生活垃圾焚烧发电厂渗滤液全量化处理

1传统垃圾焚烧厂垃圾渗滤液处理工艺分析

1.1垃圾焚烧厂渗滤液的特性垃圾焚烧厂渗滤液属原生垃圾渗滤液。中国城市生活垃圾的厨余物多、含水率高及热值较低，焚烧法处理垃圾时必须将新鲜垃圾在垃圾储坑中储存3～7 d进行发酵熟化，以达到滤出水分、提高热值的目的，保证后续焚烧炉的正常运行。垃圾焚烧厂渗滤液COD、氨氮等污染物浓度很高，并带有强烈的刺激性气味。垃圾焚烧厂渗滤液的主要特征是水质水量随季节、区域差距较大，使其处理工艺运行难度更大。

1.2传统垃圾焚烧厂渗滤液处理工艺1.2.1垃圾焚烧厂渗滤液处理工艺满足的条件针对垃圾焚烧厂渗滤液污染物浓度高、成分复杂、水质水量波动大和营养失衡等特点，对其处理工艺而言需要满足以下条件：（1）抗水质冲击负荷能力强；（2）满足水量变化大的特点；（3）高氨氮、COD、BOD、SS处理能力。

1.2.2传统垃圾焚烧厂渗滤液处理工艺路线及特点垃圾焚烧厂渗滤液处理工艺目前已经基本成熟，不同地域、不同项目的水质可能存在一定差距，工艺细节可能存在差异但主体工艺基本一致。传统垃圾焚烧厂渗滤液处理工艺主以“预处理+厌氧（IC/UASB/UBF/CSTR+A/O-MBR+NF+RO）”为代表。双膜法作为目前普遍采用的深度处理技术，其运行稳定，产水水质可满足回用要求，自动化程度高，操作维护简便。因此，该工艺从水质达标、水量达标、稳定运行和经济运行等角度出发能满足渗滤液处理需求。但是，存在浓缩液产量大、品质差的问题。传统渗滤液处理工艺回收率稳定，浓缩液产量较高：传统双膜法深度处理采用NF与RO进行串联处理，总回收率按式（1）计算：η=η1×η2， （1）式中：η为传统双膜法深度处理工艺总回收率（%）；η1为NF系统回收率（%）；η2为RO系统回收率（%）。目前已建成稳定运行的生活垃圾焚烧发电厂渗滤液处理工艺中NF的回收率约为80%~85%，RO的回收率约为70%~75%，总回收率约为56%~63.75%。由于焚烧厂渗滤液生化处理系统出水中含有大量的硬度离子，例如钙离子、镁离子及硅离子。生活垃圾焚烧发电厂的渗滤液进水硬度（以碳酸钙计）约为1 000~2 000 mg/L，如果高硬度出水直接进入膜处理会极易结垢，减少膜系统的使用寿命，增加膜系统浓缩液的产量。且由于膜深度处理属于物理过滤并不具有硬度的去除能力，膜深度处理系统中的硬度全部转移到膜浓缩液中，浓缩液的硬度约为2 000~5 000 mg/L。如此高硬度的水质严重影响浓缩液在焚烧厂的协同处置能力，导致浓缩液很难得到有效消纳，渗滤液全量化处理很难实现，需要对传统渗滤液处理工艺进行优化调整。

2新工艺分析传统垃圾焚烧发电厂渗滤液处理工艺基本能满足渗滤液处理出水达标，运行稳定，控制简便等要求。但是，传统工艺也存在浓水品质差、回收率低、厂区浓缩液协同消纳困难和渗滤液很难实现全量化处理等问题。为了减少厂区浓水消耗的压力，实现焚烧厂渗滤液全量化处理的目的，需要对传统工艺进一步优化。其中，“预处理+厌氧（IC/UASB/UBF/CSTR）+A/O-MBR+TUF+STRO”是一种可以实现垃圾焚烧发电厂渗滤液全量化处理的工艺。该工艺对传统的进行了两个优化：一是采用TUF膜软化技术代替传统工艺中的NF，通过物化的方法去除系统中的硬度及碱度，减少膜深度处理的污染及提升膜深度处理浓缩液的品质；二是采用STRO（管网式反渗透）替代传统工艺中的RO，运用STRO抗污染能力强，运行压力高的特点提升RO系统的回收率，降低浓缩液产量。

