张 奕 唐翠梅 李雪梅
（中国城市建设研究院有限公司，北京，100120）
【摘 要】以MVR蒸发装置处理渗滤液可以有效解决现有渗滤液处理中膜滤浓缩液残留量大、膜组件易污染等问题，本文研究了MVR蒸发工艺处理渗滤液在实践中的适用性，对常见问题的进行了深入分析，并提出了解决和改进办法。
【关键词】渗滤液；蒸发；MVR
1．现有垃圾渗滤液处理工艺存在的主要问题
渗滤液的处理技术有物化处理、生物处理、土地处理和膜处理技术。目前，在我国垃圾渗滤液处理实践中，主要是应用的技术及所占比例详见下表1-1 我国垃圾渗滤液处理主要工艺统计表。
表1-1 我国垃圾渗滤液处理主要工艺统计表
我国垃圾渗滤液处理厂大多采用“物化预处理(混凝沉淀、氨氮吹脱、化学氧化等)+生物主体处理(厌氧、缺氧、好氧等)+物化深度处理(超滤、纳滤、反渗透、吸附、催化氧化等)”的组合工艺，其中以厌氧预处理+MBR+NF/RO工艺最为常见，但现有垃圾渗滤液处理工艺存在的一些主要问题：
（1）膜滤浓缩液
垃圾渗滤液膜滤浓缩液是垃圾渗滤液经过生物降解后经RO膜(或NF膜)截留的残余液。浓缩液一般不具有可生化性，主要成份为腐殖质类物质，呈棕黑色，COD很高，并且含有大量的金属离子，其TDS在20000mg/L-60000mg/L之间[1]。膜滤浓缩液体积因处理工艺、地域垃圾特性等因素的差别，其占渗滤液原液的比例不尽相同，约为10%至40%。膜滤浓缩液目前多采用回灌垃圾填埋场的方式处理，“治标不治本”，且会进一步提高新产生渗滤液原液的处理含盐度，增大了处理难度。
（2）易造成膜污染
渗滤液中的悬浮污染物、溶解性有机物、微生物在膜表面的沉积以及活性污泥中的纤维等都会不同程度上降低膜的通透性，造成膜污染。特别是膜滤浓缩液由于COD和TDS浓度极高，其对膜的污染性更大，使得膜更换的频率更快。
（3）购置及运营成本高
膜组件的制作成本较高，造成该工艺处理渗滤液工程的投资较高；同时，由于膜处理运行电耗较大，膜组件损耗后更换成本也较高，造成该工艺运营成本较高。
2．MVR蒸发技术处理渗滤液工艺
蒸发是一个把挥发性组分与非挥发性组分分离的物理过程。垃圾渗滤液蒸发处理时，水分从渗滤液中沸出，污染物残留在浓缩液中。所有重金属和无机物以及大部分有机物保留在浓缩液中，只有部分挥发性烃、挥发性有机酸和氨等污染物会进入蒸气，最终存在于冷凝液中[2]。蒸发处理工艺可以将渗滤液处理至原体积的2%至10%。
MVR是机械式蒸汽再压缩技术（mechanical vapor recompression ）的简称，是利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量，经蒸汽压缩机压缩做功，提升二次蒸汽的热能，如此循环向蒸发系统供热，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术。
以处理渗滤液为目标的低能耗蒸发工艺是在传统的废水蒸发处理技术的基础上的改良和发展。传统的蒸发技术是一个把挥发性组分与非挥发性组分分离的物理过程，通过加热溶液使水沸腾气化和不断除去气化的水蒸气。垃圾渗滤液蒸发处理时，水分会从渗滤液中沸出，而污染物会残留在浓缩液中。浓缩液低能耗蒸发工艺利用蒸汽的特性，当蒸汽被机械压缩机压缩时，其压力升高，同时温度也得到提升，为重新利用再生蒸汽作为蒸发热源提供了可能。通过这样的能源循环利用技术，将浓缩液蒸发处置运行成本降到最低。
采用MVR蒸发技术处理渗滤液的工艺流程图如下图3.1低能耗MVR蒸发装置处理渗滤液工艺流程图
图3.1低能耗MVR蒸发装置处理渗滤液工艺流程图
3．以MVR蒸发装置处理渗滤液的工程研究
3.1关于进水适用性问题
当进水为渗滤液原液时，经过预处理后通过MVR蒸发TDS、COD、氨氮的去除率分别可达到约95%、96%、80%，因此MVR蒸发设备对去除渗滤液中有机物具有明显效果，渗滤液中氨氮经MVR蒸发后形成的MH3极易溶液水，故出水中氨氮含量偏高。经酸洗、碱洗后，COD、氨氮及总氮的去除率都在90%以上，但出水水质中氨氮、总氮参数很难达到达标。同时，由于渗滤液原液水量较大，整个蒸发系统的耗电量较大。在实践中，耗电量随时间延长则呈现先上升后基本稳定的趋势，在运行结束时对应的耗电量约为吨水90kwh。
