盧 明

(湘潭市規(guī)劃建筑設計院有限責任公司，湖南 湘潭 411100)

1 引言

目前，國內(nèi)垃圾填埋場滲濾液處理一般采用預處理+生物處理+深度處理的工藝[1，2]。滲濾液經(jīng)預處理、生物處理、深度處理(以納濾、反滲透為主)后，其透過液可滿足相關水質(zhì)標準，直接排放[3]；但是膜過濾產(chǎn)生的濃縮液成分十分復雜，含有大量的有機物(以腐殖類物質(zhì)為主)、氨氮、金屬離子和鹽類，可生化性差，腐蝕性能力強，處理難度大、成本高[4～8]。濃縮液處理已成為行業(yè)內(nèi)研究熱點，本文以湘潭市雙馬生活垃圾填埋場反滲透濃縮液處理工程為例，介紹低溫負壓MVR工藝在垃圾填埋場反滲透濃縮液處理工程中的應用，為類似的濃縮液處理工程提供參考。

2 項目背景

湘潭市雙馬生活垃圾填埋場位于湘潭市高新區(qū)雙馬鎮(zhèn)建設村，滲濾液處理站現(xiàn)有兩套滲濾液處理系統(tǒng)，一套采用“MBR+單級DTRO”的處理工藝，一套采用“預處理+兩級DTRO”的處理工藝。現(xiàn)狀濃縮液采用直接回灌垃圾填埋堆體的處理方式，但垃圾堆體對濃縮液只是起到短暫的截留作用而已，濃縮液最終還是回到了滲濾液調(diào)節(jié)池中等待處理。由于兩套滲濾液處理系統(tǒng)末端工藝都為DTRO，導致滲濾液中的鹽分無法排出，鹽分在系統(tǒng)中不斷累積，過高的鹽分對生化系統(tǒng)、膜系統(tǒng)及設備的危害極大[9]。據(jù)近期水質(zhì)數(shù)據(jù)顯示，滲濾液進水水質(zhì)電導率已達到40000～70000 μS/cm，如濃縮液繼續(xù)按此方式處理，后續(xù)滲濾液系統(tǒng)將會因為鹽分過高而導致系統(tǒng)處理能力大大降低，直至系統(tǒng)完全崩潰。同時，湘潭市生活垃圾焚燒發(fā)電項目正處于試運行階段，待其正式投產(chǎn)后，將對雙馬生活垃圾填埋場進行封場，封場后，濃縮液將無法回灌處理，因此，濃縮液需要全量處置。

3 工程設計

3.1 設計規(guī)模

湘潭市雙馬滲濾液處理站總設計處理規(guī)模為600 m3/d，其中，一期設計規(guī)模400 m3/d，采用“MBR+單級DTRO”的處理工藝，現(xiàn)狀實際處理能力約300 m3/d，運行回收率約72%，濃縮液產(chǎn)生量約85 m3/d；二期設計規(guī)模200 m3/d，采用“預處理+兩級DTRO”的處理工藝，現(xiàn)狀實際處理能力約180 m3/d，運行回收率約65%，濃縮液產(chǎn)生量65 m3/d。借鑒其他類似項目的工程經(jīng)驗，生活垃圾填埋場封場后滲濾液量將有30%～50%左右的減少，預計封場后，垃圾填埋場滲濾液產(chǎn)生量約250 m3/d。同時，湘潭市餐廚垃圾處理項目、湘潭市環(huán)衛(wèi)一體化項目已經(jīng)啟動建設，這兩個項目產(chǎn)生的餐廚廢水(290 m3/d)、垃圾壓濾廢水(35 m3/d)將進入雙馬滲濾液處理系統(tǒng)進行處理。因此，封場后，雙馬滲濾液處理站每天處理的廢水量為575 m3，滲濾液處理系統(tǒng)回收率按70%計，則濃縮液產(chǎn)生量為172.5 m3/d?？紤]一定的設計富余量，該工程濃縮液處理系統(tǒng)設計規(guī)模取200 m3/d。

3.2 設計進、出水水質(zhì)

3.2.1 設計進水水質(zhì)

經(jīng)取樣檢測，該工程實際濃縮液水質(zhì)及濃縮液處理系統(tǒng)設計進水水質(zhì)情況見表1。

表1 濃縮液水質(zhì)一覽

3.2.2 設計出水水質(zhì)

根據(jù)環(huán)評要求，該工程濃縮液處理系統(tǒng)設計出水滿足《生活垃圾填埋場污染控制標準》(GB 16889-2008)中表2標準，具體指標見表2[10]。

3.3 工藝流程

根據(jù)本工程濃縮液進水水質(zhì)特點及出水水質(zhì)要求，綜合行業(yè)內(nèi)常見的濃縮液處理工藝，本工程采用“混凝沉淀+DT物料膜+低溫負壓MVR+RO+離子交換”的濃縮液處理工藝，其中MVR主體選用“低溫負壓+板式換熱+強制循環(huán)+閃蒸器”技術。具體工藝流程及水量平衡如圖1所示。

