垃圾焚烧发电项目垃圾渗滤液处理工艺问题改进及展望

　　

垃圾焚烧厂渗滤液处理工艺问题改进及展望

张庆,贺敏鹏,谭光之

西安西矿环保科技有限公司，西安 710075

摘要：垃圾焚烧发电项目，垃圾渗沥液处理工艺的发展，针对第三代垃圾渗沥液处理工艺在运行中出现的问题，再结合垃圾焚烧厂全厂水平衡，提出增加自清洗过滤器、高效泥水分离器等设备来提升整体稳定性和负荷；化学软化+微滤取代NF，产水、浓水水质更好，降低投资费用；以及优化浓液的去向，减小运行费用；并形成垃圾渗滤液处理工艺：自清洗过滤器+调节池+UASB+高效泥水分离器+两级A/O+MBR膜+化学软化+MF+RO(DTRO)工艺；渗滤液处理新一代工艺展望“预处理+IOC/UASB+高效泥水分离器+化软+MF+蒸氨+DTRO/RO”。

关键词：渗滤液 工艺 化学软化 减量化 浓液 资源化

中图分类号：X703.1

Improvement and Prospect of Leachate Treatment in Waste Incineration Plants

ZHANG qing , HE Min peng,TAN guang zhi

(Xi 'an Xi kuang Environmental Protection co. LTD, Xi 'an 710075)

Abstract: In waste incineration plants ,the development of the leachate treatment process, aiming at the problems in the operation of the third generation leachate treatment process, combined with the water balance of the whole waste incineration plant, put forward to improve the overall stability and load by increasing of the self-cleaning filter, high-efficiency mud-water separator and other equipments. Instead of NF,Chemical softening +MF can get better water production, and the concentrated water quality will be better, but the cost of investment is lower.And optimizing the direction of the concentrated liquid will reduce the operating cost. A leachate treatment process is formed: Self-cleaning filter + Regulating tank+UASB+High-efficiency mud-water separator + A/O/A/O + MBR + Chemical softening + MF + RO(DTRO).The prospect of a new generation of leachate treatment process: Pretreatment +IOC/UASB+ High-efficiency mud-water separator + Chemical softening +MF+ Ammonia distillation +DTRO/RO.

Key words: leachate；technology ；chemical- softening；reduction；membrane concentrated solution；resourcization

背景：

1.垃圾渗沥液的特点与特性

垃圾渗沥液属于原生垃圾堆存的产物，我国目前城市生活垃圾的厨余物多、含水率高、热值较低，焚烧法处理垃圾时必须将新鲜垃圾在垃圾仓中储存3～5天进行发酵熟化，以达到滤出水份、提高热值的目的，才能保证后续焚烧炉的正常运行。

由于地理位置、生活环境、垃圾来源等众多因素影响，导致垃圾焚烧厂渗沥液的水质成分非常复杂，既有高浓度有机污染物，也有金属、无机盐类、细菌等有毒有害物质。水量变化大由于季节、运输条件、运行管理等因素的影响，垃圾焚烧厂渗沥液的产量变化很大。一般情况下，冬季旱季水量较少，污染物浓度较高；夏季雨季水量较多，污染物浓度较低。垃圾焚烧厂渗沥液的有机污染物浓度很高、水质变化大、SS含量高、氨氮含量高等特点。一般情况下，COD浓度在40000～80000mg/L，BOD浓度在20000～40000mg/L。除此之外，还有大量其他的金属、无机污染物。呈墨黑色不透明状，有恶臭性气味，弱酸性，含大量悬浮物，水质变化大、有机物浓度高、SS含量高、氨氮含量高和营养元素比例失调等诸多特点。

2.垃圾渗沥液处理工艺的发展更新

生活垃圾焚烧发电厂的渗沥液，处理工艺宜选择“预处理+主处理+深度处理”组合工艺。常规工艺流程见图1^[1]：

图1.渗沥液常规工艺流程

渗滤液处理技术从第一代的“调节池＋混凝沉淀+氨吹脱+UBF+SBR+UF(帘式)+NF+RO”工艺，到第二代的“调节池＋混凝沉淀+高效厌氧+A/O+UF（外置MBR）+NF+RO ”工艺，第三代再发展至近年来应用的“沉淀池+调节池+IOC+A/O+UF+NF +RO /DTRO”工艺，以及在第三代基础上增加化学软化和纳滤浓液物料膜减量,“沉淀池+调节池+IOC+ A/O+UF+化学软化+MF+RO /DTRO减量化 ” 和“沉淀池+调节池+IOC+A/O+UF+NF（浓液物料膜减量）+RO /DTRO减量化”工艺。

