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

根據濃縮液的處理需求，結合待處理濃縮液的水質特點，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用，保證處理后的水質能滿足國家相關要求的排放標準。

隨著我國城市化進程加快，城市人口及規模快速增加，生活垃圾產生量隨之增長，近年來生活垃圾處置方式為：進垃圾填埋場填埋或者進垃圾焚燒發電廠焚燒。在處置生活垃圾的過程中，會產生垃圾滲濾液，它是一種污染程度高、成分及其復雜的有機廢水，一般采用“外置式MBR+納濾/反滲透”工藝進行處理，但該工藝在深度處理過程中，將會產生更難以處理的膜濃縮液。

1 濃縮液的產生原理與水質特點

“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，通過膜的選擇透過性分離出大部分溶質，截留溶劑，達到溶質與溶劑分離的目的，而被截留的含溶質部分的溶液則轉化成了濃縮液，濃縮液具有以下特點：

(1)成分較一般廢水復雜，水質呈棕黑色，無機鹽、有機污染物、色度、硬度、電導率和COD均較高，另外可能含有Pb、Cu等重金屬離子。

(2)濃縮液內的氯離子具有腐蝕性。

(3)主要成分基本不能作為營養源參與生物反應，可生化性極差，B/C小于0.1，產生的濃縮液無法采用傳統活性污泥法再進行處理。

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)轉移處置；其形式為：轉移回噴焚燒廠爐膛或回灌垃圾填埋場。

(2)進行減量化處理；其處理工藝包括：高壓反滲透(DTRO)、蒸發等技術。

(3)進行無害化處理；其處理工藝包括：電絮凝、混凝沉淀、高級氧化等技術。

3 國內常用工藝比較

3.1 回灌填埋場工藝

回灌填埋場是目前國內外應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當作是一個用垃圾作為填料的生物反應器，在濃縮液從填埋場頂部流下經過垃圾填埋層時，濃縮液里面的部分污染物被垃圾中微生物的分解，達到回灌液中的部分有機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是電導率、氨氮、無機鹽、難降解污染物等污染因子會隨著時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致滲濾液鹽分累計嚴重，造成惡性循環。因此，高鹽分濃縮液回灌填埋場的工藝引發滲濾液處理效率降低的后果日益凸顯，從長遠性的角度考慮不推薦采用回灌填埋場的工藝選擇。

3.2 回噴焚燒廠爐膛

濃縮液回噴爐膛技術是將滲濾液處理后的濃縮液直接噴入焚燒爐進行高溫氧化處理，濃縮液噴入量需根據爐內溫度來調節，爐膛溫度較高時可適當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點。

但要注意過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，存在環保不達標的風險，應啟動輔助燃燒系統保證爐膛溫度。

(2)氯化物和硫化物在高溫煙氣中對受熱面管壁產生高溫腐蝕，會引起鍋爐冷水壁和受熱面腐蝕。

3.3 混凝+臭氧高級氧化技術

單一的工藝技術現已很難滿足濃縮液的處理需求，在這種情況下，組合工藝應運而生，目前國內應用較為成功的案例有：混凝+臭氧高級氧化技術；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，加入的混凝劑實際上是一種(或多種)電解質，其所帶的電荷與廢水的膠體物質所帶電荷相反，使水中膠體顆粒易于相互碰撞和附聚搭接而成為較大顆粒或絮體，進而從水中分離出來形成顆粒物質，最終沉降。

臭氧高級氧化工藝主要原理主要是依靠臭氧的強氧化性。根據臭氧的電子結構分析，臭氧在水中的反應主要分為三類：

(1)氧化-還原反應：電子轉移過程，氧化還原性較弱的物質。

(2)親電取代反應：臭氧分子取代有機物分子中的一部分，使有機物穩定性降低。

(3)環加成反應：通過反應使環狀有機物斷鏈，破壞其穩定性，并徹底無害化。

整個臭氧反應過程中，如何使更多的環加成反應生成是有機物能否徹底降解的關鍵。在某些情況下，水中的臭氧反應可以生成自由基，自由基通過基元反應自促生成·OH(羥基自由基)。·OH具有比其他強氧化劑更高的氧化還原電位，其氧化還原電位高達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物發生反應時，反應中生成的有機自由基可以繼續參加·OH的鏈式反應，因此其氧化能力極強，氧化效率特別高，并能長時間的將環加成氧化反應控制一定的水平上，使水中的有機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%，最終出水達到預計的處理效果。

但混凝+高級氧化技術在處理濃縮液時也存在以下弊端：

(1)因反滲透濃縮液鹽分極高，氯離子濃度高，會干擾臭氧高級氧化的處置效果，設備腐蝕嚴重，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，總體運行成本較高。

(3)單位反應時間較長，增加了一定的人力成本。

(4)產生化學污泥量較高。

4 浸沒燃燒蒸發(SCE)工藝

蒸發工藝是利用液體沸點的不同，把非揮發性組分與揮發性組分進行物理分離的過程，采用蒸發工藝處理濃縮液時，水分會從溶液中蒸發而出，而污染物則保留在濃縮液內，目前國內應用較多的SCE工藝其原理如圖1所示。

圖1 浸沒燃燒蒸發技術原理

SCE技術是一種節能環保的新型燃燒技術，又稱為液中燃燒法。該技術是將燃氣與空氣燃燒產生的高溫煙氣直接噴入液體中，沒有固定的傳熱面，直接接觸傳熱，使濃縮液加熱蒸發。SCE技術與傳統蒸發工藝相比具有如下優點：

(1)直接接觸型換熱，熱效率高，通常穩定保持在95%以上。

(2)與間壁式換熱器相比，無傳熱間壁，不結垢。

(3)濃縮倍數高，可以直接做到結晶結渣。

(4)單獨使用該工藝時無需預處理，工藝簡單。

(5)蒸發冷凝液有機物及電導率非常低，出水水質好，可達標排放。

對SCE蒸發工段產生的二次濃縮殘渣液進行固液分離后采用焚燒的方式進行處置會影響垃圾熱值，另外也會對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環境學院聯合成立水務先進技術聯合研究中心，針對成都地區的反滲透濃縮液的處理做了專項研究，在滲濾液特性研究與膜濃縮液處理設施實地調研分析的基礎上，綜合考慮技術有效性、經濟合理性、運行穩定性等因素，通過層次分析法對膜濃縮液適用處理技術進行遴選，研究高氯鹽和有機物對膜濃縮液處理設施的腐蝕影響，提出浸沒燃燒蒸發技術是解決膜濃縮液問題的有效方法，該工藝已于2020年初在成都市垃圾滲濾液廠三期投入建設。

5 結束語

針對國內濃縮液的處理技術和在實際工程中的運行案例，對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，采用產生濃縮液量少或不產生濃縮液的新型處理工藝。

(2)產生二次污染物必須按照國家或當地政府的相關法律法規進行全過程處理處置。

(3)對現有的不符合生產需求的濃縮液處理工藝實施技改技革，使濃縮液在處理后能穩定達標排放或達到回用水要求。

(4)對于濃縮液回灌處置的工藝應逐步減少回灌處置的數量，避免污染物的累積。