CN106630332B - 垃圾渗滤液反渗透浓缩液处理方法 - Google Patents

垃圾渗滤液反渗透浓缩液处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种垃圾渗滤液反渗透浓缩液处理方法，向反渗透浓缩液中投加酸，降低浓缩液碱度，再将料液通入脱气膜管内，排除二氧化碳气体后将脱气后的浓缩液排到密封的中和池内，向中和池内投加碱，将料液的pH调节至6.5‑7.5，经预热后进入一段机械压缩蒸发器内强制循环换热蒸发后，再经二段机械压缩蒸发器强制循环换热蒸发，料液固率控制在28％‑35％，分质结晶得到钠盐和钾盐，对高浓母液处理后回收腐殖质，而分离液或混凝沉淀池内的上清液抽回二段机械压缩蒸发器内继续蒸发。本发明能有效降低了各段运行负荷，减少浓缩液中腐殖质累积和其他不利因素影响，能保证蒸发系统持续、稳定地运行，且能实现反渗透浓缩液零排放。

Description

垃圾渗滤液反渗透浓缩液处理方法
技术领域
本发明涉及一种垃圾渗滤液反渗透浓缩液处理方法，属于高盐废水的处理技术领域。
背景技术
针对垃圾渗滤液处理，目前广泛采用的是“预处理+生物处理+深度处理”组合工艺。深度处理包括纳滤及反渗透处理工艺，但膜单元产生的浓缩液量较大，约占垃圾渗滤液体积的20％左右，因此需要对膜滤浓缩液进行妥善处置。
反渗透浓缩液中富集了渗滤液中绝大部分的盐分、难生化降解或不可生化降解有机物。如果长期采用回灌法处理，会导致垃圾渗滤液盐分及其他污染物不断累积，对生化以及膜造成的影响，最终会导致出水水质超标。如果外运至城市污水处理厂，由于浓缩液中难降解有机物浓度高，会对活性污泥系统产生有机负荷冲击，甚至导致污水处理厂出水超标。
采用蒸发处理工艺处理反渗透浓缩液，能将水体中的污染物固化，能避免浓缩液回灌而造成不利影响。但垃圾渗滤液膜滤浓缩液中含有高浓度硬度和碱度离子，即含有大量的钙、镁等硬度离子和重碳酸盐类碱度离子，浓缩液的总硬度高达4000-8000mg/L(以CaCO3计)，碱度高达40-60mmol/L，硬度离子和碱度离子结合后会生成大量Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2，而两者在蒸发器中加热中又会分解为CaCO3和MgCO3，蒸发过程所形成结垢会降低处理效率，同时也造成安全隐患，故需要对浓缩液进行软化预处理。现有的处理方式，是采用专利申请CN104496103A、CN104310691A以及CN104591432A和CN104787929A的加碱沉淀法，如石灰法、石灰纯碱法、石灰石膏法等进行软化预处理。但此方法处理存在诸多缺点：(1)、加药量很大，需要将原水pH加碱调节至10以上，沉淀后需将出水pH加酸调节至中性。(2)、产生的化学污泥很多，污泥沉降性很差，分离效果差，出水含絮体，需要进一步过滤。(3)、化学污泥作为危废处置，处理费用较高。(4)、需要加药池、反应池、沉淀池等大体积构筑物，投资和运行成本较高。
