新型垃圾滲濾液蒸發法處理技術研究

林峪如 呂全偉 莫榴 李玉

摘 要：滲濾液是一種成分復雜的高濃度有機廢水，未經處理的滲濾液流經地表或滲入地下水后，會對環境造成二次污染。本文提出了一種基于MVR和旋膜蒸發法的協同處理垃圾滲濾液新技術，綜合了MVR高效節能降耗、處理量大及旋膜蒸發器處理效率高的優點，并利用垃圾焚燒發電的煙道余熱作為旋膜蒸發器的熱源。研制出新型垃圾滲濾液處理裝置，實驗表明，滲濾液處理后，CODcr、BOD5濃度、氨氮、金屬等含量大幅度降低，達到或超過工業用水標準，最終實現了滲濾液連續、高效、低成本的無害化處理。

關鍵詞：滲濾液；MVR；煙道余熱；旋膜蒸發

生活垃圾在填埋場和焚燒發電廠的料坑中，經過長時間的堆放、發酵將會產生大量的垃圾滲濾液。滲濾液是一種成分復雜的高濃度有機廢水，其主要有機污染物達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 ]。未經處理的滲濾液流經地表或滲入地下水后，會對環境造成二次污染，垃圾滲濾液問題已嚴重影響了我國垃圾處理事業的健康發展。垃圾滲濾液處理技術主要有生物處理技術、膜處理技術、干化（蒸發）處理技術、焚燒處理技術等[ 3 ]。現有的垃圾發電廠的滲濾液多釆用膜處理技術進行處理，干化（蒸發）處理技術正逐漸成為處理垃圾滲濾液的有效方式。本文提出和開發了一款基于MVR（機械蒸汽再壓縮）和旋膜蒸發法的協同處理處理垃圾滲濾液的新工藝，綜合了MVR高效節能降耗、處理量大及旋膜蒸發器處理效率高的優點，并利用垃圾焚燒發電的煙道余熱作為旋膜蒸發器的熱源，最終實現了滲濾液連續、高效、低成本的無害化處理。

1 基于MVR+旋膜蒸發法的垃圾滲濾液處理工藝

1.1 蒸發法滲濾液處理工藝

蒸發技術處理垃圾滲濾液是一種利用物理分離原理實現污染物與水分離的處理技術[ 4 ]。蒸發處理后，垃圾滲濾液分離成相對潔凈的可以排放的液相流和含有污染物的固相。蒸發法處理垃圾滲濾液具有對水質水量變化適應性強、產生濃縮液少（可把滲濾液濃縮到不足原液體積2%～10%）等特點[ 5 ]。

分別在酸性、堿性和原液條件下進行蒸發法處理工藝的實驗研究，蒸發時間為1300min，濃縮倍數為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，下降速度遠低于于前段。在400min之后，NH3-N濃度逐漸穩定在1200mg/L左右。在酸性條件下，滲濾液中的NH3-N與酸直接發生化學反應，NH3-N的濃度幾乎為零，隨著時間和溫度的變化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雜質的蒸發溫度遠高于純水的蒸發溫度，利用外加能量蒸發垃圾滲濾液，垃圾滲濾液中的水分會在一定的溫度和壓力下先于污染物被蒸發，冷凝后成為干凈水。而重金屬和無機物以及大部分有機物的揮發性均比水弱，因此絕大部分污染物聚集在殘余濃縮液中，只有部分揮發性烴、揮發性有機酸和氨等污染物會進入蒸氣，最終存在于冷凝液中[ 6 ]。

垃圾滲濾液的蒸發實驗表明，蒸發前段，冷凝液中的 CODcr和NH3-N濃度濃度相對較高，隨著蒸發的進行，CODcr和NH3-N濃度等污染物逐漸降低且逐漸穩定，低于《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889-2008）的排放標準。實驗驗證了蒸發處理垃圾滲濾液的可行性，并對工程上應用MVR+旋膜蒸發組合工藝處理垃圾滲濾液提供了理論和技術依據。

1.2 基于MVR+旋膜蒸發法的垃圾滲濾液處理工藝

如圖3所示為基于MVR+旋膜蒸發法的垃圾滲濾液處理工藝流程圖。垃圾滲濾液經過濾器去除大顆粒固體雜質，液體進入MVR實現原液的濃縮及蒸發，產生的不凝結氣體進入垃圾焚燒爐高溫焚燒，產生的凝結氣體進入離子交換器后，氨氮被截留，使出水氨氮達標排放。經過MVR處理獲得的滲濾液濃液再進入旋膜蒸發器蒸發，得到的冷凝液再進入MVR，得到的滲濾液固體殘渣則進入垃圾焚燒爐高溫焚燒，實現了滲濾液的無害化處理。

