新型垃圾滲濾液蒸發(fā)法處理技術(shù)研究

林峪如 呂全偉 莫榴 李玉

摘 要：滲濾液是一種成分復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水，未經(jīng)處理的滲濾液流經(jīng)地表或滲入地下水后，會對環(huán)境造成二次污染。本文提出了一種基于MVR和旋膜蒸發(fā)法的協(xié)同處理垃圾滲濾液新技術(shù)，綜合了MVR高效節(jié)能降耗、處理量大及旋膜蒸發(fā)器處理效率高的優(yōu)點(diǎn)，并利用垃圾焚燒發(fā)電的煙道余熱作為旋膜蒸發(fā)器的熱源。研制出新型垃圾滲濾液處理裝置，實(shí)驗(yàn)表明，滲濾液處理后，CODcr、BOD5濃度、氨氮、金屬等含量大幅度降低，達(dá)到或超過工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)，最終實(shí)現(xiàn)了滲濾液連續(xù)、高效、低成本的無害化處理。

關(guān)鍵詞：滲濾液；MVR；煙道余熱；旋膜蒸發(fā)

生活垃圾在填埋場和焚燒發(fā)電廠的料坑中，經(jīng)過長時(shí)間的堆放、發(fā)酵將會產(chǎn)生大量的垃圾滲濾液。滲濾液是一種成分復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水，其主要有機(jī)污染物達(dá)63種[ 1 ] ，CODcr、BOD5濃度、氨氮、金屬等含量高，滲濾液中的氮多以氨氮形式存在[ 2 ]。未經(jīng)處理的滲濾液流經(jīng)地表或滲入地下水后，會對環(huán)境造成二次污染，垃圾滲濾液問題已嚴(yán)重影響了我國垃圾處理事業(yè)的健康發(fā)展。垃圾滲濾液處理技術(shù)主要有生物處理技術(shù)、膜處理技術(shù)、干化（蒸發(fā)）處理技術(shù)、焚燒處理技術(shù)等[ 3 ]?，F(xiàn)有的垃圾發(fā)電廠的滲濾液多釆用膜處理技術(shù)進(jìn)行處理，干化（蒸發(fā)）處理技術(shù)正逐漸成為處理垃圾滲濾液的有效方式。本文提出和開發(fā)了一款基于MVR（機(jī)械蒸汽再壓縮）和旋膜蒸發(fā)法的協(xié)同處理處理垃圾滲濾液的新工藝，綜合了MVR高效節(jié)能降耗、處理量大及旋膜蒸發(fā)器處理效率高的優(yōu)點(diǎn)，并利用垃圾焚燒發(fā)電的煙道余熱作為旋膜蒸發(fā)器的熱源，最終實(shí)現(xiàn)了滲濾液連續(xù)、高效、低成本的無害化處理。

1 基于MVR+旋膜蒸發(fā)法的垃圾滲濾液處理工藝

1.1 蒸發(fā)法滲濾液處理工藝

蒸發(fā)技術(shù)處理垃圾滲濾液是一種利用物理分離原理實(shí)現(xiàn)污染物與水分離的處理技術(shù)[ 4 ]。蒸發(fā)處理后，垃圾滲濾液分離成相對潔凈的可以排放的液相流和含有污染物的固相。蒸發(fā)法處理垃圾滲濾液具有對水質(zhì)水量變化適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)生濃縮液少（可把滲濾液濃縮到不足原液體積2%～10%）等特點(diǎn)[ 5 ]。

分別在酸性、堿性和原液條件下進(jìn)行蒸發(fā)法處理工藝的實(shí)驗(yàn)研究，蒸發(fā)時(shí)間為1300min，濃縮倍數(shù)為6-7倍，收集的冷凝液中CODcr濃度和NH3-N濃度分別如圖1，2所示。在堿性、酸性和原液條件下，冷凝液中的 CODcr濃度分別從100mg/L降低到20mg/L、175mg/L降低到38mg/L、150mg/L降低到30mg/L，且均在400min之后逐漸穩(wěn)定。在堿性和原液條件下，從0-200min，冷凝液中的 NH3-N濃度分別從4500mg/L急劇降低到1650mg/L。而在200-400min階段，1650mg/L降低到1250mg/L，下降速度遠(yuǎn)低于于前段。在400min之后，NH3-N濃度逐漸穩(wěn)定在1200mg/L左右。在酸性條件下，滲濾液中的NH3-N與酸直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，NH3-N的濃度幾乎為零，隨著時(shí)間和溫度的變化NH3-N的濃度不變，最終冷凝液中的NH3-N為零。

