新型垃圾滲濾液蒸發(fā)法處理技術(shù)研究

林峪如 呂全偉 莫榴 李玉

摘 要：滲濾液是一種成分復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水，未經(jīng)處理的滲濾液流經(jīng)地表或滲入地下水后，會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。本文提出了一種基于MVR和旋膜蒸發(fā)法的協(xié)同處理垃圾滲濾液新技術(shù)，綜合了MVR高效節(jié)能降耗、處理量大及旋膜蒸發(fā)器處理效率高的優(yōu)點(diǎn)，并利用垃圾焚燒發(fā)電的煙道余熱作為旋膜蒸發(fā)器的熱源。研制出新型垃圾滲濾液處理裝置，實(shí)驗(yàn)表明，滲濾液處理后，CODcr、BOD5濃度、氨氮、金屬等含量大幅度降低，達(dá)到或超過(guò)工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)，最終實(shí)現(xiàn)了滲濾液連續(xù)、高效、低成本的無(wú)害化處理。

關(guān)鍵詞：滲濾液；MVR；煙道余熱；旋膜蒸發(fā)

生活垃圾在填埋場(chǎng)和焚燒發(fā)電廠的料坑中，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的堆放、發(fā)酵將會(huì)產(chǎn)生大量的垃圾滲濾液。滲濾液是一種成分復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水，其主要有機(jī)污染物達(dá)63種[ 1 ] ，CODcr、BOD5濃度、氨氮、金屬等含量高，滲濾液中的氮多以氨氮形式存在[ 2 ]。未經(jīng)處理的滲濾液流經(jīng)地表或滲入地下水后，會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，垃圾滲濾液?jiǎn)栴}已嚴(yán)重影響了我國(guó)垃圾處理事業(yè)的健康發(fā)展。垃圾滲濾液處理技術(shù)主要有生物處理技術(shù)、膜處理技術(shù)、干化（蒸發(fā)）處理技術(shù)、焚燒處理技術(shù)等[ 3 ]。現(xiàn)有的垃圾發(fā)電廠的滲濾液多釆用膜處理技術(shù)進(jìn)行處理，干化（蒸發(fā)）處理技術(shù)正逐漸成為處理垃圾滲濾液的有效方式。本文提出和開(kāi)發(fā)了一款基于MVR（機(jī)械蒸汽再壓縮）和旋膜蒸發(fā)法的協(xié)同處理處理垃圾滲濾液的新工藝，綜合了MVR高效節(jié)能降耗、處理量大及旋膜蒸發(fā)器處理效率高的優(yōu)點(diǎn)，并利用垃圾焚燒發(fā)電的煙道余熱作為旋膜蒸發(fā)器的熱源，最終實(shí)現(xiàn)了滲濾液連續(xù)、高效、低成本的無(wú)害化處理。

1 基于MVR+旋膜蒸發(fā)法的垃圾滲濾液處理工藝

1.1 蒸發(fā)法滲濾液處理工藝

蒸發(fā)技術(shù)處理垃圾滲濾液是一種利用物理分離原理實(shí)現(xiàn)污染物與水分離的處理技術(shù)[ 4 ]。蒸發(fā)處理后，垃圾滲濾液分離成相對(duì)潔凈的可以排放的液相流和含有污染物的固相。蒸發(fā)法處理垃圾滲濾液具有對(duì)水質(zhì)水量變化適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)生濃縮液少（可把滲濾液濃縮到不足原液體積2%～10%）等特點(diǎn)[ 5 ]。

分別在酸性、堿性和原液條件下進(jìn)行蒸發(fā)法處理工藝的實(shí)驗(yàn)研究，蒸發(fā)時(shí)間為1300min，濃縮倍數(shù)為6-7倍，收集的冷凝液中CODcr濃度和NH3-N濃度分別如圖1，2所示。在堿性、酸性和原液條件下，冷凝液中的 CODcr濃度分別從100mg/L降低到20mg/L、175mg/L降低到38mg/L、150mg/L降低到30mg/L，且均在400min之后逐漸穩(wěn)定。在堿性和原液條件下，從0-200min，冷凝液中的 NH3-N濃度分別從4500mg/L急劇降低到1650mg/L。而在200-400min階段，1650mg/L降低到1250mg/L，下降速度遠(yuǎn)低于于前段。在400min之后，NH3-N濃度逐漸穩(wěn)定在1200mg/L左右。在酸性條件下，滲濾液中的NH3-N與酸直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，NH3-N的濃度幾乎為零，隨著時(shí)間和溫度的變化NH3-N的濃度不變，最終冷凝液中的NH3-N為零。

