太陽能技術(shù)在膜濃縮液處理中的應(yīng)用探討

文_宋曉曉 任濱僑 金玉 趙路陽 歐陽鳳菊

黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院

近年來，太陽能技術(shù)應(yīng)用于水處理產(chǎn)業(yè)的研究逐步興起，其中太陽能保溫技術(shù)、太陽能光催化氧化技術(shù)、太陽能蒸發(fā)濃縮技術(shù)以及太陽能驅(qū)動地表水修復(fù)技術(shù)均取得良好的研究成果。但將太陽能技術(shù)引入膜濃縮液處理中的研究鮮有報道。

本文對現(xiàn)有的膜濃縮液處理技術(shù)進(jìn)行分析對比，對太陽能濃縮干燥技術(shù)引入的可行性進(jìn)行初步探討。

1 膜濃縮液的產(chǎn)生與特性

以膜技術(shù)為核心的“生化處理+膜法深度處理”組合工藝逐步成為實現(xiàn)“零排放”的主流工藝，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電鍍、制革、制藥、煉油、電力以及垃圾處理等行業(yè)。然而在膜設(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，相比原廢水，膜濃縮液呈現(xiàn)出成分復(fù)雜、高有機(jī)污染物濃度、高無機(jī)鹽組分、高毒性、可生化性差等特點。

2 膜濃縮液的處理方法

當(dāng)前國內(nèi)外對膜濃縮液處置的典型方法有回灌法、高級氧化法、回噴焚燒、蒸發(fā)法等。

2.1 回灌法

回灌法是近年來應(yīng)用最普遍的膜濃縮液處理方法，是從滲濾液回灌發(fā)展而來的，其原理與滲濾液回灌相同。

回灌法是把垃圾填埋場當(dāng)作一個以垃圾為填料的生物反應(yīng)器，回灌液自上而下地流經(jīng)垃圾填埋層時，利用微生物對其降解，達(dá)到降低污染物濃度的目的。回灌法能夠有效去除膜濃縮液中的COD 和NH3-N，但是長期使用，過高的鹽類物質(zhì)富集，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。

2.2 高級氧化法

高級氧化法是在高溫高壓、電、聲、光輻照、催化劑等反應(yīng)條件下，產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基（·OH），使高毒性高濃度難降解的有機(jī)物降解成CO2和H2O。

目前，高級氧化法在膜濃縮液處理中的研究日益增多，主要包括Fenton 氧化、臭氧氧化、電化學(xué)氧化，對膜濃縮液中的TOC 和TN 均有較好的去除效果。高級氧化技術(shù)是一種高效、產(chǎn)物無害、易于控制的處理方法，但是其處理成本相當(dāng)高，而且對運(yùn)行管理要求極其嚴(yán)格。

2.3 回噴焚燒法

回噴焚燒法是將濃縮液統(tǒng)一收集，經(jīng)高壓泵升壓后由帶有霧化頭的噴槍回噴到焚燒爐內(nèi)，與高溫?zé)煔饣旌虾蟊桓邷匮趸?，進(jìn)而使污染物得到高效去除，回噴焚燒技術(shù)可徹底實現(xiàn)膜濃縮液無害化處理。

回噴濃縮液可用于飛灰固化用水和爐渣冷卻補(bǔ)水，可有效減緩爐內(nèi)結(jié)焦速度。在實際運(yùn)行中，濃縮液對爐膛及相關(guān)設(shè)備的腐蝕問題嚴(yán)重，工藝流程和參數(shù)有待進(jìn)一步研究。

2.4 蒸發(fā)法

蒸發(fā)法是膜濃縮液處理的主要方法，通過外加熱源把揮發(fā)性組分與非揮發(fā)性組分分離的物理過程，可把濃縮液體積減量90%以上。目前，在膜濃縮液處理行業(yè)應(yīng)用較多的蒸發(fā)技術(shù)包括浸沒燃燒蒸發(fā)技術(shù)（SCE）、機(jī)械壓縮蒸發(fā)技術(shù)(MVR)。

SCE 技術(shù)是將燃?xì)馀c空氣充分混合，采用浸沒式燃燒的方式對濃縮液進(jìn)行傳熱蒸發(fā)，其傳熱效率可達(dá)95%以上，濃縮液殘留量可降到2%。但是在實際運(yùn)行中，由于膜濃縮液中氯離子濃度較高，在高溫條件會對金屬材料產(chǎn)生強(qiáng)腐蝕作用，從而大大限制了該技術(shù)的應(yīng)用。

MVR 技術(shù)是利用蒸汽的特性，壓縮蒸汽和蒸發(fā)器換熱管外表面上濃縮液進(jìn)行熱焓傳遞，實現(xiàn)連續(xù)蒸發(fā)。膜濃縮液經(jīng)MVR 處理后，產(chǎn)出的蒸餾水COD 一般小于50mg/L，可以實現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。該技術(shù)蒸發(fā)過程中會產(chǎn)生10%的蒸發(fā)殘液，這部分殘液處理費(fèi)用高昂，而且設(shè)備的腐蝕以及結(jié)垢情況相當(dāng)嚴(yán)重，導(dǎo)致蒸發(fā)裝置需不定期進(jìn)行清洗，難于穩(wěn)定運(yùn)行。

