CN112624520B - 基于垃圾焚烧发电厂氮平衡的资源化处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于垃圾焚烧发电厂氮平衡的资源化处理方法，包括以下步骤，对新鲜渗滤液进行厌氧处理产沼气，沼气送至沼气锅炉产热；将废水加入生化反应器内进行好氧曝气，废水进行脱碳且不进行反硝化处理；废水再送入反渗透膜组膜滤，膜滤浓缩液送至多级物料分离膜组内截留下的高COD浓缩液直接回喷至炉膛进行焚烧处理，膜滤后的含氨清液送入增湿塔内，将含氨湿水汽转移到热空气中再抽到脱湿塔凝结形成稀氨水；其它一价盐及剩余COD在增湿塔内循环提浓，稀氨水在反渗透膜组内进行膜滤浓缩，形成10％‑12％的氨水溶液用于烟气脱硫脱硝。本发明处理后的氨水浓度和纯度能满足烟气脱硝需求，能耗低，处理费用性价比高，系统运行稳定可靠。

Description

基于垃圾焚烧发电厂氮平衡的资源化处理方法
技术领域
本发明涉及一种基于垃圾焚烧发电厂氮平衡的资源化处理方法，属于垃圾焚烧发电厂污水处理技术领域。
背景技术
垃圾焚烧发电厂在对垃圾焚烧处理时，垃圾库还具有垃圾量的30-50％的垃圾渗滤液，而垃圾焚烧所产生的烟气量为垃圾量的15-20倍，烟气NOx的浓度约400mg/L。因此需要对垃圾渗滤液进行处理和烟气进行脱硫脱硝处理。
垃圾渗滤液处理工艺通常为“厌氧+MBR+NF/RO”，氨氮在MBR的硝化过程中转变为硝态氮和亚硝态氮，再经反硝化过程中转化为氮气，实现无害化达标处理。如CN2006101307065所公开的《垃圾渗滤液的污水处理方法》是一种较为经济的处理方法对于氨氮浓度较高的垃圾渗滤液，但无法实现资源化利用。为确保MBR处理过程的稳定性，确保一定的碳氮比，行业通常会采用汽提脱氨的方法对原水先进行脱氨，如CN2008101049999公开的《一种氨氮废水减排及氨氮资源化利用装置及方法》，采用至少两级汽提脱氨工序和氨氮再利用工序，需要处理的氨氮废水分别送入各级汽提脱氨工序，在汽提脱氨塔中实现废水脱氨，是精馏汽提脱氨，提取出氨水，能耗及设备要求高。还有采用氨吹脱的技术方案，最后形成硫酸铵副产品，如CN 201510452491公开的《高浓度氨氮废水氨吹脱及资源化处理系统及处理方法》，包括依次连接的预单元、氨吹脱单元和后单元，在氨吹脱单元上设有进水口、出水口和废气出口，废气出口与资源化单元相连，后单元包括依次连接的第二中间水池、pH回调池、出水池，出水池上连接有余热回收单元，氨吹脱单元的出水口与第二中间水池的入口相连，通过高温吹脱高浓度氨氮废水并对吹脱氨气进行回收利用，但还要对有机物进一步处理，处理系统复杂。再有将精馏脱氨和二氧化碳吸收副产碳酸氢铵的工艺，如CN201910998119《高氨氮有机废水的资源化、氨回收与同步二氧化碳吸收系统及其调控方法》，通过微生物电解池能高效降解有机污染物同时产生高附加值的氢气，实现有机废水的减量化与资源化，利用MEC系统内的阴阳离子在电场中定向迁移的特点，使铵根离子在阴极室内富集并在阴极附近形成高pH高氨的局部环境，其利用微生物电解系统实现污水能源化、氨回收和二氧化碳同步吸收，还利用阴极产生的氢氧根离子和定向富集的铵根离子形成高浓度高pH的氨溶液同步吸收废气中的CO2温室气体的效能。
