SCE 處理老港填埋場滲濾液膜濃縮液運行分析

唐 佶

（上海老港廢棄物處置有限公司，上海 201302）

1 項目概況

老港滲濾液處理廠（綜合填埋場一期配套滲濾液工程） 服務(wù)于綜合填埋場一期滲濾液以及焚燒廠混合滲濾液處理，處理規(guī)模500 m3/d。滲濾液原液COD 15 100 mg/L，TN 3 358.3 mg/L，NH3-N 2 787.9 mg/L。為保證系統(tǒng)出水滿足GB 16889—2008 生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)中表2 要求，滲濾液處理采用生化與膜相結(jié)合的處理方式。膜設(shè)備產(chǎn)生25%～35%的濃縮液，膜濃縮液水質(zhì)特征是滲濾液處理中的難點，本項目選用SCE 作為膜濃縮液處理工藝。

2 膜濃縮液的主要水質(zhì)特點

膜濃縮液水質(zhì)情況見表1，介質(zhì)來源于前端滲濾液系統(tǒng)產(chǎn)水的膜濃縮液混合廢水，其水質(zhì)特點如下。

表1 膜濃縮液水質(zhì)檢測結(jié)果

1）成分復(fù)雜：富集了滲濾液中絕大部分難以去除的污染物和鹽分。

2） 有機(jī)物濃度高：根據(jù)納濾（NF） 或反滲透（RO） 膜分離的選擇透過性原理，水能夠順利通過膜，其他成分部分或完全被截留，有機(jī)物含量較高，主要是難降解的腐植酸類物質(zhì)。

3） 含鹽量高：滲濾液原液中含有大量的鈉、鉀、鈣、鎂等離子，生物處理過程將銨根轉(zhuǎn)化為硝酸鹽、亞硝酸鹽，由于NF 膜和RO 膜對二價和一價鹽有著極高的截留作用，因此濃縮液中含有大量的鹽，特別是鈣、鎂離子的存在容易導(dǎo)致結(jié)垢。

4） 水質(zhì)變化大、可生化性差：前段生化處理階段出水變化會導(dǎo)致膜處理階段濃縮液水質(zhì)不穩(wěn)定，且經(jīng)過生化系統(tǒng)處理后，可生化降解物質(zhì)基本降解，膜濃縮液中主要為不可生物降解物質(zhì)。

3 膜濃縮液處理工藝

老港滲濾液處理項目工藝流程見圖1，其產(chǎn)生的膜濃縮液采用SCE 處理工藝，處理規(guī)模為200 t/d。

圖1 老港滲濾液處理工藝流程

SCE 是一種無固定傳熱界面的蒸發(fā)技術(shù)：燃?xì)夂涂諝饣旌喜⒎稚⒊沙馀?，與被蒸發(fā)溶液直接接觸，燃燒（氧化） 釋放的熱量迅速傳遞給液體，溶劑吸熱蒸發(fā)，溶質(zhì)被蒸發(fā)濃縮（結(jié)晶）。其與間壁式蒸發(fā)技術(shù)相比，具有傳熱速率快、熱利用率高和結(jié)構(gòu)相對簡單等優(yōu)點，適用于易結(jié)垢液體的蒸發(fā)、濃縮和分離［1］。

濃縮液作為蒸發(fā)系統(tǒng)的原液由提升泵泵入原液桶內(nèi)，根據(jù)液位調(diào)節(jié)控制進(jìn)料泵向浸沒燃燒蒸發(fā)器進(jìn)料。利用填埋氣（經(jīng)凈化處理后） 等作為能源，對廢水進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮處理。蒸發(fā)過程產(chǎn)生的飽和蒸殘液進(jìn)入脫水系統(tǒng)，蒸汽進(jìn)入冷凝系統(tǒng)，不凝氣達(dá)標(biāo)排放。整個系統(tǒng)最終僅產(chǎn)生少量的殘渣，殘渣量根據(jù)水質(zhì)情況略有波動。

