渗滤液处理后的污泥处理与处置
渗滤液处理后的污泥处理与处置
李建中 李季
摘要：渗滤液处理产生有机污泥和污泥浓缩液，有机污泥采用机械脱水方法能满足泥水分离要求，干化污泥送填埋区填埋。污泥浓缩液含盐量高不能采用机械脱水不宜采取回喷方式。采取蒸发只能减容，产物中仍存在大量的盐分回流，不宜作为污泥干化技术应用。污泥浓缩液回喷不仅对污水最终处理不利，还使污水中难降解COD富积降低生物活性，影响垃圾卫生填埋，对垃圾的矿化不利。污泥浓缩液化学法分离处理，最显注的特点是可以使浓缩液固液彻底分离，泥渣易于惰性化处置，有利于干化填埋，采取化学分离方法无疑是目前最彻底有效的方法之一。
主题词：渗滤液 污泥浓缩液 蒸发 脱水 化学分离
垃圾卫生填埋场的渗滤液采取常见的（MBR—RO）工艺处理之后，会产生部分有机污泥和膜分离后的浓缩液。经过（MBR）膜生物反应器或生化处理后的剩余污泥，总量少易于处理，按常规的处理方法脱水干化后返回填埋区填埋。经过（RO）反渗透及膜分离之后的出水，作为中水收集回用。膜分离后截流下的高含盐污泥，俗称RO浓缩液，浓缩液的总量通常设定为渗滤液处理量的20%左右，浓缩液含水率一般高达98%以上。对浓缩液的处理处置不当将会带来许多问题。渗滤液处理后污泥及浓缩液的脱水干化主要有以下工艺型式：①.机械脱水，②.蒸发浓缩，③.回喷、回灌，④.化学分离。经调查目前对污泥浓缩液的处理与处置，在技术方案的运用上存在较大的
差异，观念不够一致，应引起业界的关注。笔者试通过几种工艺方法的适用性分析，说明污泥浓缩液干化处理的必要性，拟选择合理有效的处理处置方法。
一．污泥机械脱水
垃圾渗滤液处理后产生的有机污泥，一般采取机械脱水的方法，污泥干化后返回填埋区填埋，分离出来的污水返回到调节池，再进行生化处理。处理场的有机污泥常采用机械脱水的方法就能满足泥水分离要求，机械脱水后污泥的含水率一般在75%左右。渗滤液处理厂通常使用的污泥脱水机械有：板框（厢式）压滤机、带式脱水机、离心脱水机等。
带式压滤机和离心脱水机的优点是可以连续运行，但系统一次投资费用比较高，配置也相对复杂。板框（厢式）压滤机，泥饼含水率低，系统简单设备投资费用比较低，缺点是不能连续运行，操作卫生条件差，人工劳动强度较大。由于渗滤液污水的总量有限，相对产泥量少，所以板框压滤机在实践中使用的较多。近年来由于 “清洁生产、劳动保护”等要求越来越高，高性能脱水机械设备的技术性价比也越来越高，故在设计中采用自动化程度高、分离效果好的卧式离心脱水机的方案多了起来。脱水后的滤过液返回到污水处理系统的前端，经调节池混合均质后，再与渗滤液原液一并处理。
渗滤液经过生化处理后，通常需要采取RO膜分离进行最后的处理，以分离污水中生物难降解的物质，满足污水处理最终达标排放要求。反渗透工艺将产生20% 的污泥浓缩液，含水率高达98%以上，
采取常规的机械脱水技术，污水中的盐分难以彻底分离处除，污泥也难以满足基本的处置要求。渗滤液生化处理产生的污泥与反渗透产生的污泥浓缩液，性质不一样。经过RO膜分离处理后的浓缩液，含盐量高，含水率高，化学成分复杂，生化处理困难。不能采用机械脱水的方法进行分离，故首先运用污泥减量或减溶的技术。据资料报道，国外运用蒸发浓缩的工艺来减溶，技术比较成熟，效果很好。 二．浓缩液蒸发
