MVC工藝處理生活垃圾中轉站滲瀝液的試驗研究*

余召輝，陳浩泉，蘭思杰，趙由才

（1.同濟大學環境科學與工程學院污染控制與資源化研究國家重點實驗室，上海 200092；2.上海環境工程技術有限公司，上海 200070）

機械壓縮蒸發（Mechanical Vapor Compression，MVC） 技術由美國艦船海水淡化研究所研發，距今已有40多a的應用歷史。以MVC為核心的滲瀝液處理技術，操作管理簡單，占地面積小，運行成本低；清水產生率在90%以上，濃縮液只占滲瀝液總量的2%～10%，對水質適應性強；采用管道外蒸發方式，容易去除垢物。該技術已在潮州、潭口、興寧市多個垃圾填埋場成功應用，為我國垃圾滲瀝液處理技術開辟了新途徑［1-2］。采用MVC技術處理垃圾中轉站新鮮滲瀝液的研究還未有報道。筆者以上海蘊藻浜垃圾中轉站為例，介紹MVC工藝處理中轉站新鮮滲瀝液的相關情況。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗裝置與方法

利用MVC技術處理垃圾中轉站滲瀝液的工藝流程如圖1所示，其核心是MVC高效蒸發器，處理量是25 t/d。滲瀝液首先進入絮凝和超濾的預處理系統。預處理的作用是降低滲瀝液中的SS和硬度，以延緩MVC蒸發裝置結垢。預處理過程首先用氫氧化鈉溶液調節滲瀝液的pH為8.0，然后添加質量分數為1%的聚合氯化鋁鐵（PAFC）絮凝劑，充分攪拌，靜置15 min，將上清液排入超濾設備。超濾單元的過濾膜孔徑為0.05～0.1 μm，操作壓力為0.3 MPa，膜通量為200 L/（m2·h）。

圖1 MVC技術處理中轉站滲瀝液的工藝流程

預處理系統出水進入脫氣塔，從脫氣塔上部噴淋，脫氣塔內部是換熱管道，已經經過熱交換器回收熱量的濃縮液和蒸餾水分別從管內流過，進一步回收濃縮液和蒸餾水的熱量，預熱管外的滲瀝液。滲瀝液經過脫氣塔后溫度提高3～10℃，同時一部分易揮發的有機物從滲瀝液中分離出來，排入空氣。

脫氣塔出水進入蒸餾水板式熱交換器和濃縮液板式熱交換器，回收蒸餾水和濃縮液中的熱量，同時提高滲瀝液進水的溫度至95～100℃，使其以接近沸點的溫度進入MVC蒸發器主體。

預熱至沸點的滲瀝液進入MVC蒸發器底部的熱井，與濃縮液混合，由循環泵輸送至MVC蒸發器頂部噴淋而出，在換熱管道表面形成薄膜蒸發，換熱管內是由壓縮機加壓升溫后的水蒸氣，該水蒸氣的溫度能達到（103±1）℃。經過熱量交換后，滲瀝液中的大部分水分、小于或接近水的沸點的有機物形成蒸汽，從蒸發器頂部排出，進入蒸氣壓縮機；不易揮發的有機物、無機物和重金屬離子等形成濃縮液，進入熱井；換熱管內的水蒸氣被冷卻為蒸餾水。濃縮液和蒸餾水分別通過熱交換器回收熱量。水蒸氣經過壓縮機后，成為過熱蒸氣，用過熱蒸汽直接加熱會引起傳熱惡化，必須在壓縮蒸汽出口噴入適量的飽和溫度蒸餾水，以消除過熱蒸汽的過熱度，轉化為同壓力下的飽和蒸汽，再進入MVC蒸發器主體的換熱管內［3］。

