MVC系統(tǒng)在填埋垃圾滲瀝液處理中的應(yīng)用

喬建明

（中環(huán)水務(wù)建設(shè)有限公司，北京 100022）

垃圾滲瀝液具有有機濃度高、成分復(fù)雜、金屬含量低、含有大量病毒及致病細(xì)菌等特點[1]，而有機污染物多達60余種，其中有20多種被列入我國和美國EPA優(yōu)先控制污染物黑名單中[2]。而其中所含的有毒有機污染物包括揮發(fā)性有機化合物和半揮發(fā)性有機化合物濃度都較高，并且半揮發(fā)性有機化合物多數(shù)是難降解毒性大的化合物[3]。例如：COD高達數(shù)千至數(shù)萬mg/L，NH3－N和重金屬的含量也高達數(shù)百到數(shù)千mg/L。垃圾填埋場滲瀝液污染物濃度不僅與填埋工藝、垃圾組分有關(guān)，而且隨著填埋時間的降解作用而有很大變化[4]，這又給傳統(tǒng)工藝處理帶來難度。具體污染物濃度見表 1～2。

表1 垃圾填埋場滲瀝液特點

表2 垃圾焚燒廠滲瀝液特點

1 低能耗機械蒸發(fā)（MVC）系統(tǒng)原理及處理垃圾滲瀝液工藝流程

MVC技術(shù)最早是為了美國海軍艦船上的海水淡化研發(fā)而成。從工藝的研發(fā)到目前的應(yīng)用已經(jīng)歷了40 a的時間。目前在全世界不同的行業(yè)和領(lǐng)域有上千套的系統(tǒng)在運行，這些行業(yè)包括海水淡化、化工濃縮、高濃度有機/無機廢水處理、純凈水生產(chǎn)、藥用級注射用水生產(chǎn)等[5]。MVC技術(shù)之所以在這么多的行業(yè)和領(lǐng)域中廣泛地應(yīng)用，是因為MVC是所有蒸發(fā)技術(shù)中，能源利用最好，能耗最低，蒸餾出水最佳的工藝。其原理如圖1所示。

當(dāng)系統(tǒng)啟動之前，滲瀝液從調(diào)節(jié)池被泵入熱井，打開蒸汽發(fā)生器為系統(tǒng)提供蒸汽，通過熱井循環(huán)泵將熱井里的滲瀝液與蒸汽在蒸發(fā)釜中混合，通過蒸汽給滲瀝液加溫，當(dāng)溫度升高到100～101°C時，滿足系統(tǒng)運行要求，開啟蒸汽壓縮機進行系統(tǒng)運行。

當(dāng)經(jīng)過預(yù)處理后的滲瀝液在進入系統(tǒng)之前首先通過能量回收裝置，在這里和排出去的蒸餾水與不能蒸發(fā)的濃縮液進行多級熱交換，使?jié)B瀝液的溫度升高，滲瀝液通過能量回收裝置進行熱交換后進入熱井，通過熱井循環(huán)泵，抽至蒸發(fā)釜中，通過蒸發(fā)釜噴淋裝置噴淋到蒸發(fā)管外表面，變成蒸汽，蒸汽經(jīng)收集后通過壓縮機抽至加熱管束內(nèi)部，從而產(chǎn)生持續(xù)的蒸發(fā)循環(huán)。高溫管束內(nèi)壁的蒸汽在對管外滲瀝液進行加熱的同時又被滲瀝液冷凝，經(jīng)冷凝后變?yōu)檎麴s水，通過蒸餾水泵，泵入能量回收裝置，在這里回收蒸餾水熱能，后蒸餾水排除MVC蒸發(fā)器，進入離子交換系統(tǒng)。產(chǎn)生的濃縮液，儲存到裝置中的熱井，一部分用于與滲瀝液混合，提高滲瀝液溫度，另一部分通過濃縮液泵，泵入能量回收裝置，進行熱量回收之后，排除系統(tǒng)之外。

圖1 MVC原理

排出系統(tǒng)外的蒸餾水通過陰陽離子交換系統(tǒng)，可以去除蒸餾水中含有的氨離子和其他有機陰離子，從而水質(zhì)滿足排放標(biāo)準(zhǔn)進行達標(biāo)排放，工藝流程見圖2。

圖2 MVC處理垃圾滲瀝液流程

1.1 MVC蒸發(fā)系統(tǒng)處理滲瀝液的能耗

從整個工藝流程來看，系統(tǒng)內(nèi)的損耗主要來源于蒸汽壓縮機和系統(tǒng)內(nèi)部水泵電損耗。而占主要能損耗的蒸汽壓縮機在運行中采用變頻調(diào)速，進一步提高馬達效率，減少能耗。與多效蒸發(fā)相比低能耗機械蒸發(fā)傳熱系數(shù)大能耗低[6]，整個MVC蒸發(fā)系統(tǒng)處理垃圾滲瀝液的能損耗并不高，相反它是一種非常高效節(jié)能處理滲瀝液的方法。根據(jù)潮州垃圾填埋場垃圾滲瀝液處理廠電耗可知，MVC系統(tǒng)處理垃圾滲瀝液能耗噸水電費基本在20 kW·h/t左右。由于每個地方的填埋施工質(zhì)量、滲瀝液的含固量不盡相同，所以一般而言噸水耗電為 20～25 kW·h/t。