2.1 TUF膜软化技术分析TUF膜软化系统由化学加药预处理系统及TUF管式膜过滤系统2个部分组成。2.1.1预处理系统系统由化学加药系统和两级级反应池组成，其目的是通过化学软化发去除渗滤液中的碱度和硬度，降低后端膜系统的无机结构污染。焚烧厂垃圾渗滤液的硬度主要是暂时硬度[3]，溶解的钙、镁（硬度成分）与石灰、纯碱反应生成碳酸钙、氢氧化镁沉淀：Ca（HCO3）2＋Ca（OH）2→2CaCO3（s）+2H2O；2Ca（OH）2＋Mg（HCO3）2→2CaCO3（s）+Mg（OH）2（s）＋2H2O；Ca（HCO3）2＋2NaOH→CaCO3（s）+Na2CO3+2H2O；Mg（HCO3）2＋4NaOH→Mg（OH）2（s）+2Na2CO3＋2H2O；注：“s”表示发生反应生成了不溶物，即悬浮固体。以上反应式中的石灰起到提供氢氧根的作用，但是会带入钙离子，这些带入的钙离子和水中已有的钙离子都需要碳酸氢根与之反应形成沉淀。当水中现有的碳酸氢根多数情况下其当量浓度高于现有钙离子浓度，却又不足以在投加石灰的情况下沉淀所有的钙离子时，需要同时投加纯碱。水中二氧化硅被软化反应所生成的氢氧化镁沉淀物所吸附，或者说发生了共沉淀反应，通过管式膜的高效固液分离，二氧化硅同时被除去。而在传统沉淀工艺中，限于固液分离的效果，二氧化硅很少能被同时除去。部分资料显示，为了提高二氧化硅共沉淀效果，所需要的Mg离子浓度（质量浓度）大约需要是二氧化硅浓度的2.5倍。在水中现有的镁离子不足以携带二氧化硅沉淀的情况下，就需要人工投加镁盐来促进除硅效果。水中的氟、钡、锶在软化反应的pH值条件下，都会同时形成各自的不溶物（氟化钙、硫酸钡、硫酸锶等），并随后被管式超滤膜有效截留除去。

2.1.2 TUF膜过滤系统TUF系统由浓缩水池、超滤膜及其配套分水泵、仪表等组成。浓缩水池可接收不断被超滤膜浓缩的污水，保持污泥浓度达到最佳状态。用于软化的管式超滤膜可采用膜被浇铸在多孔材料管的内部。含被过滤物质（固体）的水流透过膜后，再透过多孔支撑材料，进入产水侧（水被净化）。被膜截留的固体颗粒在水流的推动下，不会停留在膜的表面，而是在膜表面起到一定的冲刷作用，避免污染物在膜表面停留。错流式超滤作为过滤是为了代替传统的沉降或澄清工艺，实现更好的泥水分离效果，使出水水质更好。与普通的中空纤维超滤不同，TUF超滤膜可以承受很高的污泥浓度2%~5%，且在高pH值为条件下也能正常稳定的工作。