再有，对浓缩液的蒸发处理通常采用一段式蒸发，而浓缩液中腐殖质累积和其他危害因素是难以控制，因此单段机械压缩蒸发法处理负荷大，能耗高。尤其蒸发器内的浓缩液始终维持高含固率的状态，不利于设备运行，如果有设备损坏，只能停机维修，运营管理的要求很高。而垃圾渗滤液反渗透浓缩液中含有大量难以生化降解的大分子腐殖质，其在蒸发过程中不断浓缩，导致料液粘稠度增大，而影响盐分结晶，不利于蒸发过程的稳定运行。专利申请CN104496103A和专利CN103626314A采用物料分离膜对腐殖质进行隔离，但该分离膜对有机污染物耐受性较差，实际产水率很低，且不能完全过滤腐殖质，清液中微量腐殖质也会在蒸发系统中不断浓缩，无法彻底解决蒸发系统持续、稳定地的运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种能有效降低了各段运行负荷，减少浓缩液中腐殖质累积和其他不利因素影响，能保证蒸发系统持续、稳定地运行，且能实现反渗透浓缩液零排放的垃圾渗滤液反渗透浓缩液处理方法。
本发明为达到上述目的的技术方案是：一种垃圾渗滤液反渗透浓缩液处理方法，其特征在于：按以下步骤进行
⑴、加酸处理：将反渗透浓缩液加入加酸池内，向反渗透浓缩液中投加盐酸，混合搅拌，将反渗透浓缩液的pH调节至3.0-4.5，并停留时间为1-2h后，将反渗透浓缩液处理成含有钙镁盐的料液及二氧化碳气体，且料液的碱度降低至3mmol/L以下；
⑵、脱气处理：将酸处理后的料液通入具有中空纤维膜的脱气膜管内，并对脱气膜管进行空气吹扫或者抽真空，将二氧化碳气体经中空纤维膜分离后而排出，将脱气后的料液排到密封的中和池内；
⑶、中和处理：向中和池内投加碱、混合搅拌，将料液的pH调节至6.5-7.5；
⑷、对料液进行预热处理，将中和后的料液通过预加热器进行热交换，将中和后的料液加至75-85℃；
⑸、一段蒸发处理：将预热后的料液通入一段机械压缩蒸发器内进行强制循环换热蒸发，蒸发后的料液含固率按质量百分比控制在10％-20％，将一段蒸发后的料液送入二段机械压缩蒸发器内继续浓缩，且一段料液所产生的高温高压的蒸汽经一段换热器后所形成的冷凝水经预加热器后作为中水回用；
⑹、二段蒸发处理：在二段机械压缩蒸发器内的料液继续强制循环换热蒸发，二段蒸发后的料液含固率按质量百分比控制在25％-35％，使料液中的盐分达到饱和状态，且二段料液所产生的高温高压的蒸汽经二段换热器形成的冷凝水经预加热器后作为中水回用；
⑺、分质结晶：将二段蒸发后的料液输入热结晶罐，抽取热结晶盐对钠盐进行分离，所获得的钠盐纯度按质量百分比为80-90％；将抽取钠盐后的分离液送入冷结晶罐内进行冷却，抽取结晶盐对钾盐进行分离，所获得的钾盐纯度按质量百分比为70％以上，分离液抽回二段机械压缩蒸发器内继续蒸发；
⑻、高浓母液处理：当二段蒸发后的料液其含固率按质量百分比超过40％、且COD达到15000-20000mg/L时，二段蒸发后的料液停止向热结晶罐抽取，并将料液抽至混凝沉淀池内，在料液冷却后投加混凝剂和絮凝剂进行混凝沉淀处理，其中所述的混凝剂的投加量在100-1000mg/L料液，絮凝剂的投加量在1-2mg/L料液，当混凝沉淀池内的料液其COD降至3000-5000mg/L时，抽取混凝沉淀池内的上清液至二段机械压缩蒸发器内继续蒸发，混凝沉淀池内污泥中的腐殖质排除后作为肥料资源化利用。
其中：所述的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
所述脱气膜管的中空纤维膜的膜管直径为180～250μm，料液从脱气膜管流过的压力为0.2～0.3Mpa。
