摘要：浓缩液是垃圾渗滤液处理过程产生的残余液，是实现垃圾渗滤液全量化处置的关键。针对青岛小涧西浓缩液处理工程在运行过程中存在的预处理不稳定、设备结垢，蒸发浓液产生量大、干化系统起沫无法结晶等问题，采用深度絮凝+化学软化预处理工艺可保证后端MVR蒸发及干化系统稳定运行，浓缩液处理能力明显提升，产浓率下降，连续稳定运行周期增加，干化系统恢复结晶减量能力。可见，采用“深度絮凝+化学软化+碳化硅膜+MVR蒸发+干化减量+焚烧协同”的工艺路线可实现渗滤液全量化处置。
生活垃圾填埋和焚烧产生的渗滤液是处置难题。预处理+生化处理+膜处理是目前生活垃圾渗滤液处置的主要技术。生活垃圾渗滤液在膜滤处理过程中会产生约20%~30%的膜浓缩液，呈棕黑色，具有成分复杂，难降解，有机污染物含量高，色度和硬度高，总氮和氨氮含量高，并含有重金属离子，无机盐含量高，有毒性，可生化性差等特点，因此垃圾渗滤液全量化处置的关键在于浓缩液的处理。目前，常用的渗滤液浓缩液处理方法有回灌法、蒸发法、混凝法以及高级氧化法等。机械式蒸汽再压缩技术（MVR）能够在节能降耗的基础上实现浓缩液的蒸发减量，是目前浓缩液处置的主要技术之一。但实际工程中因存在结垢、堵塞等问题，致使MVR设备清洗频繁，很难稳定运行，且最终产生超浓液的安全处置是MVR蒸发工艺亟需解决的关键问题。
青岛市小涧西生活垃圾处置园区承担着市南区、市北区、李沧区、城阳区及崂山区生活垃圾的处置任务，主要建设项目包括垃圾填埋场一、二期，垃圾焚烧发电一、二期，垃圾生化处理厂，厨余垃圾处理厂以及渗滤液处理厂。小涧西渗滤液处置项目位于小涧西生活垃圾处置园区内，主要负责处理园区内除焚烧二期外生活垃圾处置设施产生的渗滤液，设计总处理规模为1700m3/d，分两期建设，主体工艺为MBR+DTRO。膜浓缩液产生量为500m3/d，就地处置。2018年，该项目浓缩液处理系统设计采用“预处理+MVR蒸发+酸碱洗气+干化”工艺（见图1），设计处理规模为500m3/d。预处理采用混凝沉淀工艺，投加烧碱、混凝剂、助凝剂去除混合液中大量微粒、悬浮物、钙镁及胶体，但实际运行过程中发现混凝后沉淀效果差，无法实现有效分离，故后端浓缩液中含有大量钙镁盐和有机物，引发设备结垢和起沫问题，致使蒸发效率降低，最低月日均处理量仅为200m3/d；蒸发产浓率高，最高可达到40%，浓缩液无法实现就地全量化处置。
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图1 2018年浓缩液处理工艺流程
为进一步去除浓缩液中的钙镁离子，缓解设备结垢现象，提升浓缩液处理效率，2021年实施了浓缩液处置效率提升技术改造工程，采用“化学软化+碳化硅膜分离+板框压滤”工艺对浓缩液进行预处理（见图2）。
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图2 2021年浓缩液处理工艺流程
浓缩液采用氢氧化钠化学软化后，MVR进水中钙镁离子去除率均达到90%以上，缓解了蒸发设备结垢问题。同时，根据多种MVR蒸发设备的运行特点，增设板式强制循环蒸发器，利用其易于清洗、产能回升快的优点，弱化设备结垢对处理效能产生的负面影响。至此，浓缩液蒸发系统包括2套卧式降膜蒸发系统（500m3/d）和1套板式强制循环蒸发系统（200m3/d）。干化系统为列管式强制循环蒸发系统，设计处理能力为100m3/d。2023年为进一步去除浓缩液中的有机物，缓解干化系统起沫现象，降低母液产生量，对絮凝工段进行了技术改造，在浓缩液处置效率提升技术改造工程基础上，选用深度絮凝处理工艺降低浓缩液的有机物含量，稳定碳化硅膜的运行状况，改善蒸发系统的性能，实现母液减量。最终项目采用“深度絮凝+化学软化+碳化硅膜分离”作为去除有机物和钙镁离子的预处理工艺，采用“深度絮凝+化学软化+碳化硅膜+MVR蒸发+干化减量+焚烧协同”作为现场浓缩液全量化处置工艺（见图3），实现预处理能力稳定达到500m3/d、浓缩液全量化处置能力达到700m3/d的目标。
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图3 2023年浓缩液处理工艺流程
