膜濃縮液處理工藝分析

杜海洋，楊 林，蔣 宇

(成都市興蓉再生能源有限公司，成都 610000)

0 引 言

根據(jù)濃縮液的處理需求，結(jié)合待處理濃縮液的水質(zhì)特點(diǎn)，做好工藝、藥劑的篩選，并按照濃縮液的處理要求做好工藝應(yīng)用，保證處理后的水質(zhì)能滿足國(guó)家相關(guān)要求的排放標(biāo)準(zhǔn)。

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程加快，城市人口及規(guī)?？焖僭黾?，生活垃圾產(chǎn)生量隨之增長(zhǎng)，近年來(lái)生活垃圾處置方式為：進(jìn)垃圾填埋場(chǎng)填埋或者進(jìn)垃圾焚燒發(fā)電廠焚燒。在處置生活垃圾的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生垃圾滲濾液，它是一種污染程度高、成分及其復(fù)雜的有機(jī)廢水，一般采用“外置式MBR+納濾/反滲透”工藝進(jìn)行處理，但該工藝在深度處理過(guò)程中，將會(huì)產(chǎn)生更難以處理的膜濃縮液。

1 濃縮液的產(chǎn)生原理與水質(zhì)特點(diǎn)

“外置式MBR+納濾/反滲透”工藝處理垃圾滲濾液，在膜處理階段，利用壓力差，通過(guò)膜的選擇透過(guò)性分離出大部分溶質(zhì)，截留溶劑，達(dá)到溶質(zhì)與溶劑分離的目的，而被截留的含溶質(zhì)部分的溶液則轉(zhuǎn)化成了濃縮液，濃縮液具有以下特點(diǎn)：

(1)成分較一般廢水復(fù)雜，水質(zhì)呈棕黑色，無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)污染物、色度、硬度、電導(dǎo)率和COD均較高，另外可能含有Pb、Cu等重金屬離子。

(2)濃縮液內(nèi)的氯離子具有腐蝕性。

(3)主要成分基本不能作為營(yíng)養(yǎng)源參與生物反應(yīng)，可生化性極差，B/C小于0.1，產(chǎn)生的濃縮液無(wú)法采用傳統(tǒng)活性污泥法再進(jìn)行處理。

2 濃縮液的處置方式

垃圾滲濾液膜濃縮液處置方式主要分為以下三類：

(1)轉(zhuǎn)移處置；其形式為：轉(zhuǎn)移回噴焚燒廠爐膛或回灌垃圾填埋場(chǎng)。

(2)進(jìn)行減量化處理；其處理工藝包括：高壓反滲透(DTRO)、蒸發(fā)等技術(shù)。

(3)進(jìn)行無(wú)害化處理；其處理工藝包括：電絮凝、混凝沉淀、高級(jí)氧化等技術(shù)。

3 國(guó)內(nèi)常用工藝比較

3.1 回灌填埋場(chǎng)工藝

回灌填埋場(chǎng)是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為普遍的濃縮液處理工藝，其原理是把是把垃圾填埋場(chǎng)當(dāng)作是一個(gè)用垃圾作為填料的生物反應(yīng)器，在濃縮液從填埋場(chǎng)頂部流下經(jīng)過(guò)垃圾填埋層時(shí)，濃縮液里面的部分污染物被垃圾中微生物的分解，達(dá)到回灌液中的部分有機(jī)污染物被堆體中的微生物降解的目的。濃縮液回灌工藝的缺點(diǎn)是電導(dǎo)率、氨氮、無(wú)機(jī)鹽、難降解污染物等污染因子會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐步升高，回灌后的濃縮液與滲濾液原液匯合后導(dǎo)致滲濾液鹽分累計(jì)嚴(yán)重，造成惡性循環(huán)。因此，高鹽分濃縮液回灌填埋場(chǎng)的工藝引發(fā)滲濾液處理效率降低的后果日益凸顯，從長(zhǎng)遠(yuǎn)性的角度考慮不推薦采用回灌填埋場(chǎng)的工藝選擇。