当进水为RO浓缩液时，由于水质较清，向其加入药品后均无明显絮凝反应，因此RO浓缩液不需预处理可直接进入MVR设备蒸发。RO浓缩液经MVR蒸发装置后出水水质已可达标排放，故不需使用后续活性炭塔系统。蒸发浓缩液TDS、电导率、COD、总氮的水质参数是进水COD、氨氮、总氮的4-7倍，蒸发浓缩效果明显，其中COD、总氮去除率分别可达到约85%、99%。蒸发RO浓缩液时平均吨水耗电约为吨水80kwh。
NF浓缩液中NH3-N含量和RO浓缩液含量接近，但NF浓缩液总氮低于RO 浓缩液，COD浓度高于RO 浓缩液，硬度远低于RO浓缩液。当进水为NF浓缩液时，须进行预处理，投加PAC、PAM后产生大量絮状沉淀物且迅速沉降。NF浓缩液经预处理后COD、总氮的去除率分别可达到约25%及12%，再经过MVR蒸发后COD、总氮去除率达到约98%及99%，其出水水质已符合排放要求，后续活性炭塔系统也不需使用。NF浓缩液的耗电量同蒸发量是密切相关的，在蒸发量低时，耗电量增加；在蒸发量高时，加热器补充热源少，能耗随之下降，整体耗电量在吨水70kwh左右。
3.2关于氨氮去除及洗气的问题
垃圾渗滤液处理因其有很难被生物降解的腐殖质，同时氨氮的含量较高，使得常规处理方法需要花费高额的费用才能达到满意的处理效果。而MVR蒸发系统解决了上述两个难题，前者通过洗气被去除，而后者直接留在了蒸发浓液中，最终形成了固体颗粒。
垃圾渗滤液中的腐殖质是一类极难挥发的有机物，但采用蒸发技术处理腐殖质却是十分有效的，这是因为低能耗MVR蒸发装置能够有效的分离腐殖质，腐殖质留在蒸发浓液中，不会随蒸汽一起排放。
垃圾渗滤液的氨氮较高，并且在蒸发的过程中容易挥发出来。当蒸汽中的氨氮通过酸洗气塔时，与浓硫酸反应生成硫酸铵而沉淀下来。在不断的循环洗汽过程中，硫酸铵将会达到过饱和状态从酸洗气单元析出来，氨氮在洗气过程中直接去除，产生的硫酸铵也可作为肥田料直接使用。通过酸洗气单元可使蒸馏水中氨氮直接达标。酸洗过后，蒸汽继续进入碱洗气单元，用稀碱液对经过酸洗后的蒸汽进行直接洗气，其中的烧碱与蒸汽中的有机物发生化学反应生成有机钠盐，有机钠盐达到过饱和状态时从碱洗气单元析出。
3.3关于蒸发器结垢问题
蒸发器结垢是以蒸发方式进行水处理工艺中经常会遇到的问题。特别是垃圾渗滤液及膜滤浓缩液具有浓度高，成分复杂的特殊性，蒸发器运行一段时间后水侧会结有大量的钙镁碳酸盐垢及藻类、微生物淤泥等污垢，这些污垢牢固附着于蒸发器表面，导致传热恶化、能耗增大，严重影响蒸发器运行效率，增加运行成本。如何提前防止结垢的发生，在结垢发生后如何清除结垢使系统恢复正常，是以蒸发方式处理渗滤液工艺能否长时间稳定工作所需面对的重要难题。
渗滤液或膜滤浓缩液水质一般硬度较大，这是因为其中含有大量Ca2+、Mg2+、HCO3-等物质，易造成结垢，因此工程实践中常采用加入磷酸或硝酸的办法既可以在进水前软化水体，又可在线清除一部分污垢。亦可以在进水前添加专用的阻垢剂来改善水体环境，提高防止结垢的安全系数。添加专用的阻垢剂后，各盐类的溶解度大大提高，不会在MVR蒸发系统中由于盐类达到过饱和而析出，造成污堵。
宜采用卧式喷淋布膜式蒸发器。其最大优点在于蒸发工作在管外进行，结垢也产生在管外，清理较为容易，并可通过观察孔直观看到蒸发器结垢状态。结垢的清洗也更容易实现在线化学清洗。
此外，新型的MVR蒸发器还设有在线尼龙机械刷，像梳子一样在管束间梳理管束，清除结垢。
4．结论
以蒸发工艺，特别是以MVR蒸发工艺处理渗滤液及膜滤浓缩液可大大提高水处理率，甚至在特定条件下可以达到零浓水排放的理想状态，其处理成本合理，适用性较好，是现阶段处理渗滤液及膜滤浓缩液的理想工艺。特别是通过不断的工程经验积累及用户意见反馈，我们发现采用“厌氧预处理+MBR+NF/RO+MVR蒸发”的模式，既最大限度的减少了尾端浓水的残留量，MVR蒸发的效率又可达到较高的水平，电力消耗较为合理，运营成本更加经济。
参考文献：
[1]钱承.垃圾渗滤液膜滤浓缩液的处理技术探讨[J].商品与质量,2010(146).
[2]许玉东.聂永丰.岳东北.垃圾填埋场渗滤液的蒸发处理工艺,2005(69-70)
论文作者:张奕,唐翠梅,李雪梅
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年8月供稿
论文发表时间:2015/12/7
标签：浓缩液论文; 工艺论文; 垃圾论文; 蒸汽论文; 蒸发器论文; 腐殖质论文; 较高论文; 《工程建设标准化》2015年8月供稿论文;