混合式蒸發(fā)在垃圾滲濾液零排放中的應(yīng)用

崔劍杰

關(guān)鍵詞：垃圾滲濾液；零排放處理；混合式蒸發(fā)技術(shù)

在城市化進(jìn)程中，人們生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的垃圾數(shù)量、種類都在不斷增加。目前，我國應(yīng)用最廣泛的垃圾處理方式是填埋處理。但是在此種處理模式下，垃圾填埋場中會(huì)有越來越多的垃圾滲濾液產(chǎn)生，這些滲濾液中含有高濃度的化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）、氨氮、重金屬離子、鹽分、難降解有機(jī)物等物質(zhì)，若得不到有效處理，會(huì)對土壤、地表水以及地下水等造成嚴(yán)重污染，從而對生態(tài)環(huán)境造成破壞。為實(shí)現(xiàn)垃圾滲濾液的良好處理，達(dá)到零排放處理目標(biāo)，混合式蒸發(fā)技術(shù)開始在垃圾滲濾液處理中得到廣泛應(yīng)用，且其應(yīng)用效果十分突出。基于此，在垃圾滲濾液的處理過程中，相關(guān)單位和工作人員一定要明確混合式蒸發(fā)技術(shù)的應(yīng)用策略，結(jié)合具體的處理項(xiàng)目及其實(shí)際處理需求對此項(xiàng)技術(shù)加以合理應(yīng)用，充分發(fā)揮混合式蒸發(fā)技術(shù)的優(yōu)勢，滿足垃圾滲濾液的零排放處理需求。

1 垃圾滲濾液及其主要處理技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 垃圾滲濾液

垃圾滲濾液就是在垃圾填埋處理中經(jīng)微生物分解而產(chǎn)生的污染物流出后，和地下水、雨水等混合形成的一種惡臭液體，污染性和毒性都很強(qiáng)，如果得不到及時(shí)有效的處理，會(huì)對生態(tài)環(huán)境造成很大程度的不利影響。垃圾滲濾液的治理難度極大，一旦產(chǎn)生污染，就要花費(fèi)大量人力、物力和財(cái)力進(jìn)行治理，但治理效果通常都不理想。因此，對垃圾滲濾液的最好處理方法就是減少其產(chǎn)出。

1.2 垃圾滲濾液處理技術(shù)

目前，垃圾滲濾液的主要處理技術(shù)有物理化學(xué)技術(shù)和生物技術(shù)。其中，物理化學(xué)處理技術(shù)就是將垃圾滲濾液與化學(xué)試劑混合到一起，通過活性炭吸附以及氧化等方式降低垃圾滲濾液內(nèi)重金屬顆粒、難溶解物質(zhì)以及有毒物質(zhì)等的產(chǎn)生量。用化學(xué)試劑使垃圾濾液內(nèi)的有毒有害物質(zhì)沉積，可提高其中氧化物的分解能力，并進(jìn)一步改善其水質(zhì)。改良垃圾滲濾液的生化性可以有效解決其中的重金屬離子以及有機(jī)物含量過高等問題，從而減少其二次污染，降低其生物處理難度，實(shí)現(xiàn)垃圾滲濾液的快速降解[1]。生物處理技術(shù)是通過好氧活性污泥降解垃圾滲濾液中的氨氮等化學(xué)成分，使其中的有機(jī)物轉(zhuǎn)變成無毒、穩(wěn)定的無機(jī)物，從而達(dá)到良好的污染減排效果。將好氧和厭氧處理相結(jié)合，可進(jìn)一步提升垃圾滲濾液的處理效率，縮短其處理時(shí)間，有效阻止大面積垃圾滲濾液形成過程中產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)，從而有效降低垃圾滲濾液的形成量[2]。

1.3 蒸發(fā)技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的主要應(yīng)用目標(biāo)

