垃圾焚燒發(fā)電廠滲濾液NF濃縮液蒸發(fā)處理的試驗(yàn)研究

褚貴祥，鄒 琳

(1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)黑龍江省電力勘察設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150078;2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150090)

目前，瑞士Uttigen市垃圾滲濾液處理廠采用四級(jí)閃蒸法處理垃圾滲濾液，在優(yōu)化操作條件后，CODCr和 NH3－N的去除率分別達(dá)到 99.5%和98.5%［1］。芬蘭拉赫蒂垃圾滲濾液處理廠采用負(fù)壓蒸發(fā)法處理垃圾滲濾液，冷凝液CODCr濃度低于30 mg/L，NH3－ N 濃度為 0.6 mg/L［2］。中國(guó)也有一些蒸發(fā)法處理垃圾滲濾液的文獻(xiàn)報(bào)道［3－5］，如岳東北等［4］采用兩級(jí)浸沒燃燒蒸發(fā)工藝處理反滲透產(chǎn)生的濃縮液，在系統(tǒng)優(yōu)化穩(wěn)定運(yùn)行后，冷凝液的CODCr和 NH3－N濃度分別小于 230 mg/L和25 mg/L。但是這些傳統(tǒng)蒸發(fā)技術(shù)往往能耗較高，導(dǎo)致處理成本高于傳統(tǒng)物化法與生化法的組合工藝。本文提出了MVC蒸發(fā)處理技術(shù)，并以北京阿蘇衛(wèi)城市生活垃圾綜合處理廠的垃圾滲濾液為對(duì)象進(jìn)行試驗(yàn)研究，采用MVC蒸發(fā)技術(shù)處理技術(shù)對(duì)NF濃縮液進(jìn)行濃縮處理，試驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)節(jié)能效果顯著，可以降低蒸發(fā)處理成本。

1 試驗(yàn)裝置和方法

1.1 原水

北京阿蘇衛(wèi)城市生活垃圾綜合處理廠垃圾滲濾液(400 m3/d)經(jīng)過水力篩網(wǎng)進(jìn)入調(diào)節(jié)池，完成水量、水質(zhì)的調(diào)節(jié);用泵提升進(jìn)入混凝沉淀池，在混凝沉淀池去除水中大部分懸浮物后，出水由泵提升至UASB單元;在UASB中去除大部分有機(jī)物，保證后續(xù)好氧系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。UASB出水自流進(jìn)入一級(jí)AO－MBR池，在AO－MBR池中去除有機(jī)物、氨氮等污染物，出水自流進(jìn)入高級(jí)氧化處理單元，將生物難降解的有機(jī)物分解，提高可生化性，出水用泵提升至二級(jí)AO－MBR池，經(jīng)再次生化反應(yīng)和膜過濾后送至儲(chǔ)水罐。儲(chǔ)水罐中的處理水再使用NF、臭氧氧化和活性炭吸附等深度處理工藝，使出水達(dá)到排放與回用標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行回用(如作為污泥壓濾機(jī)的沖洗水等)。NF車間產(chǎn)生的濃縮液部分回噴至發(fā)酵車間，部分回流至原水調(diào)節(jié)池。

垃圾滲濾液的處理中常常設(shè)置膜處理車間，該車間一般使用NF膜對(duì)生化法處理后的滲濾液進(jìn)行深度處理，本試驗(yàn)以NF車間的濃縮液為處理對(duì)象，取自北京阿蘇衛(wèi)城市生活垃圾綜合處理廠滲濾液處理站中膜處理車間的NF濃縮液，該NF濃縮液呈棕褐色，氣味較重，原水水質(zhì)如表1所示。

表1 原水水質(zhì)Tab.1 Raw water quality

1.2 預(yù)處理工藝的選擇

垃圾焚燒發(fā)電廠的滲濾液NF的濃縮液具有高堿度和高硬度的特點(diǎn)，這類污水在蒸發(fā)處理時(shí)，頻繁出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，所以提出兩種解決蒸發(fā)器結(jié)垢的方法。

1)向NF濃縮液中加堿(NaOH或生石灰)，將pH調(diào)節(jié)到12.5以上，使NF濃縮液中的絕大多數(shù)硬度物質(zhì)沉淀。此方法在消耗大量堿的同時(shí)產(chǎn)生大量的泥渣。如用NaOH調(diào)節(jié)pH，每噸NF濃縮液需要消耗 NaOH 8 kg以上，NaOH的價(jià)格按3000元/t計(jì)算，僅NaOH的藥劑費(fèi)用為24元/m3NF濃縮液，同時(shí)去除硬度會(huì)產(chǎn)生沉淀，增加了污泥脫水的運(yùn)行費(fèi)用。如用生石灰調(diào)節(jié)pH，藥劑費(fèi)雖比NaOH要低一些，但會(huì)產(chǎn)生更多的污泥。本試驗(yàn)不選擇加堿去除硬度的方法。

