垃圾焚烧发电厂渗滤液NF浓缩液蒸发处理的试验研究

褚贵祥，邹 琳

(1.中国能源建设集团黑龙江省电力勘察设计研究院，哈尔滨150078;2.哈尔滨工业大学建筑设计研究院，哈尔滨150090)

目前，瑞士Uttigen市垃圾渗滤液处理厂采用四级闪蒸法处理垃圾渗滤液，在优化操作条件后，CODCr和 NH3－N的去除率分别达到 99.5%和98.5%［1］。芬兰拉赫蒂垃圾渗滤液处理厂采用负压蒸发法处理垃圾渗滤液，冷凝液CODCr浓度低于30 mg/L，NH3－ N 浓度为 0.6 mg/L［2］。中国也有一些蒸发法处理垃圾渗滤液的文献报道［3－5］，如岳东北等［4］采用两级浸没燃烧蒸发工艺处理反渗透产生的浓缩液，在系统优化稳定运行后，冷凝液的CODCr和 NH3－N浓度分别小于 230 mg/L和25 mg/L。但是这些传统蒸发技术往往能耗较高，导致处理成本高于传统物化法与生化法的组合工艺。本文提出了MVC蒸发处理技术，并以北京阿苏卫城市生活垃圾综合处理厂的垃圾渗滤液为对象进行试验研究，采用MVC蒸发技术处理技术对NF浓缩液进行浓缩处理，试验结果表明，该技术节能效果显著，可以降低蒸发处理成本。

1 试验装置和方法

1.1 原水

北京阿苏卫城市生活垃圾综合处理厂垃圾渗滤液(400 m3/d)经过水力筛网进入调节池，完成水量、水质的调节;用泵提升进入混凝沉淀池，在混凝沉淀池去除水中大部分悬浮物后，出水由泵提升至UASB单元;在UASB中去除大部分有机物，保证后续好氧系统的稳定运行。UASB出水自流进入一级AO－MBR池，在AO－MBR池中去除有机物、氨氮等污染物，出水自流进入高级氧化处理单元，将生物难降解的有机物分解，提高可生化性，出水用泵提升至二级AO－MBR池，经再次生化反应和膜过滤后送至储水罐。储水罐中的处理水再使用NF、臭氧氧化和活性炭吸附等深度处理工艺，使出水达到排放与回用标准，根据实际需求进行回用(如作为污泥压滤机的冲洗水等)。NF车间产生的浓缩液部分回喷至发酵车间，部分回流至原水调节池。

垃圾渗滤液的处理中常常设置膜处理车间，该车间一般使用NF膜对生化法处理后的渗滤液进行深度处理，本试验以NF车间的浓缩液为处理对象，取自北京阿苏卫城市生活垃圾综合处理厂渗滤液处理站中膜处理车间的NF浓缩液，该NF浓缩液呈棕褐色，气味较重，原水水质如表1所示。

表1 原水水质Tab.1 Raw water quality

1.2 预处理工艺的选择

垃圾焚烧发电厂的渗滤液NF的浓缩液具有高碱度和高硬度的特点，这类污水在蒸发处理时，频繁出现结垢现象，所以提出两种解决蒸发器结垢的方法。

1)向NF浓缩液中加碱(NaOH或生石灰)，将pH调节到12.5以上，使NF浓缩液中的绝大多数硬度物质沉淀。此方法在消耗大量碱的同时产生大量的泥渣。如用NaOH调节pH，每吨NF浓缩液需要消耗 NaOH 8 kg以上，NaOH的价格按3000元/t计算，仅NaOH的药剂费用为24元/m3NF浓缩液，同时去除硬度会产生沉淀，增加了污泥脱水的运行费用。如用生石灰调节pH，药剂费虽比NaOH要低一些，但会产生更多的污泥。本试验不选择加碱去除硬度的方法。

2)向NF浓缩液中加盐酸，将pH降低到4以下，使碳酸根和重碳酸根都转化为CO2，通过曝气将CO2从液相中吹脱出来，使NF浓缩液转化成易溶解的氯化物体系，如 NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2等，同时消除暂时硬度。这种方法能够缓解NF浓缩液在蒸发过程的结垢问题，延长MVC的连续工作时间，运行成本较低。因此，本试验选择加酸的预处理方法。

