幾種蒸發(fā)濃縮滲瀝液膜濃縮液的工藝對比分析

丁兆勇，宋 薇，尹水娥，蒲志紅

（中國城市建設(shè)研究院有限公司，北京 100120）

目前對填埋場和焚燒廠滲瀝液［1］采用綜合處理的方式比較多，一般都采用前期預(yù)處理后先厭氧后好氧處理，然后再超濾、納濾和反滲透。然而在反滲透和納濾設(shè)備達(dá)標(biāo)排放清液的同時，納濾和反滲透等膜分離工藝會產(chǎn)生濃縮液，稱為膜濃縮液，如果對膜濃縮液處置不當(dāng)會產(chǎn)生二次污染。膜濃縮液有機(jī)物濃度高、可生化性差。垃圾滲瀝液是經(jīng)過生物處理之后再進(jìn)行深度處理，因此進(jìn)行納濾或者反滲透之前，其中易降解的物質(zhì)已被生物降解，剩下的皆為難降解的污染物質(zhì)，因此膜濃縮液十分難處理。

1 膜濃縮液典型的處理技術(shù)

當(dāng)前國內(nèi)外對膜濃縮液處置的典型方法有回灌、膜蒸餾、蒸發(fā)、高級氧化等。雖然回灌可以有效去除膜濃縮液中的COD和NH3-N，但是由于膜濃縮液中含鹽量極高，鹽類物質(zhì)進(jìn)入滲瀝液中無法得到消納而會富集于滲瀝液中，高鹽度的滲瀝液又進(jìn)入處理站內(nèi)使其水質(zhì)發(fā)生較大變化，并且會對處理系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，從而影響膜處理系統(tǒng)的凈化效率和出水回收率，降低膜處理系統(tǒng)的壽命。膜蒸餾法成本高，蒸餾通量小，由于溫度極化和濃度極化的影響，運行狀態(tài)不穩(wěn)定。另外，膜蒸餾是一個有相變的過程，熱量主要通過熱傳導(dǎo)的形式傳遞，因而效率較低。

高級氧化技術(shù)是處理垃圾滲瀝液、膜濃縮液比較好的選擇，主要表現(xiàn)在高效、產(chǎn)物無害、很容易加以控制滿足處理需要。但是，高級氧化法處理成本相當(dāng)高，而且對運行管理要求極其嚴(yán)格，需要人工加藥，運營單位難以負(fù)擔(dān)，且管理水平難以跟上。

蒸發(fā)處理技術(shù)［1-2］是利用加熱蒸發(fā)膜濃縮液中的水分，從而使膜濃縮液的體積得到明顯的縮小。在實際蒸發(fā)過程中，只有小部分揮發(fā)性有機(jī)酸、氨、揮發(fā)性烴會隨著蒸汽進(jìn)入冷凝液，而全部無機(jī)物、重金屬和大部分有機(jī)物則會殘存在剩余濃縮液中。蒸發(fā)處理工藝可把滲瀝液濃縮到原體積2%～10%，并且濃縮液蒸發(fā)處置運行成本通過低耗能的能源循環(huán)利用技術(shù)可以降到最低，因此采用低能耗蒸發(fā)處理垃圾滲瀝液膜濃縮液具有一定的可行性和經(jīng)濟(jì)合理性。

2 幾種余熱蒸發(fā)工藝

垃圾焚燒廠通過焚燒，將城市生活垃圾減量化，同時對垃圾產(chǎn)生的熱量加以利用，又實現(xiàn)了垃圾的資源化。在垃圾焚燒發(fā)電廠，冷凝損失是整個發(fā)電機(jī)組的主要損失，其次是排煙熱損失，如果能將這2部分熱量加以利用，來加熱處理滲瀝液膜濃縮液，節(jié)能減排，無論從經(jīng)濟(jì)效益還是社會效益考慮，都是很值得研究的。另外，采用做功能力相對較低的汽輪機(jī)抽汽或鍋爐給水或汽包飽和水加熱蒸發(fā)滲瀝液膜濃縮液也都是可行方法。

通過研究分析，歸納出可以利用以上熱源的3種蒸發(fā)濃縮膜濃縮液的工藝：一級加熱、降膜蒸發(fā)和強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)相結(jié)合、煙氣余熱直接蒸發(fā)濃縮滲瀝液膜濃縮液。