蒸發(fā)技術(shù)就是通過高溫使有機(jī)雜質(zhì)蒸發(fā)，減少垃圾滲濾液內(nèi)的水蒸發(fā)量，從而降低此過程中的有害物產(chǎn)生量。就本質(zhì)而言，蒸發(fā)屬于分離揮發(fā)組分以及非揮發(fā)組分的物理處理過程。經(jīng)過蒸發(fā)處理后，垃圾滲濾液內(nèi)的水分會(huì)以水蒸氣的形式排出，而其中的殘?jiān)鼤?huì)得到進(jìn)一步的濃縮，顯著縮小垃圾滲濾液的體積，為后續(xù)的垃圾濾渣處理提供足夠的便利。同時(shí)，合理應(yīng)用蒸發(fā)技術(shù)也可以有效解決垃圾滲濾液和滲濾氣體導(dǎo)致的污染問題，保護(hù)生態(tài)環(huán)境?；诖耍舭l(fā)技術(shù)成為垃圾滲濾液處理中實(shí)現(xiàn)零排放的一個(gè)主要技術(shù)手段。

2 垃圾滲濾液零排放處理中的混合式蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用策略

目前，在垃圾滲濾液處理過程中，主要采用以水平和豎直管為基礎(chǔ)的混合式蒸發(fā)技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)不僅可讓垃圾滲濾液達(dá)到零排放的處理效果，還可以合理節(jié)約其處理成本，下面分析該技術(shù)的主要應(yīng)用策略。

2.1 設(shè)備組合與處理方法

本研究所述混合式蒸發(fā)技術(shù)是以水平管和豎直管蒸發(fā)器為基礎(chǔ)的多效混合式蒸發(fā)處理系統(tǒng)，有3個(gè)主要組成部分，一是水平管低溫降膜多效蒸發(fā)器，二是機(jī)械蒸汽壓縮型壓縮熱泵，三是豎直管多效降膜蒸發(fā)器[3]，其處理方法包括以下3個(gè)方面。

2.1.1 水平管低溫降膜多效蒸發(fā)器處理方法

首先，通過冷凝器對垃圾滲濾液進(jìn)行預(yù)熱處理，并送入蒸發(fā)器，通過布液器使其在蒸發(fā)器內(nèi)的管束上均勻分布。其次，加熱管內(nèi)蒸汽，使部分滲濾液蒸發(fā)。對于產(chǎn)生的二次蒸汽主要通過氣液分離器進(jìn)行處理，使其進(jìn)入下一效蒸發(fā)管中用作加熱蒸汽，同時(shí)將剩余部分的滲濾液送至下一個(gè)蒸發(fā)器內(nèi)實(shí)施閃蒸處理。末效蒸發(fā)器內(nèi)的溫度最低，經(jīng)上述處理之后的濃縮滲濾液會(huì)由此離開裝置。

2.1.2 機(jī)械蒸汽壓縮型壓縮熱泵處理方法

機(jī)械蒸汽壓縮型壓縮熱泵主要對末效水平管蒸發(fā)器中產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)行升溫和升壓處理，使其進(jìn)入一效蒸發(fā)器中的傳熱管用作加熱蒸汽，再冷凝成管內(nèi)的水排放出蒸發(fā)器。在管外，蒸發(fā)的滲濾液會(huì)形成二次蒸汽并進(jìn)入下一效傳熱管。在整個(gè)處理過程中，每一效蒸發(fā)器都在重復(fù)蒸發(fā)以及冷凝過程，二次蒸汽會(huì)在末效蒸發(fā)器內(nèi)形成，然后進(jìn)入機(jī)械蒸汽壓縮型壓縮泵中得到循環(huán)重復(fù)利用。

2.1.3 豎直管多效降膜蒸發(fā)器處理方法

在水平管蒸發(fā)器內(nèi)，垃圾滲濾液經(jīng)濃縮后會(huì)平行進(jìn)入豎直管蒸發(fā)器，在此蒸發(fā)器中得到進(jìn)一步的濃縮和結(jié)晶處理，而高壓蒸汽會(huì)進(jìn)入第一效加熱室進(jìn)行加熱處理。經(jīng)加熱處理之后，滲濾液會(huì)將大量飽和水蒸氣蒸發(fā)到蒸發(fā)室內(nèi)，然后進(jìn)入下一效蒸發(fā)罐中的加熱室，該加熱室可對上一效的蒸汽進(jìn)行冷凝處理，使蒸汽轉(zhuǎn)變成冷凝水[4]。閃蒸器可以將每一效冷凝水閃蒸為二次蒸汽，使其進(jìn)入二效蒸發(fā)器中，最終進(jìn)入冷凝管，用作水平管蒸發(fā)器入口位置的預(yù)熱蒸汽。