2)向NF濃縮液中加鹽酸，將pH降低到4以下，使碳酸根和重碳酸根都轉(zhuǎn)化為CO2，通過曝氣將CO2從液相中吹脫出來，使NF濃縮液轉(zhuǎn)化成易溶解的氯化物體系，如 NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2等，同時(shí)消除暫時(shí)硬度。這種方法能夠緩解NF濃縮液在蒸發(fā)過程的結(jié)垢問題，延長(zhǎng)MVC的連續(xù)工作時(shí)間，運(yùn)行成本較低。因此，本試驗(yàn)選擇加酸的預(yù)處理方法。

MVC預(yù)處理目的是降低NF濃縮液中的碳酸根和碳酸氫根，對(duì)其他水質(zhì)指標(biāo)并無要求。因此，預(yù)處理的出水只需要考核堿度(指碳酸鹽堿度+重碳酸鹽堿度)和 pH值。目標(biāo)出水水質(zhì):堿度≤100 mg/L(以CaO計(jì)算)，pH為6～7。

1.3 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置如圖1所示，其設(shè)計(jì)流量為2.5 t/h。

圖1 試驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of experimental device

NF濃液依次經(jīng)過鹽酸投加單元、預(yù)吹脫單元、脫碳塔單元、NaOH投加單元、中和單元和MVC單元。MVC蒸發(fā)裝置原理圖如圖2所示。

吹脫槽和中和槽共用羅茨鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行吹脫和曝氣攪拌，脫碳塔設(shè)置獨(dú)立的離心風(fēng)機(jī)和填料對(duì)溶液中的CO2進(jìn)行吹脫。

MVC使水分子從NF濃縮液中蒸發(fā)分離，原水中非揮發(fā)性污染物則繼續(xù)留在蒸發(fā)濃縮液中，如滲濾液中的重金屬、無機(jī)物以及大部分有機(jī)物等。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)入水蒸汽，由于MVC的冷凝溫度范圍很小，只有沸點(diǎn)和水非常接近的物質(zhì)才會(huì)被壓縮冷凝并最終溶于冷凝液中，故MVC冷凝溫度范圍外的揮發(fā)性物質(zhì)隨MVC的不凝氣體排出系統(tǒng)。

圖2MVC裝置原理圖Fig.2 MVC device schematic

1.4 分析項(xiàng)目和方法

試驗(yàn)裝置24 h連續(xù)運(yùn)行，每天取樣分析，測(cè)定方法均參照文獻(xiàn)［6］。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

利用MVC處理NF濃縮液，實(shí)際的處理效果非常令人滿意，可以對(duì)NF濃縮液進(jìn)行10倍以上的濃縮，產(chǎn)生蒸餾水的水質(zhì)優(yōu)于要求的排放標(biāo)準(zhǔn)(COD＜20 mg/L，NH3－N ＜1 mg/L)。

由于NF濃縮液中的堿度和硬度都非常高，其中重碳酸鹽堿度在總堿度中占有絕對(duì)的比例。在蒸發(fā)過程中，碳酸氫根會(huì)受熱分解，產(chǎn)生碳酸根離子，與NF濃縮液的硬度物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成大量的垢類物質(zhì)，造成蒸發(fā)器出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，需要頻繁清洗。為了延長(zhǎng)蒸發(fā)器的連續(xù)工作時(shí)間，必須尋找解決蒸發(fā)器結(jié)垢的有效方法。

2.1 去除效果分析

由于氨氮與水的親和力較強(qiáng)，部分蒸發(fā)的氨氮又會(huì)重新溶于冷凝水中，所以在MVC工藝處理NF濃液的過程中氨氮的去除能力較低。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，北京阿蘇衛(wèi)城市生活垃圾綜合處理廠滲濾液處理站中NF濃縮液蒸發(fā)處理后，氨氮濃度較低，是因?yàn)樵贛VC處理之前，原水已經(jīng)過二級(jí)AO－MBR處理，在此過程中大部分氨氮已被去除。在一些垃圾填埋場(chǎng)滲濾液直接蒸發(fā)處理的工程項(xiàng)目中，以及MVC工藝后往往增設(shè)離子交換裝置，用于去除再次溶于冷凝水的氨氮。

本試驗(yàn)采用的加酸預(yù)處理方法，可以有效地減少M(fèi)VC蒸發(fā)裝置消泡劑和阻垢劑的使用量，降低MVC蒸發(fā)裝置運(yùn)行費(fèi)用，延長(zhǎng)MVC蒸發(fā)裝置的連續(xù)運(yùn)行時(shí)間。