蒸发器的工艺形式有很多，根据液体循环方式可分为自然循环和强制循环几种。实用于浓缩液沸腾蒸发的设备称为蒸发器，一般有：热泵蒸发器、闪蒸蒸发器、旋膜式蒸发器、列管式蒸发器、浸没燃烧蒸发器、强制循环蒸发器等等，其基本的工作原理如下：
1 热泵蒸发
新型热泵蒸发器主要由真空室、热交换部件和蒸汽压缩风机组成。它应用减压降膜蒸发的原理，核心是在热交换组件的表面蒸发，溶器内水与渗滤液可以在50-60℃以下形成沸腾。浓缩液先预热后进入蒸发器与已浓缩的浓液混合，循环泵再把浓液回流至蒸发器顶部，浓液被均匀分布于热交换组件上，向下流动的过程中渗滤液在组件的外表面沸腾气化，残余部分收集于蒸发器下部即浓液。产生的蒸汽被高效的风机压缩升压升温至略高于沸点后压入热交换组件的内表面，干净的冷凝液收集于热交换组件的底部。过程中除了风机和泵的动力消耗外，不再需要外部热量，冷凝液的热量可回收用于预热，冷却后直接排放。蒸发的浓液定期用泵排出。这种浓缩液类似于反渗透工艺，
浓缩后体积约为渗沥液原液的5%-10%。热泵蒸发处理总溶解性固体含量较低，一般含固率在5%的废水最有效。新型热泵蒸发可有效利用低价位热量，且电耗小一些。
2 闪蒸蒸发
闪蒸蒸发器由一系列热交换器和闪蒸室组成。回流浓缩液和渗沥液在初级热交换器区加热后通过喷嘴从切向进入闪蒸室，喷入速度应足够造成气旋区发生剧烈沸腾，蒸汽与液体进行气旋分离，产生的蒸汽进入初级热交换器，温度可降至略低于沸点放出潜热给渗沥液，冷凝水再进入二级热交换器预热渗沥液进料。因为系统启动和运行过程中需要补充热量，因此，需要一台锅炉产生低压（100KPa）蒸汽用于加热，锅炉可用填埋气体、天然气或丙烷作燃料。一般渗沥液可被蒸发90%以上。
3 旋膜蒸发器
旋转薄膜蒸发器的传热系数高蒸发强度大，可满足各种料液的几乎所有特性。作为换热过程，除蒸发浓缩以外，还可用于蒸溜、反应、脱臭、脱泡以及简单的加热和冷却操作。旋转薄膜蒸发器由上部的驱动部分和下部的蒸发浓缩部分组成。驱动部分由电机-齿轮减速器或电机-带轮减速器组成，蒸发浓缩部分由转子和装有加热夹套的筒体组成，转子又分布器、捕沫器、沟槽刮板及其支架组成。设备底部为浓缩液出口，上部侧面为二次蒸汽出口。物料自进口进入蒸发器内，由旋转的分布器均匀地分布在内筒壁受热面上，被刮板涂布成薄而均匀的一层膜，并强制形成湍流，向下移动，吸收夹套传入的热量，迅
速蒸发凝缩，二次蒸汽向上经捕沫器去除夹带泡沫后，由二次蒸汽管口排出。
4 长管式蒸发器
长管式蒸发器是根据升膜原理进行运作，接近沸点的料液输进到蒸发器管道的底部，管子的四周则有水蒸气循环，料液随着放出物料蒸汽开始蒸发，由于物料蒸汽体积大、速度小，以高速度带着料液向上通过管道，故称为‘升膜’。由于料液成薄膜状态，以蒸汽中取得热量的面积得到扩大，蒸发过程非常迅速。当料液向上经过整个管道长度时，正在汽化的料液的体积逐渐增大，速度也加快。由于管内料液升膜的温度比管外的水蒸汽温度低，料液持续地从水蒸气吸收热量，使之在管外壁上冷凝。
5 浸没燃烧蒸发
浸没燃烧蒸发器是在浸没燃烧中把热烟气强制通过浸没管道，直接释放到水中，一般可达到95%以上的传热效率。其燃烧室可达到很高的温度（750~850℃），因此排出的尾气可达标。浸没燃烧蒸发器的主要工作过程如下：燃气燃烧器产生热烟气进入蒸发器，热烟气从浸没于水池的管道孔口冲击进入水体，多孔板把大气泡撕裂为微气泡，极大地提高传热表面积，界面水迅速气化，蒸汽缓慢上升至液面，在上升过程中加热使更多的水转化为蒸汽，最后尾气通过管道排出，蒸发后的浓缩液从底部排除。浸没燃烧蒸发器的特点为：工艺可靠，减容率可达97%以上；对变化的水量水质有较强的适应性；维护成本低、自控程度强；如用填埋气体为燃气将节省能源费用还可减少甲