本发明首先对反渗透浓缩液进行加酸处理，经酸处理后形成含有钙镁盐的料液和二氧化碳气体，而该钙镁盐为普通易溶解盐类，在后序的蒸发处理过程中很容易将钙镁结晶盐析出，同时使加酸处理后的料液，能有效降低浓缩液内的碳酸盐类碱度，使料液碱度降低至3mmol/L以下，碱度去除率超过90％。本发明通过加酸处理能消除结垢因子对于蒸发系统的影响，无需大量加碱，无需沉淀和处理污泥，操作简单，不仅能降低加药成本和阻垢成本，而且没有污泥生成，前期处理不需要沉淀池等装置，能降低投资和运行成本。本发明将酸处理后所释放二氧化碳气体通过脱气膜管进行脱气处理，通过中空纤维膜而将二氧化碳气体进行分离，防止二氧化碳气体再次溶于浓缩液，以保证浓缩液碱度的脱除效果。本发明通过中和处理，将偏酸性的浓缩液进行加碱中和处理，并将pH值控制在6.5-7.5，便于形成更适合后序的蒸发处理的钠盐或钾盐，。本发明对中和后的料液进行预热再进入独立的二段机械压缩蒸发器内，以提高浓缩结晶效率，而用于加热料液的能量又来自机械压缩蒸发器换热后的冷凝水，不仅节能，使换热后的冷凝水可实现中水回用。本发明采用独立的一段蒸发处理，一段蒸发处理主要起对液料的浓缩作用，而二段蒸发处理后的料液进入分质结晶和高浓母液外排，利用不同温度下盐分的饱和溶解度差异，热结晶分离钠盐、冷结晶分离钾盐，以获得的钠盐纯度为80-90％，钾盐纯度为70％以上，并将钠盐和钾盐分别利用，高浓母液进行混凝沉淀处理，降低料液高含固率和COD，以排出混凝沉淀池内污泥中的腐殖质，并回收腐殖质，实现资源化利用，本发明将二段浓缩蒸发、分质结晶和高浓母液处理三者分开，能及时污泥中的腐殖质，降低设备负荷，降低能耗，有效的减小浓缩液含有大量难以生化降解的大分子腐殖质对设备不利因素影响，提高蒸发系统的稳定和可靠性，使蒸发系统持续、稳定地运行，投资和运行成本较低。本发明采用独立的二段式蒸发处理方式，当其中一段蒸发系统故障，另一段蒸发系统仍可正常运行。本发明的处理方法设计合理，能采用物理处理工艺和化学处理工艺结合，组合工艺处理效果好，投资和运行成本较低。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。
图1本发明垃圾渗滤液反渗透浓缩液处理方法的流程图。
图2是本发明反渗透浓缩液处理设置的结构示意图。
其中：1—加酸池，2—脱气膜管，3—中和池，4—预加热器，5—冷凝水罐，6—一段蒸发器，7—一段强制循环泵，8—二段蒸发器，9—二段强制循环泵，10—一段蒸汽压缩机，11—一段换热器，12—二段蒸汽压缩机，13—二段换热器，14—混凝沉淀池，15—热结晶罐，16—热结晶离心机，17—冷结晶罐，18—冷结晶离心机。
具体实施方式
见图1、2所示，本发明的垃圾渗滤液反渗透浓缩液处理方法，按以下步骤进行，
⑴、加酸处理：将反渗透浓缩液加入加酸池1内，向反渗透浓缩液中投加盐酸，混合搅拌，将反渗透浓缩液的pH值调节至3.0-4.5，并停留时间为1-2h后，将反渗透浓缩液处理成含有钙镁盐的料液以及二氧化碳气体，利用浓缩液加酸后释放二氧化碳气体而降低浓缩液碱度，使形成的钙镁盐难以结垢，加酸池1内发生如下反应：
Ca(HCO3)2+HCl→CaCl2+CO2↑+H2O
Mg(HCO3)2+HCl→MgCl2+CO2↑+H2O
反应结束后，料液的碱度降低至3mmol/L以下，碱度离子去除率超过90％。本发明通过加酸处理后消除了碳酸盐类碱度，所生成的氯化钙和氯化镁为普通易溶解盐类，在蒸发过程中容易结晶析出。本发明通过加酸法消除结垢因子对于蒸发系统的影响，操作简单，加药成本低，且没有污泥生成，不需要沉淀池等装置。