3.4 主要污染物去除效果預測

本工程去除效果預測基于設計進水水質(zhì)，具體情況如表3所示。

表2 污染物排放濃度限值

圖1 濃縮液處理工藝流程

3.5 工藝設計

3.5.1 預處理系統(tǒng)

該工程預處理系統(tǒng)主要包括混凝沉淀和DT物料膜兩個階段。

濃縮液中鈣、鎂離子含量高，需要采用混凝沉淀法對濃縮液進行軟化預處理，降低濃縮液的硬度?；炷恋黼A段主要是通過向濃縮液中投加NaOH、Na2CO3、PAC、PAM，將濃縮液中的Ca2+、Mg2+轉變成CaCO3、Mg(OH)2沉淀，然后在沉淀池中進行泥水分離，上清液進入預處理產(chǎn)水池，在預處理產(chǎn)水池中進行pH值回調(diào)之后進入DT物料膜系統(tǒng)處理，污泥進入污泥濃縮池進行濃縮，濃縮后污泥經(jīng)板框壓濾脫水至60%以下，外運填埋處置?；炷恋韱卧闹饕獦嬛镉衟H值調(diào)節(jié)池、1#反應池、2#反應池、沉淀池、預處理產(chǎn)水池、污泥濃縮池，采用鋼筋混凝土結構，地上式，具體設計參數(shù)見表4。

表4 混凝沉淀單元構筑物設計參數(shù)一覽

通過軟化和混凝沉淀處理，可去除90%以上鈣鎂離子、50%～60%左右的二氧化硅及絕大部分的氟離子，同時最多可去除10%的COD，但是經(jīng)混凝沉淀處理后的上清液中COD含量仍然很高，高COD容易污染蒸發(fā)器，導致清洗頻繁，蒸發(fā)沸點升高，能耗增加，同時也可能導致為惡臭增加。因此，本工程在蒸發(fā)器前端設置DT物料分離膜，去除大部分COD，為蒸發(fā)器提供更好的水質(zhì)，保障蒸發(fā)穩(wěn)定運行，物料膜的濃水主要以腐植酸為主，水量比較小，和MVR系統(tǒng)母液混合一起進入負壓干燥系統(tǒng)進一步處理。本工程物料膜采用碟管式納濾膜，碟管式膜相對于卷式膜的特點是采用重疊的碟片固定安裝，沒有襯墊材料；流道為開放式且流程較短，流體往復從碟片的一端反流向碟片的另一端。這樣的結構設計使系統(tǒng)可以在更高的壓力、更高的污染物濃度下運行，且流體可以在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生局部紊流，減少膜污染，同時，由于膜片間沒有襯墊材料，膜組件采用NaOH清洗即可[11，12]。該工程共設1套DT物料膜系統(tǒng)，設計參數(shù)見表5。

表5 DT物料膜系統(tǒng)設計參數(shù)

3.5.2 低溫負壓MVR蒸發(fā)系統(tǒng)

蒸發(fā)工藝通過對濃縮液進行加熱，將濃縮液中的揮發(fā)組分與非揮發(fā)組分分離，水分等揮發(fā)組分冷凝后進入后續(xù)處理單元繼續(xù)處理，鹽分等非揮發(fā)組分殘留在蒸發(fā)母液中，蒸發(fā)母液經(jīng)干燥或固化后外運填埋處置。MVR是機械式蒸汽再壓縮技術的簡稱，它利用蒸發(fā)系統(tǒng)自身產(chǎn)生的二次蒸汽及其能量，經(jīng)蒸汽壓縮機壓縮做功，提升二次蒸汽的熱能，如此循環(huán)向蒸發(fā)系統(tǒng)供熱，從而減少對外界能源需求的一項節(jié)能技術[8,13]。由于氯離子在70 ℃以上的溫度下會對金屬材料產(chǎn)生非常強的腐蝕作用[7]，本工程在負壓條件下對濃縮液進行蒸發(fā)處理，充分利用了水在負壓條件下沸點降低的特性，有效地避免氯離子對金屬設備的腐蝕[4]。

本工程低溫負壓MVR蒸發(fā)系統(tǒng)采用“低溫負壓+板式換熱+強制循環(huán)+閃蒸器”技術，工藝流程見圖2。

蒸發(fā)的主要過程如下。

(1)物料過程：經(jīng)過調(diào)酸等預處理后的高鹽廢水→進料罐→進料泵→冷凝水預熱器→不凝氣預熱器→強制循環(huán)蒸發(fā)器(蒸發(fā)器→分離器→循環(huán)泵→蒸發(fā)器)→排料泵→下一工藝處理。