第一代渗滤液处理工艺中，生化部分包括UBF和SBR，由于是传统厌氧系统，UBF内可能存在死区，处理效率较低，运行不太稳定。SBR占地较小，不设初沉池、二沉池、回流污泥泵房，整体工艺比活性污泥法少占30-50%，但脱氮效率有限，需要增加氨吹脱系统；对自控要求高，对操作人员技术水平要求高，由于是间歇操作，设备利用率不高。深度处理采用双膜法，产水率在50-65%。最终产水中的溶解性总固体超标，不符合循环冷却水补水要求^[3]；浓水品质较差，并且产量在40%左右，丰水期厂内不能全部利用。

第二代渗滤液处理工艺，厌氧采用UASB或IOC反应器，COD处理效率可达到70%以上。A/O生化采用活性污泥法加MBR生物膜反应器，可以使O池活性污泥浓度保持较高，耐较高的水质冲击，脱氮效率较高。深度处理与第一代相同。

第三代渗滤液处理工艺，调节池前增加初沉池，对大颗粒悬浮物有较高去除。增加DTRO设备，主要对NF和RO浓液的减量化处理，提高整个系统的产水率，产水率可到70—80%。但是由于渗滤液中硬度较高，对DTRO浓液侧容易结垢，化学冲洗较频繁。

第三代半渗滤液处理工艺，主要是在第三代的基础进行改进。化学软化+微滤膜代替NF系统，避免了纳滤浓水的产生，降低渗滤液水质硬度，可以提高RO系统产水品质，降低浓液侧结垢风险，降低化学冲洗频率。化学软化后，RO浓液中硬度降低95%以上，降低后续DTRO减量化设备浓液侧结垢，可使DTRO产水率提高，产水品质也明显提高，并且浓缩液水质相对第三代工艺要好很多。产水回收率可稳定达75%-80%以上，膜浓缩液水质也得到明显提高。

3.目前垃圾焚烧厂渗沥液处理主流处理工艺及存在的问题

目前垃圾焚烧电厂中，5年前建成的焚烧厂，垃圾渗滤液处理主流为第二代的“调节池＋混凝沉淀+高效厌氧+A/O+UF（外置MBR）+NF+RO ”工艺。

近几年建成的焚烧厂，渗滤液处理工艺多为第三代，增加DTRO浓缩液减量化。

1）厌氧系统

厌氧处理的基本原理：是在厌氧条件下由多种微生物共同作用，使大分子链有机物分解并生成小分子CH4和CO2的过程。也可以将整个处理过程大概分三个阶段（1）水解发酵阶段；（2）产氢产乙酸阶段；（3）甲烷阶段。主要是利用厌氧微生物去除污水中有机物的方法。主流厌氧系统工艺中，厌氧反应器有UBF 、UASB、IC、IOC反应器。

常规UBF和UASB反应器由于顶部只有一层三相分离器，上升流速不能太大，导致循环量不能太高，受负荷变化影响较大，抗冲击负荷不强，上清液有跑泥现象。

IC反应器的构造特点是具有很大的高径比，一般可达 2 ～ 8，反应器的高度可达 16 ～ 25m。所以在外形上看，IC 反应器实际上是个厌氧生化反应塔。

IC反应器实际上是由两个上下重叠的UASB反应器串联组成的。由下面第一个 UASB 反应器产生的沼气作为提升的内动力，使升流管与回流管的混合液产生密度差，实现下部混合液的内循环，使废水获得强化预处理。上面的第二个UASB 反应器对废水继续进行后处理（或称精处理），使出水达到预期的处理要求。

