垃圾焚烧渗滤液方案优化说明.docx

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垃圾焚烧渗滤液方案优化说明

垃圾焚烧渗滤液案优化说明

一、项目概述

1×12MW垃圾焚烧发电工程辅机设备项目渗滤液处理系统设计处理水量为200m³/d，初步拟定采用“预处理+厌氧+两级DTRO”工艺进行处理，出水水质要求达到《污水综合排放标准》（GB8978-1996中的一级排放标准要求，同时还应满足的水质指标有：

《城市污水再生利用城市杂用水水质》GB/T18920-2002中城市绿化用水水质，《城市污水再生利用景观环境用水水质》GB/Tl8921-2002。

垃圾焚烧厂渗滤液是一种高浓度的有机废水，经预处理和厌氧处理后，渗滤液中的有机物、悬浮物、盐分等含量仍然较高，一般COD任然会在5000~15000mg/L，氨氮和总氮在1500~2500mg/L，悬浮物浓度在2000~6000mg/L，电导率在10000~20000μs/cm，后续直接采用两级DTRO处理将存在较多的问题。

首先两级DTRO处理只是一种物理分离过程，并未对有机物进行降解处理，而且因为高浓度的有机物和悬浮物的存在，DTRO膜系统容易产生堵塞、产水量低、散发恶臭等现象。

同时系统产生高倍浓缩的浓缩液将很难进行在处理或处置,往往需要进一步处理，会存在重复投资的风险。

考虑到国现有垃圾焚烧发电厂渗滤液处理的实际工程运用情况，我公司建议对后端的两级DTRO工艺改为“外置式MBR（反硝化+硝化+外置式UF）+NF/RO”工艺，可确保完全降解水中的有机物生成CO2、H2O、N2、污泥等物质，确保最终出水稳定达标。

后端的膜深度处理系统由于处理的是MBR的出水，污染物浓度较低，可考虑回喷焚烧炉炉膛处理，或后期采用蒸发、高级氧化等法进行处理。

二、现有主体工艺及原理说明

1、两级DTRO工艺原理

碟管式反渗透系统的核心是碟管式膜柱，DT膜柱具有开敞式通道，适用于高污染浓度水处理过程。

由于膜片和导流盘之间设有比较宽敞的通道（4mm），使进入膜组的废水SDI值可以达到20。

DTRO的特殊结构及水力学设计使膜组易于清洗，避免了结垢和其他膜污染，从而使膜片寿命延长到3年以上。

碟管式膜柱是通过两端都有螺牙的不锈钢管将一组水力碟片与反渗透膜紧密集结成筒状而成的。

这种特殊的水力学设计使被处理的液体以最短的距离快速通过反渗透膜，然后180º逆转到另一膜面，从而有效地避免了膜堵塞和浓度极化现象，成功地延长了膜片的使用寿命；清洗时也容易将膜片上的积垢洗净，保证碟管式膜组适用于处理高浑浊度和高含砂系数的废水。