垃圾滲濾液中溶于水的有機(jī)雜質(zhì)的蒸發(fā)溫度遠(yuǎn)高于純水的蒸發(fā)溫度，利用外加能量蒸發(fā)垃圾滲濾液，垃圾滲濾液中的水分會(huì)在一定的溫度和壓力下先于污染物被蒸發(fā)，冷凝后成為干凈水。而重金屬和無(wú)機(jī)物以及大部分有機(jī)物的揮發(fā)性均比水弱，因此絕大部分污染物聚集在殘余濃縮液中，只有部分揮發(fā)性烴、揮發(fā)性有機(jī)酸和氨等污染物會(huì)進(jìn)入蒸氣，最終存在于冷凝液中[ 6 ]。

垃圾滲濾液的蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)表明，蒸發(fā)前段，冷凝液中的 CODcr和NH3-N濃度濃度相對(duì)較高，隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，CODcr和NH3-N濃度等污染物逐漸降低且逐漸穩(wěn)定，低于《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-2008）的排放標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了蒸發(fā)處理垃圾滲濾液的可行性，并對(duì)工程上應(yīng)用MVR+旋膜蒸發(fā)組合工藝處理垃圾滲濾液提供了理論和技術(shù)依據(jù)。

1.2 基于MVR+旋膜蒸發(fā)法的垃圾滲濾液處理工藝

如圖3所示為基于MVR+旋膜蒸發(fā)法的垃圾滲濾液處理工藝流程圖。垃圾滲濾液經(jīng)過(guò)濾器去除大顆粒固體雜質(zhì)，液體進(jìn)入MVR實(shí)現(xiàn)原液的濃縮及蒸發(fā)，產(chǎn)生的不凝結(jié)氣體進(jìn)入垃圾焚燒爐高溫焚燒，產(chǎn)生的凝結(jié)氣體進(jìn)入離子交換器后，氨氮被截留，使出水氨氮達(dá)標(biāo)排放。經(jīng)過(guò)MVR處理獲得的滲濾液濃液再進(jìn)入旋膜蒸發(fā)器蒸發(fā)，得到的冷凝液再進(jìn)入MVR，得到的滲濾液固體殘?jiān)鼊t進(jìn)入垃圾焚燒爐高溫焚燒，實(shí)現(xiàn)了滲濾液的無(wú)害化處理。

MVR是利用壓縮機(jī)的增壓升溫原理，經(jīng)特殊流體設(shè)計(jì)而成的蒸汽壓縮型廢水蒸發(fā)濃縮工藝系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，可將密閉容器內(nèi)的廢水加熱生成蒸汽，蒸汽在通過(guò)壓縮機(jī)時(shí)被壓縮增壓升溫為大于104℃的高壓氣體，這種增壓氣體可作為再生熱源而循環(huán)應(yīng)用于對(duì)原水的熱傳遞和蒸發(fā)，同時(shí)自身在傳熱過(guò)程中迅速冷卻，并最終成為可回用的冷凝水[ 7 ]。

旋膜蒸發(fā)器的工藝是滲濾液通過(guò)管道進(jìn)入分布器腔體，再通過(guò)均勻分布的孔噴入內(nèi)筒中。一方面在重力的作用下，向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在刮板的作用下均勻攤薄在內(nèi)筒壁上，并重復(fù)攤薄-清掃-攤薄的過(guò)程，另一方面在內(nèi)筒傳導(dǎo)熱量作用下，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)-濃縮-干燥過(guò)程。

本文提出了基于MVR+旋膜蒸發(fā)法的協(xié)同處理垃圾滲濾液新工藝，整個(gè)工藝流程中無(wú)有害物質(zhì)產(chǎn)生和排放。其特點(diǎn)在于匯聚了MVR高效節(jié)能降耗、處理量大的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)利用垃圾焚燒發(fā)電的煙道余熱作為旋膜蒸發(fā)器的熱源，實(shí)現(xiàn)了能源的二次利用，同時(shí)發(fā)揮了旋膜蒸發(fā)器處理效率高的優(yōu)點(diǎn)。最終實(shí)現(xiàn)了滲濾液連續(xù)、高效、低成本的無(wú)害化處理。

2 旋膜蒸發(fā)器設(shè)計(jì)

如圖4所示為旋膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、料液分布器、刮板、內(nèi)筒、外筒、氣液管道及連接法蘭組成，其中的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、減速器、軸承座、聯(lián)軸器、旋轉(zhuǎn)主軸組成。