烷的排放。
6 强制循环蒸发器
强制循环蒸发器由3部分组成：循环水泵、热交换器及蒸汽和水的分离室。在热交换室中渗滤液在受压下加热以避免在加热时表面气化。热交换过程中要求循环水流速快湍流程度高，以提高换热效率和避免运行故障。加热后，受压过热液体通过压力阀释放，水在分离室部分气化，蒸汽被冷凝引出。蒸发工艺可以分为单效蒸发和多效蒸发工艺，单效蒸发工艺就是二次蒸汽直接排出，不再利用。而多效蒸发方式则多次利用二次蒸汽，多效蒸发可以经济地利用水蒸气，从而降低设备运转的总费用。
浓缩液经过蒸发处理，剩余浓液的含水率仍然很高，残余物还需要继续进行干化和惰性化处理才可以达到卫生填埋要求。所以常规蒸发主要作用只是浓缩减量，并未达到直接干化造粒或固化填埋的目的。由于蒸发处理工艺的投资与运行成本很高，通常比反渗透处理工艺的单位投资和运行费用还要高。我国一般垃圾卫生填埋场内的热源不足，难以满足浓缩液蒸发的需求。目前国内运行使用的经验很少，故不宜作为渗沥液处理和浓缩液干化的主体技术工艺。
三．填埋场回灌
浓缩液蒸发后产生的废浆如果直接进入填埋场，废浆里高浓度的盐分会随着渗滤液重新析出，返复进入渗滤液中，使污水中的含盐量、电导率和有害物的指标不断地增高。许多垃圾填埋场渗滤液污水的COD和电导率远大于建场初期，其主要的原因就是；污泥浓缩液的
回灌或渗沥液直接回喷所致。
垃圾卫生填埋场本来是固体废弃物处理处置的专用场地，干化后的污泥返回填埋场卫生填埋是理所当然。但要特别注意返回的是固化后的污泥、是经过惰性化处理的污泥，而不是污水处理意义上的剩余污泥。早期填埋场的污水处理工艺并没有在意污泥与浓缩液的最终处置问题，没有关注回喷回灌对整个工程带来的影响。部分渗滤液处理厂直接将处理后的湿污泥和浓缩液回喷到垃圾填埋场里，或者将浓缩污泥回流到污水调节池。这种“循环”必然给整个垃圾填埋场的运行和渗滤液的处理带来了更大的麻烦。长时间大容量的浓缩液回灌将造成填埋场全系统的灾难。
浓缩液回喷将使得渗滤滤中的含盐量累积增高，污水在变化的过程中加剧，必然影响处理的效果。在反渗透处理系统中，膜组件的运行有一定压力范围，水质浓度加剧超出膜处理系统的适应范围，大量难降解物质会导致膜处理效率的下降，影响膜通量，加大系统的运行压力。高含盐的污泥长时间的回流，一方面会导致污水中难降解COD 的物质大量富积，另一方面会显著提高废水的TDS含量，使污水的生物活性降低，最终导致渗滤液污水的可生化性殆尽，变为更难降解的高浓度废液。
从渗滤液处理方面分析，浓缩液回喷使污水的水质不断地发生改变，超出生化系统的承受能力，使膜分离效率大幅下降，导致整个处理系统的瘫痪。如直接采取RO膜分离，浓缩液回灌还会造成膜系统严重结垢，加速了膜污染，加大清洗频率，增加了酸碱清洗剂的耗量，
降低膜的使用寿命，加大了投资运行费用。
从垃圾填埋工艺方面分析；浓缩液回灌对卫生填埋并不能促进垃圾体的矿化，将浓缩液回灌到浮盖后的填埋堆体中，对垃圾填埋的生物降解造成不利，对库区渗滤液的收集导排系统构成威胁，对卫生填埋场的防渗结构造成影响，对填埋场的气体收集与布管带来麻烦。