蒸汽壓縮機是整套MVC蒸發裝置的主要能源來源。蒸汽發生器用于提供開機時的蒸汽和熱量。

1.2 水樣采集和測試

實驗在2013年1—3月進行，每天在預處理系統出水口、MVC濃縮液出水口、MVC蒸餾清水出水口取樣，分析水樣的pH、SS、CODCr、NH3-N、TN、TP。選取了3月19日至27日連續9 d的水樣作為分析依據。

pH采用玻璃電極法（PHS-3C，上海雷磁儀器廠）；SS采用重量法（GB 11901—1989），CODCr采用重鉻酸鉀法（GB 11914—1989），NH3-N采用納氏試劑分光光度法（HJ 535—2009），TN采用TOC-TN分析儀（島津 TOC V-CPN），TP采用鉬酸銨分光光度法（GB 11893—1989）。

2 結果與討論

2.1 MVC工藝的進出水水質

表1是蘊藻浜垃圾中轉站采用MVC工藝處理新鮮滲瀝液的進出水水質。垃圾中轉站的滲瀝液由于產生時間短，水質與填埋場滲瀝液不同，其特點有：①pH呈酸性，其值為4～5；②CODCr極高，BOD5/CODCr超過0.4，有較好的生物降解特性；③NH3-N含量低，TN含量高。由表1可知，經過MVC工藝處理后，滲瀝液中色度、SS、NH3-N、TP達到GB 16889—2008中表3的排放標準，CODCr和TN還需要進一步處理。

表1 滲瀝液水質對比

2.2 清水產生率

清水產生率是衡量滲瀝液處理工藝的一項重要參數，直接影響到工藝是否具有工程應用價值。根據MVC系統自身安裝的流量計記錄的數據，MVC裝置的清水率穩定在90%以上，如圖2所示。這說明MVC裝置用于處理垃圾中轉站滲瀝液，可以比MBR+NF/RO法產生更少的濃縮液，具有工程推廣應用的優勢。

圖2 MVC裝置的清水產生率

2.3 SS

滲瀝液中SS含量是MVC技術中的重要指標，SS含量過高會造成MVC蒸發系統管道過早結垢，降低傳熱效率，增加能量消耗和清水產生率。從圖3可以看出，MVC裝置可去除滲瀝液中的SS。

圖3 MVC裝置運行過程中各環節的SS

預處理出水的SS為481～706 mg/L。蒸餾清水采用孔徑為0.45 μm的濾膜過濾后，濾膜上無殘渣，即MVC裝置的蒸餾清水中SS低于方法檢測限。濃縮液中SS在2 386 mg/L之上，最高達到7 054 mg/L。實驗結果表明，進入MVC裝置的滲瀝液SS波動情況不會影響蒸餾清水的SS，而且清水的SS一直接近于0 mg/L，對SS的去除率達到99.9%以上。這是因為MVC蒸發過程中，滲瀝液中的懸浮固體不能隨水蒸氣揮發，全部保留在濃縮液中。

2.4 CODCr

MVC裝置對滲瀝液中CODCr的去除率穩定在95%以上，不受進水CODCr波動的影響，如圖4所示。垃圾中轉站新鮮滲瀝液的CODCr為13 000～28 000 mg/L，蒸餾清水的CODCr為158～784 mg/L，對CODCr去除率達到95.39%～99.15%。濃縮液的CODCr為25 786～74 480 mg/L，與預處理后的滲瀝液相比，CODCr提高1.47～3.19倍。MVC蒸發器排放的清水還含有較高濃度的有機物，這些物質主要是小分子易揮發的有機物，需要經過進一步的處理，如反滲透（RO）、納濾（NF）、離子交換（DI）、活性炭吸附等物理、化學工藝，才能達到相應的排放標準或回用標準。MVC裝置的濃縮液量與RO/NF膜處理工藝相比大幅度降低，但是該工藝的濃縮液中有機物濃度卻提高更多，需要對濃縮液的處理進行深入研究。