工作原理：

其一是滲濾液通過(guò)管道進(jìn)入分布器腔體，再通過(guò)均勻分布的孔噴入內(nèi)筒中。一方面在重力的作用下，向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在刮板的作用下均勻攤薄在內(nèi)筒壁上，并重復(fù)攤薄-清掃-攤薄的過(guò)程，另一方面在內(nèi)筒傳導(dǎo)熱量作用下，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)-濃縮-干燥過(guò)程。產(chǎn)生的二次蒸汽再進(jìn)入MVR二次蒸發(fā)，殘?jiān)鼊t通過(guò)最下面的管道閥門(mén)輸送進(jìn)入焚燒爐焚燒。

其二是電機(jī)通電后高速旋轉(zhuǎn)，在經(jīng)過(guò)減速器后轉(zhuǎn)速降低而輸出的扭矩增大，再通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)刮板旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

其三是通過(guò)焚燒爐余熱煙氣管道加熱的干凈氣體通過(guò)管道進(jìn)入內(nèi)筒與外筒之間的夾套，對(duì)流換熱加熱內(nèi)筒外壁，再經(jīng)過(guò)熱傳導(dǎo)對(duì)內(nèi)筒的滲濾液實(shí)現(xiàn)加熱，由于夾套內(nèi)的氣體與滲濾液及其干燥時(shí)產(chǎn)生的氣體相對(duì)獨(dú)立，不會(huì)被二次污染，循環(huán)加熱或直接排放。在主軸圓周方向?qū)ΨQ布置有2對(duì)刮板。

研制開(kāi)發(fā)的基于煙氣余熱的旋膜蒸發(fā)器，主要的工作參數(shù)為：采用煙道余熱作為熱源，溫度為95℃-105℃，滲濾液的濃縮液處理量為380mL/min，刮板旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速是30-60r/min。系統(tǒng)的傳熱系數(shù)高，蒸發(fā)強(qiáng)度大，節(jié)約能源達(dá)到30%。

3 MVR+旋膜蒸發(fā)組合工藝實(shí)驗(yàn)

MVR的處理量為0.1t/h-0.3t/h，處理溫度為60℃-100℃，實(shí)驗(yàn)表明最佳處理溫度為75℃。

MVR+旋膜蒸發(fā)組合處理垃圾滲濾液中，工況一選擇的刮板旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速是40r/min，工況二選擇的刮板旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速是50r/min，工況三選擇的刮板旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速是60r/min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示，出水水質(zhì)的PH值在7.4左右，CODcr濃度在14mg/L左右，為原液濃度的1%，BOD5濃度在6.7mg/L左右，約為原液濃度的0.8%，其余各指標(biāo)均達(dá)到《生化垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-2008）排放標(biāo)準(zhǔn)，可以有效地濃縮處理垃圾滲濾液。

4 結(jié)論

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了蒸發(fā)法處理垃圾滲濾液的可行性，為MVR+旋膜蒸發(fā)組合工藝提供了理論和技術(shù)依據(jù)。實(shí)驗(yàn)表明，隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，CODcr和NH3-N濃度等污染物逐漸降低且逐漸穩(wěn)定，低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

研制出的基于MVR和旋膜蒸發(fā)法的協(xié)同處理垃圾滲濾液新技術(shù)，該技術(shù)綜合了MVR高效節(jié)能降耗、處理量大及旋膜蒸發(fā)器處理效率高的優(yōu)點(diǎn)。MVR蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)滲濾液原液的蒸發(fā)及濃縮，濃液再進(jìn)入旋膜蒸發(fā)器進(jìn)一步蒸發(fā)、分離處理。旋膜蒸發(fā)器以煙道余熱作為熱源，實(shí)現(xiàn)了滲濾液濃液的連續(xù)攤薄、蒸發(fā)、鏟掉一體化作業(yè)，提高了濃液蒸發(fā)、分離效率。

利用研制的處理技術(shù)及裝置處理滲濾液后，CODcr、BOD5濃度、氨氮、金屬等含量大幅度降低。該技術(shù)在處理過(guò)程中無(wú)廢水、廢氣和廢渣排出，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，排放出的冷凝水達(dá)到或超過(guò)工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)垃圾滲濾液的連續(xù)、高效、低成本的無(wú)害化處理，是一種有應(yīng)用和推廣價(jià)值的工程技術(shù)。

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作者簡(jiǎn)介：

林峪如（1999-），女，漢族，四川威遠(yuǎn)人，重慶市樹(shù)人中學(xué)在讀高中生。