2.2 混合式蒸發(fā)主要技術(shù)原理

在混合式蒸發(fā)器中，水平管降膜蒸發(fā)是最關(guān)鍵的一項(xiàng)處理技術(shù)。在具體處理過程中，膜狀垃圾滲濾液會(huì)從一個(gè)水平管滴落至下一個(gè)與之并連的水平管內(nèi)，水平管內(nèi)的介質(zhì)會(huì)對其進(jìn)行加熱處理。在加熱過程中，垃圾滲濾液中的水分會(huì)不斷蒸發(fā)。水平管降膜蒸發(fā)器就是將此種技術(shù)作為基礎(chǔ)而設(shè)計(jì)的一種蒸發(fā)器裝置，該裝置的主要組成部分是若干排水平管。在處理過程中，上一層水管外壁的蒸發(fā)余液會(huì)滴落到下一層水管繼續(xù)蒸發(fā)[5]。在持續(xù)蒸發(fā)的過程中，垃圾滲濾液膜也會(huì)越來越薄。隨著膜厚度的減小，垃圾滲濾液膜將獲得越來越高的傳熱系數(shù)。因此，相較于其他類型的蒸發(fā)管而言，水平降膜蒸發(fā)管的應(yīng)用可使蒸發(fā)器具有更高的傳熱系數(shù)以及傳熱性能。尤其是在管面光滑的情況下，水平管中的降膜傳熱系數(shù)可以達(dá)到豎直管的兩倍甚至更高。合理控制噴淋密度不僅可以有效消除水平降膜蒸發(fā)過程中的過熱區(qū)以及液體靜壓柱等影響，還可以有效降低其蒸發(fā)過程中的驅(qū)動(dòng)溫度，讓蒸發(fā)器在溫差較小的情況下達(dá)到理想的處理效果，進(jìn)一步提升垃圾滲濾液混合式蒸發(fā)處理的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 混合式蒸發(fā)主要技術(shù)特征

在通過混合式蒸發(fā)處理技術(shù)處理垃圾滲濾液的過程中，主要技術(shù)特征包括以下3個(gè)方面。第一，通過水平管蒸發(fā)器的多次蒸發(fā)處理，不僅可讓垃圾滲濾液得到有效濃縮，還可以顯著降低其中的溶解性固體（Total DissolvedSolids，TDS）濃度。濃縮后的垃圾滲濾液又可以在豎直管蒸發(fā)器內(nèi)用作進(jìn)料水，顯著降低豎直管蒸發(fā)器內(nèi)的高壓蒸汽消耗量。另外，豎直管蒸發(fā)器內(nèi)的垃圾滲透液會(huì)達(dá)到結(jié)晶效果，最終實(shí)現(xiàn)零排放處理目標(biāo)。第二，通過多效水平管蒸發(fā)器和機(jī)械蒸汽壓縮型壓縮熱泵的聯(lián)合應(yīng)用，可在較小的溫差條件下實(shí)現(xiàn)垃圾滲透液的降膜蒸發(fā)處理工藝。通常情況下，每一效蒸發(fā)器中的傳熱溫差僅為1.6～3.5 ℃，可重復(fù)、循環(huán)利用蒸發(fā)器中的熱量，達(dá)到更好的節(jié)能效果，且能顯著降低機(jī)械蒸汽壓縮型壓縮熱泵運(yùn)行中的電能消耗，顯著節(jié)約整體處理成本[6]。第三，在具體處理過程中，通過控制垃圾滲濾液pH，可有效控制其中的氨氮等易揮發(fā)物質(zhì)對冷凝水質(zhì)量的不良影響，達(dá)到垃圾滲濾液處理的零排放目標(biāo)。

