膜浓缩液处理工艺分析

杜海洋，杨 林，蒋 宇

(成都市兴蓉再生能源有限公司，成都 610000)

0 引 言

根据浓缩液的处理需求，结合待处理浓缩液的水质特点，做好工艺、药剂的筛选，并按照浓缩液的处理要求做好工艺应用，保证处理后的水质能满足国家相关要求的排放标准。

随着我国城市化进程加快，城市人口及规模快速增加，生活垃圾产生量随之增长，近年来生活垃圾处置方式为：进垃圾填埋场填埋或者进垃圾焚烧发电厂焚烧。在处置生活垃圾的过程中，会产生垃圾渗滤液，它是一种污染程度高、成分及其复杂的有机废水，一般采用“外置式MBR+纳滤/反渗透”工艺进行处理，但该工艺在深度处理过程中，将会产生更难以处理的膜浓缩液。

1 浓缩液的产生原理与水质特点

“外置式MBR+纳滤/反渗透”工艺处理垃圾渗滤液，在膜处理阶段，利用压力差，通过膜的选择透过性分离出大部分溶质，截留溶剂，达到溶质与溶剂分离的目的，而被截留的含溶质部分的溶液则转化成了浓缩液，浓缩液具有以下特点：

(1)成分较一般废水复杂，水质呈棕黑色，无机盐、有机污染物、色度、硬度、电导率和COD均较高，另外可能含有Pb、Cu等重金属离子。

(2)浓缩液内的氯离子具有腐蚀性。

(3)主要成分基本不能作为营养源参与生物反应，可生化性极差，B/C小于0.1，产生的浓缩液无法采用传统活性污泥法再进行处理。

2 浓缩液的处置方式

垃圾渗滤液膜浓缩液处置方式主要分为以下三类：

(1)转移处置；其形式为：转移回喷焚烧厂炉膛或回灌垃圾填埋场。

(2)进行减量化处理；其处理工艺包括：高压反渗透(DTRO)、蒸发等技术。

(3)进行无害化处理；其处理工艺包括：电絮凝、混凝沉淀、高级氧化等技术。

3 国内常用工艺比较

3.1 回灌填埋场工艺

回灌填埋场是目前国内外应用最为普遍的浓缩液处理工艺，其原理是把是把垃圾填埋场当作是一个用垃圾作为填料的生物反应器，在浓缩液从填埋场顶部流下经过垃圾填埋层时，浓缩液里面的部分污染物被垃圾中微生物的分解，达到回灌液中的部分有机污染物被堆体中的微生物降解的目的。浓缩液回灌工艺的缺点是电导率、氨氮、无机盐、难降解污染物等污染因子会随着时间的推移而逐步升高，回灌后的浓缩液与渗滤液原液汇合后导致渗滤液盐分累计严重，造成恶性循环。因此，高盐分浓缩液回灌填埋场的工艺引发渗滤液处理效率降低的后果日益凸显，从长远性的角度考虑不推荐采用回灌填埋场的工艺选择。

3.2 回喷焚烧厂炉膛

浓缩液回喷炉膛技术是将渗滤液处理后的浓缩液直接喷入焚烧炉进行高温氧化处理，浓缩液喷入量需根据炉内温度来调节，炉膛温度较高时可适当增加浓缩液的回喷量，反之则减少回喷量。具有污染物去除彻底、减量效果好和处理速度快等优点。

但要注意过量回喷浓缩液可能造成的危害：

(1)造成炉温降低，炉膛温度低于850 ℃时，存在环保不达标的风险，应启动辅助燃烧系统保证炉膛温度。

(2)氯化物和硫化物在高温烟气中对受热面管壁产生高温腐蚀，会引起锅炉冷水壁和受热面腐蚀。

3.3 混凝+臭氧高级氧化技术

单一的工艺技术现已很难满足浓缩液的处理需求，在这种情况下，组合工艺应运而生，目前国内应用较为成功的案例有：混凝+臭氧高级氧化技术；混凝法的基本原理是在待处理的浓缩液中加入适量的混凝剂，加入的混凝剂实际上是一种(或多种)电解质，其所带的电荷与废水的胶体物质所带电荷相反，使水中胶体颗粒易于相互碰撞和附聚搭接而成为较大颗粒或絮体，进而从水中分离出来形成颗粒物质，最终沉降。

