垃圾焚燒電廠廢水綜合利用和“零排放”工藝設計

李 敏，陳 冬，孟 鑫，侯靜剛

（江蘇省節能工程設計研究院有限公司，南京 211100）

近年來，垃圾焚燒發電處理技術逐步成為國內生活垃圾處理的主要手段[1-2]。隨著環保要求的提高，環保部門對垃圾焚燒發電廠污/廢水排放指標的控制更為嚴格。因此，合理利用垃圾發電廠內的污/廢水，提高電廠內的用水效率，實現垃圾發電廠污/廢水的零排放，不僅可以減少垃圾發電廠對環境的壓力，還可以降低電廠的運行成本。

垃圾發電廠污/廢水的零排放，是指進入電廠的水最終以蒸汽的形式蒸發到大氣中，或以適當形式封閉、填埋處理[3]。隨著環保要求的提高，垃圾發電廠污/廢水零排放將是垃圾焚燒發電行業的發展方向[4]。

1 主要研究內容

選取蘇州的某垃圾焚燒發電廠，然后對電廠水源地來水和全廠給排水水質、水量情況進行監測，根據測試結果繪制出全廠水平衡圖并作出水系統評價。該發電廠對自身的污/廢水回用與處理進行分析，提出切實可行的污/廢水處理回用方案，優化改進現有給排水系統，最終制定出該廠的廢水零排放方案。

2 蘇州某垃圾焚燒發電廠

該廠總設計規模為日處理垃圾3550 t，目前正在進行拆舊建新工程，設計日處理規模將增至5250 t。

2.1 電廠污/廢水利用情況

圖1為該電廠全廠水量平衡圖，由此可以看出，該廠污/廢水沒有充分利用。首先，生活污水排入市政污水管網，沒有在廠區內處理回用；其次，在蘇州電廠調研期間，工作人員介紹說，該電廠污/廢水零排放的瓶頸在于滲濾液濃水產生量為滲濾液原水量的35%～40%，這部分濃水用于鍋爐回噴和石灰漿制備并不能完全消納，還有大量剩余。該垃圾電廠垃圾滲濾液處理工藝如圖2所示。

圖1 蘇州某電廠水量平衡圖（2016年平均，單位：t/d）

圖2 蘇州某電廠垃圾滲濾液處理工藝流程

2.2 蘇州某電廠污/廢水“零排放”設計

為實現該電廠污/廢水的零排放，首先，生活污水排至滲濾液處理站進行合并處理，在廠區生活污水管網接市政管網處設置閘門式截流井，同時在末端污水井中加入潛污泵，輸送生活污水至滲濾液處理系統，經處理達標后回用。

其次，納濾/反滲透濃液經DTRO（碟管式反滲透膜工藝）減量化系統再濃縮處理后，能再濃縮60%～70%，產生的最終反滲透濃液量大幅度減少，少量的最終濃液經機械式蒸汽再壓縮技術（MVR）處理，最終MVR產生的少量濃縮液回噴于鍋爐。

最終滲濾液站處理后的產水回用于冷卻塔補水、石灰漿用水、飛灰固化用水、煙氣處理反應塔、爐排漏灰輸送機用水、出渣機灰渣冷卻用水等。改進后全廠零排放水量平衡圖如圖3所示。

圖3 蘇州電廠零排放水量平衡圖（單位：t/d）

2.3 濃水處理工藝比較

目前，針對垃圾滲濾液處理的納濾/反滲透濃水，典型的處理方法是蒸發。溶液的蒸發通常是指通過加熱使溶液中一部分溶劑汽化，以提高溶液中非揮發性組分的濃度或使溶質從溶液中析出結晶的過程。通常，溫度越高、液面暴露面積越大，蒸發速率越快；溶液表面的壓強越低，蒸發速率越快。膜濃縮液采用蒸發處理工藝可以減量90%以上[5]。目前，應用較多的蒸發工藝有多效蒸發、浸沒燃燒蒸發（SCE）、機械壓縮蒸發等。