现有的处理技术方案，都存在以下问题：
1、对垃圾焚烧厂的热源利用，通常是直接采用汽轮机产汽中的一抽或二抽蒸汽，而非对预热烟气或沼气热源的利用，存在能源浪费的问题。
2、由于渗滤液存在硬度高、氯离子高等特点，故而采用热法进行预处理脱氨时，为避免设备本体结垢及腐蚀问题，均面临除硬时药剂消耗高，脱氨设备材质要求高等问题，造成使用及维护成本高。
3、即便已经脱氨后的渗滤液，为确保总氮、COD等指标的达标，后续依然需要采用脱碳脱氮MBR生化系统。氨氮在生化系统脱除过程中需要较大曝气量，即需要设备大功率风机，为确保硝态氮能彻底转变为氮气，硝化液的回流比例则需满足一定要求，因此需配置一定功率的回流泵。为此，当采用脱碳脱氮的MBR时，存在用电负荷较高的弊端。
4、垃圾焚烧发电厂本身具有脱硫脱硝的需求，大部分焚烧厂都通过外购氨水或尿素的方式进行脱硫脱硝，但现有的工艺中不能很好的从渗滤液中提取符合纯度和浓度需求的氨水，因此需要较多外购氨水或尿素的经济投入。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于垃圾焚烧发电厂氮平衡的资源化处理方法，在对垃圾产渗滤液进行综合处理，产沼产热，并通过热分离渗滤液中氨气并转变成氨水，氨水的浓度和纯度均能满足全焚烧量下的烟气脱硝需求，能耗低，处理费用性价比高，系统运行稳定可靠。
本发明为达到上述目的的技术方案是：一种基于垃圾焚烧发电厂氮平衡的资源化处理方法，其特征在于：包括以下步骤，
厌氧单元：将垃圾库内的新鲜渗滤液加入厌氧反应器内进行厌氧处理，将新鲜渗滤液中的有机污染物转化为沼气，沼气送至沼气锅炉产生低压饱和蒸汽，提供给后序低温蒸氨单元，处理后的废水送脱碳不脱氮生化处理；
脱碳不脱氮生化单元：将厌氧处理后的废水加入生化反应器内进行好氧曝气，曝气量的气水比在5-10：1，废水的pH控制在5.8-7.4，对废水进行脱碳处理，生化反应池内的氨氮仅需满足维持生物自身生长所需的氮，不进行反硝化处理，对废水中的有机污染物进行降解，处理后的废水送到反渗透单元；
反渗透单元：将脱碳不脱氮生化处理后的废水送入反渗透膜组内进行膜滤，对废水中的有机污染物和盐分进行截留，截留的膜滤浓缩液送CSM减量单元，清液排至生产回用水池；
CSM减量单元：将膜滤浓缩液送至多级物料分离膜组内进行膜滤，对膜滤浓缩液进行减量化处理，截留下的高COD浓缩液直接回喷至炉膛进行焚烧处理，膜滤后的含氨清液送入低温蒸氨单元；
低温蒸氨单元：将含氨清液首先加入增湿塔内，与塔内的热空气互相传热传质，在升温的同时不断将含氨湿水汽转移到热空气中，通过塔间风机抽入除湿塔内，含氨湿水汽在脱湿塔中冷却凝结，形成稀氨水冷却后大部分送至后序的稀氨水浓缩单元，剩余稀氨水返回至脱湿塔内循环，含氨清液内的一价盐及剩余COD在增湿塔内循环提浓，当浓液TDS浓度达到23-30万mg/L时排出，用于灰渣增湿；
稀氨水浓缩单元：将低温蒸氨后的稀氨水通入反渗透膜组内进行膜滤浓缩，浓缩至10％-12％的氨水，用于烟气脱硫脱硝，清液排至生产回用水池。