MVR是利用壓縮機的增壓升溫原理，經特殊流體設計而成的蒸汽壓縮型廢水蒸發濃縮工藝系統的簡稱，可將密閉容器內的廢水加熱生成蒸汽，蒸汽在通過壓縮機時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應用于對原水的熱傳遞和蒸發，同時自身在傳熱過程中迅速冷卻，并最終成為可回用的冷凝水[ 7 ]。

旋膜蒸發器的工藝是滲濾液通過管道進入分布器腔體，再通過均勻分布的孔噴入內筒中。一方面在重力的作用下，向下運動，同時在刮板的作用下均勻攤薄在內筒壁上，并重復攤薄-清掃-攤薄的過程，另一方面在內筒傳導熱量作用下，實現蒸發-濃縮-干燥過程。

本文提出了基于MVR+旋膜蒸發法的協同處理垃圾滲濾液新工藝，整個工藝流程中無有害物質產生和排放。其特點在于匯聚了MVR高效節能降耗、處理量大的優點，同時利用垃圾焚燒發電的煙道余熱作為旋膜蒸發器的熱源，實現了能源的二次利用，同時發揮了旋膜蒸發器處理效率高的優點。最終實現了滲濾液連續、高效、低成本的無害化處理。

2 旋膜蒸發器設計

如圖4所示為旋膜蒸發器結構圖。系統由驅動系統、料液分布器、刮板、內筒、外筒、氣液管道及連接法蘭組成，其中的驅動系統由電機、減速器、軸承座、聯軸器、旋轉主軸組成。

工作原理：

其一是滲濾液通過管道進入分布器腔體，再通過均勻分布的孔噴入內筒中。一方面在重力的作用下，向下運動，同時在刮板的作用下均勻攤薄在內筒壁上，并重復攤薄-清掃-攤薄的過程，另一方面在內筒傳導熱量作用下，實現蒸發-濃縮-干燥過程。產生的二次蒸汽再進入MVR二次蒸發，殘渣則通過最下面的管道閥門輸送進入焚燒爐焚燒。

其二是電機通電后高速旋轉，在經過減速器后轉速降低而輸出的扭矩增大，再通過聯軸器帶動主軸旋轉，從而驅動刮板旋轉運動。

其三是通過焚燒爐余熱煙氣管道加熱的干凈氣體通過管道進入內筒與外筒之間的夾套，對流換熱加熱內筒外壁，再經過熱傳導對內筒的滲濾液實現加熱，由于夾套內的氣體與滲濾液及其干燥時產生的氣體相對獨立，不會被二次污染，循環加熱或直接排放。在主軸圓周方向對稱布置有2對刮板。

研制開發的基于煙氣余熱的旋膜蒸發器，主要的工作參數為：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，刮板旋轉轉速是30-60r/min。系統的傳熱系數高，蒸發強度大，節約能源達到30%。

3 MVR+旋膜蒸發組合工藝實驗

MVR的處理量為0.1t/h-0.3t/h，處理溫度為60℃-100℃，實驗表明最佳處理溫度為75℃。

MVR+旋膜蒸發組合處理垃圾滲濾液中，工況一選擇的刮板旋轉轉速是40r/min，工況二選擇的刮板旋轉轉速是50r/min，工況三選擇的刮板旋轉轉速是60r/min，實驗結果如表1所示，出水水質的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%，其余各指標均達到《生化垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889-2008）排放標準，可以有效地濃縮處理垃圾滲濾液。

4 結論

本文通過實驗驗證了蒸發法處理垃圾滲濾液的可行性，為MVR+旋膜蒸發組合工藝提供了理論和技術依據。實驗表明，隨著蒸發的進行，CODcr和NH3-N濃度等污染物逐漸降低且逐漸穩定，低于國家排放標準。

研制出的基于MVR和旋膜蒸發法的協同處理垃圾滲濾液新技術，該技術綜合了MVR高效節能降耗、處理量大及旋膜蒸發器處理效率高的優點。MVR蒸發器實現滲濾液原液的蒸發及濃縮，濃液再進入旋膜蒸發器進一步蒸發、分離處理。旋膜蒸發器以煙道余熱作為熱源，實現了滲濾液濃液的連續攤薄、蒸發、鏟掉一體化作業，提高了濃液蒸發、分離效率。

利用研制的處理技術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。該技術在處理過程中無廢水、廢氣和廢渣排出，不會產生二次污染，排放出的冷凝水達到或超過工業用水標準，能夠實現垃圾滲濾液的連續、高效、低成本的無害化處理，是一種有應用和推廣價值的工程技術。

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作者簡介：

林峪如（1999-），女，漢族，四川威遠人，重慶市樹人中學在讀高中生。