垃圾滲濾液蒸發(fā)處理中不同真空度對(duì)蒸發(fā)性能影響的試驗(yàn)研究

鄧方平

(長沙中聯(lián)重科環(huán)境產(chǎn)業(yè)有限公司，湖南 長沙 410206)

1 引言

垃圾滲濾液是一種典型的高濃度廢水，具有“高污染、高危害、難處置”等特點(diǎn)，所含有的多種有機(jī)物已列為國內(nèi)外環(huán)保部門的重點(diǎn)控制名錄，垃圾滲濾液的無害化和零排放處理也一直是全球環(huán)保領(lǐng)域的重要課題[1，2]。近年來膜技術(shù)在垃圾滲濾液處理領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但是高濃度有機(jī)物或無機(jī)物容易造成膜污染或結(jié)垢等，超過 30%的濃縮液有待進(jìn)一步處理[3，4]。為實(shí)現(xiàn)垃圾滲濾液的“零排放”，蒸發(fā)處理已逐漸成為垃圾滲濾液的一種較好的處理工藝，但目前的蒸發(fā)設(shè)備在實(shí)際使用時(shí)都存在不同程度的問題，隨著垃圾滲濾液不斷蒸發(fā)濃縮，鈣、鎂離子和有機(jī)物等濃度不斷提高，隨著物料濃度達(dá)到過飽和析出后并不會(huì)懸浮在溶液中而是粘附在換熱器的傳熱面上，從而影響系統(tǒng)熱交換和蒸發(fā)效果[5]，甚至堵塞過流通道造成系統(tǒng)故障，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。

本文以某生活垃圾填埋場滲濾液經(jīng)DTRO處理后的濃縮液為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過57 kPa、31 kPa、15.7 kPa、9 kPa四組實(shí)驗(yàn)，探索沸點(diǎn)升、蒸發(fā)速率[6]、結(jié)垢狀況、產(chǎn)水水質(zhì)等指標(biāo)的變化趨勢，為垃圾滲濾液蒸發(fā)處理技術(shù)的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

2 試驗(yàn)水質(zhì)和試驗(yàn)方法。

2.1 試驗(yàn)水質(zhì)

本文所提及的無害化生活垃圾填埋場于2007年11月份開工建設(shè)，2009年11月份建成并投入運(yùn)營。滲濾液處理主體工藝為“預(yù)處理+兩級(jí)DTRO+低溫負(fù)壓MVR蒸發(fā)處理+深度處理”，MVR蒸發(fā)母液經(jīng)固化穩(wěn)定后填埋處理。本次試驗(yàn)水樣數(shù)據(jù)見表1。

表1 DTRO濃縮液的水質(zhì)參數(shù)

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置及方法

蒸發(fā)法是運(yùn)用熱力學(xué)原理，利用廢水中各種成分的相變溫度不同，對(duì)溶液進(jìn)行加熱蒸發(fā)處理，使純凈水先蒸發(fā)分離出來，剩余極少量的濃縮溶液的方法，通過真空泵和真空調(diào)節(jié)裝置控制蒸餾瓶內(nèi)的真空度，恒溫水浴鍋控制蒸餾瓶的加熱溫度，模擬實(shí)際的MVR蒸發(fā)處理工況[7～9]。試驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 不同真空度蒸發(fā)試驗(yàn)裝置

在蒸餾瓶中裝入體積為V的DTRO濃縮液，打開恒溫水浴鍋、真空泵和真空調(diào)節(jié)器，蒸發(fā)至體積為0.2 V。蒸發(fā)完成后，蒸殘液進(jìn)行濾紙過濾，濾紙孔徑為0.45 μm。最后稱重測量出濾紙上鹽泥量、蒸餾瓶上的結(jié)垢量，測量蒸餾水的電導(dǎo)率、TDS、COD、pH值、氨氮等常規(guī)指標(biāo)。試驗(yàn)過程中記錄蒸發(fā)速率、汽相液相溫度等運(yùn)行參數(shù)。

試驗(yàn)具體有以下4組：

(1)真空度設(shè)定為57 kPa，恒溫水浴鍋加熱溫度設(shè)定為 100 ℃ 。

(2)真空度設(shè)定為31 kPa，恒溫水浴鍋加熱溫度設(shè)定為 85 ℃ 。

(3)真空度設(shè)定為15.7 kPa，恒溫水浴鍋加熱溫度設(shè)定為70 ℃ 。

(4)真空度設(shè)定為9 kPa，恒溫水浴鍋加熱溫度設(shè)定為 60 ℃ 。

真空度57 kPa、31 kPa、15.7 kPa、9 kPa對(duì)應(yīng)飽和水蒸氣的溫度為85 ℃、70 ℃、55 ℃、45 ℃。市面上的蒸發(fā)設(shè)備所使用的壓縮機(jī)的溫升范圍一般是10～20 ℃，壓縮機(jī)把蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽壓縮升溫10～20 ℃后對(duì)需蒸發(fā)的溶液再次加熱蒸發(fā)，本試驗(yàn)選取模擬15 ℃溫升的蒸汽壓縮機(jī)，保證恒溫水浴的加熱溫度與飽和真氣溫度有15 ℃的溫差。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 沸點(diǎn)升對(duì)比