2.1 一級加熱

采用該工藝的熱源可以是煙氣、汽輪機(jī)抽汽和汽包飽和水，甚至是汽輪機(jī)排汽，只是如果采用汽輪機(jī)排汽作為熱源，工藝系統(tǒng)需要在負(fù)壓下運行。

本工藝的膜濃縮液的熱蒸發(fā)濃縮處理裝置（見圖1）采用一級換熱器和汽水分離串聯(lián)的方式。膜濃縮液和熱源分別從其入口進(jìn)入一級加熱器，膜濃縮液被加熱成飽和或過飽和溶液，然后進(jìn)入汽水分離器，在汽水分離器內(nèi)容積擴(kuò)大壓力下降，水蒸氣分離排出后冷卻回收，被濃縮后的膜濃縮液通過其出口排出。

圖1 一級加熱器蒸發(fā)濃縮膜濃縮液工藝裝置

采用該工藝對熱源的適應(yīng)性較強(qiáng)，可以應(yīng)用任何熱源；該種方式工藝簡單，可操作性強(qiáng)；通過控制熱源和膜濃縮液的流量可以輕易控制膜濃縮液的濃縮倍率。但是當(dāng)濃縮倍率過大時，析出的結(jié)晶物和濃縮液的黏稠性很容易粘附在換熱器內(nèi)表面，所以濃縮倍率不宜過大，更適用于蒸發(fā)濃縮黏稠度更低的反滲透產(chǎn)生的膜濃縮液。

2.2 降膜蒸發(fā)與強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)相結(jié)合

圖2為該工藝處理裝置，膜濃縮液首先進(jìn)入降膜蒸發(fā)器1，經(jīng)過蒸汽或煙氣等熱源加熱后，生成飽和或過飽和的降膜蒸發(fā)器膜濃縮液進(jìn)入汽水分離器2，分離出的水蒸氣通過汽水分離器蒸汽出口14進(jìn)入冷凝系統(tǒng)，被回收利用。汽水分離器膜濃縮液從汽水分離器膜濃縮液出口15排出，通過強(qiáng)制循環(huán)泵16加壓后進(jìn)入強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器3，在3內(nèi)被進(jìn)一步加熱，然后進(jìn)入閃蒸器4。膜濃縮液進(jìn)入閃蒸器后，存在一個容積突然增加、壓力下降的過程，膜濃縮液在閃蒸器內(nèi)閃蒸，產(chǎn)生的蒸汽從閃蒸器蒸汽出口26排出，冷卻后回收利用；濃縮液從閃蒸器膜濃縮液出口27排出，或自然風(fēng)干，或填埋場填埋。強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器內(nèi)膜濃縮液壓力可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于降膜蒸發(fā)器內(nèi)膜濃縮液壓力，所以膜濃縮液一旦從強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器進(jìn)入閃蒸器，可以析出更多的水蒸氣，也就是可以實現(xiàn)更高的濃縮倍率。

圖2 降膜蒸發(fā)和強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)相結(jié)合工藝裝置

降膜蒸發(fā)和強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)相結(jié)合，降膜蒸發(fā)對膜濃縮液初步濃縮，如果將膜濃縮液設(shè)計濃縮倍數(shù)過高，容易導(dǎo)致?lián)Q熱管內(nèi)表面結(jié)晶或濃縮液粘附。所以采用降膜蒸發(fā)與強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)串聯(lián)的方式，既可以降低強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)的出力，又可以防止降膜蒸發(fā)換熱管內(nèi)結(jié)晶。降膜蒸發(fā)器和強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器采用的熱源可以不同，與強(qiáng)制循環(huán)泵給出的壓力相結(jié)合，實現(xiàn)濃縮倍率的可調(diào)。另外，膜濃縮液和熱源的相對流速也是一個重要的濃縮倍率調(diào)節(jié)手段。但是，該工藝的缺點是系統(tǒng)較復(fù)雜。

2.3 煙氣余熱直接蒸發(fā)

布袋除塵器后的煙氣較清潔，雖然煙氣品質(zhì)相對較低，但是如果用來直接加熱濃縮膜濃縮液（見圖3），對產(chǎn)生的蒸汽冷凝液污染較小，也不失為一個加熱蒸發(fā)濃縮膜濃縮液的可行方法。