2.2 氣水比對(duì)NF濃縮液蒸發(fā)預(yù)處理的影響

加酸預(yù)處理的方法在預(yù)處理過程中必須使用曝氣吹脫去除CO2，要精確控制吹脫槽的氣水比和脫碳塔的氣水比，中和槽混合均勻需要控制合適的氣水比。因?yàn)樵趯?shí)際運(yùn)行的過程中，如果氣水比過小，就無法發(fā)揮吹脫去除CO2、均勻攪拌的作用;如果氣水比過大，就會(huì)使脫碳塔填料被吹出塔外，吹脫槽和中和槽泡沫溢出。

在試驗(yàn)過程中對(duì)不同氣水比進(jìn)行了研究:吹脫槽和中和槽應(yīng)保持較低的氣水比(100% ～200%)，脫碳塔只要保證填料不被吹出塔外，就可以適當(dāng)提高氣水比(＞400%)。

對(duì)于泡沫溢出的問題，可以在吹脫槽和中和槽上方安裝倒置漏斗型的泡沫提取器，就可以起到提高氣水比、增強(qiáng)吹脫CO2和均勻攪拌的效果。泡沫提取器能將溢出的泡沫進(jìn)行收集，由于泡沫液膜中物質(zhì)濃度遠(yuǎn)高于溶液中的物質(zhì)濃度，泡沫提取器在收集泡沫的同時(shí)可以對(duì)NF濃縮液進(jìn)行濃縮，進(jìn)一步強(qiáng)化了預(yù)處理的效果。

2.3 運(yùn)行費(fèi)用的估算

運(yùn)行費(fèi)估算以藥劑費(fèi)和電費(fèi)為主要影響因素。

2.3.1 藥劑費(fèi)

鹽酸用量為6 kg/m3NF濃縮液，37%的濃鹽酸的價(jià)格以700元/t計(jì)算，則鹽酸的費(fèi)用為11.35元/m3NF濃縮液。

NaOH用量為0.1 kg/m3NF濃縮液，NaOH價(jià)格以3500元/t計(jì)算，則NaOH費(fèi)用為0.35元/m3NF濃縮液。

2.3.2 電費(fèi)

初步估算，NF濃縮液的電耗為3.5 kW·h/t，電價(jià)按照0.8元/kW·h計(jì)算，則電費(fèi)為2.8元/m3NF濃縮液。

2.3.3 運(yùn)行費(fèi)用

藥劑費(fèi)和電費(fèi)合計(jì)，預(yù)處理的直接運(yùn)行成本為14.5元/m3NF濃縮液，MVC處理工藝在同類型的蒸發(fā)處理技術(shù)中較為經(jīng)濟(jì)。

3 結(jié)論

1)在MVC蒸發(fā)預(yù)處理工藝中應(yīng)首選加酸預(yù)處理的方法。

2)控制好預(yù)處理系統(tǒng)的氣水比至關(guān)重要，如果氣水比過高，就應(yīng)在吹脫槽和中和槽中設(shè)置泡沫提取器，或者采用其他混合方式(如機(jī)械攪拌)。

3)MVC蒸發(fā)處理的出水水質(zhì)較好，但是在提高連續(xù)運(yùn)行時(shí)間的問題上還需改進(jìn)。

4)MVC可以簡(jiǎn)化處理流程，降低處理成本，實(shí)現(xiàn)出水穩(wěn)定，達(dá)標(biāo)排放。

［1］ D.R.BIRCHLER，M.W.MILKE，A.L.MARKS，et al.Landfill leachate treatment by evaporation［J］.Journal of Environmental Engineering，1994(120):1109 －1131.

［2］ M.ETTALA.Full－scale leachate treatment using new evaporation technology［J］.Water Res，2003(24):2236 － 2245.

［3］ XU Y D，YUE D B，YI ZHU，et al.Fractionation of dissolved organic matter in mature landfill leachate and its recycling by ultrafiltration and evaporation combined processes［J］.Chemosphere，2006(64):903－911.

［4］ 岳東北，許玉東，何亮，等.浸沒燃燒蒸發(fā)工藝處理濃縮滲濾液［J］.中國(guó)給水排水，2005，21(7):71 －73.YUE Dongbei，XU Yudong，HE Liang，et al.Submerged combustion evaporation press for treatment of concentrated leachate［J］.China Water＆ Wastewater，2005，21(7):71 －73.

［5］ 岳東北，許玉東，諸毅，等.蒸發(fā)過程早期滲濾液有機(jī)酸揮發(fā)規(guī)律研究［J］.環(huán)境科學(xué)，2007，28(4):897 －901.YUE Dongbei，XU Yudong，CHU Yi，et al.Vaporzationg of organic acids from young landfill leachate during evaporation［J］.Environmental Science，2007，28(4):897 －901.

［6］ 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)［M］.北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.