MVR工艺在生活垃圾填埋场反渗透浓缩液处理中的应用

2021-12-09卢明

绿色科技 2021年22期

卢明

(湘潭市规划建筑设计院有限责任公司，湖南湘潭 411100)

1 引言

目前，国内垃圾填埋场渗滤液处理一般采用预处理+生物处理+深度处理的工艺[1，2]。渗滤液经预处理、生物处理、深度处理(以纳滤、反渗透为主)后，其透过液可满足相关水质标准，直接排放[3]；但是膜过滤产生的浓缩液成分十分复杂，含有大量的有机物(以腐殖类物质为主)、氨氮、金属离子和盐类，可生化性差，腐蚀性能力强，处理难度大、成本高[4～8]。浓缩液处理已成为行业内研究热点，本文以湘潭市双马生活垃圾填埋场反渗透浓缩液处理工程为例，介绍低温负压MVR工艺在垃圾填埋场反渗透浓缩液处理工程中的应用，为类似的浓缩液处理工程提供参考。

2 项目背景

湘潭市双马生活垃圾填埋场位于湘潭市高新区双马镇建设村，渗滤液处理站现有两套渗滤液处理系统，一套采用“MBR+单级DTRO”的处理工艺，一套采用“预处理+两级DTRO”的处理工艺。现状浓缩液采用直接回灌垃圾填埋堆体的处理方式，但垃圾堆体对浓缩液只是起到短暂的截留作用而已，浓缩液最终还是回到了渗滤液调节池中等待处理。由于两套渗滤液处理系统末端工艺都为DTRO，导致渗滤液中的盐分无法排出，盐分在系统中不断累积，过高的盐分对生化系统、膜系统及设备的危害极大[9]。据近期水质数据显示，渗滤液进水水质电导率已达到40000～70000 μS/cm，如浓缩液继续按此方式处理，后续渗滤液系统将会因为盐分过高而导致系统处理能力大大降低，直至系统完全崩溃。同时，湘潭市生活垃圾焚烧发电项目正处于试运行阶段，待其正式投产后，将对双马生活垃圾填埋场进行封场，封场后，浓缩液将无法回灌处理，因此，浓缩液需要全量处置。

3 工程设计

3.1 设计规模

湘潭市双马渗滤液处理站总设计处理规模为600 m3/d，其中，一期设计规模400 m3/d，采用“MBR+单级DTRO”的处理工艺，现状实际处理能力约300 m3/d，运行回收率约72%，浓缩液产生量约85 m3/d；二期设计规模200 m3/d，采用“预处理+两级DTRO”的处理工艺，现状实际处理能力约180 m3/d，运行回收率约65%，浓缩液产生量65 m3/d。借鉴其他类似项目的工程经验，生活垃圾填埋场封场后渗滤液量将有30%～50%左右的减少，预计封场后，垃圾填埋场渗滤液产生量约250 m3/d。同时，湘潭市餐厨垃圾处理项目、湘潭市环卫一体化项目已经启动建设，这两个项目产生的餐厨废水(290 m3/d)、垃圾压滤废水(35 m3/d)将进入双马渗滤液处理系统进行处理。因此，封场后，双马渗滤液处理站每天处理的废水量为575 m3，渗滤液处理系统回收率按70%计，则浓缩液产生量为172.5 m3/d。考虑一定的设计富余量，该工程浓缩液处理系统设计规模取200 m3/d。

3.2 设计进、出水水质

3.2.1 设计进水水质

经取样检测，该工程实际浓缩液水质及浓缩液处理系统设计进水水质情况见表1。

表1 浓缩液水质一览

3.2.2 设计出水水质

根据环评要求，该工程浓缩液处理系统设计出水满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)中表2标准，具体指标见表2[10]。

3.3 工艺流程

根据本工程浓缩液进水水质特点及出水水质要求，综合行业内常见的浓缩液处理工艺，本工程采用“混凝沉淀+DT物料膜+低温负压MVR+RO+离子交换”的浓缩液处理工艺，其中MVR主体选用“低温负压+板式换热+强制循环+闪蒸器”技术。具体工艺流程及水量平衡如图1所示。

3.4 主要污染物去除效果预测

本工程去除效果预测基于设计进水水质，具体情况如表3所示。

表2 污染物排放浓度限值

图1 浓缩液处理工艺流程

3.5 工艺设计

3.5.1 预处理系统

该工程预处理系统主要包括混凝沉淀和DT物料膜两个阶段。

浓缩液中钙、镁离子含量高，需要采用混凝沉淀法对浓缩液进行软化预处理，降低浓缩液的硬度。混凝沉淀阶段主要是通过向浓缩液中投加NaOH、Na2CO3、PAC、PAM，将浓缩液中的Ca2+、Mg2+转变成CaCO3、Mg(OH)2沉淀，然后在沉淀池中进行泥水分离，上清液进入预处理产水池，在预处理产水池中进行pH值回调之后进入DT物料膜系统处理，污泥进入污泥浓缩池进行浓缩，浓缩后污泥经板框压滤脱水至60%以下，外运填埋处置。混凝沉淀单元的主要构筑物有pH值调节池、1#反应池、2#反应池、沉淀池、预处理产水池、污泥浓缩池，采用钢筋混凝土结构，地上式，具体设计参数见表4。

