垃圾渗滤液膜处理浓缩液的减量化及处理工艺分析

Posted 2023-01-12 工艺

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渗滤液主流处理工艺介绍及目前存在的问题
1、预处理+生物处理+双膜法（NF+RO）组合工艺
组合工艺可满足目前排放标准，该工艺生物处理部分根据进水水质不同，通常采用A/O、多级A/O或者厌氧+A/O的形式，生化出水采用UF(超滤)对活性污泥进行截留，组成MBR系统。生化出水根据排放要求采用NF（纳滤）或者NF+RO（反渗透）的形式，《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)颁布实施后，对大部分填埋场而言，深度处理采用单一NF工艺很难稳定达标，绝大部分采用NF和RO串联的工艺形式。这一工艺在国内垃圾填埋场、焚烧厂、堆肥场及转运站有着广泛的应用，是目前较为普遍的垃圾渗滤液处理方式，经过近几年的实践，取得了良好、稳定的效果。该工艺工程造价为7万～11万元/m3，单位水量的直接运营成本为20～30元/m3。其中前端生物处理有效提高了系统的耐冲击负荷的能力，再经过后端的膜处理后出水水质较好，但是该工艺运行较为复杂、工艺链长，对操作人员素质要求较高，因此在小型填埋场的渗滤液处理工程中应用较少。
此外，采用膜技术以后，在NF单独运行时系统回收率在80%左右，两者串联运行理论上统最高回收率为68%，实际运行很难达到理论水平，系统回收率在60%左右。有20%～40%的浓缩液难以处理，目前多回灌到垃圾填埋场中或外运至污水处理厂。
2、两级DTRO（碟管式反渗透）工艺
DTRO反渗透膜工艺属于专利技术，在德国渗滤液处理中有大量的应用，在国内也有一些案例，尤其是小型填埋场由于设备具有便于启动、运行、自动化程度高的优势，应用广泛。两级DTRO工艺的核心为DTRO成套设备。该成套设备采用碟片竖向挤压形式组成膜柱，不同于目前的螺旋卷式膜组件。特殊的工艺设计，使得该膜组件进水流道宽度达到1mm，能够承受较高的悬浮物浓度。该工艺具有流程简单、占地面积小、施工周期短和不需要太多调控的优点。设备单位水量工程造价5万～8万元/m3，单位水量直接运行成本25～35元/m3（未包括浓缩液处理）。
DTRO系统主要存在系统回收率低和化学清洗频繁的问题。通常两级DTRO系统设计回收率在70%～75%，由于水质的波动及结垢的影响，系统产水率会逐步下降，实际回收率在50%～60%，产生约40%的浓缩液无法及时处理。DTRO成套设备分为酸洗和碱洗两种工况，通常碱洗4～7d，酸洗8～14d/次，频繁清洗需要消耗大量的药剂以及影响设备的连续运行。
膜处理浓缩液减量化工艺途径
由于渗滤液膜处理浓缩液含有大量易结垢离子，且很难提取利用，本着减量化、再处理的原则，从整个工艺入手减少浓缩液的产量，再考虑处理问题。
1、提高系统回收率，降低浓缩液的产率
目前，整个渗滤液处理系统的回收率理论上在63.75%～68%，实际运行在60%左右。系统回收率低已成为制约渗滤液处理工艺发展的瓶颈问题。回收率低的主要原因是膜处理工艺的串联，逐级浓缩确保了水质的稳定、可靠，但造成了浓缩液的逐级产生。由此可见，通过降低膜工艺串联的数量或改变膜工艺形式来提高系统的回收率，具有可行性。推荐的膜工艺形式主要有MBR+RO和MBR+DTRO两种工艺形式。MBR+RO工艺系统回收率可达75%左右，但由于反渗透缺少了纳滤预处理，且MBR出水中含有大量的易结垢物质，因此后续反渗透极易污染，需频繁清洗，造成设备开机率低。MBR+DTRO工艺由于DTRO的特殊构造和高压，因此回收率更高，稳定在80%左右，水质较好时可达85%。但DTRO设备造价昂贵，且运行阻垢剂、清洗剂的专一性导致难以广泛应用。
2、采用非膜工艺，从源头避免浓缩液的产生
