1傳統垃圾焚燒廠垃圾滲濾液處理工藝分析

1.1垃圾焚燒廠滲濾液的特性垃圾焚燒廠滲濾液屬原生垃圾滲濾液。中國城市生活垃圾的廚余物多、含水率高及熱值較低，焚燒法處理垃圾時必須將新鮮垃圾在垃圾儲坑中儲存3～7 d進行發酵熟化，以達到濾出水分、提高熱值的目的，保證后續焚燒爐的正常運行。垃圾焚燒廠滲濾液COD、氨氮等污染物濃度很高，并帶有強烈的刺激性氣味。垃圾焚燒廠滲濾液的主要特征是水質水量隨季節、區域差距較大，使其處理工藝運行難度更大。

1.2傳統垃圾焚燒廠滲濾液處理工藝1.2.1垃圾焚燒廠滲濾液處理工藝滿足的條件針對垃圾焚燒廠滲濾液污染物濃度高、成分復雜、水質水量波動大和營養失衡等特點，對其處理工藝而言需要滿足以下條件：（1）抗水質沖擊負荷能力強；（2）滿足水量變化大的特點；（3）高氨氮、COD、BOD、SS處理能力。

1.2.2傳統垃圾焚燒廠滲濾液處理工藝路線及特點垃圾焚燒廠滲濾液處理工藝目前已經基本成熟，不同地域、不同項目的水質可能存在一定差距，工藝細節可能存在差異但主體工藝基本一致。傳統垃圾焚燒廠滲濾液處理工藝主以“預處理+厭氧（IC/UASB/UBF/CSTR+A/O-MBR+NF+RO）”為代表。雙膜法作為目前普遍采用的深度處理技術，其運行穩定，產水水質可滿足回用要求，自動化程度高，操作維護簡便。因此，該工藝從水質達標、水量達標、穩定運行和經濟運行等角度出發能滿足滲濾液處理需求。但是，存在濃縮液產量大、品質差的問題。傳統滲濾液處理工藝回收率穩定，濃縮液產量較高：傳統雙膜法深度處理采用NF與RO進行串聯處理，總回收率按式（1）計算：η=η1×η2， （1）式中：η為傳統雙膜法深度處理工藝總回收率（%）；η1為NF系統回收率（%）；η2為RO系統回收率（%）。目前已建成穩定運行的生活垃圾焚燒發電廠滲濾液處理工藝中NF的回收率約為80%~85%，RO的回收率約為70%~75%，總回收率約為56%~63.75%。由于焚燒廠滲濾液生化處理系統出水中含有大量的硬度離子，例如鈣離子、鎂離子及硅離子。生活垃圾焚燒發電廠的滲濾液進水硬度（以碳酸鈣計）約為1 000~2 000 mg/L，如果高硬度出水直接進入膜處理會極易結垢，減少膜系統的使用壽命，增加膜系統濃縮液的產量。且由于膜深度處理屬于物理過濾并不具有硬度的去除能力，膜深度處理系統中的硬度全部轉移到膜濃縮液中，濃縮液的硬度約為2 000~5 000 mg/L。如此高硬度的水質嚴重影響濃縮液在焚燒廠的協同處置能力，導致濃縮液很難得到有效消納，滲濾液全量化處理很難實現，需要對傳統滲濾液處理工藝進行優化調整。

2新工藝分析傳統垃圾焚燒發電廠滲濾液處理工藝基本能滿足滲濾液處理出水達標，運行穩定，控制簡便等要求。但是，傳統工藝也存在濃水品質差、回收率低、廠區濃縮液協同消納困難和滲濾液很難實現全量化處理等問題。為了減少廠區濃水消耗的壓力，實現焚燒廠滲濾液全量化處理的目的，需要對傳統工藝進一步優化。其中，“預處理+厭氧（IC/UASB/UBF/CSTR）+A/O-MBR+TUF+STRO”是一種可以實現垃圾焚燒發電廠滲濾液全量化處理的工藝。該工藝對傳統的進行了兩個優化：一是采用TUF膜軟化技術代替傳統工藝中的NF，通過物化的方法去除系統中的硬度及堿度，減少膜深度處理的污染及提升膜深度處理濃縮液的品質；二是采用STRO（管網式反滲透）替代傳統工藝中的RO，運用STRO抗污染能力強，運行壓力高的特點提升RO系統的回收率，降低濃縮液產量。

