幾種蒸發濃縮滲瀝液膜濃縮液的工藝對比分析

丁兆勇，宋 薇，尹水娥，蒲志紅

（中國城市建設研究院有限公司，北京 100120）

目前對填埋場和焚燒廠滲瀝液［1］采用綜合處理的方式比較多，一般都采用前期預處理后先厭氧后好氧處理，然后再超濾、納濾和反滲透。然而在反滲透和納濾設備達標排放清液的同時，納濾和反滲透等膜分離工藝會產生濃縮液，稱為膜濃縮液，如果對膜濃縮液處置不當會產生二次污染。膜濃縮液有機物濃度高、可生化性差。垃圾滲瀝液是經過生物處理之后再進行深度處理，因此進行納濾或者反滲透之前，其中易降解的物質已被生物降解，剩下的皆為難降解的污染物質，因此膜濃縮液十分難處理。

1 膜濃縮液典型的處理技術

當前國內外對膜濃縮液處置的典型方法有回灌、膜蒸餾、蒸發、高級氧化等。雖然回灌可以有效去除膜濃縮液中的COD和NH3-N，但是由于膜濃縮液中含鹽量極高，鹽類物質進入滲瀝液中無法得到消納而會富集于滲瀝液中，高鹽度的滲瀝液又進入處理站內使其水質發生較大變化，并且會對處理系統產生沖擊，從而影響膜處理系統的凈化效率和出水回收率，降低膜處理系統的壽命。膜蒸餾法成本高，蒸餾通量小，由于溫度極化和濃度極化的影響，運行狀態不穩定。另外，膜蒸餾是一個有相變的過程，熱量主要通過熱傳導的形式傳遞，因而效率較低。

高級氧化技術是處理垃圾滲瀝液、膜濃縮液比較好的選擇，主要表現在高效、產物無害、很容易加以控制滿足處理需要。但是，高級氧化法處理成本相當高，而且對運行管理要求極其嚴格，需要人工加藥，運營單位難以負擔，且管理水平難以跟上。

蒸發處理技術［1-2］是利用加熱蒸發膜濃縮液中的水分，從而使膜濃縮液的體積得到明顯的縮小。在實際蒸發過程中，只有小部分揮發性有機酸、氨、揮發性烴會隨著蒸汽進入冷凝液，而全部無機物、重金屬和大部分有機物則會殘存在剩余濃縮液中。蒸發處理工藝可把滲瀝液濃縮到原體積2%～10%，并且濃縮液蒸發處置運行成本通過低耗能的能源循環利用技術可以降到最低，因此采用低能耗蒸發處理垃圾滲瀝液膜濃縮液具有一定的可行性和經濟合理性。

2 幾種余熱蒸發工藝

垃圾焚燒廠通過焚燒，將城市生活垃圾減量化，同時對垃圾產生的熱量加以利用，又實現了垃圾的資源化。在垃圾焚燒發電廠，冷凝損失是整個發電機組的主要損失，其次是排煙熱損失，如果能將這2部分熱量加以利用，來加熱處理滲瀝液膜濃縮液，節能減排，無論從經濟效益還是社會效益考慮，都是很值得研究的。另外，采用做功能力相對較低的汽輪機抽汽或鍋爐給水或汽包飽和水加熱蒸發滲瀝液膜濃縮液也都是可行方法。

通過研究分析，歸納出可以利用以上熱源的3種蒸發濃縮膜濃縮液的工藝：一級加熱、降膜蒸發和強制循環蒸發相結合、煙氣余熱直接蒸發濃縮滲瀝液膜濃縮液。

2.1 一級加熱

采用該工藝的熱源可以是煙氣、汽輪機抽汽和汽包飽和水，甚至是汽輪機排汽，只是如果采用汽輪機排汽作為熱源，工藝系統需要在負壓下運行。

本工藝的膜濃縮液的熱蒸發濃縮處理裝置（見圖1）采用一級換熱器和汽水分離串聯的方式。膜濃縮液和熱源分別從其入口進入一級加熱器，膜濃縮液被加熱成飽和或過飽和溶液，然后進入汽水分離器，在汽水分離器內容積擴大壓力下降，水蒸氣分離排出后冷卻回收，被濃縮后的膜濃縮液通過其出口排出。

圖1 一級加熱器蒸發濃縮膜濃縮液工藝裝置

采用該工藝對熱源的適應性較強，可以應用任何熱源；該種方式工藝簡單，可操作性強；通過控制熱源和膜濃縮液的流量可以輕易控制膜濃縮液的濃縮倍率。但是當濃縮倍率過大時，析出的結晶物和濃縮液的黏稠性很容易粘附在換熱器內表面，所以濃縮倍率不宜過大，更適用于蒸發濃縮黏稠度更低的反滲透產生的膜濃縮液。

2.2 降膜蒸發與強制循環蒸發相結合

圖2為該工藝處理裝置，膜濃縮液首先進入降膜蒸發器1，經過蒸汽或煙氣等熱源加熱后，生成飽和或過飽和的降膜蒸發器膜濃縮液進入汽水分離器2，分離出的水蒸氣通過汽水分離器蒸汽出口14進入冷凝系統，被回收利用。汽水分離器膜濃縮液從汽水分離器膜濃縮液出口15排出，通過強制循環泵16加壓后進入強制循環蒸發器3，在3內被進一步加熱，然后進入閃蒸器4。膜濃縮液進入閃蒸器后，存在一個容積突然增加、壓力下降的過程，膜濃縮液在閃蒸器內閃蒸，產生的蒸汽從閃蒸器蒸汽出口26排出，冷卻后回收利用；濃縮液從閃蒸器膜濃縮液出口27排出，或自然風干，或填埋場填埋。強制循環蒸發器內膜濃縮液壓力可以遠遠高于降膜蒸發器內膜濃縮液壓力，所以膜濃縮液一旦從強制循環蒸發器進入閃蒸器，可以析出更多的水蒸氣，也就是可以實現更高的濃縮倍率。