从工艺源头入手，生化后端采用非膜工艺可避免浓缩液的产生。具有可实施的工艺为高级氧化处理与生化处理的高效集成处理技术，典型应用为“AT-BC系统+二级Fenton(芬顿)+二级BAF（曝气生物滤池）”组合工艺，这一工艺最主要的特点是不采用膜工艺，因此无浓缩液产生。由于渗滤液水质的复杂多变，加之不同地区的气候条件，这一工艺能否大面积推广还需要时间的观察和考验。
另一方面，由于AT-BC系统为专有技术，且需培养专门的Bacillus菌群和专一的营养液，使得该技术不具备大面积推广空间。根据这一特性，结合目前具有广泛工艺基础的MBR工艺，建议将工艺优化为MBR+NF+高级氧化组合工艺。NF浓缩液采用絮凝沉淀后回流至调节池的工艺形式。这样就从源头避免了RO浓缩液的产生，唯一的浓缩液为NF浓缩液。NF浓缩液通过絮凝沉淀将腐殖质去除，可有效解决盐分的累积问题。这一修正工艺相对于原工艺系统更加稳定、可靠，也更具可行性。
膜处理浓缩液处理处置工艺探讨
1、NF浓缩液处理工艺
渗滤液NF浓缩液的主要处置办法是回流到调节池，通过调节池长时间的厌氧作用，将NF浓缩液中难生物降解物质转化为可生物降解物质。NF浓缩液中主要含有腐殖酸、富里酸等长链难生物降解物质和二价离子。根据这一特性，目前较为可行的工艺为絮凝沉淀+高级氧化，处理出水不能达标排放，可回流至调节池再处理。经过处理后回流的NF浓缩液可避免直接回流带来的腐殖质和二价盐累积问题。通过絮凝沉淀作用，将腐殖质和二价离子以沉淀的形式排出，通过高级氧化的氧化作用将部分难生物降解物质氧化。
2、RO浓缩液处理工艺
RO浓缩液的处理一直是行业难点问题，目前尚无可靠、稳定的工程案例。反渗透浓缩液中主要物质为盐分，同时含有大量的氯离子，根据盐分比较稳定的这一特性，工艺采用再浓缩后采用热处理（蒸发、焚烧）的办法比较可行。再浓缩可采用高压反渗透或正渗透处理工艺，热处理的主要工艺路径有焚烧和蒸发两种，焚烧可结合垃圾焚烧厂焚烧炉，采用“喷入垃圾焚烧炉焚烧处理”和“焚烧+尾气净化处理排放”等工艺。蒸发浓缩方面，包括“蒸发浓缩+二次蒸汽焚烧排放”和“蒸发浓缩+冷凝液排放+残渣处置”等方式。这些处理技术，在近几年得到了不同程度的发展，也有了一定的工程实践，但要大面积推广，在技术方面还有一定的困难。主要原因在于无论是焚烧还是蒸发，能耗都非常大，且设备结垢严重、清洗频繁，很难连续可靠运行。此外还有残渣的处置和盐分转移的问题。如采用焚烧工艺将盐分转移到焚烧灰渣，将大大增加焚烧灰渣的处理和利用难度。如采用再浓缩+蒸发工艺，得到结晶盐和最终残液，会面临混合盐处理、处置问题。残渣固化也面临固化稳定性问题，需采用沥青、塑料等不溶性固化处理后才能填埋。
结论和建议
（1）垃圾渗滤液具有大量工程实践经验的两种工艺为预处理+生物处理+双膜法组合工艺和碟管式反渗透工艺。两种工艺均能满足排放标准，但均不同程度地带来了浓缩液难处理处置的问题。
（2）预处理+生物处理+双膜法组合工艺在垃圾渗滤液的处理工程中有着广泛的应用，该工艺具有抗冲击负荷能力强、出水水质稳定、处理效果好的优点，但系统回收率在60%左右，有20%～40%的浓缩液难以处理。
（3）浓缩液的处理处置难度很大，可以优化目前工艺，先减量化再处理。可从完善“预处理+MBR+NF/RO”组合处理工艺入手，采用MBR+DTRO工艺和生活后端采用非膜工艺即高级氧化与生化处理高效集成，从而从源头避免浓缩液的产生。NF浓缩液可采用絮凝沉淀+高级氧化工艺处理，出水不能满足排放要求，回流至调节池，避免NF浓缩液直接回流调节池带来的二价离子累积问题。RO浓缩液处理处置难度极大，目前尚无稳定、可靠的处理工艺。
（4）目前国家标准、规范对浓缩液的处理尚未明确，建议明确浓缩液处理最终要求，才能发展高效的浓缩液处理技术。
（5）渗滤液源头减量是解决渗滤液问题的可行之路，包括降低垃圾含水率，降低填埋垃圾的有机质含量，填埋作业覆盖及雨污分流等。