渗滤液污水处理后的含水污泥和污泥浓缩液都不宜采取回灌方式处置。早期的填埋项目对浓缩液的处理处置没有得到足够的重视，工程实践中已发现许多的问题，给后续整改完善带来诸多的麻烦。污泥及浓缩液回灌将导致整个卫生填埋系统和渗滤液处理系统的两大灾难，已逐步成为业界的共识。所以，对污泥浓缩液最终合理处置是目前关注的焦点。
四．化学分离法处理
浓缩液采取化学分离的方法，是运用特种氧化还原剂及离子交换等工艺来实现高含盐浓缩液的分离技术。经过化学分离处理后出水满足有关排放水质要求，能直接达标排放。被分离提出的泥渣含水量少，易于固化。泥渣固化后直接返回填埋区填埋，最终实现卫生填埋场和渗滤液处理厂的盐分平衡。
运用化学法进行污泥的分离处理，过去认为设施成本太高，工艺的难度太大，由于浓缩液总量少不愿意面对，采取简单的回灌或者放弃。其实不然，应用化学法处理浓缩液有以下的优势：①浓缩液的总量有限，一般大、中型填埋场每天渗滤液的处理量只有300--400吨，所处理的浓缩液每天仅只几十吨。②化学分离处理的设施设备少，包
括投加药、混凝、沉淀、分离处理工艺规模都小，可以一体化组合，占地面积少。③化学法处理系统投资费用少，相对运行成本低，浓缩液中的盐分分离彻底，泥渣易于惰性化处置，有利于干化填埋。
对浓缩液进行化学分离是比较经济有效的方法之一，该方法是近年来引用的一种新工艺。经过化学分离处理后的出水可直接达标排放，分离后的化学泥渣含固率高容易干化。
污泥最终处置有填埋和焚烧二种方式。填埋场的干化污泥采取卫生填埋非常方便。为了减少污泥的处置成本，缩减污泥的体积降低有害物质的总量，有利于最终处置达到无害化要求，将污泥浓缩液进行化学分离处理无疑是目前最有效最彻底的处理方法之一。
浓缩液惰性化处理的方法有化学试剂固化、物理固化、自然干化等方式。化学试剂固化可针对惰性化的目标要求，使投药量控制在最佳的范围内凝聚固化。物理固化可将低标号水泥与砂和一定量的浓缩废浆混合搅拌，使高盐分强污染物被泥沙包裹，干化后送入指定的填埋区，有毒有害污染物永不析出。自然干化，是将化学分离脱水后的泥渣存放在污泥堆棚内，进一步自然风干，达标后再进入填埋区卫生填埋。
结语
对浓缩液污水处里厂产生的污泥及污泥浓缩液，单独采取上述某一种方法都难以达到应有的效果，和最终处置要求。污水处理产生的有机污泥，采用机械脱水方法就能满足泥水分离要求，污泥干化后送填埋区填埋。蒸发浓缩技术只能减容提高含固率，蒸发后的产物中仍
存在大量的盐分回流，不宜作为污泥干化的主体技术运用。浓缩液回流会导致大量的高含盐量难降解的物质返回，长时间的回喷使污水中难降解COD的含量不断富积，增加了废水中TDS含量，降低微生物的活性，对填埋垃圾的降解和垃圾的矿化不利。
浓缩液回喷将使污水的可生化性殆尽，导致渗透膜严重污染结垢，加大了膜的清洗频率，降低了膜的使用寿命，增加了运行费用。浓缩液中的离子浓度很高，一价及以上的离子都被截留在浓液之中。浓缩污泥长期回灌将导致盐分的富积，始终没有解决污水处理中的盐分平衡问题，给渗滤液的有效处理带来更多的麻烦。
污泥浓缩液采用化学法分离处理最显注的特点是，不仅可以达到浓缩液的固液分离，还直接使盐份与污水分离，泥渣易于惰性化处置，有利于干化填埋。渗滤液处理后产生的浓缩液，采取化学分离方法无疑是目前最彻底有效的方法之一。化学法分离技术的设计运用，已在我国渗滤液处理厂的污泥处理处置中初步运用，其效果很好。
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