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冷冻浓缩在垃圾渗滤液处理过程中的应用
创建时间: 2021-04-06 08:04 信息来源:广州市城市管理和综合执法局
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  随着我国国民经济的飞速发展,垃圾渗滤液的处理已经成为一个巨大的环境问题。2015年,我国生活垃圾总量达到1.91×108t;其中填埋与焚烧处理分别为1.15×108t与6.17×107t,两者分别可产生约6.90×107t与1.17×107t渗滤液。

  在目前的技术条件下,渗滤液的处理将产生13%~30%的浓缩液。而渗滤液浓缩液的高污染物浓度与低可生化性,使其成为对环境具有极强破坏力的潜在污染源。因此,必须认真对待渗滤液浓缩液的处理。到目前为止,浓液的处理方式主要包括回灌、浓缩以及无害化处理3种。其中,浓缩处理主要包括基于膜技术和蒸发技术的减量方法;无害化处理主要涵盖混凝/电絮凝、吸附以及高级氧化等技术。

  基于膜技术的垃圾渗滤液处理工艺过程为:预处理调节系统、厌氧处理系统、AO硝化反硝化处理系统、超滤系统+化学软化+膜深度处理系统(RO)和浓缩液减量化处理系统(TUF+DTRO)等。 

冷冻浓缩在垃圾渗滤液处理过程中的应用1.png

  浓缩液减量化处理系统可对纳滤浓缩水和反渗透浓缩水进一步减量处理,减量化处理后的浓缩液3目前只能通过回炉掺烧或蒸发的方式进一步处理。由于回炉掺烧大大降低垃圾燃烧热值,蒸发处理方式设备亦结垢且处理成本高,因此回炉掺烧和蒸发处理方式也是在无更好处理方式下的不得已的选择。

  可通过冷冻浓缩方式可对浓缩液减量化处理系统处理后的浓缩液进行进一步减量化处理,或直接对纳滤和反渗透处理后的浓缩液进行减量处理。

  冷冻浓缩处理垃圾渗滤液工艺流程如下:

 冷冻浓缩在垃圾渗滤液处理过程中的应用2.png

  冷冻浓缩的原理是将废水中的水份凝结成冰晶。冰晶在形成过程中具有天然的排他性产生较为纯净的固体状态的水,从而净化废水。这部分水经后续处理后完全可以被重新回用,节省工厂水资源。

  与冰晶分离的废水浓缩液,即浓缩废水体积大大减少。根据浓缩废水所含成分的不同可以确定后续处理方案。

  冰晶作为冷冻浓缩的副产品,可用于预冷需处理的浓缩液或作为空调系统的冷源。

  冷冻浓缩工艺流程图:

冷冻浓缩在垃圾渗滤液处理过程中的应用3.png

  举例说明:

  例如某填埋场膜后浓缩液处理量为50t/d,该浓液的含盐量大约为3%左右,采用传统MVR蒸发浓缩系统,该系统每吨水能耗约80kWh,每天处理50吨废液能耗为:4000 kWh /d。

  如果对50t/d浓液进一步冷冻浓缩后,可以得到5.88 t/d(质量占比11.76%)含盐量为18%的浓缩液和44.12 t/d(质量占比88.24%)含盐量为1%的冰晶,冷冻处理能耗每吨约为42kWh,处理50吨废液冷冻能耗为:2100kWh/d,剩余的5.88吨可以进MVR继续蒸发,由于起始浓度很高,则蒸发的费用也会相应降低,如果按每吨水能耗约55kWh,则蒸发能耗为323kWh/d。采用冷冻浓缩处理工艺后合计能耗2423 kWh/d。同时冷冻产生的冰晶可以为工厂提供冷源,44.12吨0℃冰换热成7℃空调水可以提供4463kWh的冷量,按风冷冷水机组综合能效2.8计,该冷量折算为空调用电约需1594kWh /d。由此可见,50t/d浓液采用冷冻处理的综合能耗约为(2423-1594)=829 kWh/d,若按电价0.65元/ kWh,则耗费538.85元/d,每吨溶液综合处理费用约10.8元。另冷冻浓缩处理工艺亦可大大降低回炉掺烧处理工艺的溶液量,经济效益显而易见。

  冷冻浓缩在垃圾渗滤液处理过程中的应用4.png

  另外,使用冷冻浓缩可以处理RO的浓水,可以完全替代DTRO(实际工程应用中DTRO的运行不够稳定)

  

垃圾渗滤液及处理后的浓水及冰晶

冷冻浓缩在垃圾渗滤液处理过程中的应用5.png

冷冻浓缩在垃圾渗滤液处理过程中的应用6.png

  前期亦对垃圾渗滤液的NF浓水、DTRO浓水、餐厨沼液等废水进行小试,这些浓水中都可以析出晶冰,即可以通过冷冻浓缩方式进一步减量化处理。

  冷冻浓缩减量方式与其它减量方式比较有以下特点:

  运行成本低–冷冻浓缩系统仅消耗电能,不需要任何工业蒸汽。运行消耗的电能成本仅为蒸发工艺的1/5 到1/7。

  系统占地小 –整个系统所占空间较小。节省了用户所需建筑与占地的成本。

  设备寿命长–由于冷冻浓缩系统在低温下运行,废水对设备的腐蚀程度下降到最低。设备可以长久使用。

  无结垢趋势 与加热蒸发不同,冷冻浓缩系统在运行过程中不会结垢。而结垢的问题在蒸发浓缩过程中非常突出,甚至时常会影响蒸发浓缩系统的连续正常运行。

  系统维护成本低–冷冻浓缩系统采用的是制冷系统和压缩机,维护成本低。

  回收水质量高–冷冻浓缩系统回收的水是以微小的冰晶从废水中析出的,纯度高。废水蒸发过程中回收的水份是由蒸汽冷凝获得。但蒸汽在产生与冷凝过程中会夹带废水中挥发性组份。

  噪音小  冷冻浓缩机组采用制冷压缩机,噪音小。

  节能 –冷冻浓缩系统产生的冰晶可以为浓废水第三方处理方案提供冷量。浓废水的干化结晶系统与冷冻浓缩系统组合应用更加节能。


 
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