圖3 煙氣余熱直接加熱濃縮膜濃縮液工藝裝置

凈煙氣通過管道水平進(jìn)入蒸發(fā)池中上部，管道數(shù)量依據(jù)干燥蒸發(fā)出力而定。煙氣管道從池一個側(cè)面直接通入對側(cè)面，進(jìn)入池內(nèi)的管道底部和側(cè)下面開有小孔，作為煙氣出口，孔的大小和間距依據(jù)煙氣流速、流量和蒸發(fā)出力來定。煙氣管道浸沒在濃縮液液面下，煙氣經(jīng)過直接換熱將熱轉(zhuǎn)遞給濃縮液后，攜帶蒸發(fā)的水蒸氣進(jìn)入冷凝裝置。為了防止煙氣對池內(nèi)濃縮液擾動，在煙氣出口下方設(shè)置有防擾動孔板，在防止煙氣對下部濃縮液擾動的同時又可以保證下部清液可以到達(dá)板的上方。設(shè)置多個滲瀝液管道直接伸入到池內(nèi)不同位置，管口下方設(shè)置有防止擾動的防擾動分布板。膜濃縮液通過管道進(jìn)入蒸發(fā)池后，在防擾動分布板的作用下緩慢融入池內(nèi)膜濃縮液。膜濃縮液在蒸發(fā)池內(nèi)由于重力作用分層，濃液下沉，清液在蒸發(fā)池上部。隨著膜濃縮液被蒸發(fā)，池內(nèi)膜濃縮液濃度逐漸增加，濃縮后的濃縮液從池子底端的排出管道排出，為了防止池子底端淤積導(dǎo)致濃縮液不能順利排出，濃縮液排出管道在池子底端設(shè)置多個，有的安裝在池子側(cè)壁，有的深入到池子底端中部，并且采用泵抽排方式。

以上僅介紹了采取一級加熱濃縮的工藝，也可以采用多級的方式。即濃縮后的濃縮液從上級蒸發(fā)池的排出管道排出后，進(jìn)入下一級蒸發(fā)池繼續(xù)被蒸發(fā)濃縮。采用多級的優(yōu)點是可以完全避免新進(jìn)入蒸發(fā)池的膜濃縮液對蒸發(fā)池內(nèi)膜濃縮液造成擾動后，以實現(xiàn)更高的濃縮倍率。

采用煙氣余熱間接蒸發(fā)濃縮膜濃縮液工藝簡便、操作簡單易行。蒸發(fā)產(chǎn)生的水蒸汽冷凝后回收利用；濃縮后的膜濃縮液由于體積大大減小，可以采取自然風(fēng)干或填埋方式，濃縮倍率可以通過調(diào)整濃縮后的膜濃縮液量來自由調(diào)整；煙氣在進(jìn)入換熱器前比較清潔，換熱后攜帶少量原膜濃縮液中的小分子有機(jī)質(zhì)蒸汽和水蒸氣，冷凝后小分子有機(jī)質(zhì)和水蒸氣進(jìn)入冷凝液，僅有極少量以煙氣中飽和水蒸氣的方式隨煙氣排出，所以對煙氣的污染較小。但是由于煙氣品質(zhì)相對較低，煙氣體積相對較大，系統(tǒng)龐大但是蒸發(fā)出力較小。

3 結(jié)論

1） 采用一級加熱工藝對熱源的適應(yīng)性較強(qiáng)，可應(yīng)用任何熱源；該種方式工藝簡單，可操作性強(qiáng)；通過控制熱源和膜濃縮液的流量可以輕易控制膜濃縮液的濃縮倍率；但是濃縮倍率不宜過大。

2）降膜蒸發(fā)和強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)相結(jié)合，濃縮倍率的調(diào)整空間較大，可以實現(xiàn)較大的濃縮倍率；缺點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜。

3）采用煙氣余熱間接蒸發(fā)濃縮膜濃縮液工藝簡便、操作簡單易行；但是煙氣品質(zhì)相對較低，導(dǎo)致系統(tǒng)龐大蒸發(fā)出力相對較小。

4）3種方式各有優(yōu)劣，從應(yīng)用并達(dá)到濃縮目的的角度看，降膜蒸發(fā)和強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)相結(jié)合的工藝更實用。

［1］ 曾德飛，程俊．蒸發(fā)技術(shù)在垃圾滲瀝液膜處理濃縮液中的應(yīng)用探析［J］．科技信息，2011，23（4）：133-134．

［2］ 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(xué)動態(tài)，2005（1）：44-45.