(2)冷凝水過程：蒸發(fā)器+冷凝器→冷凝水泵→冷凝水預熱器→冷凝水達標排放或去下一工藝處理。

(3)不凝氣過程：蒸發(fā)器→不凝氣預熱器→冷凝器→真空泵→除臭系統(tǒng)。

本項目擬采用1臺處理規(guī)模為200 m3/d的MVR系統(tǒng)，每天最大可以處理220 m3濃縮液，單臺MVR設計參數(shù)如表6所示。

圖2 MVR工藝流程

表6 單臺MVR設計參數(shù)

3.5.3 產(chǎn)水保障系統(tǒng)

經(jīng)過蒸發(fā)冷凝后的產(chǎn)水中氨氮和有機物濃度均較高，本設計采用RO系統(tǒng)和離子交換系統(tǒng)進一步處理，保證處理后尾水穩(wěn)定達標。

3.5.3.1 RO系統(tǒng)

反滲透是以高于溶劑滲透壓的外界壓力作為跨膜推動力，利用膜的選擇透過性截留離子物質(zhì)，實現(xiàn)溶液中混合物分離的技術[4]。反滲透膜的膜孔徑非常小，其表面微孔的直徑一般在0.5～10 nm之間，因此能夠有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機物等。

本工程共設一臺RO系統(tǒng)，設計參數(shù)見表7。

3.5.3.2 離子交換系統(tǒng)

離子交換是溶液中的離子與某種離子交換劑上的離子進行交換的作用或現(xiàn)象，是借助于固體離子交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換，以達到提取或去除溶液中某些離子的目的，是一種屬于傳質(zhì)分離過程的單元操作。離子交換技術可以選擇性分離溶液中的特定離子基團，使料液經(jīng)過離子交換后脫除了特定離子基團，從而實現(xiàn)對溶液中特定離子濃度的控制。樹脂吸附飽和后用洗脫劑洗脫，得到富集了被分離離子鹽的高濃度流出液，視需要做處理。

本工程離子交換系統(tǒng)設計參數(shù)見表8。

表7 RO系統(tǒng)設計參數(shù)

3.5.4 干燥系統(tǒng)

濃縮液經(jīng)過前端工藝處理后，總體回收率已達到94%，其中絕大部分的有機物、膠體和鹽分濃縮在蒸發(fā)母液中。本工程設1套干燥系統(tǒng)對蒸發(fā)母液和物料膜濃液進行干燥處理，采用負壓低溫干燥技術，處理規(guī)模22 t/d，殘渣產(chǎn)量約11 t/d，含水率約20%，運行溫度約50～60 ℃，加熱蒸發(fā)時間減少，蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸氣進入列管式冷凝器冷凝后形成冷凝水，冷凝水回到前端處理系統(tǒng)。蒸餾干燥過程中蒸餾罐內(nèi)攪拌軸刮片自動正反旋轉，保證料液干燥均勻，避免結焦結垢。

3.5.5 除臭系統(tǒng)

本工程綜合處理車間、MVR車間、污泥脫水間及綜合處理水池均會產(chǎn)生臭氣，需集中收集并處理，處理后尾氣需達到《惡臭污染物排放標準》(GB 14554-93)中的二級標準后方可排放[14]。配套一座Q=25000 m3/h的除臭系統(tǒng)，采用化學洗滌法，確保現(xiàn)場不凝氣和臭氣均得到有效去除。化學洗滌產(chǎn)生的濃縮液排入原液池，進入濃縮液處理系統(tǒng)，不產(chǎn)生二次污染。

表8 離子交換系統(tǒng)設計參數(shù)

4 工程設計經(jīng)驗

(1)本工程采用混凝沉淀去除硬度、懸浮物等，可以減少物料膜和蒸發(fā)系統(tǒng)結垢的問題；采用物料膜去除大分子有機物，可以降低蒸發(fā)器的清洗頻次和蒸發(fā)沸點，保蒸發(fā)運行比較穩(wěn)定。

(2)本工程采用低溫負壓MVR蒸發(fā)核心工藝技術，蒸發(fā)溫度控制在70 ℃左右，并在酸性條件下運行，不但可以對低品質(zhì)蒸汽進行再回收，減少蒸汽用量，大幅降低項目運營成本，而且能有效防止蒸發(fā)系統(tǒng)結垢及腐蝕，不易產(chǎn)生泡沫，減少消泡劑用量，改善有機物包裹鹽問題，使得鹽泥能連續(xù)穩(wěn)定析出，蒸發(fā)冷凝水水質(zhì)更好。

(3)本工程采用混凝沉淀、膜過濾、MVR等物化法處理濃縮液，啟動快、維護簡單、自動化程度高、管理水平要求低，且出水水質(zhì)不受填埋場封場后濃縮液水質(zhì)變化的影響，處理后的殘渣少，殘渣處理成本低。

(4)采用MVR工藝處理膜過濾濃縮液，處理成本較高，在經(jīng)濟不發(fā)達的地區(qū)不宜采用。本工程膜過濾濃縮液處理系統(tǒng)工程費用為3248萬元，單位處理成本約為258元/t(不含殘渣處置費)。