一、项目背景

晋中市城区生活垃圾焚烧发电PPP项目是由山西省晋中市城市管理局负责实施的2019、2020年市城区城建重点工程建设项目，该项目采用PPP模式由上海环境集团投资建设。项目位于晋中市榆次区北田镇晋中市固体废物循环利用产业园内，占地面积465亩，设计处理规模1200吨/日（最大处理规模可达1400吨/日），采用机械炉排炉处理工艺，总投资约7.5亿元，发电机组装机容量21MW，供热能力44万GJ/年，配套处理能力300吨/日的废水处理站、64万方的过渡生活垃圾填埋库区和46万方的飞灰填埋库区。

图1.晋中环榆再生能源有限公司点火仪式

自2019年12月开工以来，晋中市城区生活垃圾焚烧发电项目做到了高起点开局，高标准管理，高质量推进建设。2020年，针对疫情、夏季持续暴雨、施工场地狭小、多家单位交叉作业等诸多困难，施工单位中铁上海工程局项目部统筹做好疫情防控与复工复产工作，科学组织，精心施工，精细管理，不断推动工程项目建设向前发展，施工期间安全生产整体受控。

　　2020年12月25日1号焚烧炉成功点火，整个电厂各项配套设备陆续投入运用，2021年6月，渗滤液深度处理DTRO系统成功投入运行。该项目的成功实施对晋中市发展绿色循环经济、建设生态文明城市等都具有重要意义。

二、水质及工艺

表1.垃圾渗滤液原液指标

 （一）设计水质

1）水质成分复杂

由于地理位置、生活环境、垃圾来源等众多因素影响，导致垃圾焚烧厂渗沥液的水质成分非常复杂，既有高浓度有机污染物，也有金属、无机盐类、细菌等有毒有害物质。

2）水量变化大

由于季节、运输条件、运行管理等因素的影响，垃圾焚烧厂渗沥液的水量变化很大。一般情况下，冬季旱季水量较少，污染物浓度较高；夏季雨季水量较多，污染物浓度较低。因此，要求渗沥液处理工艺抗冲击负荷能力强。

3）污染物浓度高

垃圾焚烧厂渗沥液的有机污染物浓度很高。一般情况下，COD浓度在40000~80000mg/L，BOD浓度在20000~40000mg/L。除此之外，还有大量其他的金属、无机污染物。

4）可生化性不稳定

对垃圾渗沥液而言，其BOD/COD的比率变化幅度较大，并不能笼统地认为生活垃圾沥出的渗沥液就一定具有较高的可生化性能。因此，要求渗沥液处理系统的设计能对原污水具有相当的抗冲击负荷能力，以保证渗沥液处理系统运行稳定，出水水质稳定。

图2.渗滤液主体处理工艺

（二）主体工艺

本项目的污水处理工艺组合为“渗沥液池内输送泵+转鼓格栅机+调节池+厌氧（UASB）+膜生物反应器（MBR）+纳滤（NF）+反渗透（RO）（NF浓缩液采用物料膜处理进行减量化）”，RO浓缩液采用科芮昂DTRO膜进一步减量，其最终废液用于石灰石制浆和飞灰稳定化。

图3.膜深度处理及浓缩液减量系统

（三）工艺说明

生化处理段是垃圾渗沥液处理工艺中必不可少的一个重要组成部分，生化处理系统运行的可靠性和稳定性是整个垃圾渗沥液处理系统运行的关键。

垃圾渗沥液属高浓度有机废水，其生化处理主要是依靠微生物新陈代谢过程中的同化与异化作用，以及微生物絮体对污染物的吸附作用来去除渗沥液中的有机污染物，生化处理分为厌氧与好氧两种。本项目采用“厌氧+好氧”工艺。

1）厌氧工艺基本技术要求：

厌氧工艺是一种高负荷的有机污染物处理方式，处理过程能耗较低，常用于高浓度有机废水的处理工艺中。

在高浓度有机废水的处理工艺中，由于厌氧工艺能大大地降低污水中的有机污染物浓度，明显降低好氧处理系统的负荷，厌氧工艺常被用作好氧生化处理的前处理工艺。厌氧工艺采用升流式厌氧污泥床（UASB）。其系统采用中温厌氧工艺。

2）MBR生化工艺基本技术要求：

渗沥液好氧处理的核心是硝化/反硝化机理，该过程将去除COD和去除NH₃-N有机地结合起来。

本项目采用外置式膜生化反应器，由一级反硝化、硝化，二级反硝化、硝化和外置式超滤单元组成。消化池采用射流曝气，具体为风机、喷射器及射流泵。

硝化部分对氨氮的去除率为99%以上，设计反硝化率大于94%，实际运行过程中的反硝化率可通过硝酸盐回流比进行调节，经过两级A/O后TN去除率不低于90%。

好氧反应装置内的水温往往较高，原因主要是由于好氧生化反应的发热量和鼓风机曝气风温对装置内的水温的提升。为避免过高温度对活性污泥微生物的抑制作用，对好氧反应装置内的水体进行冷却。

加热与冷却系统，根据在线温度监控仪表的数据，进行在线连续控制。

硝化/反硝化工艺分为好氧段和缺氧段，或在运行时段上分为缺氧时段和好氧时段。在好氧段内发生碳氧化过程和硝化过程，通过回流混合液至缺氧段或进入缺氧生化反应时段，来发生反硝化过程，完成硝化/反硝化脱氮工艺过程。好氧曝气系统采用变频控制，根据好氧段末端出水的DO（溶解氧）浓度，连续调节曝气系统曝气量，以确保好氧硝化功能的实现。