3 垃圾滲濾液零排放處理中混合式蒸發(fā)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

為實(shí)現(xiàn)混合式蒸發(fā)技術(shù)的良好應(yīng)用，滿足當(dāng)前垃圾滲濾液的零排放處理需求，以下特針對某垃圾滲濾液處理項(xiàng)目中的混合式蒸發(fā)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行分析。

3.1 項(xiàng)目概況

在某垃圾填埋場垃圾滲濾液處理項(xiàng)目中，每天需要處理的垃圾滲濾液總量為100 t。為達(dá)到零排放處理目標(biāo)，本項(xiàng)目采用上述混合式蒸發(fā)技術(shù)，垃圾滲濾液主要水質(zhì)情況如表1所示。

3.2 混合式蒸發(fā)處理方法

在本次垃圾填埋場項(xiàng)目中，垃圾滲濾液的處理主要應(yīng)用混合式蒸發(fā)處理技術(shù)。在通過降膜蒸發(fā)模式處理垃圾滲濾液時(shí)，根據(jù)實(shí)際處理需求，將2效水平管蒸發(fā)器以及一臺(tái)機(jī)械蒸汽壓縮型壓縮熱泵增設(shè)到原來的3效豎直管蒸發(fā)器系統(tǒng)中，組成了一個(gè)混合式蒸發(fā)處理系統(tǒng)。在水平管多效低溫蒸發(fā)系統(tǒng)中，蒸汽溫度設(shè)置為60.0 ℃；在末效水平管中，蒸發(fā)溫度設(shè)置為55.0 ℃。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，該混合式蒸發(fā)處理裝置的應(yīng)用完全滿足本項(xiàng)目中的垃圾滲濾液實(shí)際處理需求，達(dá)到垃圾滲濾液的零排放處理目標(biāo)。

3.3 混合式蒸發(fā)能耗與成本投入情況

本次混合式蒸發(fā)系統(tǒng)的成本投入及其運(yùn)行耗能情況如表2所示。

根據(jù)該項(xiàng)目所在地的高溫高壓蒸汽定價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，蒸汽價(jià)格定為200元/t，電價(jià)標(biāo)準(zhǔn)定為0.7元/（kW·h）。實(shí)踐分析發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)的3效豎直管蒸發(fā)系統(tǒng)，該混合式蒸發(fā)處理系統(tǒng)的應(yīng)用可以讓垃圾滲濾液處理成本從原來的88.0元/t降至11.5元/t。結(jié)合該項(xiàng)目中每天的垃圾滲濾液處理量以及水平管蒸發(fā)器和機(jī)械蒸汽壓縮型壓縮熱泵的購置成本，在該項(xiàng)目運(yùn)行0.73年后，所有投資都可以收回。由此可見，本次垃圾滲濾液零排放處理項(xiàng)目中的混合式蒸發(fā)系統(tǒng)不僅具有十分顯著的節(jié)能效果，在經(jīng)濟(jì)效益方面也具有更加突出的優(yōu)勢。

4 結(jié)語

在當(dāng)前的垃圾填埋場中，垃圾滲濾液處理的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)零排放。在對垃圾滲濾液進(jìn)行零排放處理的過程中，降膜處理是一項(xiàng)關(guān)鍵的蒸發(fā)處理技術(shù)。但是經(jīng)實(shí)踐應(yīng)用和相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的豎直管蒸發(fā)系統(tǒng)在節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性等方面都存在較大弊端?；诖?，在垃圾滲濾液蒸發(fā)處理中，可通過混合式蒸發(fā)系統(tǒng)來實(shí)施降膜蒸發(fā)處理。此項(xiàng)處理技術(shù)不僅可以充分滿足垃圾滲濾液的零排放處理需求，在運(yùn)行過程中也可以達(dá)到更好的節(jié)能效果，盡量減小對環(huán)境的負(fù)面影響，并進(jìn)一步節(jié)約整體運(yùn)行成本，促進(jìn)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)、能源與環(huán)境之間的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。