蒸發(fā)技術(shù)在膜過濾濃縮液處理中的應用

康立剛

（中國城市建設研究院有限公司，北京 100120）

蒸發(fā)技術(shù)在膜過濾濃縮液處理中的應用

康立剛

（中國城市建設研究院有限公司，北京 100120）

針對填埋場滲濾液濃縮液問題，介紹了滲濾液濃縮液的產(chǎn)生，分析了滲濾液濃縮液“零排放”工藝流程及處理效果，說明了工藝的技術(shù)可行性，探討了“零排放”工藝應注意的問題。

膜過濾濃縮液；零排放；蒸發(fā)

垃圾滲濾液是一種成分復雜的高濃度有機廢水，如果處理不當就會污染地下水或地表水、影響環(huán)境衛(wèi)生，給環(huán)境帶來嚴重的二次污染，因而對垃圾滲濾液進行有效收集和處理已成為環(huán)境保護亟待解決的問題。由于滲濾液具有水質(zhì)波動大、可生化性隨填埋時間的增長而下降、氨氮含量高、營養(yǎng)元素失衡等特點[1]。目前處理垃圾滲濾液的主流路線為膜處理技術(shù)，該技術(shù)的唯一弊端是會產(chǎn)生含高濃度氨氮、鹽類及難生物降解有機物的“濃縮液”[2]。膜濃縮液的處理和處置成為垃圾滲濾液“零排放”的關(guān)鍵[3]。一些新的垃圾滲濾液處理工藝受到重視并得到研發(fā)。滲濾液蒸發(fā)處理工藝在國外的垃圾填埋場已有較多的工程應用，針對我國當前的垃圾滲濾液處理困境，本文探討了滲濾液濃縮液零排放新技術(shù)的應用效果及可行性。

1 膜過濾濃縮液水質(zhì)水量

廈門市某固廢處理中心的滲濾液處理系統(tǒng)由調(diào)節(jié)池浮蓋膜工程、滲濾液處理工程及中水回用工程三部分組成。滲濾液處理工藝采用膜生化反應器（MBR）+ 納濾（NF）。膜生化反應器包括生化反應器和超濾兩個單元。生化系統(tǒng)充分利用水中碳源進行反硝化，以減少硝化罐中用于降解有機物所需的氧量。同時將部分硝化液回流到反硝化罐進行徹底脫氮。超濾采用直徑為8mm的有機管式超濾膜，過濾孔徑為20~30nm，代替二沉池對活性污泥進行有效截留并回流到生化系統(tǒng)中，超濾出水進入后續(xù)的納濾膜系統(tǒng)。卷式納濾膜對超濾出水中難生物降解的COD及二價以上的鹽離子進行截留。納濾截留產(chǎn)生的濃縮液量約120m3/d。

中水回用處理采用中壓卷式反滲透工藝，平均工作壓力為30~50bar，進水為納濾清液，設計規(guī)模為600m3/d，反滲透清液回用率可達到80%。反滲透濃縮液量約120m3/d。

納濾濃縮液呈深褐色、渾濁、有異味、無浮油。反滲透濃縮液呈微黃色、微濁、有異味、無浮油。依據(jù)調(diào)試前期，污水處理站監(jiān)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場情況分析，反滲透濃縮液總硬度≤5.0×103mg/L、TN≤2.0×103mg/L、COD≤400mg/L，納濾濃縮液總硬度≤3.0×103mg/L、TN≤1.0×103mg/L、COD≤6000mg/L。

2 膜過濾濃縮液“零排放”整體方案

膜過濾濃縮液處理階段可分為蒸發(fā)和干化兩部分。濃縮液經(jīng)MVR蒸發(fā)系統(tǒng)處理后產(chǎn)生蒸餾出水、蒸發(fā)濃縮液、尾氣。蒸餾出水直接排放或回用。尾氣經(jīng)酸堿吸收后回流至MVR蒸發(fā)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)池部分。蒸發(fā)濃縮液再經(jīng)離心干燥器干化為含水率僅為40%～50%的黏稠狀污泥?！傲闩欧拧惫に嚵鞒倘缦聢D。