3.2 回噴焚燒廠爐膛

濃縮液回噴爐膛技術(shù)是將滲濾液處理后的濃縮液直接噴入焚燒爐進(jìn)行高溫氧化處理，濃縮液噴入量需根據(jù)爐內(nèi)溫度來(lái)調(diào)節(jié)，爐膛溫度較高時(shí)可適當(dāng)增加濃縮液的回噴量，反之則減少回噴量。具有污染物去除徹底、減量效果好和處理速度快等優(yōu)點(diǎn)。

但要注意過(guò)量回噴濃縮液可能造成的危害：

(1)造成爐溫降低，爐膛溫度低于850 ℃時(shí)，存在環(huán)保不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)啟動(dòng)輔助燃燒系統(tǒng)保證爐膛溫度。

(2)氯化物和硫化物在高溫?zé)煔庵袑?duì)受熱面管壁產(chǎn)生高溫腐蝕，會(huì)引起鍋爐冷水壁和受熱面腐蝕。

3.3 混凝+臭氧高級(jí)氧化技術(shù)

單一的工藝技術(shù)現(xiàn)已很難滿足濃縮液的處理需求，在這種情況下，組合工藝應(yīng)運(yùn)而生，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為成功的案例有：混凝+臭氧高級(jí)氧化技術(shù)；混凝法的基本原理是在待處理的濃縮液中加入適量的混凝劑，加入的混凝劑實(shí)際上是一種(或多種)電解質(zhì)，其所帶的電荷與廢水的膠體物質(zhì)所帶電荷相反，使水中膠體顆粒易于相互碰撞和附聚搭接而成為較大顆?；蛐躞w，進(jìn)而從水中分離出來(lái)形成顆粒物質(zhì)，最終沉降。

臭氧高級(jí)氧化工藝主要原理主要是依靠臭氧的強(qiáng)氧化性。根據(jù)臭氧的電子結(jié)構(gòu)分析，臭氧在水中的反應(yīng)主要分為三類：

(1)氧化-還原反應(yīng)：電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，氧化還原性較弱的物質(zhì)。

(2)親電取代反應(yīng)：臭氧分子取代有機(jī)物分子中的一部分，使有機(jī)物穩(wěn)定性降低。

(3)環(huán)加成反應(yīng)：通過(guò)反應(yīng)使環(huán)狀有機(jī)物斷鏈，破壞其穩(wěn)定性，并徹底無(wú)害化。

整個(gè)臭氧反應(yīng)過(guò)程中，如何使更多的環(huán)加成反應(yīng)生成是有機(jī)物能否徹底降解的關(guān)鍵。在某些情況下，水中的臭氧反應(yīng)可以生成自由基，自由基通過(guò)基元反應(yīng)自促生成·OH(羥基自由基)?！H具有比其他強(qiáng)氧化劑更高的氧化還原電位，其氧化還原電位高達(dá)2.80V，僅次于氟(3.06V)，而ClO-僅為1.49V；且以·OH為主要氧化劑與有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)中生成的有機(jī)自由基可以繼續(xù)參加·OH的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，因此其氧化能力極強(qiáng)，氧化效率特別高，并能長(zhǎng)時(shí)間的將環(huán)加成氧化反應(yīng)控制一定的水平上，使水中的有機(jī)污染得到更徹底的降解，被臭氧處理后的濃縮液COD顯著降低，且可生化性顯著提高；在正常工況下，COD的去除率約為75%～90%，最終出水達(dá)到預(yù)計(jì)的處理效果。

但混凝+高級(jí)氧化技術(shù)在處理濃縮液時(shí)也存在以下弊端：

(1)因反滲透濃縮液鹽分極高，氯離子濃度高，會(huì)干擾臭氧高級(jí)氧化的處置效果，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，只能有效處置納濾濃縮液。

