垃圾焚燒發電廠滲濾液NF濃縮液蒸發處理的試驗研究

褚貴祥，鄒 琳

(1.中國能源建設集團黑龍江省電力勘察設計研究院，哈爾濱150078;2.哈爾濱工業大學建筑設計研究院，哈爾濱150090)

目前，瑞士Uttigen市垃圾滲濾液處理廠采用四級閃蒸法處理垃圾滲濾液，在優化操作條件后，CODCr和 NH3－N的去除率分別達到 99.5%和98.5%［1］。芬蘭拉赫蒂垃圾滲濾液處理廠采用負壓蒸發法處理垃圾滲濾液，冷凝液CODCr濃度低于30 mg/L，NH3－ N 濃度為 0.6 mg/L［2］。中國也有一些蒸發法處理垃圾滲濾液的文獻報道［3－5］，如岳東北等［4］采用兩級浸沒燃燒蒸發工藝處理反滲透產生的濃縮液，在系統優化穩定運行后，冷凝液的CODCr和 NH3－N濃度分別小于 230 mg/L和25 mg/L。但是這些傳統蒸發技術往往能耗較高，導致處理成本高于傳統物化法與生化法的組合工藝。本文提出了MVC蒸發處理技術，并以北京阿蘇衛城市生活垃圾綜合處理廠的垃圾滲濾液為對象進行試驗研究，采用MVC蒸發技術處理技術對NF濃縮液進行濃縮處理，試驗結果表明，該技術節能效果顯著，可以降低蒸發處理成本。

1 試驗裝置和方法

1.1 原水

北京阿蘇衛城市生活垃圾綜合處理廠垃圾滲濾液(400 m3/d)經過水力篩網進入調節池，完成水量、水質的調節;用泵提升進入混凝沉淀池，在混凝沉淀池去除水中大部分懸浮物后，出水由泵提升至UASB單元;在UASB中去除大部分有機物，保證后續好氧系統的穩定運行。UASB出水自流進入一級AO－MBR池，在AO－MBR池中去除有機物、氨氮等污染物，出水自流進入高級氧化處理單元，將生物難降解的有機物分解，提高可生化性，出水用泵提升至二級AO－MBR池，經再次生化反應和膜過濾后送至儲水罐。儲水罐中的處理水再使用NF、臭氧氧化和活性炭吸附等深度處理工藝，使出水達到排放與回用標準，根據實際需求進行回用(如作為污泥壓濾機的沖洗水等)。NF車間產生的濃縮液部分回噴至發酵車間，部分回流至原水調節池。

垃圾滲濾液的處理中常常設置膜處理車間，該車間一般使用NF膜對生化法處理后的滲濾液進行深度處理，本試驗以NF車間的濃縮液為處理對象，取自北京阿蘇衛城市生活垃圾綜合處理廠滲濾液處理站中膜處理車間的NF濃縮液，該NF濃縮液呈棕褐色，氣味較重，原水水質如表1所示。

表1 原水水質Tab.1 Raw water quality

1.2 預處理工藝的選擇

垃圾焚燒發電廠的滲濾液NF的濃縮液具有高堿度和高硬度的特點，這類污水在蒸發處理時，頻繁出現結垢現象，所以提出兩種解決蒸發器結垢的方法。

1)向NF濃縮液中加堿(NaOH或生石灰)，將pH調節到12.5以上，使NF濃縮液中的絕大多數硬度物質沉淀。此方法在消耗大量堿的同時產生大量的泥渣。如用NaOH調節pH，每噸NF濃縮液需要消耗 NaOH 8 kg以上，NaOH的價格按3000元/t計算，僅NaOH的藥劑費用為24元/m3NF濃縮液，同時去除硬度會產生沉淀，增加了污泥脫水的運行費用。如用生石灰調節pH，藥劑費雖比NaOH要低一些，但會產生更多的污泥。本試驗不選擇加堿去除硬度的方法。

2)向NF濃縮液中加鹽酸，將pH降低到4以下，使碳酸根和重碳酸根都轉化為CO2，通過曝氣將CO2從液相中吹脫出來，使NF濃縮液轉化成易溶解的氯化物體系，如 NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2等，同時消除暫時硬度。這種方法能夠緩解NF濃縮液在蒸發過程的結垢問題，延長MVC的連續工作時間，運行成本較低。因此，本試驗選擇加酸的預處理方法。

MVC預處理目的是降低NF濃縮液中的碳酸根和碳酸氫根，對其他水質指標并無要求。因此，預處理的出水只需要考核堿度(指碳酸鹽堿度+重碳酸鹽堿度)和 pH值。目標出水水質:堿度≤100 mg/L(以CaO計算)，pH為6～7。

1.3 試驗裝置

試驗裝置如圖1所示，其設計流量為2.5 t/h。

圖1 試驗裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of experimental device

NF濃液依次經過鹽酸投加單元、預吹脫單元、脫碳塔單元、NaOH投加單元、中和單元和MVC單元。MVC蒸發裝置原理圖如圖2所示。

吹脫槽和中和槽共用羅茨鼓風機進行吹脫和曝氣攪拌，脫碳塔設置獨立的離心風機和填料對溶液中的CO2進行吹脫。

MVC使水分子從NF濃縮液中蒸發分離，原水中非揮發性污染物則繼續留在蒸發濃縮液中，如滲濾液中的重金屬、無機物以及大部分有機物等。只有部分揮發性烴、揮發性有機酸和氨等污染物會進入水蒸汽，由于MVC的冷凝溫度范圍很小，只有沸點和水非常接近的物質才會被壓縮冷凝并最終溶于冷凝液中，故MVC冷凝溫度范圍外的揮發性物質隨MVC的不凝氣體排出系統。