鹽分在蒸發(fā)器內(nèi)結(jié)晶析出，并最終與難揮發(fā)性有機(jī)物在蒸發(fā)過程形成鹽泥，鹽泥脫水后單獨封裝填埋處理。阻斷了鹽分等在系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)積累，部分小分子有機(jī)物通過二段式浸沒燃燒焚毀［2］，減少了二次污染物，產(chǎn)水率在90%以上。

4 膜濃縮液處理效果分析

4.1 處理量及濃縮液濃縮情況

上海老港項目于2019 年3 月20 日開始設(shè)備安裝，2019 年4 月27 日帶料調(diào)試，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，截至2019 年6 月累計進(jìn)料1.3×104m3。6 月濃縮液處理量和鹽泥產(chǎn)生量見圖2，最大處理量達(dá)到206 m3/d，滿足前端DTRO 膜系統(tǒng)產(chǎn)生濃縮液處理要求。蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸殘液通過提升泵輸送至固液分離系統(tǒng)進(jìn)行脫水處理，干渣的含水率約70%，最終形成的殘渣及鹽泥由廠區(qū)定期收集處理，上清液繼續(xù)回流至SCE 處理系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)處理。鹽泥產(chǎn)生量18 t/d，鹽泥含水率8%～13%，系統(tǒng)物料體系處于平衡狀態(tài)。

圖2 SCE 系統(tǒng)處理量與鹽泥產(chǎn)生量

SCE 系統(tǒng)可使膜濃縮液濃縮10～20 倍，目前本項目濃縮倍數(shù)達(dá)到7 后，系統(tǒng)可直接結(jié)渣或結(jié)晶。相較于間接傳熱蒸發(fā)技術(shù)（濃縮2～4 倍，且另需增加干化系統(tǒng)以實現(xiàn)結(jié)晶），SCE 系統(tǒng)可直接作為終端處理工藝。

4.2 煙氣情況

1） 可揮發(fā)性有機(jī)物及顆粒物的控制措施：二段式耦合SCE 系統(tǒng)保證了濃縮液及沼氣中的可揮發(fā)性有機(jī)物的充分燃燒；同時分離塔的合理設(shè)計能夠最大程度抑制霧沫夾帶，保證經(jīng)冷卻噴淋后的不凝氣中可揮發(fā)性有機(jī)物及顆粒物滿足DB 31/933 大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。

2） 二氧化硫的控制措施：填埋氣經(jīng)過脫硫預(yù)處理，保證沼氣中硫化氫含量不高于152 mg/m3，保證浸沒燃燒蒸發(fā)后的二氧化硫滿足DB 31/933 大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。

3） 充分燃燒：同時供氣系統(tǒng)設(shè)計智能變頻調(diào)節(jié)燃?xì)獗?，系統(tǒng)完全燃燒產(chǎn)生CO2和H2O，無二次污染產(chǎn)生。

4） SCE 正常運行溫度為850～1 100 ℃，未達(dá)到熱力型氮氧化物的生成條件，同時源頭燃料中不具備燃料型和快速型氮氧化物的生成條件，因此不凝氣中氮氧化物達(dá)標(biāo)排放。

5） 本項目煙氣檢測結(jié)果均小于DB 31/1025—2016 惡臭（異味） 污染排放控制限值（工業(yè)企業(yè)）和DB 31/933—2015 大氣污染物項目排放限值最高允許排放濃度（表2）。

表2 不凝氣排放檢測報告

4.3 出水情況

SCE 系統(tǒng)配套設(shè)計蒸汽冷凝裝置，蒸發(fā)過程產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過分離塔除去霧沫夾帶的液滴后，通過管道進(jìn)入蒸汽冷凝裝置，利用循環(huán)冷卻水作為冷媒進(jìn)行冷凝換熱（配套循環(huán)冷卻水池，可以利用廠區(qū)水處理系統(tǒng)的產(chǎn)水或循環(huán)冷卻水（如有） 作為補(bǔ)水），蒸汽冷凝水回至冷凝水儲池后達(dá)標(biāo)排放。