2.1 TUF膜軟化技術分析TUF膜軟化系統由化學加藥預處理系統及TUF管式膜過濾系統2個部分組成。2.1.1預處理系統系統由化學加藥系統和兩級級反應池組成，其目的是通過化學軟化發去除滲濾液中的堿度和硬度，降低后端膜系統的無機結構污染。焚燒廠垃圾滲濾液的硬度主要是暫時硬度[3]，溶解的鈣、鎂（硬度成分）與石灰、純堿反應生成碳酸鈣、氫氧化鎂沉淀：Ca（HCO3）2＋Ca（OH）2→2CaCO3（s）+2H2O；2Ca（OH）2＋Mg（HCO3）2→2CaCO3（s）+Mg（OH）2（s）＋2H2O；Ca（HCO3）2＋2NaOH→CaCO3（s）+Na2CO3+2H2O；Mg（HCO3）2＋4NaOH→Mg（OH）2（s）+2Na2CO3＋2H2O；注：“s”表示發生反應生成了不溶物，即懸浮固體。以上反應式中的石灰起到提供氫氧根的作用，但是會帶入鈣離子，這些帶入的鈣離子和水中已有的鈣離子都需要碳酸氫根與之反應形成沉淀。當水中現有的碳酸氫根多數情況下其當量濃度高于現有鈣離子濃度，卻又不足以在投加石灰的情況下沉淀所有的鈣離子時，需要同時投加純堿。水中二氧化硅被軟化反應所生成的氫氧化鎂沉淀物所吸附，或者說發生了共沉淀反應，通過管式膜的高效固液分離，二氧化硅同時被除去。而在傳統沉淀工藝中，限于固液分離的效果，二氧化硅很少能被同時除去。部分資料顯示，為了提高二氧化硅共沉淀效果，所需要的Mg離子濃度（質量濃度）大約需要是二氧化硅濃度的2.5倍。在水中現有的鎂離子不足以攜帶二氧化硅沉淀的情況下，就需要人工投加鎂鹽來促進除硅效果。水中的氟、鋇、鍶在軟化反應的pH值條件下，都會同時形成各自的不溶物（氟化鈣、硫酸鋇、硫酸鍶等），并隨后被管式超濾膜有效截留除去。

2.1.2 TUF膜過濾系統TUF系統由濃縮水池、超濾膜及其配套分水泵、儀表等組成。濃縮水池可接收不斷被超濾膜濃縮的污水，保持污泥濃度達到最佳狀態。用于軟化的管式超濾膜可采用膜被澆鑄在多孔材料管的內部。含被過濾物質（固體）的水流透過膜后，再透過多孔支撐材料，進入產水側（水被凈化）。被膜截留的固體顆粒在水流的推動下，不會停留在膜的表面，而是在膜表面起到一定的沖刷作用，避免污染物在膜表面停留。錯流式超濾作為過濾是為了代替傳統的沉降或澄清工藝，實現更好的泥水分離效果，使出水水質更好。與普通的中空纖維超濾不同，TUF超濾膜可以承受很高的污泥濃度2%~5%，且在高pH值為條件下也能正常穩定的工作。