一根小膜柱直径为200毫米，长1000毫米，由170个导流盘和169个膜片构成；大膜柱直径为200毫米，长1200毫米，由210个导流盘和209个膜片构成。

碟管式膜组的优良性能依赖于品质优良的反渗透膜片和水力导流盘。

这种膜片由两同心环状反渗透膜组成，膜中间夹着一层丝状支架，使通过膜片的净水

可以快速流向出口。

这三层环状材料的外环用超声波技术焊接，环开口，为净水出口。

导流盘表面有一定式排列的凸点，使处理液形成湍流，增加透过速率和自清洗功能。

导流盘将膜片夹在中间，但不对膜片产生压力，使处理液快速切向流过膜片表面。

渗透液在膜片中间沿丝状支架流到中心拉杆外围，借助于导流盘上的○型橡胶垫圈与处理液隔离而流向不同的出口。

碟管式膜片和导流盘

DTRO处理系统的特点：

1.DT膜组的结垢较少，膜污染减轻，使反渗透膜的寿命延长。

DT的特殊结构及水力学设计使膜组易于清洗，避免了结垢和其他膜污染，从而延长了膜片寿命。

用于DT的膜片寿命可长达3年，甚至更长，这对一般的反渗透处理系统是无法达到的。

2.DT处理系统安装、维修简单，操作便，自动化程度高。

由于DT系统采用的管道、零备件大多是标准件，安装、维修比较便。

3.保证产品质量，DT系统的全部部件从系统核心部分的动力系统、膜柱系统、仪器仪表，小到控制元器件、罐体、集装箱等辅助设备均与国外知名品牌企业长期联合制造。

三、现有主体工艺存在问题

1、两级DTRO工艺为一项膜分离处理技术，膜分离技术主要是利用过滤膜的微小过滤径，在压力作用下对混合液进行浓缩分离得到部分浓度较低的产水和浓度较高的浓缩液。

渗滤液中含有大量的有机物、悬浮态和胶体状态的物质，容易堵塞DTRO的砂滤及保安过滤器，甚至进入DTRO组件造成系统堵塞、清洗频繁等问题。

2、两级DTRO工艺初期虽然出水额完全达到标准，但是工艺本身并不能实现垃圾渗滤液中污染物的去除，只是在高压下简单的物理分离过程，系统产生高倍的浓缩液含有极高浓度的有机物、氨氮、总氮和盐分，此部分高倍浓缩液由于有机物浓度极高，现阶段很难进一步进行有效处理或处置。

后期如进行蒸发、高级氧化处理，也需要进一步去除浓缩液中的有机物，存在重复投资的风险。

3、DTRO工艺目前的浓缩液产生比例为25%左右，满负荷运行下每天产生50吨左右的浓缩液（因为运行中代码错误紧急停机造成的冲洗废液还不计在）。

因为厌氧出来的渗滤液中几乎所有的污染物集中在浓缩液中，故粘稠度很高，气味十分恶劣，运行维护费用会逐年加大，且不可避免的产生臭味和堵塞等后续问题。

4、为防止DTRO结垢问题，渗滤液用酸调整PH值再加压进入反渗透，由于正对高有机物浓度的厌氧出水进行调酸处理，需要投加大量的酸，在处理过程中，虽然DTRO系统虽然处于密闭状态，但原水箱及产水箱的呼吸口、人、检修口及放空溢流口均会与大气直接连通，车间弥漫着刺鼻的H2S等污染物的恶臭，长期接触会影响工作人员的身体健康且造成一定空气污染。

4、优化主体工艺及原理说明

4.1优化工艺流程

根据焚烧厂渗滤液的水质特点，我公司设计采用的主体工艺流程为“预处理+厌氧+MBR（两级A/O+外置式UF）+NF/RO”工艺。

其中预处理系统主要包括“转鼓格栅+初沉池+涡凹气浮池+调节池”，预处理系统与现有的设计案类似，主要通过转鼓格栅去除长纤维状悬浮物，并通过初沉和涡凹气浮装置去除水中的悬浮物和油脂类物质，调节池起到了调节水质、水量的作用，同时还可以起到水解酸化的效果，提高渗滤液的可生化性能，利于后续生化处理。

生化处理单元主要采用了“厌氧+MBR处理系统”，通过UASB厌氧反应器去除渗滤液部分的有机物，再通过后续的MBR处理系统进一步降解有机物，设置两级A/O系统强化脱氮的效果。