表4 混凝沉淀单元构筑物设计参数一览

通过软化和混凝沉淀处理，可去除90%以上钙镁离子、50%～60%左右的二氧化硅及绝大部分的氟离子，同时最多可去除10%的COD，但是经混凝沉淀处理后的上清液中COD含量仍然很高，高COD容易污染蒸发器，导致清洗频繁，蒸发沸点升高，能耗增加，同时也可能导致为恶臭增加。因此，本工程在蒸发器前端设置DT物料分离膜，去除大部分COD，为蒸发器提供更好的水质，保障蒸发稳定运行，物料膜的浓水主要以腐植酸为主，水量比较小，和MVR系统母液混合一起进入负压干燥系统进一步处理。本工程物料膜采用碟管式纳滤膜，碟管式膜相对于卷式膜的特点是采用重叠的碟片固定安装，没有衬垫材料；流道为开放式且流程较短，流体往复从碟片的一端反流向碟片的另一端。这样的结构设计使系统可以在更高的压力、更高的污染物浓度下运行，且流体可以在系统内产生局部紊流，减少膜污染，同时，由于膜片间没有衬垫材料，膜组件采用NaOH清洗即可[11，12]。该工程共设1套DT物料膜系统，设计参数见表5。

表5 DT物料膜系统设计参数

3.5.2 低温负压MVR蒸发系统

蒸发工艺通过对浓缩液进行加热，将浓缩液中的挥发组分与非挥发组分分离，水分等挥发组分冷凝后进入后续处理单元继续处理，盐分等非挥发组分残留在蒸发母液中，蒸发母液经干燥或固化后外运填埋处置。MVR是机械式蒸汽再压缩技术的简称，它利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量，经蒸汽压缩机压缩做功，提升二次蒸汽的热能，如此循环向蒸发系统供热，从而减少对外界能源需求的一项节能技术[8,13]。由于氯离子在70 ℃以上的温度下会对金属材料产生非常强的腐蚀作用[7]，本工程在负压条件下对浓缩液进行蒸发处理，充分利用了水在负压条件下沸点降低的特性，有效地避免氯离子对金属设备的腐蚀[4]。

本工程低温负压MVR蒸发系统采用“低温负压+板式换热+强制循环+闪蒸器”技术，工艺流程见图2。

蒸发的主要过程如下。

(1)物料过程：经过调酸等预处理后的高盐废水→进料罐→进料泵→冷凝水预热器→不凝气预热器→强制循环蒸发器(蒸发器→分离器→循环泵→蒸发器)→排料泵→下一工艺处理。

(2)冷凝水过程：蒸发器+冷凝器→冷凝水泵→冷凝水预热器→冷凝水达标排放或去下一工艺处理。

(3)不凝气过程：蒸发器→不凝气预热器→冷凝器→真空泵→除臭系统。

本项目拟采用1台处理规模为200 m3/d的MVR系统，每天最大可以处理220 m3浓缩液，单台MVR设计参数如表6所示。

图2 MVR工艺流程

表6 单台MVR设计参数

3.5.3 产水保障系统

经过蒸发冷凝后的产水中氨氮和有机物浓度均较高，本设计采用RO系统和离子交换系统进一步处理，保证处理后尾水稳定达标。

3.5.3.1 RO系统

反渗透是以高于溶剂渗透压的外界压力作为跨膜推动力，利用膜的选择透过性截留离子物质，实现溶液中混合物分离的技术[4]。反渗透膜的膜孔径非常小，其表面微孔的直径一般在0.5～10 nm之间，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等。

本工程共设一台RO系统，设计参数见表7。

3.5.3.2 离子交换系统

离子交换是溶液中的离子与某种离子交换剂上的离子进行交换的作用或现象，是借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换，以达到提取或去除溶液中某些离子的目的，是一种属于传质分离过程的单元操作。离子交换技术可以选择性分离溶液中的特定离子基团，使料液经过离子交换后脱除了特定离子基团，从而实现对溶液中特定离子浓度的控制。树脂吸附饱和后用洗脱剂洗脱，得到富集了被分离离子盐的高浓度流出液，视需要做处理。

本工程离子交换系统设计参数见表8。

表7 RO系统设计参数

3.5.4 干燥系统

浓缩液经过前端工艺处理后，总体回收率已达到94%，其中绝大部分的有机物、胶体和盐分浓缩在蒸发母液中。本工程设1套干燥系统对蒸发母液和物料膜浓液进行干燥处理，采用负压低温干燥技术，处理规模22 t/d，残渣产量约11 t/d，含水率约20%，运行温度约50～60 ℃，加热蒸发时间减少，蒸发产生的水蒸气进入列管式冷凝器冷凝后形成冷凝水，冷凝水回到前端处理系统。蒸馏干燥过程中蒸馏罐内搅拌轴刮片自动正反旋转，保证料液干燥均匀，避免结焦结垢。

3.5.5 除臭系统

本工程综合处理车间、MVR车间、污泥脱水间及综合处理水池均会产生臭气，需集中收集并处理，处理后尾气需达到《恶臭污染物排放标准》(GB 14554-93)中的二级标准后方可排放[14]。配套一座Q=25000 m3/h的除臭系统，采用化学洗涤法，确保现场不凝气和臭气均得到有效去除。化学洗涤产生的浓缩液排入原液池，进入浓缩液处理系统，不产生二次污染。