⑵、脱气处理：将酸处理后的料液通入具有中空纤维膜的脱气膜管2内，并对脱气膜管2进行空气吹扫或者抽真空，将二氧化碳气体经中空纤维膜分离后而排出，将脱气后的料液排到密封的中和池3内，以防止二氧化碳气体再次溶于料液，以保证碱度脱除效果，本发明通过中空纤维膜将其中的二氧化碳气体分离，该中空纤维膜为只通气、不通水，本发明中空纤维膜的膜管直径为180～250μm，该膜管直径为200～220μm，料液从膜内流过的压力为0.2～0.3Mpa，当膜外采用空气吹扫，吹扫流量为4-5m3/h，经加酸除碱度后的料液的pH值为3.5-5.0。
⑶、中和处理：向中和池3内投加碱、加入氢氧化钠或氢氧化钾进行中和反应，该氢氧化钠或氢氧化钾为工业级产品，混合搅拌，将料液的pH调节至6.5-7.5，本发明中和反应如下：
HCl+NaOH→H2O+NaCl或HCl+KOH→H2O+KCl，
中和反应能生成钠盐或钾盐，以能减少偏酸性料液而影响蒸发处理效率。
⑷、对料液进行预热处理，将中和后的料液通过预加热器4进行热交换，将中和后的料液加至75-85℃，本发明预加热器4可采用板式换热器或管式换热器，还可采用其它形成的换热器，该预加热器4采用一段蒸发处理和二段蒸发处理蒸发清液所产生95-100℃的冷凝水进行换热，换热后的冷凝水温度在30-45℃，该冷凝水的水质可满足《城市污水再生利用-工业用水水质》(GB/T 19923-2005)回用水标准，实现中水回用。
⑸、一段蒸发处理：将预热后的料液通入一段机械压缩蒸发器内强制循环换热蒸发，见图2所示，一段机械压缩蒸发器包括一段蒸发器6、一段强制循环泵7以及一段蒸汽压缩机10和一段换热器11，一段蒸发器6的出料口经一段强制循环泵7一路经一段换热器11后与一段蒸发器6的另一进料口连通，另一路则与二段蒸发器8的进料口连通，一段蒸发器6顶部经一段蒸汽压缩机10接一段换热器11，经一段强制循环泵7和一段换热器11强制循环对料液换热，本发明一段换热器11可采用管式换热器或板式换热器，可将料液加热至100-105℃，蒸发后料液含固率按质量百分比控制在10％-20％，蒸发后料液含固率按质量百分比控制在15％-18％，将一段蒸发后的料液送入二段机械压缩蒸发器内继续浓缩；而一段料液所产生的高温高压的蒸汽，即蒸发清液经一段换热器11后所形成的冷凝水经预加热器后作为中水回用，该冷凝水可进入冷凝水罐5后，再进入预加热器4内进行换热，换热后作为中水回用。本发明一段蒸汽压缩机10可采用罗茨式风机，利用蒸汽压缩器将低温低压的蒸汽抽吸并转化为高温高压的蒸汽，高温高压的蒸汽通过一段换热器11将潜热交换给一段蒸发器6内的料液，保证其不断蒸发产生蒸汽，一段换热器11内循环流速为1.5-3.5m/s，一段蒸汽压缩机10进口温度为95-100℃，出口温度为110-112℃。
⑹、二段蒸发处理：在二段机械压缩蒸发器内的料液继续强制循环换热蒸发，见图2所示，本发明的二段机械压缩蒸发器包括二段蒸发器8、二段强制循环泵9以及二段蒸汽压缩机12和二段换热器13，二段蒸发器8的出料口经二段强制循环泵9一路经二段换热器13后与二段蒸发器8的另一进料口连通，另一路则接混凝沉淀池14和热结晶罐15，同样经二段强制循环泵9和二段换热器13强制循环对料液换热，将料液加热至106-112℃，蒸发后料液含固率按质量百分比控制在25％-35％，二段蒸发后料液含固率按质量百分比控制在28％-35％，使料液中的盐分达到饱和状态，且二段料液所产生的高温高压的蒸汽经二段换热器形成的冷凝水经预加热器后作为中水回用；二段料液所产生的高温高压的蒸汽，即蒸发清液经二段换热器13换热后形成的冷凝水进入冷凝水罐5，再进入预加热器4内进行换热，换热后作为中水回用。二段换热器13内循环流速为1.5-3.5m/s。二段蒸汽压缩机12进口温度为95-100℃，出口温度为112-115℃。