系統(tǒng)設(shè)計卷式RO 系統(tǒng)作為最終保障措施。當(dāng)進(jìn)水濃縮液水質(zhì)較差時，為保證系統(tǒng)產(chǎn)水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，SCE 系統(tǒng)產(chǎn)生的冷凝水進(jìn)入卷式RO 系統(tǒng)進(jìn)行深度處理。由于冷凝水的電導(dǎo)率極低，約為1 000～2 000 μS/cm，實際卷式RO 系統(tǒng)的產(chǎn)水率可達(dá)到85%左右，產(chǎn)水達(dá)標(biāo)排放。15%濃縮液進(jìn)入廠區(qū)前端膜系統(tǒng)進(jìn)行再濃縮，經(jīng)濃縮處理后，濃縮液產(chǎn)生量降低至系統(tǒng)進(jìn)水量的6%，進(jìn)入濃縮液處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

另蒸發(fā)過程中，依據(jù)不同pH 條件下早期滲濾液中有機(jī)污染物的揮發(fā)規(guī)律，通過調(diào)整pH 控制有機(jī)酸和氨氮分別揮發(fā)［3］。本項目蒸汽冷凝液出水滿足GB 16889—2008 中表2 要求，出水水質(zhì)見表3。

表3 冷凝液出水檢測水質(zhì)

5 項目能耗

本項目能源采用老港填埋場產(chǎn)生的填埋氣。填埋氣經(jīng)過脫硫預(yù)處理，保證沼氣中硫化氫含量不高于152 mg/m3，浸沒燃燒蒸發(fā)后的二氧化硫滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，沼氣CH4含量40%～50%，噸水消耗沼氣140～180 m3/m3。本項目以廢治廢，減少天然氣及電能消耗。按天然氣組分計算（天然氣按消耗量約70 m3/t，處理量200 t/d，天然氣價格3.85元/m3計算），每年既可節(jié)約1 780 萬元天然氣費用，又能減少溫室氣體排放。

蒸發(fā)過程中由于溫度變化和機(jī)械擾動導(dǎo)致蒸發(fā)過程產(chǎn)生泡沫。輔助藥劑種類為消泡劑，本項目消泡劑用量約1.0 mL/m3，若進(jìn)水氨氮濃度高需加酸或其他輔助工藝。

系統(tǒng)整體6 月噸水耗電量32 kWh/m3，生產(chǎn)用電設(shè)備運行最大容量為467 kW，主要為沼氣風(fēng)機(jī)、空氣風(fēng)機(jī)、蒸汽冷凝器、反滲透增加泵等。系統(tǒng)產(chǎn)水150 t/d，可用于項目生產(chǎn)用水，主要包括反沖洗、酸稀釋等。

6 結(jié)論

1） 本項目濃縮液最大處理量為206 m3/d，鹽泥產(chǎn)生量18 t/d，鹽泥含水率8%～13%，系統(tǒng)物料體系處于平衡狀態(tài)。本項目濃縮倍數(shù)達(dá)到7 后，系統(tǒng)可直接結(jié)渣或結(jié)晶。SCE 系統(tǒng)可直接作為終端處理工藝。

2） SCE 主要能耗為燃?xì)?。老港項目采用填埋氣作為燃料，以廢治廢，噸水消耗沼氣140～180 m3/m3，每年可節(jié)約1 780 萬元天然氣費用；噸水耗電量32 kWh/m3；項目利用系統(tǒng)產(chǎn)水作為生產(chǎn)用水，產(chǎn)水量約150 t/d；利用本工藝投加適量消泡劑實現(xiàn)各工藝段泡沫控制，消泡劑用量約1.0 mL/m3。該技術(shù)資源化利用填埋氣或沼氣，成本較低。

3） 蒸發(fā)過程產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過分離塔除去霧沫夾帶的液滴后，通過管道進(jìn)入蒸汽冷凝裝置，系統(tǒng)設(shè)計卷式RO 系統(tǒng)作為最終保障措施，蒸汽冷凝液出水滿足GB 16889—2008 表2 要求；通過控制SCE 運行溫度、沼氣脫硫和智能變頻調(diào)節(jié)燃?xì)馐拐託獬浞秩紵确椒?，不凝氣最終產(chǎn)物為蒸汽及燃燒后的CO2、H2O、顆粒物等，污染物排放滿足GB 16297—1996 表2 要求，其他不凝氣組分滿足DB 31/1025—2016 和DB 31/933—2015 要求。