圖2MVC裝置原理圖Fig.2 MVC device schematic

1.4 分析項目和方法

試驗裝置24 h連續運行，每天取樣分析，測定方法均參照文獻［6］。

2 試驗結果及分析

利用MVC處理NF濃縮液，實際的處理效果非常令人滿意，可以對NF濃縮液進行10倍以上的濃縮，產生蒸餾水的水質優于要求的排放標準(COD＜20 mg/L，NH3－N ＜1 mg/L)。

由于NF濃縮液中的堿度和硬度都非常高，其中重碳酸鹽堿度在總堿度中占有絕對的比例。在蒸發過程中，碳酸氫根會受熱分解，產生碳酸根離子，與NF濃縮液的硬度物質發生反應生成大量的垢類物質，造成蒸發器出現嚴重的結垢現象，需要頻繁清洗。為了延長蒸發器的連續工作時間，必須尋找解決蒸發器結垢的有效方法。

2.1 去除效果分析

由于氨氮與水的親和力較強，部分蒸發的氨氮又會重新溶于冷凝水中，所以在MVC工藝處理NF濃液的過程中氨氮的去除能力較低。從試驗數據來看，北京阿蘇衛城市生活垃圾綜合處理廠滲濾液處理站中NF濃縮液蒸發處理后，氨氮濃度較低，是因為在MVC處理之前，原水已經過二級AO－MBR處理，在此過程中大部分氨氮已被去除。在一些垃圾填埋場滲濾液直接蒸發處理的工程項目中，以及MVC工藝后往往增設離子交換裝置，用于去除再次溶于冷凝水的氨氮。

本試驗采用的加酸預處理方法，可以有效地減少MVC蒸發裝置消泡劑和阻垢劑的使用量，降低MVC蒸發裝置運行費用，延長MVC蒸發裝置的連續運行時間。

2.2 氣水比對NF濃縮液蒸發預處理的影響

加酸預處理的方法在預處理過程中必須使用曝氣吹脫去除CO2，要精確控制吹脫槽的氣水比和脫碳塔的氣水比，中和槽混合均勻需要控制合適的氣水比。因為在實際運行的過程中，如果氣水比過小，就無法發揮吹脫去除CO2、均勻攪拌的作用;如果氣水比過大，就會使脫碳塔填料被吹出塔外，吹脫槽和中和槽泡沫溢出。

在試驗過程中對不同氣水比進行了研究:吹脫槽和中和槽應保持較低的氣水比(100% ～200%)，脫碳塔只要保證填料不被吹出塔外，就可以適當提高氣水比(＞400%)。

對于泡沫溢出的問題，可以在吹脫槽和中和槽上方安裝倒置漏斗型的泡沫提取器，就可以起到提高氣水比、增強吹脫CO2和均勻攪拌的效果。泡沫提取器能將溢出的泡沫進行收集，由于泡沫液膜中物質濃度遠高于溶液中的物質濃度，泡沫提取器在收集泡沫的同時可以對NF濃縮液進行濃縮，進一步強化了預處理的效果。

2.3 運行費用的估算

運行費估算以藥劑費和電費為主要影響因素。

2.3.1 藥劑費

鹽酸用量為6 kg/m3NF濃縮液，37%的濃鹽酸的價格以700元/t計算，則鹽酸的費用為11.35元/m3NF濃縮液。

NaOH用量為0.1 kg/m3NF濃縮液，NaOH價格以3500元/t計算，則NaOH費用為0.35元/m3NF濃縮液。

2.3.2 電費

初步估算，NF濃縮液的電耗為3.5 kW·h/t，電價按照0.8元/kW·h計算，則電費為2.8元/m3NF濃縮液。

2.3.3 運行費用

藥劑費和電費合計，預處理的直接運行成本為14.5元/m3NF濃縮液，MVC處理工藝在同類型的蒸發處理技術中較為經濟。

3 結論

1)在MVC蒸發預處理工藝中應首選加酸預處理的方法。

2)控制好預處理系統的氣水比至關重要，如果氣水比過高，就應在吹脫槽和中和槽中設置泡沫提取器，或者采用其他混合方式(如機械攪拌)。

3)MVC蒸發處理的出水水質較好，但是在提高連續運行時間的問題上還需改進。

4)MVC可以簡化處理流程，降低處理成本，實現出水穩定，達標排放。

［1］ D.R.BIRCHLER，M.W.MILKE，A.L.MARKS，et al.Landfill leachate treatment by evaporation［J］.Journal of Environmental Engineering，1994(120):1109 －1131.

［2］ M.ETTALA.Full－scale leachate treatment using new evaporation technology［J］.Water Res，2003(24):2236 － 2245.

［3］ XU Y D，YUE D B，YI ZHU，et al.Fractionation of dissolved organic matter in mature landfill leachate and its recycling by ultrafiltration and evaporation combined processes［J］.Chemosphere，2006(64):903－911.

［4］ 岳東北，許玉東，何亮，等.浸沒燃燒蒸發工藝處理濃縮滲濾液［J］.中國給水排水，2005，21(7):71 －73.YUE Dongbei，XU Yudong，HE Liang，et al.Submerged combustion evaporation press for treatment of concentrated leachate［J］.China Water＆ Wastewater，2005，21(7):71 －73.

［5］ 岳東北，許玉東，諸毅，等.蒸發過程早期滲濾液有機酸揮發規律研究［J］.環境科學，2007，28(4):897 －901.YUE Dongbei，XU Yudong，CHU Yi，et al.Vaporzationg of organic acids from young landfill leachate during evaporation［J］.Environmental Science，2007，28(4):897 －901.

［6］ 國家環境保護總局《水和廢水監測分析方法》編委會.水和廢水監測分析方法(第四版)［M］.北京:中國環境科學出版社，2002.