滲濾液濃縮液蒸發(fā)工藝流程圖

2.1 蒸發(fā)階段

（1）工藝說明

蒸發(fā)設備設計處理規(guī)模為24t/d，處理工藝由預處理、蒸發(fā)主體、酸洗塔、堿洗塔四部分組成。滲濾液濃縮液為RO和NF濃縮液（體積比1 : 1）混合液，進水水質(zhì)為TDS≤22,000mg/L、鹽度≤20‰、COD≤3000mg/L、TN≤2000mg/L。預處理階段投加PAC、PAM去除濃縮液中懸浮顆粒和部分鈣、鎂離子，同時去除10%~20%的TN。蒸發(fā)主體是蒸發(fā)系統(tǒng)的主要組成部分，對COD去除率為90.0%～99.9%、TN去除率為85.0%~99.8%、鹽度去除率為100%。酸、堿洗氣塔用于去除蒸發(fā)后氣體中殘余的氨氮、COD。

（2）蒸餾出水

設備啟動3～4h，蒸發(fā)主體、酸洗塔、堿洗塔溫度和壓力達到設定參數(shù)便可進水。進水在蒸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)停留的時間短，運行約5min便排放蒸餾出水。蒸發(fā)運行階段設備運行穩(wěn)定，出水水質(zhì)波動小。蒸餾出水透明無色、輕微氨味，平均出水水質(zhì)： TDS16.0mg/L、鹽度0‰、COD34.0mg/L、TN3.0mg/L，達到《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889-2008）中水污染排放濃度限制。

（3）蒸發(fā)濃縮液

混合濃縮液的總進水572.3t、蒸餾出水503.7t、蒸發(fā)濃縮液49.16t，蒸發(fā)濃縮液占進水量的8.6%。濃縮液經(jīng)蒸發(fā)系統(tǒng)后，殘余蒸發(fā)濃縮液為渾濁、黑色液體。平均水質(zhì)參數(shù)為：TDS125,538.0mg/L、鹽度40.2‰、COD8183.9mg/L、TN4170.3mg/L。蒸發(fā)濃縮液由干化系統(tǒng)進行處置。

（4）蒸發(fā)尾氣

混合濃縮液經(jīng)蒸發(fā)處理后排放的尾氣有明顯臭味。尾氣排放口取樣檢測數(shù)據(jù)見表1。

表1 尾氣檢測參數(shù)表

參照《惡臭污染物排放標準》（GB14554-93）中二級排放限值，尾氣中的臭氣、硫化氫濃度超標。排放尾氣中含高溫氣體，經(jīng)冷凝形成冷凝液和不凝尾氣。冷凝液回流至濃縮液調(diào)節(jié)池進行蒸發(fā)處理。少量不凝尾氣通過酸堿塔中酸堿液化學淋洗可達到除臭效果。

2.2 干化階段

（1）工藝說明

進入干化器后的濃縮液與干燥器中的蒸氣進行熱交換，通過不斷蒸發(fā)最終將濃縮液干化成含水率在60%以下（含水率可調(diào)節(jié)）的污泥；蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的二次蒸氣經(jīng)除霧后進入蒸氣壓縮機，通過蒸氣壓縮機增壓升溫后返回到干化器圓盤內(nèi)繼續(xù)對外部的物料進行加熱蒸發(fā)，高溫蒸氣放出潛熱后，會冷凝變成蒸餾水，最終從圓盤內(nèi)排出；干化器的傳熱面由圓盤及中空軸組成。圓盤是整個干化器的核心，起攪拌和輸送物料的作用，同時也是干化器的傳熱體。物料進入干化器后，隨著中空軸的旋轉(zhuǎn)，物料會在圓盤的攪動下一邊翻滾、一邊前進，并同時通過圓盤與盤內(nèi)的蒸氣進行熱交換，水分不斷被蒸發(fā)，隨著物料的往前推進，不能被蒸發(fā)的物質(zhì)將從出料口以固體的形式排出。

（2）干化冷凝水

同蒸發(fā)階段產(chǎn)生蒸餾出水一樣，蒸發(fā)濃縮液在干化過程中有冷凝水產(chǎn)生。蒸發(fā)階段主要是使蒸餾出水達標排放，而干化階段則對蒸發(fā)濃縮液進行脫水，形成含水率低的污泥，故干化冷凝水的水質(zhì)劣于蒸發(fā)階段蒸餾出水。冷凝水水質(zhì)TDS≤400mg/L、鹽度≤0‰、COD≤1000mg/L、NH3-N≤5mg/L，接近于MVR蒸發(fā)過程中尾氣冷凝液水質(zhì)，后續(xù)回流至調(diào)節(jié)池進行MVR蒸發(fā)處理。