垃圾滲濾液中溶于水的有機(jī)雜質(zhì)的蒸發(fā)溫度遠(yuǎn)高于純水的蒸發(fā)溫度，利用外加能量蒸發(fā)垃圾滲濾液，垃圾滲濾液中的水分會在一定的溫度和壓力下先于污染物被蒸發(fā)，冷凝后成為干凈水。而重金屬和無機(jī)物以及大部分有機(jī)物的揮發(fā)性均比水弱，因此絕大部分污染物聚集在殘余濃縮液中，只有部分揮發(fā)性烴、揮發(fā)性有機(jī)酸和氨等污染物會進(jìn)入蒸氣，最終存在于冷凝液中[ 6 ]。

垃圾滲濾液的蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)表明，蒸發(fā)前段，冷凝液中的 CODcr和NH3-N濃度濃度相對較高，隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，CODcr和NH3-N濃度等污染物逐漸降低且逐漸穩(wěn)定，低于《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-2008）的排放標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了蒸發(fā)處理垃圾滲濾液的可行性，并對工程上應(yīng)用MVR+旋膜蒸發(fā)組合工藝處理垃圾滲濾液提供了理論和技術(shù)依據(jù)。

1.2 基于MVR+旋膜蒸發(fā)法的垃圾滲濾液處理工藝

如圖3所示為基于MVR+旋膜蒸發(fā)法的垃圾滲濾液處理工藝流程圖。垃圾滲濾液經(jīng)過濾器去除大顆粒固體雜質(zhì)，液體進(jìn)入MVR實(shí)現(xiàn)原液的濃縮及蒸發(fā)，產(chǎn)生的不凝結(jié)氣體進(jìn)入垃圾焚燒爐高溫焚燒，產(chǎn)生的凝結(jié)氣體進(jìn)入離子交換器后，氨氮被截留，使出水氨氮達(dá)標(biāo)排放。經(jīng)過MVR處理獲得的滲濾液濃液再進(jìn)入旋膜蒸發(fā)器蒸發(fā)，得到的冷凝液再進(jìn)入MVR，得到的滲濾液固體殘?jiān)鼊t進(jìn)入垃圾焚燒爐高溫焚燒，實(shí)現(xiàn)了滲濾液的無害化處理。

MVR是利用壓縮機(jī)的增壓升溫原理，經(jīng)特殊流體設(shè)計(jì)而成的蒸汽壓縮型廢水蒸發(fā)濃縮工藝系統(tǒng)的簡稱，可將密閉容器內(nèi)的廢水加熱生成蒸汽，蒸汽在通過壓縮機(jī)時(shí)被壓縮增壓升溫為大于104℃的高壓氣體，這種增壓氣體可作為再生熱源而循環(huán)應(yīng)用于對原水的熱傳遞和蒸發(fā)，同時(shí)自身在傳熱過程中迅速冷卻，并最終成為可回用的冷凝水[ 7 ]。

旋膜蒸發(fā)器的工藝是滲濾液通過管道進(jìn)入分布器腔體，再通過均勻分布的孔噴入內(nèi)筒中。一方面在重力的作用下，向下運(yùn)動，同時(shí)在刮板的作用下均勻攤薄在內(nèi)筒壁上，并重復(fù)攤薄-清掃-攤薄的過程，另一方面在內(nèi)筒傳導(dǎo)熱量作用下，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)-濃縮-干燥過程。

本文提出了基于MVR+旋膜蒸發(fā)法的協(xié)同處理垃圾滲濾液新工藝，整個工藝流程中無有害物質(zhì)產(chǎn)生和排放。其特點(diǎn)在于匯聚了MVR高效節(jié)能降耗、處理量大的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)利用垃圾焚燒發(fā)電的煙道余熱作為旋膜蒸發(fā)器的熱源，實(shí)現(xiàn)了能源的二次利用，同時(shí)發(fā)揮了旋膜蒸發(fā)器處理效率高的優(yōu)點(diǎn)。最終實(shí)現(xiàn)了滲濾液連續(xù)、高效、低成本的無害化處理。

2 旋膜蒸發(fā)器設(shè)計(jì)

如圖4所示為旋膜蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)由驅(qū)動系統(tǒng)、料液分布器、刮板、內(nèi)筒、外筒、氣液管道及連接法蘭組成，其中的驅(qū)動系統(tǒng)由電機(jī)、減速器、軸承座、聯(lián)軸器、旋轉(zhuǎn)主軸組成。