本发明的氮平衡的资源化处理方法采用厌氧单元、脱碳不脱氮生单元、反渗透单元、CSM减量单元、低温蒸氨单元和稀氨水浓缩单元组合工艺，通过对渗滤液进行厌氧处理产沼气，沼气送沼气锅炉产生低压饱和蒸汽作为低温蒸氨单元的热源，通过反渗透单元和CSM减量单元逐级对COD以及盐进行截留，去除渗滤液中的COD，实现减量化，不仅能确保处理后的水质达到中水回用标准，同时也能确保获得纯度较高的氨水。本发明通过热分离渗滤液中氨气并将氨气变稀氨水，同时能将氨氮与其他一价盐以及剩余COD分离，氨水纯度高，运行能耗低，有效降低处理成本，通过反渗透膜组对稀氨水进行提浓，处理方便可靠，氨水量及浓度均能满足垃圾焚烧发电厂烟气NOx从400mg/L降低到排放标准的需求，能满足全焚烧量下的烟气脱硝需求，实现对烟气脱硫脱硝的全厂进行氮平衡。本发明脱碳不脱氮生单元中，仅需要好氧曝气，曝气量仅为常规厌氧处理器MBR曝气量的1/3-1/2，仅去除COD，氨氮仅需满足维持生物自身生长所需的氮，取消了生物反应中的反硝化处理，取消了硝化液回流泵，与传统MBR相比，能耗节约1/3-2/3。本发明对渗滤液处理的组合工艺，处理效果好，系统运行稳定可靠，投资和运行成本都能较低。
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是本发明基于垃圾焚烧发电厂氮平衡的资源化处理方法的流程图。
具体实施方式
见图1所示，本发明的基于垃圾焚烧发电厂氮平衡的资源化处理方法，包括以下步骤。
厌氧单元：将垃圾库内的新鲜渗滤液加入厌氧反应器内进行厌氧处理，可通过格栅过滤后将鲜渗滤液泵入厌氧反应器，该厌氧反应器为现有的UBF、UASB或IC等，通过厌氧微生物的吸附、吸收和生物降解，将新鲜渗滤液中的有机污染物转化为沼气，沼气送至沼气锅炉产生低压饱和蒸汽，提供给后序低温蒸氨单元，处理后的废水送脱碳不脱氮生化处理。本发明在厌氧单元中，吨新鲜渗滤液的产沼量在15-25Nm3,沼气纯度在55-75％，厌氧单元所产和沼气除送至沼气锅炉外，剩余沼气可回垃圾焚烧锅炉作为补充燃料。
脱碳不脱氮生化单元：将厌氧处理后的废水加入生化反应器内进行好氧曝气，该生化反应器可采用现有MBR，曝气量的气水比在5-10：1，如曝气量的气水比在6：1或7：1，或9：1，该曝气量仅为常规MBR曝气量的1/3-1/2，能降低能耗，废水的pH控制在5.8-7.4，对废水进行脱碳处理，生化反应池内的氨氮仅需满足维持生物自身生长所需的氮，不进行反硝化处理，仅脱碳不脱氮，对废水中的有机污染物进行降解，处理后的废水送到反渗透单元。本发明在脱碳不脱氮生化处理时，废水的氨氮去除率≤10％，该单元中氨氮几乎不去除或少量去除，无需设置硝化液回流泵，大幅度降低了用电负荷。经脱碳不脱氮生化处理后的废水氨氮浓度在1500mg/L-2800mg/L，TDS浓度在1万mg/L-2万mg/L，在脱碳不脱氮生化单元中，废水COD去除率在80-95％。
反渗透单元：将脱碳不脱氮生化处理后的废水送入反渗透膜组内膜滤，对废水中的有机污染物和盐分进行截留，截留的膜滤浓缩液送CSM减量单元，清液排至生产回用水池，膜滤浓缩液的TDS浓度在5万mg/L-7万mg/L，氨氮浓度在6000mg/L-11200mg/L，COD浓度在5000-8000mg/L，膜滤浓缩液中的氨氮浓度是新鲜渗滤液的2.5倍以上。