浓缩液预处理系统采用化学软化工艺，主要去除浓缩液中的钙镁离子，但浓缩液水质复杂，有机物含量高，影响后续碳化硅膜设备的稳定运行，导致钙镁离子去除效果不稳定。碳化硅膜设备生产效能仅发挥60%，钙镁离子去除率在40%~90%之间频繁波动。蒸发系统中换热设备多，有机垢与无机垢复合导致换热面结垢速度快、清洗难度大，严重影响蒸发设备的处置效率，设备单次洗机时间最高达到15d，且高难度洗机容易造成换热面受损，影响蒸发系统的连续运行。浓缩液中的有机物富集后，与无机垢附着于换热器表面会影响换热效果，相同量的浓缩液处置后，产生的蒸发浓液远高于设计约定的25%。干化系统用于处理蒸发系统排出的浓液，实现蒸发浓液的再次减量和结晶盐的析出。干化系统运行一段时间后，有机物高度富集，在气水分离室上部空间引发严重的起沫现象，产生的泡沫极易被抽离进入高速旋转的蒸汽压缩机，导致压缩机出现喘振、振动和位移超限等现象，甚至损坏压缩机。以上限制了干化设备对蒸发浓液的处理性能，浓液无法减量，盐分无法析出，最终产生大量的超浓液无处置路由。综上，该项目2021年虽然进行了浓缩液处理效率提升，浓缩液处理系统中虽增设了化学软化除硬措施，但仍无法有效降低浓缩液中的有机物浓度，致使有机物高度富集，对整套工艺造成了多方面的影响，设备整体运行困难。因此，在预处理系统需增设专门的有机物去除措施，进一步实现浓缩液蒸发、干化后的减量。
为去除浓缩液中的有机物，缓解干化系统起沫现象，降低母液产生量，结合工程现场的实际情况，确定采用深度絮凝处理作为浓缩液预处理去除有机物的工艺。深度絮凝技术是一种基于新型絮凝剂（SC-101L）的絮凝工艺，该新型絮凝剂是无机-有机共价键型絮凝剂，具有结构稳定、有机物去除率高的特点。深度絮凝单元设置絮凝反应罐及絮凝沉淀池，主要设计参数：设计加药量6mL/L；反应终点pH为4~5.5；絮凝反应罐容积为5.0m3，配套立式桨叶搅拌器，HRT为10min；絮凝沉淀池容积为122.0m3，水力负荷为0.94m3/（m2·h），HRT为4h。为降低浓缩液中钙镁离子浓度，减缓蒸发设备结垢风险，结合工程现场的实际情况，确定采用化学软化处理。其原理是向水中加入氢氧化钠、碳酸钠等物质与浓缩液中的钙镁离子反应，生成钙镁沉淀物，从而降低水中的钙镁离子达到软化效果。生成的沉淀物采用碳化硅膜进行泥水分离。碳化硅膜过滤系统是一种错流过滤形式的流体分离过程，泥水混合物在膜管内高速流动，在压力驱动下含小分子物质的澄清液沿与之垂直方向透过膜层，含大分子成分的泥水被截留，从而实现泥水的固液分离。
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图4 深度絮凝+化学软化+碳化硅膜除硬工艺流程
浓缩液从原液池提升至絮凝反应罐，反应罐内投加絮凝剂（SC-101 L液体絮凝剂），反应后进行泥水分离，上清液至碱反应池进行软化处理，经软化的上清液进入碳化硅膜设备截留悬浮物，清水进入酸反应池，调节pH至5~6后进入蒸发系统浓缩，浓缩后清液排放，浓液则进入干化系统。浓液在干化系统进一步浓缩后，清液排放，循环液采用离心机固液分离，分离后盐泥在园区内处置，而最终无法浓缩的超浓液则运至焚烧厂协同处理。同时，预处理深度絮凝及碳化硅膜软化产生的污泥定期排放至相应的污泥储罐，经板框压滤脱水后，泥饼外运处置，压滤液回流至碱反应池。
2023年1月—5月，针对COD去除进行了技术改造。采用深度絮凝后，浓缩液出水COD变化如图5所示。可以看出，浓缩液经深度絮凝处理后COD为528~705mg/L，COD平均去除率约50%，出水色度明显降低；深度絮凝沉淀池污泥沉降效果较好，出水较为清澈，可降低后续碳化硅膜设备的处理压力。
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图5 深度絮凝进、出水COD变化
浓缩液经深度絮凝和化学软化处理后进入碳化硅膜软化系统，碳化硅膜设备运行稳定（见表1）。由表1可知，处理量由改造前（2023年1月前，仅有化学软化）的377m3/d提高到改造后（化学软化+深度絮凝）的452m3/d，达到设计流量；平均产水率从76%提升至90%，提升了14个百分点；化学清洗频率由1.35次/d降至0.97次/d，降低了28%。由此可见，经过深度絮凝预处理后，碳化硅膜软化工艺的整体运行稳定性提高。表1 碳化硅除硬运行平均值数据
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4.3 蒸发系统运行情况
浓缩液经过两次预处理后进入蒸发系统，以板式蒸发系统为例，其设计处理能力为200m3/d。蒸发系统处理量、蒸发浓液产生情况及蒸发系统换热效率对比分别见表2、3。
表2 蒸发系统处理量及蒸发母液产生情况