⑺、分质结晶：将二段蒸发后的料液输入热结晶罐15，抽取热结晶盐对钠盐进行分离，可采用热结晶离心机16抽取，所获得的钠盐纯度按质量百分比为80-90％。将抽取钠盐后的分离液送入冷结晶罐17内进行冷却，通过冷却水进行冷却，抽取结晶盐对钾盐进行分离，可通过冷结晶离心机18进行抽出，所获得的钾盐纯度按质量百分比为70％以上，分离液抽回二段机械压缩蒸发器内继续蒸发。本发明利用不同温度下盐分的饱和溶解度差异进行分质结晶分离，在抽出系统将结晶盐分离，并盐分不断从浓液中分离，从而实现分质结晶，而获得的结晶钠盐和结晶钾盐回收利用。
⑻、高浓母液处理：当二段蒸发后的料液其含固率按质量百分比超过40％、且COD达到15000-20000mg/L时，二段蒸发后的料液停止向热结晶罐15抽取，将料液抽至混凝沉淀池14内，冷却后投加混凝剂和絮凝剂进行混凝沉淀，如采用混凝剂可采用氯化铁、氯化铝、硫酸铝或聚合氯化铝，而絮凝剂可采用有机高分子絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂，如其中混凝剂投加量为500-1000mg/L料液，絮凝剂投加量1-2mg/L料液，当混凝沉淀池内的料液其COD降至3000-5000mg/L时，抽取混凝沉淀池内的上清液至二段机械压缩蒸发器内继续蒸发，混凝沉淀池内污泥中的腐殖质排除后作为肥料资源化利用。
某垃圾填埋场渗滤液处理厂处理量为500m3/d，采用MBR+NF+RO法处理垃圾渗滤液，产生50m3/d反渗透浓缩液，该水质状况见表1所示。
表1
水质指标 单位 数值
pH 6.8-7.2
COD mg/L 300-800
含固率 ％ 3-5
电导率 ms/cm 30-70
碱度 mmol/L 50
氯离子 mg/L 20000-30000
总硬度 mg/L 4000-8000
采用本发明的垃圾渗滤液反渗透浓缩液处理方法对50m3/d反渗透浓缩液进行处理。
1、加酸处理，向加酸池1投加按质量浓度为37％的盐酸，具体投加量以及料液pH值、停留时间(h)和碱度去除率具体见表2所示。
表2
2、脱气处理，将处理后的料液通入脱气膜管2内进行脱气处理，脱气膜管2内中空纤维膜膜管直径以及吹扫流量及加酸除碱度后的料液的pH值具体见表3所示。
表3
3、中和处理，将脱气后的料液送入中和池3，向中和池3内投加碱，可采用质量浓度40％NaOH或40％KOH溶液，具体投加量以及料液pH值具体见表4所示。
表4
⑷、对料液进行预热处理，将中和后的料液通过预加热器4进行热交换，将中和后的料液加至表5所示。
表5
⑸、一段蒸发处理，将预热后的料液通入一段机械压缩蒸发器内，料液加热温度以及蒸发后料液含固率具体见表6所示。
表6
⑹、二段蒸发处理：料液经二段机械压缩蒸发器内，料液加热温度以及蒸发后料液含固率具体见表7所示。
表7
⑺、分质结晶：将二段蒸发后的料液输入热结晶罐15，抽取热结晶盐对钠盐进行分离，将抽取钠盐后的分离液送入冷结晶罐17内进行冷却，抽取冷却后的结晶盐对钾盐进行分离，按质量百分比，其钠盐纯度及钾盐纯度具体表8所示，可将钠盐和钾盐进行回收后分别利用。
表8
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
钠盐纯度(％) 80 82 83 85 86 87 88 90
钾盐纯度(％) 70 71 72 73 74 75 76 77