臭氧高级氧化工艺主要原理主要是依靠臭氧的强氧化性。根据臭氧的电子结构分析，臭氧在水中的反应主要分为三类：

(1)氧化-还原反应：电子转移过程，氧化还原性较弱的物质。

(2)亲电取代反应：臭氧分子取代有机物分子中的一部分，使有机物稳定性降低。

(3)环加成反应：通过反应使环状有机物断链，破坏其稳定性，并彻底无害化。

整个臭氧反应过程中，如何使更多的环加成反应生成是有机物能否彻底降解的关键。在某些情况下，水中的臭氧反应可以生成自由基，自由基通过基元反应自促生成·OH(羟基自由基)。·OH具有比其他强氧化剂更高的氧化还原电位，其氧化还原电位高达2.80V，仅次于氟(3.06V)，而ClO-仅为1.49V；且以·OH为主要氧化剂与有机物发生反应时，反应中生成的有机自由基可以继续参加·OH的链式反应，因此其氧化能力极强，氧化效率特别高，并能长时间的将环加成氧化反应控制一定的水平上，使水中的有机污染得到更彻底的降解，被臭氧处理后的浓缩液COD显著降低，且可生化性显著提高；在正常工况下，COD的去除率约为75%～90%，最终出水达到预计的处理效果。

但混凝+高级氧化技术在处理浓缩液时也存在以下弊端：

(1)因反渗透浓缩液盐分极高，氯离子浓度高，会干扰臭氧高级氧化的处置效果，设备腐蚀严重，只能有效处置纳滤浓缩液。

(2)需要消耗大量电能、以及水处理药剂等资源，总体运行成本较高。

(3)单位反应时间较长，增加了一定的人力成本。

(4)产生化学污泥量较高。

4 浸没燃烧蒸发(SCE)工艺

蒸发工艺是利用液体沸点的不同，把非挥发性组分与挥发性组分进行物理分离的过程，采用蒸发工艺处理浓缩液时，水分会从溶液中蒸发而出，而污染物则保留在浓缩液内，目前国内应用较多的SCE工艺其原理如图1所示。

图1 浸没燃烧蒸发技术原理

SCE技术是一种节能环保的新型燃烧技术，又称为液中燃烧法。该技术是将燃气与空气燃烧产生的高温烟气直接喷入液体中，没有固定的传热面，直接接触传热，使浓缩液加热蒸发。SCE技术与传统蒸发工艺相比具有如下优点：

(1)直接接触型换热，热效率高，通常稳定保持在95%以上。

(2)与间壁式换热器相比，无传热间壁，不结垢。

(3)浓缩倍数高，可以直接做到结晶结渣。

(4)单独使用该工艺时无需预处理，工艺简单。

(5)蒸发冷凝液有机物及电导率非常低，出水水质好，可达标排放。

对SCE蒸发工段产生的二次浓缩残渣液进行固液分离后采用焚烧的方式进行处置会影响垃圾热值，另外也会对焚烧炉膛造成一定程度上的腐蚀。

2017年至2019年期间成都市兴蓉再生能源有限公司与清华大学环境学院联合成立水务先进技术联合研究中心，针对成都地区的反渗透浓缩液的处理做了专项研究，在渗滤液特性研究与膜浓缩液处理设施实地调研分析的基础上，综合考虑技术有效性、经济合理性、运行稳定性等因素，通过层次分析法对膜浓缩液适用处理技术进行遴选，研究高氯盐和有机物对膜浓缩液处理设施的腐蚀影响，提出浸没燃烧蒸发技术是解决膜浓缩液问题的有效方法，该工艺已于2020年初在成都市垃圾渗滤液厂三期投入建设。

5 结束语

针对国内浓缩液的处理技术和在实际工程中的运行案例，对选择膜浓缩液处理工艺提出以下建议：

(1)做好垃圾渗滤液处理工艺的选型，采用产生浓缩液量少或不产生浓缩液的新型处理工艺。

(2)产生二次污染物必须按照国家或当地政府的相关法律法规进行全过程处理处置。

(3)对现有的不符合生产需求的浓缩液处理工艺实施技改技革，使浓缩液在处理后能稳定达标排放或达到回用水要求。

(4)对于浓缩液回灌处置的工艺应逐步减少回灌处置的数量，避免污染物的累积。