圖4 MVC裝置運行過程中各環節的CODCr

2.5 NH3-N和TN

滲瀝液中氮、磷元素含量過高，可能造成接納水體富營養化，因此必須嚴格控制滲瀝液出水中氮、磷總量。垃圾中轉站的新鮮滲瀝液中NH3-N含量低，TN含量高，這是因為TN中的一部分氮元素以蛋白質等形態存在，未被分解為NH3-N等小分子的含氮物質。從圖5～6可以看出，經過預處理后的滲瀝液NH3-N為和TN分別是10.37～18.04 mg/L、27～2 076 mg/L。蒸餾清水的NH3-N、TN為2.20～3.10mg/L、4～133mg/L，相比于預處理出水，二者的去除率依次是76.35%～82.56%和91.41%～99.52%。濃縮液的NH3-N為12.60～32.60 mg/L，TN為1 478～4 460 mg/L。GB 16889—2008對需要嚴格控制污染地區的滲瀝液中氮元素含量的特別排放限值是：TN＜20 mg/L，NH3-N＜8 mg/L。可見，清水中的NH3-N可以完全達標，而TN只有在裝置運行工況較好時可以達到特別排放限值標準。因此，新鮮滲瀝液宜密封儲存一定時間，使大分子有機物轉化為小分子的含氮物質，再經過MVC裝置處理，會使滲瀝液的NH3-N和TN去除率得到進一步提高。

圖5 MVC裝置運行過程中各環節的NH3-N

圖6 MVC裝置運行過程中各環節的TN

2.6 TP

磷元素是重要的營養元素之一。從圖7可以看出，預處理出水的TP是4.05～16.52 mg/L，MVC清水的TP是0.01～0.67 mg/L，與預處理出水相比，TP去除率達到91.2%～99.9%。濃縮液中TP較預處理出水明顯升高，為7.14～17.54 mg/L，提高了1.1～2.7倍。這是因為在MVC主體內，當滲瀝液中的水分和易揮發的有機物質以氣體形式脫離滲瀝液時，滲瀝液中的含磷物質不能隨水分蒸發，最終殘留在濃縮液中。可見MVC工藝對于滲瀝液中磷元素的去除有獨特的效果。

圖7 MVC裝置運行過程中各環節的TP

2.7 運行成本

本試驗項目中采用MVC工藝處理滲瀝液的規模是25 t/d，設計清水產生率是90%以上，經過連續運行，設備可以達到較好的處理效果，其運行費用見表2。

表2 MVC技術處理滲瀝液的運行成本核算

3 結論與建議

1）MVC工藝處理垃圾中轉站滲瀝液的清水產生率達到90%以上，清水中SS低于檢測限，CODCr為 158～784 mg/L， TOC 為 14～200 mg/L，NH3-N為2.20～3.10 mg/L，TN為4～133 mg/L，TP為0.01～0.67 mg/L，去除率依次為：99.9%、95.39%～99.15%、96.18%～99.83%、76.35%～82.56%、91.41%～99.52%和91.2%～99.9%，對污染物有較好的去除效果，尤其是SS、NH3-N、TP水質指標達到GB 16889—2008中表3的要求。MVC工藝比膜處理法具有更大的工程推廣應用優勢。

2）單獨使用MVC技術不能使滲瀝液完全達標排放，應該進一步研究MVC技術與離子交換、化學氧化、物理吸附等組合工藝，使滲瀝液達到相應的排放標準或回用標準。MVC工藝產生的少量含高濃度有機物的濃縮液需要進行專門的處理，也需要研究者進行深入研究。

［1］王彩虹，陳偉雄，譚潤宇，等.機械蒸發-離子交換銨回收工藝在垃圾滲濾液處理中的應用［J］.環境工程，2010，36（11）：40-42.

［2］汪梅.垃圾填埋場滲濾液的MVC蒸發處理工藝介紹［J］.廣東化工，2011，38 （7）：122.

［3］張立奎.熱泵蒸發及其在濃縮垃圾滲濾液中應用的初探［J］.環境工程，2011（S1）：294-297.