2.1.3 TUF膜軟化技術優勢TUF膜軟化系統主要由以下幾部分組成：（1）廢水直接進入調節池后再進入超濾系統。在第一個反應池里，通常加入共沉劑。在多數情況下，共沉劑是一些形式的鐵或鈣。廢水再進入第二個反應池，利用NaOH或石灰將pH值調高至11左右[4]。對于軟化水處理系統，第一個反應池添加熟石灰或堿加氯化鈣，第二個反應池則添加碳酸鈉或鎂鹽。來自第二個反應池的出水靠重力流到超濾的濃縮池里。這就開始了固體分離。來自濃縮池的水被泵提升到超濾膜組件。（2）利用錯流過濾技術，廢水中的污泥被高速打到膜管中間，然后回到濃水罐。澄清水或滲透水透過膜后進到最終pH調節系統。每通過膜一次，污泥就濃縮一點。為了阻止快速的堵塞或污堵膜要用氣和干凈的產水反洗，從而迫使膜孔內或膜表面的堵塞物回到污泥流里。（3）在濃縮池里安裝了一套液位計來控制超濾供給泵的啟和停。這個罐子的目的是保證被打到膜組件的水固體濃度在2%~5%。濃縮池的固體可用氣動隔膜泵打到污泥濃縮池或壓濾機。氣動隔膜泵的周期和頻率是自動控制的。有時，運行人員需要從濃水罐里取樣做一個簡單的沉降測試。這個測試的結果可能有時導致氣動隔膜泵的現場調節。此外，作為簡單的操作模式，也可不設氣動隔膜泵，而是由運行人員間歇地開啟濃縮槽底部排水閥，將多余的濃縮液排放。（4）產水流量連續監測。如果運行人員觀察到流量低到預定值時，那么膜就需要化學清洗了。根據膜組件的排列布置，可以對全部或部分膜進行清洗。每清洗一次需要幾個小時完成。在清洗操作時，運行人員需要手動開關閥門。當發生無機垢污染時可以采用酸性清洗液進行清洗，當發生有機物的時候可以采用堿性次氯酸鈉溶液進行清洗。在化學清洗重新投入運行前，需要用清水沖洗膜。化學清洗罐和清水罐以及循環泵是就地清洗系統的主要部分。（5）管式超濾膜系統包括固定架、反洗裝置、循環泵、就地清洗系統、清洗罐、氣動隔膜泵、電力控制、儀表、濃水罐和PLC控制。這個系統配齊了運行的所有管道、線纜和設備。（6）TUF產水基本無壓，自流到pH回調槽，在此槽內添加酸將pH值回調到大約7.5~8.0。同時，在pH回調槽內添加適量的NaHSO3以便除去水中殘留的余氯，以免影響后續的反滲透正常運行。（7）濃縮后的污泥進入到板框壓濾機進行壓濾，最終污泥送入焚燒爐進行焚燒。通過TUF膜軟化后，滲濾液中的硬度得到較大去除，很好地改善了進入后續系統的水質。某焚燒項目為TUF軟化系統連續一個月的進、出水硬度值，其進水硬度基本在1 000～1 300 mg/L，出水硬度基本在15～40 mg/L，其硬度的去除率基本在96%以上，最高去除率在98.59%，說明化學軟化對進水硬度的去除效果很好。TUF膜軟化系統對硬度的去除效率很高且在運行過程中具有如下優勢：（1）用膜代替常規沉淀分離，水中固態污染物值可以得到更有效的分離。（2）可在高pH值條件下持續運行（pH值大于10），因此更能保證有效去除鈣、鎂、硅沉淀，和鍶、鋇等有結垢傾向的離子成分。（3）如有必要，可通過壓濾機實現徹底的固液分離，固體微粒可回收利用，可將固體廢棄物資源化。（4）回收率接近100%。（5）化學清洗藥品僅僅需要常規的無機酸、堿和氧化劑，沒有廢水排放限制。（6）采用管式大流量錯流過濾，水流切向高速流過膜表面，在過濾的同時還有沖刷清潔膜表面的作用，污染物不易累積，膜面不易污染。（7）適合過濾高濁度（50 g/L）和污染物粒徑相近的料液。（8）0.1μm的絕對過濾孔徑，產水濁度<1 NTU，可以有效地保護反滲透。2.2 STRO技術分析2.2.1 STRO膜技術特點反滲透工藝其技術原理是利用壓力差為動力的膜分離過濾技術，其孔徑小至納米級，在一定的壓力下，H2O分子可以通過反滲透膜，而原水中的無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌和病毒等雜質無法透過反滲透膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴格區分開來。STRO膜組件技術是反滲透技術領域取得的重大技術進展，同時也開拓了其在垃圾滲濾液處理、海水、苦咸水以及城市給水脫鹽凈化等方面的應用。該種膜組件是為適應高污染廢水處理而開發的一款新型膜元件，其與傳統卷式RO膜元件的區別在于格網通道采用區別于一般卷式膜的平行格網結構，從而提高膜的抗污染能力和長期運行的穩定性。STRO膜組件的格網采用梯形結構，廢水/料液在格網形成的通道內流動，如同在管式膜內流動，阻力較菱形格網要小很多，同時內部橫向的加強筋可以增加料液流動時候的紊流，降低膜的濃差極化作用，從而使得STRO膜組件的耐污染能力得到提高。STRO膜組件以串聯方式實現水回收率的提高和能耗的降低。2.2.2 STRO膜的技術優勢反滲透膜的結構形式有多種，目前在垃圾滲濾液行業常用的有卷式反滲透RO、網管式反滲透STRO和碟片式反滲透DTRO三種。但卷式反滲透RO一般不能用于無生化預處理的高濃度有機廢水環境中，碟片式反滲透DTRO和網管式反滲透STRO[5]能在較高壓力條件下運行。STRO在滲濾液處理中具有如下優勢。（1）膜技術的優勢。當其他類型RO系統的性能（經常）受到膜污染和結垢問題限制時，STRO膜系統依靠自身優化的流體動力學系統，很好地消減了這些問題所帶來的麻煩。（2）簡化了預處理。擁有了開放式的通道（結構），STRO反滲透組件可對SDI指數高達20的海水或滲濾液直接處理，而不產生問題。其他RO系統一般對SDI指數的要求是≤3。因此，簡單的砂濾和保安過濾器就可以達到STRO膜系統的SDI指數要求，而要達到其他系統的要求，只能通過更為復雜的過濾和化學處理。（3）回收率高能耗低。滲濾液處理的回收率高達80%~90%（TDS=5.000 ppm）；產水能耗為4~10 kWh/m3。因此，STRO膜比RO膜回收率高10%~20%。（4）膜使用壽命長。低膜污染結垢率、高穩定性，以及擁有簡單有效的內置清洗系統，使得膜的預期壽命一般不受進水水質的影響。數據表明，膜的實際使用壽命在5 a以上。

3結束語提高生活垃圾焚燒廠滲濾液處理系統的回收率及濃縮液品質是實現生活垃圾焚燒發電廠滲濾液全量化處理的關鍵因素。TUF膜軟化技術具有去除MBR膜產水中硬度及堿度等反滲透結垢因子，提升反滲透系統膜回收率及濃縮液品質的優勢。STRO深度膜處理技術具有膜抗污染能力強、操作壓力高（系統回收率高）運行簡便穩定等優點。“預處理+厭氧（IC/UASB/UBF/CSTR+A/O-MBR+TUF+STRO）”產生的濃縮液量低、品質高能夠很少地被生活焚燒系統的飛灰增濕及石灰制漿所消納，是一種可以實現垃圾焚燒發電廠滲濾液全量化處理的工藝。

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