2.3.1 多效蒸發

通常，無論在常壓、加壓或真空下進行蒸發，在單效蒸發器中每蒸發1 kg的水需要消耗比1 kg多一些的加熱蒸汽。因此，在大規模工業生產過程中，蒸發大量的水分必須消耗大量的加熱蒸汽。為了減少加熱蒸汽消耗量，可采用多效蒸發，將加熱蒸汽通入一效蒸發器，則液體受熱而沸騰，所產生的二次蒸汽的氣壓力和溫度比原加熱蒸汽低（為了易于區別，在多效蒸發中常將第一效的加熱蒸汽稱為生蒸汽）。因此，可引入作為后效的加熱介質，即后效的加熱室成為前效二次蒸汽的冷凝器，僅第一效需要消耗生蒸汽，這就是多效蒸發。

多效蒸發用于垃圾滲濾液濃水處理中多采用強制循環立式換熱器，污水走換熱管內部，蒸汽在換熱管外部，通過強制循環泵保證換熱管內液體流速，防止換熱管堵塞，三效蒸發工藝流程如圖4所示。

以常州中源、湖州惠鵬達為代表，目前采用多效蒸發處理滲濾液濃水的項目僅有深圳老虎坑。在實際運行中，多效蒸發的蒸發列管容易受到污染，而且氣泡夾帶污染物進入蒸餾水的情況會比較嚴重。

圖4 并流三效蒸發流程

2.3.2 浸沒燃燒蒸發（簡稱SCE）

SCE是利用沼氣作為氣源燃燒對膜濃縮液進行加熱及蒸發處理。燃燒產生的高溫氣體與膜濃縮液直接接觸，使水分得以迅速蒸發，屬于常壓高溫蒸發工藝，工藝流程如圖5所示。浸沒燃燒蒸發是清華大學岳東北教授的專利技術，由北京水木湛清公司進行技術轉化，目前已經在北京阿蘇衛垃圾填埋場、光大鎮江能源垃圾焚燒電廠、首鋼魯家山垃圾焚燒電廠應用。

但是，垃圾滲濾液膜過濾濃縮液中通常都含有濃度很高的氯離子，而氯離子在70℃以上的溫度下會對金屬材料產生強腐蝕作用，這使得設備腐蝕成為高溫蒸發處理垃圾滲濾液或濃縮液的主要限制因素[6]。同時，運行受厭氧沼氣產量影響較大。

圖5 浸沒燃燒蒸發原理

2.3.3 機械式蒸汽再壓縮技術（MVR）

MVR工藝是通過機械方式對蒸汽進行壓縮，將機械能轉化為熱能，進而提高蒸汽溫度的技術，該工藝將蒸汽、蒸餾水、濃液中的熱量通過熱交換幾乎全部傳遞給原水，因此，在能耗方面較傳統的多效蒸發節省很多，MVR工藝流程如圖6所示。

褚貴祥等人采用蒸發技術對滲濾液納濾濃縮液進行試驗研究，結果表明，其可實現10倍以上的濃縮，產生的蒸餾水COD（化學需氧量）小于20 mg/L，可以實現穩定達標排放[7]。

目前，滲濾液處理行業中MVR技術較成熟的主要有湖州慧鵬達節能環保科技有限公司、大連廣泰源環保等公司。

圖6 MVR蒸發原理

以大連廣泰源環保、廣東云水謠、廣州中科鑫洲為代表的MVR處理垃圾滲濾液原液和濃縮液，已經在長春蘑菇溝垃圾填埋場、三道垃圾填埋場、九臺垃圾填埋場有了應用案例。

2.4 濃水處理工藝確定

根據以上濃水蒸發工藝的比較，對于三效蒸發，從深能源三效蒸發處理DTRO濃水的中試結果來看，三效蒸發蒸汽冷凝水COD、氨氮、氯離子均不符合回用標準。所以，不考慮采用三效蒸發。

比較MVR和SCE，目前兩者都有運行案例，但從經濟角度考慮，MVR只消耗電能，運行費較低，浸沒燃燒蒸發（SCE）由于受到厭氧沼氣量的影響，需要額外增加天然氣作為能源，運行費用高。因此，濃水蒸發工藝選擇機械式蒸汽再壓縮（MVR）。