（3）干化污泥

在干化過程中記錄進入干燥器的蒸發(fā)濃縮液量、干化后泥量和耗電量，耗電量為0.53kW·h/kg。結(jié)合蒸發(fā)階段的蒸發(fā)效率和蒸發(fā)濃縮液量，每噸混合濃縮液的干化電耗為63.49kW·h，相應的干化成本為52.7元/t。每噸混合濃縮液的干化泥量為23.64kg。

干化污泥的含水率為29.54%，灰分為59.36%，干基高位熱值1882.35kJ/kg，濕基高位熱值1326.21kJ/kg，濕基低位熱值605.31kJ/kg。對于污泥焚燒，《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置單獨焚燒用泥質(zhì)》（GB/T24602-2009）中規(guī)定了污泥單獨焚燒利用的理化指標和限值，其中一項要求低位熱值>5000kJ/kg。由于蒸發(fā)濃縮液的干泥的濕基低位熱值較低，不符合單獨焚燒的要求，但干化泥量少，可采用混合焚燒處理法。泥樣中的重金屬含量匯總見表2。

表2 泥樣中重金屬含量匯總表 （單位：mg/kg）

根據(jù)檢測結(jié)果，泥樣中的重金屬含量符合污泥土地利用、污泥填埋、污泥建筑材料利用和污泥焚燒的規(guī)范濃度限值。鑒于滲濾液污水處理站靠近填埋庫區(qū)，該干化泥樣采取固化填埋是一種便捷、經(jīng)濟、有效的處置措施。

3 探討

滲濾液濃縮液“零排放”解決了膜技術(shù)應用于滲濾液的主要弊端。但蒸發(fā)應用于滲濾液處理尚處于起步階段，需要在實施中不斷完善。以下問題值得考慮和探討。

（1）經(jīng)濟成本問題

蒸發(fā)及干化技術(shù)處理滲濾液膜濾濃縮液能做到污水“零排放”，且出水水質(zhì)良好。相對于傳統(tǒng)污水處理設施，蒸發(fā)濃縮和干化設備的占地面積小、基建投資省。設備費用約10萬/t，在總投資中占了較大比例。按照該工程的試驗結(jié)果，運行成本約為130元/t。對于水處理規(guī)模大的企業(yè)，建設投資額大，噸水運行費用則會下降；對于水處理規(guī)模小的企業(yè)，建設投資額小，噸水運行費用則偏高。

（2）蒸發(fā)結(jié)垢及清洗問題

滲濾液濃縮液硬度大時，會導致蒸發(fā)運行周期縮短，運行成本也會增加。常見的化學清洗，增加了污水排水量和排放總鹽量，不符合環(huán)保理念。因而需要深入探討濃縮液水質(zhì)軟化的問題。

（3）蒸餾出水的回用問題

蒸餾出水水質(zhì)符合GB/T16889-2008的排放標準，可應用于城市綠化和車輛沖洗。若能對出水進行吹脫，減輕水體中所含的輕微氨味，出水的用途會更廣。在蒸發(fā)中可投加磷酸、硝酸及氫氧化鈉調(diào)節(jié)水體pH、減緩結(jié)垢、去除部分COD等，若投加量偏大，會有少量藥劑進入出水，這是在運行中需要避免的。

4 結(jié)論

通過蒸發(fā)工藝對滲濾液濃縮液“零排放”工藝進行試驗，基本確定蒸發(fā)技術(shù)可以做到滲濾液濃縮液“零排放”。實際工程中應用該技術(shù)處理膜過濾濃縮液時，須考慮投資費用并分析經(jīng)濟可行性。

[1]許玉東，聶永豐，岳東北.垃圾填埋場滲濾液的蒸發(fā)處理工藝[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設備，2005，6（1）.

[2]鐘劍.垃圾滲濾液膜過濾濃縮液處理技術(shù)綜述[J].廣東化工，2011，38（8）：264-266.

[3]鄧旭亮，榮麗麗，張春燕，等.膜濾濃縮液處理技術(shù)研究進展[J].工業(yè)水處理，2011，31（6）：10-13.

[4]魏彥丹.垃圾填埋場滲濾液無害化處理實驗研究[D].北京：中國科學院工程熱物理研究所，2012.

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

Application of Evaporating Technology in Treatment of Concentrated Solution of Membrane Filter

KANG Li-gang

X703

A

1006-5377（2016）01-0044-03