出水水质一般可达到《污水综合排放标准》GB8978-1996中三级排放的要求，同时总氮可降低至40~70mg/L。

经MBR系统处理后，渗滤液中可降解的有机物均已得到有效的降解，剩余的难降解有机物可通过NF和RO系统进一步处理，出水水质可稳定达标排放。

膜深度处理系统所产生的浓缩液可根据原有设计案进行处置，此部分浓缩液有机物浓度较低，一般只有两级DTRO浓缩液中的1/10左右。

4.2MBR工艺原理说明

膜生物反应器工艺（简称MBR）是一种将膜分离技术和传统生化法进行有机结合的新型水处理技术。

其最大的优势是可以通过对活性微生物的完全截留使生化系统的活性污泥浓度上限得到大大提高，同时可保证系统出水水质稳定。

MBR系统的超滤部分拟采用德国MEMOS公司的管式超滤膜，其过滤径为0.03μm,可以有效截留所有的微生物菌体和悬浮物。

同时，超滤系统可以对大颗粒的有机污染物进行截留，进一步保证MBR系统出水的稳定。

本套超滤系统采用大流量高速循环的式，膜管的水力流速达到3～5m/s，可以有效的防止污染物的沉积，减少膜污染的风险，延长膜使用寿命。

同时，系统设置格的流量、温度、压力监控，并培植清洗系统，可以保证系统在各种复杂的运行条件下安全稳定的工作。

MBR的主要特点：

▲　主要污染物COD,BOD和氨氮有效降解，无二次污染；

▲　100%生物菌体分离；出水无细菌和固性物；

▲　反应器高效集成，占地面积小；运行费用合理。

▲　污泥负荷（F/M）低，剩余污泥量小；

根据国外多个类似工程和我公司实际工程实践经验证明，MBR系统采用的反硝化+硝化工艺可以很好的对渗沥液废水中的氨氮、有机污染物进行有效脱除。

其中氨氮的脱除率可达到99%以上，有机污染物脱除率达到92%以上。

整个系统可以全年运行，并能保证处理效果的稳定，系统的膜使用寿命保证达到5年以上。

4.3二级A/O生物脱氮技术原理说明

A/O生物脱氮工艺主要基于氨化→硝化→反硝化的氨氮生物降解反应过程，具体如下：

氨化作用过程：

以氨基酸为例，RCHNH2COOH+O2

RCOOH+CO2+NH3

硝化作用过程:

NH4++2O2

NO3−+2H++H2O+305～440KJ/mol

反硝化作用过程:

2NO2−+6H+

N2+2H2O+2OH−

2NO3−+10H+

N2+4H2O+2OH−

根据生物脱氮反应动力学理论，硝化反应影响因素如下：

1）有机碳源：

由于硝化细菌属于自氧型细菌，所以要求混合液的有机碳浓度不宜过高。

如过高，将使硝化细菌不能成为优势菌群，影响反应速率；

2）污泥龄：

由于硝化细菌增长较慢，必须保证系统较高的污泥龄。

污泥龄一般在硝化细菌世代时间的三倍以上，必须大于10d；

3）溶解氧：

硝化反应溶解氧必须大于2mg/l，较高的溶解氧可以提高硝化反应的速率；

4）温度：

在5～35℃围，硝化反应的速率随温度升高而加快。

温度每升高10℃，速率提高一倍；

5）PH：

硝化反应适宜的PH为7.5～8.5,并要求适量的碱度；

6）C/N比：

处理系统的BOD负荷低于0.15BOD5/（gMLSS·d），处理系统的硝化反应才能正常进行；较低的BOD负荷可以保证硝化反应的顺利进行；

7）有毒物质：

对硝化反应产生抑制作用的有害物质主要有重金属，高浓度的NH4+-N、NOX--N络合阳离子和某些有机物。

反硝化反应影响因素如下：

1）有机碳源：

反硝化菌为异养型兼性厌氧菌，所以反硝化过程需要提供充足的有机碳源。

一般认为，当污水中BOD5/TN值＞3～5时，即可认为碳源是充足的，不需外加碳源，否则应投加葡糖糖（CH3OH）作为有机碳源；

2）PH：

反硝过程最适宜的pH值围6.5～7.5，不适宜的pH值会影响反硝化菌的生长速率和反硝化酶的活性；由于反硝化反应会产生碱度，这有助于将pH值保持在所需围，并可补充在硝化过程中消耗的一部分碱度；