2.1.3 TUF膜软化技术优势TUF膜软化系统主要由以下几部分组成：（1）废水直接进入调节池后再进入超滤系统。在第一个反应池里，通常加入共沉剂。在多数情况下，共沉剂是一些形式的铁或钙。废水再进入第二个反应池，利用NaOH或石灰将pH值调高至11左右[4]。对于软化水处理系统，第一个反应池添加熟石灰或碱加氯化钙，第二个反应池则添加碳酸钠或镁盐。来自第二个反应池的出水靠重力流到超滤的浓缩池里。这就开始了固体分离。来自浓缩池的水被泵提升到超滤膜组件。（2）利用错流过滤技术，废水中的污泥被高速打到膜管中间，然后回到浓水罐。澄清水或渗透水透过膜后进到最终pH调节系统。每通过膜一次，污泥就浓缩一点。为了阻止快速的堵塞或污堵膜要用气和干净的产水反洗，从而迫使膜孔内或膜表面的堵塞物回到污泥流里。（3）在浓缩池里安装了一套液位计来控制超滤供给泵的启和停。这个罐子的目的是保证被打到膜组件的水固体浓度在2%~5%。浓缩池的固体可用气动隔膜泵打到污泥浓缩池或压滤机。气动隔膜泵的周期和频率是自动控制的。有时，运行人员需要从浓水罐里取样做一个简单的沉降测试。这个测试的结果可能有时导致气动隔膜泵的现场调节。此外，作为简单的操作模式，也可不设气动隔膜泵，而是由运行人员间歇地开启浓缩槽底部排水阀，将多余的浓缩液排放。（4）产水流量连续监测。如果运行人员观察到流量低到预定值时，那么膜就需要化学清洗了。根据膜组件的排列布置，可以对全部或部分膜进行清洗。每清洗一次需要几个小时完成。在清洗操作时，运行人员需要手动开关阀门。当发生无机垢污染时可以采用酸性清洗液进行清洗，当发生有机物的时候可以采用碱性次氯酸钠溶液进行清洗。在化学清洗重新投入运行前，需要用清水冲洗膜。化学清洗罐和清水罐以及循环泵是就地清洗系统的主要部分。（5）管式超滤膜系统包括固定架、反洗装置、循环泵、就地清洗系统、清洗罐、气动隔膜泵、电力控制、仪表、浓水罐和PLC控制。这个系统配齐了运行的所有管道、线缆和设备。（6）TUF产水基本无压，自流到pH回调槽，在此槽内添加酸将pH值回调到大约7.5~8.0。同时，在pH回调槽内添加适量的NaHSO3以便除去水中残留的余氯，以免影响后续的反渗透正常运行。（7）浓缩后的污泥进入到板框压滤机进行压滤，最终污泥送入焚烧炉进行焚烧。通过TUF膜软化后，渗滤液中的硬度得到较大去除，很好地改善了进入后续系统的水质。某焚烧项目为TUF软化系统连续一个月的进、出水硬度值，其进水硬度基本在1 000～1 300 mg/L，出水硬度基本在15～40 mg/L，其硬度的去除率基本在96%以上，最高去除率在98.59%，说明化学软化对进水硬度的去除效果很好。TUF膜软化系统对硬度的去除效率很高且在运行过程中具有如下优势：（1）用膜代替常规沉淀分离，水中固态污染物值可以得到更有效的分离。（2）可在高pH值条件下持续运行（pH值大于10），因此更能保证有效去除钙、镁、硅沉淀，和锶、钡等有结垢倾向的离子成分。（3）如有必要，可通过压滤机实现彻底的固液分离，固体微粒可回收利用，可将固体废弃物资源化。（4）回收率接近100%。（5）化学清洗药品仅仅需要常规的无机酸、碱和氧化剂，没有废水排放限制。（6）采用管式大流量错流过滤，水流切向高速流过膜表面，在过滤的同时还有冲刷清洁膜表面的作用，污染物不易累积，膜面不易污染。（7）适合过滤高浊度（50 g/L）和污染物粒径相近的料液。（8）0.1μm的绝对过滤孔径，产水浊度<1 NTU，可以有效地保护反渗透。2.2 STRO技术分析2.2.1 STRO膜技术特点反渗透工艺其技术原理是利用压力差为动力的膜分离过滤技术，其孔径小至纳米级，在一定的压力下，H2O分子可以通过反渗透膜，而原水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌和病毒等杂质无法透过反渗透膜，从而使可以透过的纯水和无法透过的浓缩水严格区分开来。STRO膜组件技术是反渗透技术领域取得的重大技术进展，同时也开拓了其在垃圾渗滤液处理、海水、苦咸水以及城市给水脱盐净化等方面的应用。该种膜组件是为适应高污染废水处理而开发的一款新型膜元件，其与传统卷式RO膜元件的区别在于格网通道采用区别于一般卷式膜的平行格网结构，从而提高膜的抗污染能力和长期运行的稳定性。STRO膜组件的格网采用梯形结构，废水/料液在格网形成的通道内流动，如同在管式膜内流动，阻力较菱形格网要小很多，同时内部横向的加强筋可以增加料液流动时候的紊流，降低膜的浓差极化作用，从而使得STRO膜组件的耐污染能力得到提高。STRO膜组件以串联方式实现水回收率的提高和能耗的降低。2.2.2 STRO膜的技术优势反渗透膜的结构形式有多种，目前在垃圾渗滤液行业常用的有卷式反渗透RO、网管式反渗透STRO和碟片式反渗透DTRO三种。但卷式反渗透RO一般不能用于无生化预处理的高浓度有机废水环境中，碟片式反渗透DTRO和网管式反渗透STRO[5]能在较高压力条件下运行。STRO在渗滤液处理中具有如下优势。（1）膜技术的优势。当其他类型RO系统的性能（经常）受到膜污染和结垢问题限制时，STRO膜系统依靠自身优化的流体动力学系统，很好地消减了这些问题所带来的麻烦。（2）简化了预处理。拥有了开放式的通道（结构），STRO反渗透组件可对SDI指数高达20的海水或渗滤液直接处理，而不产生问题。其他RO系统一般对SDI指数的要求是≤3。因此，简单的砂滤和保安过滤器就可以达到STRO膜系统的SDI指数要求，而要达到其他系统的要求，只能通过更为复杂的过滤和化学处理。（3）回收率高能耗低。渗滤液处理的回收率高达80%~90%（TDS=5.000 ppm）；产水能耗为4~10 kWh/m3。因此，STRO膜比RO膜回收率高10%~20%。（4）膜使用寿命长。低膜污染结垢率、高稳定性，以及拥有简单有效的内置清洗系统，使得膜的预期寿命一般不受进水水质的影响。数据表明，膜的实际使用寿命在5 a以上。

3结束语提高生活垃圾焚烧厂渗滤液处理系统的回收率及浓缩液品质是实现生活垃圾焚烧发电厂渗滤液全量化处理的关键因素。TUF膜软化技术具有去除MBR膜产水中硬度及碱度等反渗透结垢因子，提升反渗透系统膜回收率及浓缩液品质的优势。STRO深度膜处理技术具有膜抗污染能力强、操作压力高（系统回收率高）运行简便稳定等优点。“预处理+厌氧（IC/UASB/UBF/CSTR+A/O-MBR+TUF+STRO）”产生的浓缩液量低、品质高能够很少地被生活焚烧系统的飞灰增湿及石灰制浆所消纳，是一种可以实现垃圾焚烧发电厂渗滤液全量化处理的工艺。

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