(2)需要消耗大量電能、以及水處理藥劑等資源，總體運(yùn)行成本較高。

(3)單位反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，增加了一定的人力成本。

(4)產(chǎn)生化學(xué)污泥量較高。

4 浸沒(méi)燃燒蒸發(fā)(SCE)工藝

蒸發(fā)工藝是利用液體沸點(diǎn)的不同，把非揮發(fā)性組分與揮發(fā)性組分進(jìn)行物理分離的過(guò)程，采用蒸發(fā)工藝處理濃縮液時(shí)，水分會(huì)從溶液中蒸發(fā)而出，而污染物則保留在濃縮液內(nèi)，目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的SCE工藝其原理如圖1所示。

圖1 浸沒(méi)燃燒蒸發(fā)技術(shù)原理

SCE技術(shù)是一種節(jié)能環(huán)保的新型燃燒技術(shù)，又稱為液中燃燒法。該技術(shù)是將燃?xì)馀c空氣燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵苯訃娙胍后w中，沒(méi)有固定的傳熱面，直接接觸傳熱，使?jié)饪s液加熱蒸發(fā)。SCE技術(shù)與傳統(tǒng)蒸發(fā)工藝相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)直接接觸型換熱，熱效率高，通常穩(wěn)定保持在95%以上。

(2)與間壁式換熱器相比，無(wú)傳熱間壁，不結(jié)垢。

(3)濃縮倍數(shù)高，可以直接做到結(jié)晶結(jié)渣。

(4)單獨(dú)使用該工藝時(shí)無(wú)需預(yù)處理，工藝簡(jiǎn)單。

(5)蒸發(fā)冷凝液有機(jī)物及電導(dǎo)率非常低，出水水質(zhì)好，可達(dá)標(biāo)排放。

對(duì)SCE蒸發(fā)工段產(chǎn)生的二次濃縮殘?jiān)哼M(jìn)行固液分離后采用焚燒的方式進(jìn)行處置會(huì)影響垃圾熱值，另外也會(huì)對(duì)焚燒爐膛造成一定程度上的腐蝕。

2017年至2019年期間成都市興蓉再生能源有限公司與清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院聯(lián)合成立水務(wù)先進(jìn)技術(shù)聯(lián)合研究中心，針對(duì)成都地區(qū)的反滲透濃縮液的處理做了專項(xiàng)研究，在滲濾液特性研究與膜濃縮液處理設(shè)施實(shí)地調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，綜合考慮技術(shù)有效性、經(jīng)濟(jì)合理性、運(yùn)行穩(wěn)定性等因素，通過(guò)層次分析法對(duì)膜濃縮液適用處理技術(shù)進(jìn)行遴選，研究高氯鹽和有機(jī)物對(duì)膜濃縮液處理設(shè)施的腐蝕影響，提出浸沒(méi)燃燒蒸發(fā)技術(shù)是解決膜濃縮液?jiǎn)栴}的有效方法，該工藝已于2020年初在成都市垃圾滲濾液廠三期投入建設(shè)。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)國(guó)內(nèi)濃縮液的處理技術(shù)和在實(shí)際工程中的運(yùn)行案例，對(duì)選擇膜濃縮液處理工藝提出以下建議：

(1)做好垃圾滲濾液處理工藝的選型，采用產(chǎn)生濃縮液量少或不產(chǎn)生濃縮液的新型處理工藝。

(2)產(chǎn)生二次污染物必須按照國(guó)家或當(dāng)?shù)卣南嚓P(guān)法律法規(guī)進(jìn)行全過(guò)程處理處置。

(3)對(duì)現(xiàn)有的不符合生產(chǎn)需求的濃縮液處理工藝實(shí)施技改技革，使?jié)饪s液在處理后能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放或達(dá)到回用水要求。

(4)對(duì)于濃縮液回灌處置的工藝應(yīng)逐步減少回灌處置的數(shù)量，避免污染物的累積。