓度较高, 浸没燃烧蒸发工艺的冷凝液不能达标, 考虑蒸发冷凝液回流至前段膜系统继续处理。

本项目工艺设计不凝气经过“化学洗涤+活性炭吸附”后达标排放。浸没燃烧蒸发处理技术由于采用液体内焚烧, 可去除大部分有机挥发性污染物, 达标处理效果非常好;同时考虑氨氮及少量酸性气体可能超标的问题, 配置酸洗、碱洗系统保证不凝气体的达标排放。不凝气排放标准执行《大气污染物综合排放标准》 (GB 17297-1996) 表2要求。

蒸发系统处理规模为700 m³/d。浓缩液设计水质和实际运行水质见表2。

蒸发系统冷凝液设计水质和实际运行水质见表3。浓缩液浸没燃烧蒸发系统主要参数见表4。

本项目总投资概算约4亿元, 厂区总占地面积6 482.64m², 渗沥液系统装机容量约为3 723kW, 浓缩液系统装机容量约为2 041kW。处理每吨渗沥液的成本包括人工费、动力费、消耗药剂材料费、维护维修费、运行管理费等, 经过计算, 渗沥液单位处理成本约为104元/m³, 浓缩液处理单位处理成本约为310元/m³ (其中天然气费用约224元/m³) 。

本工程于2018年7月完工并投入运行, 目前已经经过了3个季度的运行, 工程稳定运行, 处理效果的监测数据见表5, 处理出水达到设计要求。

工艺运行后, 膜产水率与冷凝水回水率的关系见图3。渗沥液处理工艺段产水率稳定在70%以上, 膜产水率与浓缩液冷凝液回水量具有明显的相关性。

(1) 积存的老年垃圾渗沥液和回灌的垃圾渗沥液具有可降解有机物低、盐分高、水质变化大等特点, 是应急项目处理积存渗沥液的难点。

(2) 工艺采用“软化+两级DTRO+HPRO+离子交换工艺”, 浓缩液采用“二段式浸没燃烧蒸发处理”工艺。浓缩液全量处理, 工艺组合全面、设施设备配套齐全。

(3) 本项目规模较大, 执行《城市污水处理厂污染物排放标准》一级A标准, 严于一般同类项目, 项目的稳定运行对国内积存渗沥液项目具有指导意义。