3）温度：

反硝化反应的适宜温度为20~40℃；根据阿累尼乌斯程qD（T）=qD（20）·θ（T-20）,当温度在20~40℃之间，温度越高，反硝化速率越快。

4）溶解氧：

系统中溶解氧保持在0.5mg/L以下时，反硝化反应才能正常进行。

根据以上分析，采用2级A/O工艺对渗沥液进行处理，在远期水质变化后通过向反硝化池中投加葡糖糖物质补充有机碳源，强化系统的脱氮效果。

4.4NF/RO工艺原理说明

纳滤/反渗透处理工艺作为常用的水处理手段，已经在多水处理行业中得到成功应用。

膜分离技术主要是利用过滤膜的微小过滤径，在压力作用下对混合液进行浓缩分离得到部分浓度较低的产水和浓度较高的浓缩液。

其作用的理论基础是膜对物质的选择透过性，即清水及小分子物质允透过，大分子物质及颗粒物质被全部截留。

膜分离技术可以有效的对水中的污染物截留浓缩并得到较为洁净的产品水。

根据理论分析，纳滤膜的切割分子量等级为200D，即纳滤膜1～10nm过滤径可以保证膜对分子量大于200D的物质颗粒有90%以上去除率。

反渗透工艺采用的反渗透膜元件的过滤径为0.1nm，径约为纳滤膜径的1/10。

一般认为，反渗透膜切割分子量等级为20D，对有机物颗粒和盐份物质具有更高的去除效果。

系统采用了完整的过程监控设计，并配套设置了膜清洗系统，可以有效保证系统能长期稳定的运行。

同时，本设计采用的膜元件均为卷式膜，其具有单位容积膜比表面积大且不易发生堵塞的优势，在水处理行业中应用最为广泛。

由于卷式膜具有较大的过流通道，所以膜污染的速率被大大降低。

本系统采用膜过滤式为错流过滤，即过滤产水流向与浓缩液流向不在同一平面上，这样可以有效的减少过滤过程中污染物对膜的污染。

5、技术和经济比选

根据现有焚烧发电厂渗滤液处理系统普遍采用的处理工艺及我公司在垃圾渗滤液上的工程经验，现以200m³/d厌氧出水为例，对后端“两级DTRO”和“MBR（两级A/O+外置式UF）+NF/RO”工艺进行技术和经济的比较，详细见下表：

序号

分项

MBR（两级A/O+UF）+NF/RO

两级DTRO

备注

处理效果

达标排放

达标排放

相同

占地面积

较少（1500m²）

更少（1000m²）

两级DTRO更少

抗污染性能

较强

更强

DTRO的抗污染性能较卷式NF/RO强，但DTRO处理的对象有机物浓度较卷式NF/RO高10~20倍，且高浓度的有机废水粘度较高，所以使用寿命差不多都是3年，且DTRO更容易出现堵塞现象

运停要求

生化不能停

厌氧不能停

由于前段厌氧工艺不能停止，所以实际都不能停止

运行情况

一年四季稳定运行

冬季不能运行

由于前段厌氧一般温度要求在35度左右，所以一般都能正常运行

污染物去除

生物去除

隔离、进入浓缩液

DTRO没有真正去除污染物，后续浓缩液处理、处置困难

回收率

70~75%

75%~80%

DTRO的回收率略高

膜损坏可能

节点少，不易渗漏

节点多，易渗漏

DTRO更容易出现渗漏现象

二次污染

无二次污染

恶臭重、酸雾味重

DTRO由于处理的对象有机物浓度高，所以操作环境经常恶臭重，同时需要添加更多的硫酸，容易形成刺激性气味

投资

较高（6~9万/t）

更高（7~10万/t）

两级DTRO投资一般会更高

运行费用

相同、电费较高

相同、药剂、膜费较高

运行费用基本相同，但DTRO膜更换费用高出MBR+NF/RO约2~3倍，同时清洗的药剂为专用药剂，垄断性较强

清洗期

1个月

一

DTRO处理对象有机物浓度高，有粘性，同时在高压、高回收率下运行，容易出现堵塞、结垢现象，所以清洗频率高

市场认同度

普遍

一般

实际使用案例较少

由此可见，MBR+NF/RO工艺在整体的性能、实用性、普遍性面比DTRO要高出多。

新琦环保有限公司

2013年11月24日