沸點(diǎn)升是指在含有非揮發(fā)性溶質(zhì)的稀溶液中溶液的沸點(diǎn)高于純?nèi)軇┑姆悬c(diǎn)的現(xiàn)象，沸點(diǎn)升通過溶液的液相沸騰溫度減去溶液沸騰后蒸汽溫度得出。在濃縮過程中記錄蒸餾瓶中的汽相溫度(VT)和液相溫度(LT)，研究不同真空度的情況下，真空度和回收率對(duì)沸點(diǎn)升的影響，記錄結(jié)果如表2所示。

表2 不同真空度和回收率對(duì)應(yīng)的LT與VT

從表2中可以看出，在整個(gè)濃縮過程中，隨著回收率上升，沸點(diǎn)升由1 ℃上升至2 ℃，分析其原因：溶液的沸點(diǎn)升與溶液本身的性質(zhì)有關(guān)。隨著回收率上升，溶質(zhì)的濃縮，沸點(diǎn)升會(huì)有一定提高，但真空度對(duì)沸點(diǎn)升的影響不大。

3.2 蒸發(fā)速率對(duì)比

不同真空度條件下的蒸發(fā)速率見圖2所示。通過圖2可以看出，前期蒸發(fā)速度較快，越到后期蒸發(fā)速度越慢；并且真空度越低，蒸發(fā)速度越快。在試驗(yàn)的過程中，真空度越低，蒸發(fā)時(shí)起泡越嚴(yán)重，在真空度31 kPa以下的試驗(yàn)組中，需加一定量消泡劑，防止蒸發(fā)過程中泡沫溢出至蒸餾水瓶中。

圖2 不同真空度下的蒸發(fā)速率

3.3 結(jié)垢情況對(duì)比

蒸發(fā)完成后，對(duì)比蒸餾瓶蒸發(fā)前后的重量，求得蒸餾瓶壁上垢的重量；并對(duì)蒸發(fā)完后的蒸殘液進(jìn)行濾紙過濾，過濾完后對(duì)濾紙進(jìn)行105 ℃的烘干，得出蒸殘液中鹽泥的重量。不同真空度蒸發(fā)后蒸餾瓶垢量和蒸殘液中鹽泥重量見表3和圖3。

表3 蒸餾瓶垢量和濾紙截留鹽垢量

圖3 蒸餾瓶垢量和濾紙截留鹽垢量

從表3和圖3可以看出，真空度越低，蒸發(fā)完后蒸餾瓶上殘留的垢越多，并且蒸殘液中鹽泥也越多。瓶壁上垢越多，證明換熱器表面越容易結(jié)垢，從而影響換熱量，并且蒸殘液中鹽泥越多也越容易引起換熱器過流通道的堵塞。

圖4、圖5分別是不同真空度蒸發(fā)下蒸餾瓶垢圖和濾紙截留鹽泥圖，從圖4和圖5可以看出，真空度57 kPa蒸發(fā)后，蒸發(fā)瓶瓶壁上垢的顏色為黑褐色，真空度31 kPa、15.7 kPa、9 kPa蒸發(fā)后，蒸發(fā)瓶瓶壁上垢的顏色為土黃色，并且真空度越低，濾紙截留鹽泥的顏色越淺。

圖4 蒸餾瓶垢

圖5 濾紙截留鹽泥

3.4 產(chǎn)水水質(zhì)對(duì)比

從圖4、圖5可以看出隨著真空度降低，電導(dǎo)率和氨氮呈上升趨勢，但在31kPa時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)；真空對(duì)pH值影響不大，4種蒸發(fā)工況pH值在9.85～10的區(qū)間變化；隨著真空度降低，COD出現(xiàn)下降趨勢。但4種蒸發(fā)工況下，蒸發(fā)參數(shù)都達(dá)不到排放《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16889-2008)表2要求，需要進(jìn)一步深度處理才能滿足排放要求。

4 結(jié)語與展望

(1)溶液的沸點(diǎn)升與溶液本身的性質(zhì)有關(guān)。隨著回收率上升溶質(zhì)濃縮，沸點(diǎn)升會(huì)有一定提高，但真空度對(duì)沸點(diǎn)升的影響不大。

(2)蒸發(fā)前期的蒸發(fā)速度較快，越到后期蒸發(fā)速度越慢；并且真空度越低，蒸發(fā)速度越快。

(3)真空度越低，蒸發(fā)后蒸餾瓶上殘留的垢越多，并且蒸殘液中鹽泥也越多；同時(shí)，蒸餾瓶上殘留的垢與蒸殘液中鹽泥的顏色越淺。垢和鹽泥的重量差異可能是滲濾液中復(fù)雜有機(jī)物在不同真空度蒸發(fā)時(shí)揮發(fā)性差異導(dǎo)致，有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

(4)隨著真空度降低，電導(dǎo)率和氨氮呈上升趨勢，但在31 kPa時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)；隨著真空度降低，COD出現(xiàn)下降趨勢。

表4 不同真空度蒸發(fā)產(chǎn)水水質(zhì)指標(biāo)

膜濃縮液“痛點(diǎn)”問題亟需解決，雖然蒸發(fā)處理技術(shù)已在滲濾液處理中開始推廣應(yīng)用，可面臨著能耗高、蒸發(fā)結(jié)垢、穩(wěn)定性以及產(chǎn)水水質(zhì)等問題[10]，而對(duì)于蒸發(fā)技術(shù)在滲濾液處理中的基礎(chǔ)性研究非常少。所以本文對(duì)垃圾滲濾液在不同蒸發(fā)溫度下進(jìn)行了蒸發(fā)試驗(yàn)研究，希望為蒸發(fā)技術(shù)在垃圾滲濾液領(lǐng)域的推廣應(yīng)用提供相關(guān)借鑒。