圖2 降膜蒸發和強制循環蒸發相結合工藝裝置

降膜蒸發和強制循環蒸發相結合，降膜蒸發對膜濃縮液初步濃縮，如果將膜濃縮液設計濃縮倍數過高，容易導致換熱管內表面結晶或濃縮液粘附。所以采用降膜蒸發與強制循環蒸發串聯的方式，既可以降低強制循環蒸發的出力，又可以防止降膜蒸發換熱管內結晶。降膜蒸發器和強制循環蒸發器采用的熱源可以不同，與強制循環泵給出的壓力相結合，實現濃縮倍率的可調。另外，膜濃縮液和熱源的相對流速也是一個重要的濃縮倍率調節手段。但是，該工藝的缺點是系統較復雜。

2.3 煙氣余熱直接蒸發

布袋除塵器后的煙氣較清潔，雖然煙氣品質相對較低，但是如果用來直接加熱濃縮膜濃縮液（見圖3），對產生的蒸汽冷凝液污染較小，也不失為一個加熱蒸發濃縮膜濃縮液的可行方法。

圖3 煙氣余熱直接加熱濃縮膜濃縮液工藝裝置

凈煙氣通過管道水平進入蒸發池中上部，管道數量依據干燥蒸發出力而定。煙氣管道從池一個側面直接通入對側面，進入池內的管道底部和側下面開有小孔，作為煙氣出口，孔的大小和間距依據煙氣流速、流量和蒸發出力來定。煙氣管道浸沒在濃縮液液面下，煙氣經過直接換熱將熱轉遞給濃縮液后，攜帶蒸發的水蒸氣進入冷凝裝置。為了防止煙氣對池內濃縮液擾動，在煙氣出口下方設置有防擾動孔板，在防止煙氣對下部濃縮液擾動的同時又可以保證下部清液可以到達板的上方。設置多個滲瀝液管道直接伸入到池內不同位置，管口下方設置有防止擾動的防擾動分布板。膜濃縮液通過管道進入蒸發池后，在防擾動分布板的作用下緩慢融入池內膜濃縮液。膜濃縮液在蒸發池內由于重力作用分層，濃液下沉，清液在蒸發池上部。隨著膜濃縮液被蒸發，池內膜濃縮液濃度逐漸增加，濃縮后的濃縮液從池子底端的排出管道排出，為了防止池子底端淤積導致濃縮液不能順利排出，濃縮液排出管道在池子底端設置多個，有的安裝在池子側壁，有的深入到池子底端中部，并且采用泵抽排方式。

以上僅介紹了采取一級加熱濃縮的工藝，也可以采用多級的方式。即濃縮后的濃縮液從上級蒸發池的排出管道排出后，進入下一級蒸發池繼續被蒸發濃縮。采用多級的優點是可以完全避免新進入蒸發池的膜濃縮液對蒸發池內膜濃縮液造成擾動后，以實現更高的濃縮倍率。

采用煙氣余熱間接蒸發濃縮膜濃縮液工藝簡便、操作簡單易行。蒸發產生的水蒸汽冷凝后回收利用；濃縮后的膜濃縮液由于體積大大減小，可以采取自然風干或填埋方式，濃縮倍率可以通過調整濃縮后的膜濃縮液量來自由調整；煙氣在進入換熱器前比較清潔，換熱后攜帶少量原膜濃縮液中的小分子有機質蒸汽和水蒸氣，冷凝后小分子有機質和水蒸氣進入冷凝液，僅有極少量以煙氣中飽和水蒸氣的方式隨煙氣排出，所以對煙氣的污染較小。但是由于煙氣品質相對較低，煙氣體積相對較大，系統龐大但是蒸發出力較小。

3 結論

1） 采用一級加熱工藝對熱源的適應性較強，可應用任何熱源；該種方式工藝簡單，可操作性強；通過控制熱源和膜濃縮液的流量可以輕易控制膜濃縮液的濃縮倍率；但是濃縮倍率不宜過大。

2）降膜蒸發和強制循環蒸發相結合，濃縮倍率的調整空間較大，可以實現較大的濃縮倍率；缺點是系統結構相對較復雜。

3）采用煙氣余熱間接蒸發濃縮膜濃縮液工藝簡便、操作簡單易行；但是煙氣品質相對較低，導致系統龐大蒸發出力相對較小。

4）3種方式各有優劣，從應用并達到濃縮目的的角度看，降膜蒸發和強制循環蒸發相結合的工藝更實用。

［1］ 曾德飛，程俊．蒸發技術在垃圾滲瀝液膜處理濃縮液中的應用探析［J］．科技信息，2011，23（4）：133-134．

［2］ 岳東北，劉建國，聶永豐，等.蒸發法深度處理濃縮滲濾液的實驗研究［J］.環境科學動態，2005（1）：44-45.