目前，蘇州項目滲濾液處理站已增加DTRO工藝，最終DTRO濃水數量為反納濾/滲透濃水出水的30%。MVR用來處理DTRO濃水，可以蒸發90%的水量，剩余10%的濃縮液，這部分濃縮液回噴于焚燒爐處理。

根據湖州慧鵬達節能環保科技有限公司報價，MVR設備費用為720萬元，每處理1 t濃水需要耗電約30 kW·h，蘇州電廠DTRO濃水約為154 t/d，計算出來電費約為66萬元/年。每處理1 t濃水，藥劑費約為3元，藥劑包括消泡劑、阻垢劑及酸，計算出來藥劑費用為19萬元/年。蘇州電廠MVR工藝處理費用如表1所示。

表1 蘇州電廠滲濾液濃水MVR處理費用

2.5 蘇州電廠“零排放”方案投資與效益估算

根據蘇州電廠污/廢水的“零排放”設計，相應的投資費用需要增加，對給排水管網進行改造，初步估計給排水管網改造費用為30萬元。機械式蒸汽再壓縮（MVR）設備費用為720萬元，每年運行費用為85萬元。

蘇州電廠“零排放”設計方案效益主要來自于新鮮用水量減少而節約的水費，蘇州電廠目前工業用水價格為4元/t；每年可以減少取水量約為169360 t，所以每年可以節約水費約68萬元。其次，可以減少排污費用，每年外排污水為13萬t，排污費按3元/t計算，每年可以減少排污費約為39.0萬元。工程凈效益為107萬元/年。

綜上所述，蘇州電廠“零排放”設計方案總投資為750萬元，每年運行費用約為：85萬元，每年凈效益為107萬元。投資回收年限約為34年。

3 建立水務信息管理平臺

建立蘇州電廠的水務信息管理平臺，建立工業生產水系統、循環水系統、生活水系統的給水、排水及滲濾液、雨水系統數據信息庫，實現運行數據的采集、監測、保存、輸出以及設備控制，為實現水資源的高效利用奠定基礎。

信息管理平臺可對全廠給水、排水系統進行水務綜合管理，通過全廠水量平衡，監測各用水點及排水點的水量、水質情況，確定達標的垃圾滲濾液、生活污水及雨水的回用點，根據水質水量等信息對污/廢水循環利用系統進行動態調控。

4 結語

為了綜合利用廢/污水，蘇州某垃圾焚燒發電廠積極進行“零排放”工藝設計，具體措施包括：生活污水排到滲濾液站合并處理；納濾/反滲透濃水經DTRO減量化系統再濃縮處理后，產生的濃水再經MVR處理，最終少量濃縮液回噴于鍋爐。滲濾液處理后的水回用于爐排漏灰輸送機用水、出渣機灰渣冷卻用水、飛灰固化用水和煙氣處理反應塔，實現了污/廢水零排放的目的。

參考文獻

1 黃業昂，魏麗蓉.我國垃圾焚燒發電行業發展前景淺析[J].大科技，2016，（14）：52.

2 李 煜.我國城市生活垃圾焚燒處理發展分析[J].中國環保產業，2014，（7）：21-22.

3 宋瑞祥.零排放——后工業社會的夢想與現實[M].北京：中國環境科學出版社，2003.

4 汪 洋，楊光明，廖發明，等.淺析垃圾焚燒發電廠“零排放”設計——以成都市萬興環保發電廠為例[J].環境衛生工程，2017，35（2）：65-67.

5 楊 琦，何品晶，邵立明.負壓蒸發法處理生活垃圾填埋場滲濾液[J].環境工程，2006，24（2）：17-19.

6 徐 輝，蔡 斌，周 俊，等.垃圾滲濾液膜濃縮液處理進展[J].給水排水，2017，43（2）：8-10.

7 褚貴祥，鄒 琳.垃圾焚燒發電廠滲濾液NF濃縮液蒸發處理的試驗研究[J].黑龍江電力，2014，36（6）：554-556.