工作原理：

其一是滲濾液通過管道進(jìn)入分布器腔體，再通過均勻分布的孔噴入內(nèi)筒中。一方面在重力的作用下，向下運(yùn)動，同時(shí)在刮板的作用下均勻攤薄在內(nèi)筒壁上，并重復(fù)攤薄-清掃-攤薄的過程，另一方面在內(nèi)筒傳導(dǎo)熱量作用下，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)-濃縮-干燥過程。產(chǎn)生的二次蒸汽再進(jìn)入MVR二次蒸發(fā)，殘?jiān)鼊t通過最下面的管道閥門輸送進(jìn)入焚燒爐焚燒。

其二是電機(jī)通電后高速旋轉(zhuǎn)，在經(jīng)過減速器后轉(zhuǎn)速降低而輸出的扭矩增大，再通過聯(lián)軸器帶動主軸旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動刮板旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

其三是通過焚燒爐余熱煙氣管道加熱的干凈氣體通過管道進(jìn)入內(nèi)筒與外筒之間的夾套，對流換熱加熱內(nèi)筒外壁，再經(jīng)過熱傳導(dǎo)對內(nèi)筒的滲濾液實(shí)現(xiàn)加熱，由于夾套內(nèi)的氣體與滲濾液及其干燥時(shí)產(chǎn)生的氣體相對獨(dú)立，不會被二次污染，循環(huán)加熱或直接排放。在主軸圓周方向?qū)ΨQ布置有2對刮板。

研制開發(fā)的基于煙氣余熱的旋膜蒸發(fā)器，主要的工作參數(shù)為：采用煙道余熱作為熱源，溫度為95℃-105℃，滲濾液的濃縮液處理量為380mL/min，刮板旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速是30-60r/min。系統(tǒng)的傳熱系數(shù)高，蒸發(fā)強(qiáng)度大，節(jié)約能源達(dá)到30%。

3 MVR+旋膜蒸發(fā)組合工藝實(shí)驗(yàn)

MVR的處理量為0.1t/h-0.3t/h，處理溫度為60℃-100℃，實(shí)驗(yàn)表明最佳處理溫度為75℃。

MVR+旋膜蒸發(fā)組合處理垃圾滲濾液中，工況一選擇的刮板旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速是40r/min，工況二選擇的刮板旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速是50r/min，工況三選擇的刮板旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速是60r/min，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示，出水水質(zhì)的PH值在7.4左右，CODcr濃度在14mg/L左右，為原液濃度的1%，BOD5濃度在6.7mg/L左右，約為原液濃度的0.8%，其余各指標(biāo)均達(dá)到《生化垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-2008）排放標(biāo)準(zhǔn)，可以有效地濃縮處理垃圾滲濾液。

4 結(jié)論

本文通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了蒸發(fā)法處理垃圾滲濾液的可行性，為MVR+旋膜蒸發(fā)組合工藝提供了理論和技術(shù)依據(jù)。實(shí)驗(yàn)表明，隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，CODcr和NH3-N濃度等污染物逐漸降低且逐漸穩(wěn)定，低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

研制出的基于MVR和旋膜蒸發(fā)法的協(xié)同處理垃圾滲濾液新技術(shù)，該技術(shù)綜合了MVR高效節(jié)能降耗、處理量大及旋膜蒸發(fā)器處理效率高的優(yōu)點(diǎn)。MVR蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)滲濾液原液的蒸發(fā)及濃縮，濃液再進(jìn)入旋膜蒸發(fā)器進(jìn)一步蒸發(fā)、分離處理。旋膜蒸發(fā)器以煙道余熱作為熱源，實(shí)現(xiàn)了滲濾液濃液的連續(xù)攤薄、蒸發(fā)、鏟掉一體化作業(yè)，提高了濃液蒸發(fā)、分離效率。

利用研制的處理技術(shù)及裝置處理滲濾液后，CODcr、BOD5濃度、氨氮、金屬等含量大幅度降低。該技術(shù)在處理過程中無廢水、廢氣和廢渣排出，不會產(chǎn)生二次污染，排放出的冷凝水達(dá)到或超過工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)崿F(xiàn)垃圾滲濾液的連續(xù)、高效、低成本的無害化處理，是一種有應(yīng)用和推廣價(jià)值的工程技術(shù)。

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作者簡介：

林峪如（1999-），女，漢族，四川威遠(yuǎn)人，重慶市樹人中學(xué)在讀高中生。