IOC厌氧技术基于IC设计，在增加了外循环系统、可拆卸式布水系统、安全系统等措施。IOC具有以下优点：具有IC的优势，内外循环相结合：可控性更强。抗负荷冲击能力强：既适用于高浓度有机废水处理，又可应用于中、低浓度有机废水的处理，承受较高的冲击负荷。 COD去除率高：一般在80-90%的去除率，沼气产率高。低能耗、低成本：具有内循环功能，能耗低。

2）A/O生化系统

主流的硝化与反硝化，采用一级A/O或二级A/O+内置MBR/外置MBR。通常采用射流曝气和MBR膜反应器配合，可以保证污泥在较高浓度稳定运行，污泥浓度(MLSS)设计取值15g/L。射流曝气有较高氧传递效率，MBR膜反应器可以维持较高污泥浓度；相对其他曝气方式，射流曝气动力消耗较大，由于污泥浓度较高，O池池容相对较小，对于土建费用有所降低。由于污泥浓度较高，需对MBR膜、曝气器和换热器考虑防堵措施。

3）膜深度处理系统

深度处理大多采用双膜法NF+RO， MBR超滤产水进NF。MBR超滤产水水质见表1.

表1.某垃圾焚烧厂渗沥液中MBR产水水质^[2]

检测项目	单位	超滤产水
COD	mg/L	498
氯化物	mg/L	4.52×103
镁	mg/L	242
钙	mg/L	140
溶解性总固体	mg/L	1.25×104
电导率	μS/cm	1.94×104
总碱度	mg/L	3.06×103
总硬度	mg/L	1.88×103

备注：硬度和碱度以CaCO3计。（氯化物以氯离子计）

NF的产水进RO系统，合格产水率在50-65%。深度处理系统各阶段水质见表2.

表2.深度处理系统各阶段水质情况^[3]

检测项目	单位	NF产水	NF浓水	RO产水	RO浓水
COD	mg/L	80.4	168	<10	236
BOD	mg/L	31.2	70.8	<2	20.3
pH	-	8.4	8.4	7.4	8.2
氯化物	mg/L	3900	8700	247	4974
镁	mg/L	204	584	2.1
钙	mg/L	48.1	222	0.4
溶解性总固体	mg/L	8700	21000	1900	130000
电导率	μS/cm			3100	21000
总硬度	mg/L	970	2700	10.4	1500
浊度	NTU	<0.1	<0.1	<0.1	<0.1
色度	倍	10	10	<5	2.5

超滤产水进入NF和RO后，污染物被大量去除。但RO浓水品质较差，具有很高硬度，并且产量在40%左右；最终产水中的溶解性总固体超标，不符合循环冷却水补水要求；由于浓缩液量较大，丰水期厂内不能全部利用，近年有厂家在增加DTRO浓液减量化设备，来降低浓缩液的总量，使之能全部被厂内利用。

NF浓水侧和RO浓水侧硬度较高，容易结垢，增加化学清洗频率，影响膜寿命。

4.垃圾焚烧厂渗沥液处理主流处理工艺的问题改进方法

我国垃圾焚烧厂起步较晚，对垃圾渗滤液的处理主要以初沉池+调节池+UASB+A/O+MBR+NF+RO为主，运行成本较高。针对第三代垃圾渗沥液处理工艺在运行中出现的问题，再结合垃圾焚烧厂全厂水平衡，改进工艺，增加以下设备来提升整体稳定性和负荷；具体的工艺流程如下：

图2. 垃圾焚烧厂渗沥液处理主流处理工艺的问题改进工艺流程

1）初沉池或调节池前增加自清洗过滤器

自清洗过滤器过滤精度500um，设置两台，一用一备。有效去除渗滤液中悬浮物，提高生化段生物活性。设备布置于污泥浓缩池上方，根据管道前后压差，自动排渣排泥，泥渣自流至污泥浓缩池中。可以代替初沉池、格栅等构筑物或设备。

2）UASB厌氧反应器后增加高效泥水分离器

高效泥水分离器可以收集厌氧反应器上清液带出厌氧污泥，下部收集污泥可使用螺杆泵打回至厌氧反应器，上部出水自流进入生化一级A池。高效泥水分离器内部设有填料，缩短污泥沉降时间及减小设备大小。UASB厌氧反应器，由于后续工艺有收集跑泥设备并做回流，可以提高UASB厌氧反应器循环量，可以提高处理COD负荷及效率，增加UASB厌氧反应器的稳定性。