2.5 膜濃縮液處理技術(shù)存在問題

目前， 膜濃縮液處理技術(shù)大多處于試驗研究階段，實際長期穩(wěn)定運(yùn)行的工程案例較少。

回灌法主要應(yīng)用于垃圾滲濾液濃縮液，由于存在過高的鹽類積累，造成該工藝系統(tǒng)難以長期運(yùn)行。高級氧化技術(shù)存在處理成本很高，運(yùn)行條件苛刻等問題難以工程化應(yīng)用。蒸發(fā)技術(shù)中的MVR 存在設(shè)備造價高，設(shè)備結(jié)垢問題嚴(yán)重，殘液處理成本高昂，難于長期穩(wěn)定運(yùn)行，這些限制了蒸發(fā)工藝的應(yīng)用前景。

3 太陽能技術(shù)引入到膜濃縮液處理技術(shù)的探討

太陽能蒸發(fā)濃縮技術(shù)，是利用集熱裝置吸收太陽能輻射熱能，使固液物料中的水分汽化，從而使物料逐步被濃縮干燥。太陽能蒸發(fā)濃縮技術(shù)很早就應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但是在污水處理產(chǎn)業(yè)使用較少。

太陽能蒸發(fā)濃縮技術(shù)主要是由太陽能集熱裝置和蒸發(fā)干燥裝置組成。太陽能集熱器是一種將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為熱能的設(shè)備，是太陽能集熱裝置的核心部件。

目前國內(nèi)外常見的太陽能集熱器有平板型和真空管型太陽能集熱器，其中真空管型太陽能集熱器，其熱性能遠(yuǎn)好于平板型集熱器，占國內(nèi)主流市場份額95%以上。以一家真空管型太陽能集熱器為例，每組集熱器集熱面積8.6m2，每2 組集熱器加熱1t 熱媒介質(zhì)，升溫速度約5.3℃/h，熱媒介質(zhì)可加熱到120 ～180℃，完全能夠滿足一般污水蒸發(fā)所需溫度。將太陽能濃縮干燥技術(shù)引入污水處理工程，以太陽能集熱系統(tǒng)作為蒸發(fā)工藝的熱源，根據(jù)污水的蒸發(fā)特性，研發(fā)針對性的太陽能蒸發(fā)濃縮工藝具有一定可行性。

由于膜濃縮液較一般污水成分更加復(fù)雜，含有更高的有機(jī)物濃度和無機(jī)鹽濃度，對處理設(shè)備要求更高， 針對膜濃縮液處理的太陽能蒸發(fā)濃縮干燥裝置的研究較少。

處理膜濃縮液對設(shè)備的蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)裝置的耐腐蝕程度都有較高的要求。如果將太陽能技術(shù)引入膜濃縮液處理工藝，一方面確保太陽能集熱器提供穩(wěn)定的熱源，降低處理能耗和成本；一方面研發(fā)新型的蒸法器，克服以往蒸發(fā)技術(shù)存在結(jié)垢易腐蝕等問題。

如果該工藝技術(shù)研制成功，因其低成本，無污染的特點，將具有廣闊的市場前景和良好的社會生態(tài)效益。

4 結(jié)語

利用太陽能蒸發(fā)濃縮干燥技術(shù)處理膜濃縮液，是膜濃縮液處理發(fā)展的一個新方向，該技術(shù)將太陽能集熱技術(shù)與濃縮液蒸發(fā)技術(shù)結(jié)合，降低了膜濃縮液處理的能耗和運(yùn)行成本，為膜濃縮液處理產(chǎn)業(yè)提供全新的思路。

但該技術(shù)尚處于起步階段，仍存在一些問題：①太陽能集熱系統(tǒng)，熱源不穩(wěn)定，影響濃縮效率；②蒸發(fā)技術(shù)存在易結(jié)垢，頻繁清洗等問題；③該技術(shù)大部分處于實驗研究階段，距離工程應(yīng)用還有一段距離。針對目前膜濃縮液的處理現(xiàn)狀， 其未來的研究方向趨勢為：①改進(jìn)太陽能集熱技術(shù)，使其可作為中高溫?zé)嵩春銣剌敵?，突破傳統(tǒng)太陽能溫度有限、熱源不穩(wěn)定等問題，極大提高了能量轉(zhuǎn)化效率；②改善蒸發(fā)方式，優(yōu)化蒸發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和材料，克服易結(jié)垢難清洗等問答題；③優(yōu)化工藝流程，開發(fā)出易于運(yùn)行管理的新型環(huán)保膜濃縮液處理技術(shù)。