3）膜深度处理系统基本技术要求：

由于本项目对处理出水的水质要求较高，MBR工艺的出水水质尚无法满足出水水质达标要求，必须对MBR工艺的产水做进一步的深度处理，即更微细膜孔径的膜分离处理。

三、科芮昂CaryonPower DTRO技术简介

DT膜技术即碟管式膜技术，分为DTRO（碟管式反渗透）和DTNF（碟管式纳滤）两大类，是一种专利型膜分离设备。

它的膜组件构造与传统的卷式膜着截然不同，原液流道：碟管式膜组件具有专利的流道设计形式，采用开放式流道，料液通过入口进入压力容器中，从导流盘与外壳之间的通道流到组件的另一端，在另一端法兰处，料液通过8个通道进入导流盘中（如图4所示），被处理的液体以最短的距离快速流经过滤膜，然后180º逆转到另一膜面，再从导流盘中心的槽口流入到下一个导流盘（如图4所示），从而在膜表面形成由导流盘圆周到圆中心，再到圆周，再到圆中心的双”S”形路线，浓缩液最后从进料端法兰处流出。DT组件两导流盘之间的距离为4mm，导流盘表面有一定方式排列的放射线。这种特殊的水力学设计使处理液在压力作用下流经滤膜表面遇放射线碰撞时形成湍流，增加透过速率和自清洗功能，从而有效地避免了膜堵塞和浓度极化现象，成功地延长了膜片的使用寿命；清洗时也容易将膜片上的积垢洗净，保证碟管式膜组适用于处理高浑浊度和高含砂系数的废水，适应更恶劣的进水条件。

透过液流道：过滤膜片由两张同心环状反渗透膜组成，膜中间夹着一层丝状支架（如图5），使通过膜片的净水可以快速流向出口。这三层环状材料的外环用超声波技术焊接，内环开口，为净水出口。渗透液在膜片中间沿丝状支架流到中心拉杆外围的透过液通道，导流盘上的O型密封圈防止原水进入透过液通道(如图5)。如图5所示透过液从膜片到中心的距离非常短，且对于组件内所的过滤膜片均相等。

图4.碟管式膜柱流道示意图

图5.DT膜片和导流盘

DT膜柱独特的结构使其具有以下特点，这也是膜分离工艺应用于渗滤液处理所必需的特性。

· 最低程度的膜结垢和污染现象

如前所述，DT组件具备2mm开放式宽流道及独特的放射线导流盘，料液在组件中形成湍流状态，最大程度上减少了膜表面结垢、污染及浓差极化现象的产生，使得DT组件即使在高压120bar的操作压力下也能体现其优越的性能。

· 膜使用寿命长

DT膜组件有效避免膜的结垢，膜污染减轻，使反渗透膜的寿命延长。DT的特殊结构及水力学设计使膜组易于清洗，清洗后通量恢复性非常好，从而延长了膜片寿命。实践工程表明，在渗液原液处理中，一级DT膜片寿命可长达3年，甚至更长，接在其它处理设施后（比如MBR）寿命长达5年以上，这对一般的反渗透处理系统是无法达到的。

· 组件易于维护

　　DT膜组件采用标准化设计，组件易于拆卸维护，打开DT组件可以轻松检查维护任何一片过滤膜片及其它部件，维修简单，当零部件数量不够时，组件允许少装一些膜片及导流盘而不影响DT膜组件的使用，这是其它形式膜组件所无法达到的。

· 过滤膜片更换费用低

DT组件内部任何单个部件均允许单独更换。过滤部分由多个过滤膜片及导流盘装配而成，当过滤膜片需更换时可进行单个更换，对于过滤性能好的膜片仍可继续使用，这最大程序减少了换膜成本，这是卷式、中空纤维等其它形式膜组件所无法达到的，比如当卷式膜出现补丁、局部泄漏等质量问题或需更换新膜时只能整个膜组件更换。

DT膜系统作为一种膜分离工艺相对传统的生化工艺具有如下优势：

· 出水水质好

反渗透膜对各项污染物都具有极高的去除率，出水水质好，对于出水水质要求不高的情况，可以使用纳滤膜；

· 出水稳定，受外界因素影响小

由于影响膜系统截留率的因素较少，所以系统出水水质很稳定，不受可生化性、炭氮比等因素的影响，对于处理不宜采用生化处理的老垃圾场渗滤液有着很大的优势；

· 运行灵活

DT膜系统作为一套物理分离设备，操作十分灵活，可以连续运行，也可间歇运行，还可以调整系统的串并联方式，来适应水质水量的要求；

· 建设周期短，调试、启动迅速

DT膜系统的建设主要为机械加工，附以配套的厂房、水池建设，规模很小，建设速度快。设备运抵现场后只需两周左右的时间安装调试工作就可完成；

· 自动化程度高，操作运行简便

DT膜系统为全自动式，整个系统设有完善的监测、控制系统，PLC可以根据传感器参数自动调节，适时发出报警信号，对系统形成保护，操作人员只需根据操作手册查找错误代码排除故障，对操作人员的经验没有过高的要求；

· 占地面积小

DT膜系统为集成式安装，附属构筑物及设施也是一些小型构筑物，占地面积很小；

· 可移动性能强

可以安装在集装箱内，也可以安装在厂房里，一个项目结束后可以移至其它项目继续使用。

· 运行费用低

在达到高水平的排放标准的前提下，相对于其它工艺，投资省、运行费用低。在同样可以达到一级标准的MBR＋单级RO和两级DTRO中，两级DTRO投资及运行费用要远低于MBR+RO。

四、现场运行效果

（一）设备照片

图6.膜组件照片

图7.控制及清洗系统 

说明：

科芮昂Caryonpower DTRO撬装式设备由高压柱塞泵、循环增压泵、化学清洗泵、膜组件、化学清洗水箱、阀门、仪表及控制系统构成，模块化设计，占地面积较小。