3）化学软化和微滤替代NF系统

化学软化+微滤膜代替NF系统，避免了纳滤浓水的产生，降低渗滤液水质硬度，可以提高RO系统产水品质，降低浓液侧结垢风险，降低化学冲洗频率。化学软化后，RO浓液中硬度降低95%以上，降低后续DTRO减量化设备浓液侧结垢，可使DTRO产水率提高，产水品质也明显提高，并且浓缩液水质相对第三代工艺要好很多。产水回收率可稳定达75%-80%以上，膜浓缩液水质也得到明显提高。化学软化中加的石灰浆液可以取自烟气脱硫制浆系统；化学软化+MF微滤中浓液和化学污泥为碱性，可以排至脱硫制浆系统，用于烟气脱硫剂使用。渗滤液站可以不用考虑石灰的仓储问题和化学软化中化学污泥处理的问题，可以减少渗液站投资及处理费用，而且可以在脱硫中得到资源化利用。

4）RO系统浓液去向

由于前置工艺中有化学软化降低水中硬度，使RO结垢风险降低，降低了RO系统反洗频率，延长RO使用寿命，较高的产水率，较低的运行费用。合格产水可直接用于电厂循环冷却水补水。RO系统的浓液，浓液量少可以直接用于锅炉渣坑补水、飞灰稳定化和脱硫制浆用水。

5）DTRO系统

可以根据RO系统产水率，产出浓液量是否可以被全厂消耗掉来判断需不需要上，DTRO起到浓液减量化作用。DTRO合格产水可直接用于电厂循环冷却水补水，浓缩液去脱硫制浆或飞灰稳定化。

5.结论

针对第三代垃圾渗沥液处理工艺在运行中出现的问题，改进工艺路线，可以提升整体稳定性和负荷；化学软化+微滤取代NF，产水、浓水水质更好，降低投资费用；以及优化浓液的去向，减小运行费用。

6.展望

渗滤液处理过程中涉及很多技术和设备，由于渗滤液体系的复杂性，上述的方法装置虽然能避免一部分问题，但是还存在一定的局限性，会带来高能耗、高成本和二次污染的问题。这就需要出现新技术和设备以满足不同渗滤液处理要求。

新一代“预处理+IOC/UASB+高效泥水分离器+化软+MF+蒸氨+DTRO/RO”工艺正在研发阶段，该工艺摒弃了缺/好氧生化系统，通过提高IOC/UASB厌氧反应器效率，使COD降至很低可以进入深度膜处理；化软微滤技术取代纳滤膜的应用，并且调整pH至12左右，硬度得到绝大部分去除，更有利蒸氨，更有利于后续膜深度处理；水中氨氮通过高效蒸氨工艺可以使水中氨氮降至100mg/L以下，并得到氨水产品，产出氨水可以去烟气治理脱硝系统，可实现渗滤液中氨氮的资源化利用。蒸氨后通过换热、降温进入DTRO/RO膜，既缩短了工艺流程，同时产水回收率可达85%以上。新工艺可使全系统占地面积和能耗大幅降低，可实现渗滤液中有用物质资源化利用，渗沥液中大分子有机物分解为沼气和氢气等；氨氮回收为氨水；产水作为循环冷却水回用；膜浓缩液可以考虑上盐分离提取装置产出精盐产品。由此可见，新型渗滤液处理工艺不仅有助于解决目前渗滤液处理过程中的产水水质差和膜浓缩液产生量大的行业难题，更能实现渗滤液中有用物质资源化利用，可以促进渗滤液处理行业的可持续发展。​​​​

参考文献：

[1]. CJJ 150-2010，生活垃圾渗沥液处理技术规范[S]，中国建筑工业出版社.

[2].高用贵，安瑾等. “化软+微滤+RO”浓水减量化工程应用研究[J].中国环境科学学会学术年会论文集2016:3410-3415.

[3].任艳双，安瑾等. 化学软化/RO工艺处理垃圾焚烧发电厂渗滤液中试[J].中国给水排水，2014,30（19）：29-31.

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