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表3 改造前后蒸发系统换热效率对比
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增加深度絮凝处理后，蒸发系统的处理水量提升了30.3%；产浓率由改造前的26%降至21%。蒸发设备因结垢引发的衰减周期由20 d增加为45 d。同时，分析蒸发系统的换热器换热温升，可以看出，一、二效换热器温升分别从2.9、4.4℃升高到3.6、5.0℃。此结果可以从侧面说明板换结垢得到缓解，降低了蒸发系统的能源消耗。由此可见，经过深度絮凝预处理后，蒸发系统的处理能力得到明显提升。
由改造前后卧式蒸发器管束结垢对比可以看出，进行深度絮凝工艺改造后，蒸发器结垢得到明显改善，改造前容易在蒸发器加热管上结垢，形成的垢密实，呈黑棕色，难以在线清洗，需停机清理。改造后管束结垢松散，呈灰白色，易于清理，有效降低了劳动强度，延长了运营时间。
经过两次预处理后，干化系统处理量、产浓情况见表4。表4 2023年4月干化系统处理量、产浓情况
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由表4可以看出，干化系统在恢复正常使用后，处理蒸发浓液时泡沫能得到有效控制，处理量达到设计值，产浓率为40.8%，实现了蒸发母液减量；同时，干化系统的循环液电导率升至40 ×104μS/cm后，有盐分析出（见图6）。可见，通过深度絮凝去除浓缩液中有机物，不仅缓解了循环液中有机物富集现象，解决了设备起沫问题，还促进了结晶盐的成核和析出，有效降低了超浓液的产生量。
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图6 干化系统干化母液及分离后的结晶盐
综合运行数据，改造前浓缩液年均单位处理总成本为263.74 元/m3，深度絮凝改造完成后，需要额外增加絮凝剂、碱液等耗材费用，燃料动力以及污泥处置、设备折旧维修等费用（见表5），新增运行成本为31.58 元/m3，总计运行成本为295.32 元/m3。
表5 深度絮凝+化学软化预处理新增运行成本
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①采用“深度絮凝+化学软化”后，COD去除率约50%，钙镁硬度去除率可达到80%以上，碳化硅膜设备产水率提升了14个百分点，蒸发系统处理量提升了30.3%，产浓率由35%降至21%，蒸发设备因结垢引发的衰减周期由20d增加为45d左右，换热器的换热效率得到提升，干化处理量达到100m3/d，超浓液产率为40.8%，有盐分析出。②全量化改造完成后，经工程运行验证，浓缩液处理能力由200m3/d提升至450m3/d，浓缩液经蒸发和干化系统处置，外运超浓液量由180m3/d降至50m3/d，可实现园区渗滤液和浓缩液就地全量化处置。③ “深度絮凝+化学软化”预处理工序新增运行成本31.58 元/m3，浓缩液全量化处置运行成本为295.32 元/m3。
本文的完整版刊登在《中国给水排水》2024年第10期，作者及单位如下：
夏正启1，占美丽2，刘赞贤3,4，张凯5，闫清云5，苗平平5，葛文龙5，吕宝鹏3,4，卞荣星6（1.青岛水务集团，山东 青岛 266000；2.青岛市固体废弃物处置有限责任公司，山东 青岛 266000；3.青岛洁源环境有限公司，山东 青岛 266300；4.青岛小涧西渗沥液处理有限公司，山东 青岛 266300；5.中企国云环保科技有限公司，北京 100071；6.青岛理工大学 环境与市政工程学院，山东 青岛 266520）
参考文献引用的标准著录格式：
夏正启,占美丽,刘赞贤,等.青岛小涧西垃圾渗滤液浓缩液全量化处理工程实践[J].中国给水排水,2024,40(10):126-131.
XIA Zhengqi,ZHAN Meili,LIU Zanxian,et al.Full quantitation disposal practice of landfill leachate concentrate in Xiaojianxi, Qingdao[J].China Water & Wastewater,2024,40(10):126-131(in Chinese).制作：文 凯
审核：李德强
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