⑻、高浓母液处理：将二段蒸发后的料液抽至混凝沉淀池14内，二段蒸发后的料液含固率按质量百分比及COD、混凝剂和絮凝剂投加量及处理后母液COD具体数据见表9所示。
表9
当二段蒸发后的料液其含固率按质量百分比超过40％、且COD达到15000-20000mg/L时，按本发明的处理方法对垃圾渗滤液反渗透浓缩液进行处理后的冷凝水的水质见表10所示。
表10
按本发明的处理方法处理后的垃圾渗滤液反渗透浓缩液最终以冷凝水的形式排出系统，其水质状况良好，可满足《城市污水再生利用-工业用水水质》(GB/T 19923-2005)回用水标准。

Claims (3)

1.一种垃圾渗滤液反渗透浓缩液处理方法，其特征在于：按以下步骤进行
⑴、加酸处理：将反渗透浓缩液加入加酸池内，向反渗透浓缩液中投加盐酸，混合搅拌，将反渗透浓缩液的pH调节至3.0-4.5，并停留时间为1-2h后，将反渗透浓缩液处理成含有钙镁盐的料液及二氧化碳气体，且料液的碱度降低至3mmol/L以下；
⑵、脱气处理：将酸处理后的料液通入具有中空纤维膜的脱气膜管内，并对脱气膜管进行空气吹扫或者抽真空，将二氧化碳气体经中空纤维膜分离后而排出，将脱气后的料液排到密封的中和池内；
⑶、中和处理：向中和池内投加碱、混合搅拌，将料液的pH调节至6.5-7.5；
⑷、对料液进行预热处理，将中和后的料液通过预加热器进行热交换，将中和后的料液加至75-85℃；
⑸、一段蒸发处理：将预热后的料液通入一段机械压缩蒸发器内进行强制循环换热蒸发，蒸发后的料液含固率按质量百分比控制在10％-20％，将一段蒸发后的料液送入二段机械压缩蒸发器内继续浓缩，且一段料液所产生的高温高压的蒸汽经一段换热器后所形成的冷凝水经预加热器后作为中水回用；
⑹、二段蒸发处理：在二段机械压缩蒸发器内的料液继续强制循环换热蒸发，二段蒸发后的料液含固率按质量百分比控制在25％-35％，使料液中的盐分达到饱和状态，且二段料液所产生的高温高压的蒸汽经二段换热器形成的冷凝水经预加热器后作为中水回用；
⑺、分质结晶：将二段蒸发后的料液输入热结晶罐，抽取热结晶盐对钠盐进行分离，所获得的钠盐纯度按质量百分比为80-90％；将抽取钠盐后的分离液送入冷结晶罐内进行冷却，抽取结晶盐对钾盐进行分离，所获得的钾盐纯度按质量百分比为70％以上，分离液抽回二段机械压缩蒸发器内继续蒸发；
⑻、高浓母液处理：当二段蒸发后的料液其含固率按质量百分比超过40％、且COD达到15000-20000mg/L时，二段蒸发后的料液停止向热结晶罐抽取，并将料液抽至混凝沉淀池内，在料液冷却后投加混凝剂和絮凝剂进行混凝沉淀处理，其中所述的混凝剂的投加量在100-1000mg/L料液，絮凝剂的投加量在1-2mg/L料液，当混凝沉淀池内的料液其COD降至3000-5000mg/L时，抽取混凝沉淀池内的上清液至二段机械压缩蒸发器内继续蒸发，混凝沉淀池内污泥中的腐殖质排除后作为肥料资源化利用。
2.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液反渗透浓缩液处理方法，其特征在于：所述的碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
3.根据权利要求1所述的垃圾渗滤液反渗透浓缩液处理方法，其特征在于：所述脱气膜管的中空纤维膜的膜管直径为180～250μm，料液从脱气膜管流过的压力为0.2～0.3Mpa。
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