CSM减量单元：将膜滤浓缩液送至多级物料分离膜组内进行膜滤，对膜滤浓缩液进行减量化处理，多级物料分离膜组的孔径介于纳滤和超滤之间，可采用本公司现有的集成减量装置，在该单元中90％以上的COD被截留，截留下的高COD浓缩液直接回喷至炉膛进行焚烧处理，高COD浓缩液的液量为1％-2％新鲜渗滤液的液量，热值约500-1000Kj/kg，能直接回喷至炉膛。膜滤后的含氨清液送入低温蒸氨单元，通过CSM减量单元，能确保后续单元获得纯度较高的氨水。本发明经过CSM减量单元处理后，含氨清液的液量为22％-24％新鲜渗滤液的液量，含氨清液中的COD浓度在50-200mg/L，氨氮浓度在6000mg/L-11200mg/L。
低温蒸氨单元：将含氨清液首先加入增湿塔内，与塔内的热空气互相传热传质，在升温的同时不断将含氨湿水汽转移到热空气中，通过塔间风机抽入除湿塔内，含氨湿水汽在脱湿塔中被冷却而凝结，形成稀氨水送至后序的稀氨水浓缩单元。含氨清液内的一价盐及剩余COD在增湿塔内循环提浓，当浓液TDS浓度达到23-30万mg/L时排出，用于对垃圾焚烧后的灰渣增湿。经增湿塔内提浓后浓液的液量为0.3-0.5％新鲜渗滤液的液量，脱湿塔排出的稀氨水浓度在6000mg/L-11200mg/L，稀氨水的液量为19％-22％新鲜渗滤液的液量。低温蒸氨热源来自于厌氧单元产生的沼液产生的低压饱和蒸汽，由于蒸氨温度小于100℃，故蒸汽消耗量约100-250kg蒸汽/t水。
本发明将含氨清液从增湿塔塔顶部加入并与进入塔下部的热空气充分接触，可在增湿塔顶部的布水器进行布水，而增湿塔内可设有填料，使含氨清液被热空气充分接触而被加热，不断将含氨湿水汽转移到热空气中而抽入除湿塔内，而在重力作用下落入增湿塔塔底的含氨清液通过管道与增湿塔塔底浓液进行换热，被加热后的浓液再进入增湿塔的顶部，在增湿塔内循环提浓，由于含氨清液内的一价盐及剩余COD在增湿塔内循环提浓，经低温蒸氨后的稀氨水中几乎没有其他一价盐。本发明可通过气气换热的换热器，将沼气燃烧产生的低压饱和蒸汽直接对增湿塔内空气加热，或对从除湿塔排出并进入增湿塔内空气加热，还可通过液液换热器，沼气燃烧产生的低压饱和蒸汽对增湿塔底部含COD和盐分的浓液增加温度。而被塔间风机抽入除湿塔内的含氨湿水汽在塔内被冷却凝结形成的稀氨水，被冷却后70％-80％的稀氨水排至稀氨水浓缩单元，剩余稀氨水返回至脱湿塔塔顶循环，而脱湿塔内可设有填料，含氨湿水汽在填料床层表面与冷却后的含氨清液进行传质传热，在脱湿塔脱湿后的热空气从脱湿塔塔顶通过空气循环管路从增湿塔塔底进入增湿塔内。
稀氨水浓缩单元：将低温蒸氨后的稀氨水通入反渗透膜组内进行膜滤浓缩，采用至少两级反渗透膜组进行提浓，浓缩至10％-12％的氨水，氨水量为1％-2％新鲜渗滤液的液量，用于烟气脱硫脱硝，清液排至生产回用水池。
某垃圾焚烧发电厂对垃圾焚烧发电，生活垃圾处理量是2800t/d，垃圾库内的渗滤液氨氮浓度在2000mg/L，采用本发明的氮平衡的资源化处理方法，对垃圾库内的新鲜渗滤液进行处理。通过物料泵新鲜渗滤液送到厌氧单元，处理量为1300m3/d，将新鲜渗滤液中的有机污染物转化为沼气，可将18000Nm3/d沼气通入沼气锅炉内产生低压饱和蒸汽，沼气锅炉生产38t/d的蒸汽用于对低温蒸氨单元，而剩余7920Nm3/d沼气可回垃圾焚烧锅炉作为补充燃料，。