1.2 MVC蒸發(fā)系統(tǒng)處理系統(tǒng)材質(zhì)選擇

MVC裝置的材質(zhì)全部采用特種不銹鋼材質(zhì)，所以滲瀝液對整個裝置的腐蝕性根本夠不上任何威脅。但是在海水淡化處理如果用到MVC系統(tǒng)，因為海水中含有大量的氯離子，那么應(yīng)慎重考慮材質(zhì)，建議選擇鈦金屬或鈦合金材質(zhì)[7]。

2 傳統(tǒng)生物處理垃圾滲瀝液方法的缺陷

目前生物法進行垃圾滲瀝液的處理，如UASB厭氧工藝、ASBR厭氧工藝、SBR好氧工藝以及A2O工藝等厭氧－好氧組合工藝等。但是由于垃圾滲瀝液中氨氮濃度較高，C/N較低，導(dǎo)致C、N、P等營養(yǎng)平衡的失調(diào)，嚴(yán)重影響了垃圾滲瀝液的生化降解性能，很難達到理想的處理效果。例如在厭氧處理過程中甲烷菌受到溫度、p H、有毒及重金屬物質(zhì)影響很大，一旦控制參數(shù)沒有精確掌控好，厭氧處理系統(tǒng)很容易崩潰[8]。厭氧濾池法處理滲瀝液時，其負(fù)荷必須保持較低的水平才能達到理想的處理效果[9]。目前常用的好氧處理方式為微孔爆氣，但是滲瀝液污染物復(fù)雜，很容易造成曝氣盤橡膠膜片的硬化[10]，另外微孔曝氣盤的膜片脫落，曝氣孔的撕裂，維修麻煩都是困擾微孔曝氣好氧處理的問題。

在膜法處理垃圾滲瀝液過程中，由于垃圾滲瀝液成分復(fù)雜，運行一段時間后在膜的濃水側(cè)會積累水垢、有機物、膠體、金屬氧化物和細(xì)菌等物質(zhì)造成膜污染，影響膜通量[10]，嚴(yán)重的膜清水得水率只有30%～50%。

從圖3可以看出傳統(tǒng)處理主工藝流程有7個單元，3個配套單元：需外加碳源，污泥處理系統(tǒng)和濃液處理系統(tǒng)，另還有3個回流單元，最終的NF系統(tǒng)有時設(shè)計為2級[11]；UASB反應(yīng)器的出水進入兩級硝化、反硝化處理。

圖3 傳統(tǒng)生物法處理垃圾滲瀝液流程

在本系統(tǒng)中厭氧、好氧微生物對水中的有機物進行分解利用，合成細(xì)胞組織，生成水和二氧化碳。滲瀝液中的氨氮一部分用于除碳反應(yīng)中細(xì)胞合成，一部分被硝化細(xì)菌利用，生成硝酸鹽、亞硝酸鹽。硝酸鹽、亞硝酸鹽隨硝化液回流至反硝化池，在缺氧環(huán)境下發(fā)生反硝化，硝酸鹽和亞硝酸鹽被還原，生成氮氣逸出，最終實現(xiàn)脫氮。但由于滲瀝液后期的水質(zhì)C/N嚴(yán)重失調(diào)，因此生化系統(tǒng)在處理封場后滲瀝液時必須外加碳源（如甲醇）以補充原水處理所需的營養(yǎng)物質(zhì)，而甲醇容易揮發(fā)、易燃易爆，所以操作過程中容易造成安全隱患[12]，同時所需費用也會增加。

超濾后清液進入反滲透處理系統(tǒng)（NF+RO系統(tǒng)）進行處理，可以通過反滲透膜的清水即為達標(biāo)后排放水，產(chǎn)水率約占進水水量的70%；不能通過反滲透膜而被截留的含有污染物的污水即為濃縮液，產(chǎn)生率約占進水水量的30%，采用回灌處理，不足2 a，原液的TDS上升較高，嚴(yán)重影響UF或RO的運行，如濃液要達到GB 16889—2008表2排放要求，目前還沒有成熟的技術(shù)，另外關(guān)鍵是該技術(shù)工藝的運行必須由高素質(zhì)的管理人員進行管理，這也是目前很多滲瀝液生化+膜處理廠癱瘓的原因。

通過以上分析可以看出，傳統(tǒng)生物處理垃圾滲瀝液工藝在運行的連續(xù)性和銜接性上存在很大風(fēng)險[13]產(chǎn)水率低下，TN達標(biāo)風(fēng)險大，由于目前尚無成功業(yè)績運行，難以準(zhǔn)確評估；濃液30%需另處理；超濾膜每1～2 a需更換。過長工藝流程使得傳統(tǒng)工藝占地面積大，投資成本高，管理人員需要掌握較高的專業(yè)技術(shù)能力。

3 2種工藝的綜合性比較

2種工藝的綜合性比較見表3。

表3 2種工藝的綜合性比較

4 結(jié)論

垃圾滲瀝液的處理難度大，一直是困擾著填埋場和垃圾焚燒廠運營的問題，由于人們對環(huán)境的要求越來越高，相應(yīng)地在2008年4月國家環(huán)境保護部發(fā)布了垃圾滲瀝液的新標(biāo)準(zhǔn)GB 16889—2008代替了GB 16889—1997。明確增加了總氮、總磷和6個重金屬指標(biāo)的排放要求。低能耗蒸發(fā)系統(tǒng)處理垃圾滲瀝液的技術(shù)的出現(xiàn)，提出了一種新的處理思路，在多個項目上的應(yīng)用證實了這種技術(shù)的成熟性與穩(wěn)定性。雖然蒸發(fā)管結(jié)垢問題目前可以用酸堿交換清洗的方式很好地得到解決，但是在以后的項目中可以嘗試在清洗過程中添加阻垢劑以達到更好的清洗效果。

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