经将厌氧处理后的废水泵入脱碳不脱氮生化单元中，其处理量为1300m3/d，生化反应器进行好氧曝气，曝气量的气水比在8：1，pH为6.8，在生化反应器内仅脱碳不脱氮，对废水中的有机污染物进行降解，该单元COD去除90％，处理后废水的总溶解固体TDS在1.5％，氨氮浓度在1800mg/L。
再将废水泵入反渗透膜组内对有机污染物和盐分进行截留，其处理量为1300m3/d，膜滤浓缩液的氨氮浓度在7200mg/L，TDS在5.7％，COD浓度在6500mg/L，膜滤浓缩液按325m3/d送CSM减量单元，清液的TDS在0.1％，清液975m3/d排至生产回用水池用于清液回用。
再将膜滤浓缩液泵入CSM减量单元的多级物料分离膜组进行膜滤，对膜滤浓缩液进行减量化处理，截留下的高COD浓缩液其TDS在5.9％、为新鲜渗滤液的液量1.2％，将高COD浓缩液以16m3/d直接回喷至炉膛进行焚烧处理，膜滤后的含氨清液以309m3/d送至低温蒸氨单元的增湿塔内，此时含氨清液TDS在5.6％，COD浓度在325mg/L，氨氮浓度在7200mg/L。
含氨清液在增湿塔内与塔内的热空气互相传热传质，将含氨湿水汽转移到热空气中，通过塔间风机抽入除湿塔内，含氨湿水汽在脱湿塔中被冷却而凝结形成稀氨水，稀氨水的氨氮浓度在8640mg/L，其余的一价盐及剩余COD在增湿塔内循环提浓至TDS在30％，以58m3/d对灰渣增湿，能将灰渣增湿至4.46％，稀氨水冷却后以251m3/d泵至反渗透膜组内膜滤浓缩，膜滤后的清液以229.4m3/d泵至生产回用水池，该清液TDS浓度＜1000mg/L，氨氮浓度＜10mg/L，达到中水回用标准，实现清液回用，经膜滤浓缩提浓后得到质量百分比浓度的10％氨水，以21.6m3/d对垃圾焚烧发电厂在垃圾焚烧产生504000N m3/h的烟气进行脱硫脱硝，将烟气NOx从400mg/L降低到排放标准，满足全焚烧量下的烟气脱硝需求。

Claims (9)

1.一种基于垃圾焚烧发电厂氮平衡的资源化处理方法 ，其特征在于：包括以下步骤，
厌氧单元：将垃圾库内的新鲜渗滤液加入厌氧反应器内进行厌氧处理，将新鲜渗滤液中的有机污染物转化为沼气，沼气送至沼气锅炉产生低压饱和蒸汽，提供给后序低温蒸氨单元，处理后的废水送脱碳不脱氮生化处理；
脱碳不脱氮生化单元：将厌氧处理后的废水加入生化反应器内进行好氧曝气，曝气量的气水比在5-10：1，废水的pH控制在5.8-7.4，对废水进行脱碳处理，生化反应池内的氨氮仅需满足维持生物自身生长所需的氮，不进行反硝化处理，对废水中的有机污染物进行降解，处理后的废水送到反渗透单元；
反渗透单元：将脱碳不脱氮生化处理后的废水送入第一反渗透膜组内进行膜滤，对废水中的有机污染物和盐分进行截留，截留的膜滤浓缩液送CSM减量单元，清液排至生产回用水池；
CSM减量单元：将膜滤浓缩液送至多级物料分离膜组内进行膜滤，对膜滤浓缩液进行减量化处理，截留下的高COD浓缩液直接回喷至炉膛进行焚烧处理，膜滤后的含氨清液送入低温蒸氨单元；
低温蒸氨单元：将含氨清液首先加入增湿塔内，与塔内的热空气互相传热传质，在升温的同时不断将含氨湿水汽转移到热空气中，通过塔间风机抽入脱湿塔内，含氨湿水汽在脱湿塔中冷却凝结，形成稀氨水送至后序的稀氨水浓缩单元，含氨清液内的一价盐及剩余COD在增湿塔内循环提浓，当浓液TDS浓度达到23-30万mg/L时排出，用于灰渣增湿；
稀氨水浓缩单元：将低温蒸氨后的稀氨水通入第二反渗透膜组内进行膜滤浓缩，浓缩至10%-12%的氨水，用于烟气脱硫脱硝，清液排至生产回用水池。
2.根据权利要求1所述的基于垃圾焚烧发电厂氮平衡的资源化处理方法 ，其特征在于：所述厌氧单元中，吨新鲜渗滤液的沼量在15-25Nm3, 沼气纯度在55-75%，沼气除送至沼气锅炉外，剩余沼气回垃圾焚烧锅炉作为补充燃料。
3.根据权利要求1所述的基于垃圾焚烧发电厂氮平衡的资源化处理方法 ，其特征在于：所述脱碳不脱氮生化处理时，废水的氨氮去除率≤10%。
4.根据权利要求1所述的基于垃圾焚烧发电厂氮平衡的资源化处理方法 ，其特征在于：所述在脱碳不脱氮生化单元中，废水氨氮浓度在1500mg/L-2800mg/L，TDS浓度在1万mg/L-2万mg/L，脱碳不脱氮生化处理中的废水COD去除率在80-95%。
5.根据权利要求1所述的基于垃圾焚烧发电厂氮平衡的资源化处理方法 ，其特征在于：在反渗透单元中，膜滤浓缩液的TDS浓度在5万mg/L-7万mg/L，氨氮浓度在6000mg/L-11200mg/L，COD浓度在5000-8000mg/L。
6.根据权利要求1所述的基于垃圾焚烧发电厂氮平衡的资源化处理方法 ，其特征在于：所述的CSM减量单元中，高COD浓缩液的液量为1%-2%新鲜渗滤液的液量，含氨清液的液量为22%-24%新鲜渗滤液的液量，含氨清液中的COD浓度在50-200mg/L，氨氮浓度在6000mg/L-11200mg/L。
7.根据权利要求1所述的基于垃圾焚烧发电厂氮平衡的资源化处理方法 ，其特征在于：低温蒸氨单元中，增湿塔内提浓后浓液的液量为0.3-0.5%新鲜渗滤液的液量，脱湿塔排出的稀氨水浓度在6000mg/L-11200mg/L，稀氨水的液量为19%-22%新鲜渗滤液的液量。
8.根据权利要求1所述的基于垃圾焚烧发电厂氮平衡的资源化处理方法 ，其特征在于：所述含氨清液从增湿塔塔顶部加入并与进入塔下部的热空气充分接触，不断将含氨湿水汽转移到热空气中而抽入脱湿塔内，在重力作用下落入塔底的含氨清液通过管道与增湿塔塔底浓液进行换热，被加热后的浓液再进入增湿塔的顶部，在增湿塔内循环提浓；进入脱湿塔内的含氨湿水汽在塔内被冷却凝结形成的稀氨水，被冷却后70%-80%的稀氨水排至稀氨水浓缩单元，剩余稀氨水返回至脱湿塔塔顶循环；在脱湿塔脱湿后的热空气从脱湿塔塔顶通过空气循环管路从增湿塔塔底进入增湿塔内。
9.根据权利要求1所述的基于垃圾焚烧发电厂氮平衡的资源化处理方法 ，其特征在于：稀氨水浓缩单元中，采用至少两级反渗透膜组进行提浓，氨水量为1%-2%新鲜渗滤液的液量。
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