MVC预处理目的是降低NF浓缩液中的碳酸根和碳酸氢根，对其他水质指标并无要求。因此，预处理的出水只需要考核碱度(指碳酸盐碱度+重碳酸盐碱度)和 pH值。目标出水水质:碱度≤100 mg/L(以CaO计算)，pH为6～7。

1.3 试验装置

试验装置如图1所示，其设计流量为2.5 t/h。

图1 试验装置示意图Fig.1 Schematic diagram of experimental device

NF浓液依次经过盐酸投加单元、预吹脱单元、脱碳塔单元、NaOH投加单元、中和单元和MVC单元。MVC蒸发装置原理图如图2所示。

吹脱槽和中和槽共用罗茨鼓风机进行吹脱和曝气搅拌，脱碳塔设置独立的离心风机和填料对溶液中的CO2进行吹脱。

MVC使水分子从NF浓缩液中蒸发分离，原水中非挥发性污染物则继续留在蒸发浓缩液中，如渗滤液中的重金属、无机物以及大部分有机物等。只有部分挥发性烃、挥发性有机酸和氨等污染物会进入水蒸汽，由于MVC的冷凝温度范围很小，只有沸点和水非常接近的物质才会被压缩冷凝并最终溶于冷凝液中，故MVC冷凝温度范围外的挥发性物质随MVC的不凝气体排出系统。

图2MVC装置原理图Fig.2 MVC device schematic

1.4 分析项目和方法

试验装置24 h连续运行，每天取样分析，测定方法均参照文献［6］。

2 试验结果及分析

利用MVC处理NF浓缩液，实际的处理效果非常令人满意，可以对NF浓缩液进行10倍以上的浓缩，产生蒸馏水的水质优于要求的排放标准(COD＜20 mg/L，NH3－N ＜1 mg/L)。

由于NF浓缩液中的碱度和硬度都非常高，其中重碳酸盐碱度在总碱度中占有绝对的比例。在蒸发过程中，碳酸氢根会受热分解，产生碳酸根离子，与NF浓缩液的硬度物质发生反应生成大量的垢类物质，造成蒸发器出现严重的结垢现象，需要频繁清洗。为了延长蒸发器的连续工作时间，必须寻找解决蒸发器结垢的有效方法。

2.1 去除效果分析

由于氨氮与水的亲和力较强，部分蒸发的氨氮又会重新溶于冷凝水中，所以在MVC工艺处理NF浓液的过程中氨氮的去除能力较低。从试验数据来看，北京阿苏卫城市生活垃圾综合处理厂渗滤液处理站中NF浓缩液蒸发处理后，氨氮浓度较低，是因为在MVC处理之前，原水已经过二级AO－MBR处理，在此过程中大部分氨氮已被去除。在一些垃圾填埋场渗滤液直接蒸发处理的工程项目中，以及MVC工艺后往往增设离子交换装置，用于去除再次溶于冷凝水的氨氮。

本试验采用的加酸预处理方法，可以有效地减少MVC蒸发装置消泡剂和阻垢剂的使用量，降低MVC蒸发装置运行费用，延长MVC蒸发装置的连续运行时间。

2.2 气水比对NF浓缩液蒸发预处理的影响

加酸预处理的方法在预处理过程中必须使用曝气吹脱去除CO2，要精确控制吹脱槽的气水比和脱碳塔的气水比，中和槽混合均匀需要控制合适的气水比。因为在实际运行的过程中，如果气水比过小，就无法发挥吹脱去除CO2、均匀搅拌的作用;如果气水比过大，就会使脱碳塔填料被吹出塔外，吹脱槽和中和槽泡沫溢出。

在试验过程中对不同气水比进行了研究:吹脱槽和中和槽应保持较低的气水比(100% ～200%)，脱碳塔只要保证填料不被吹出塔外，就可以适当提高气水比(＞400%)。

对于泡沫溢出的问题，可以在吹脱槽和中和槽上方安装倒置漏斗型的泡沫提取器，就可以起到提高气水比、增强吹脱CO2和均匀搅拌的效果。泡沫提取器能将溢出的泡沫进行收集，由于泡沫液膜中物质浓度远高于溶液中的物质浓度，泡沫提取器在收集泡沫的同时可以对NF浓缩液进行浓缩，进一步强化了预处理的效果。

2.3 运行费用的估算

运行费估算以药剂费和电费为主要影响因素。

2.3.1 药剂费

盐酸用量为6 kg/m3NF浓缩液，37%的浓盐酸的价格以700元/t计算，则盐酸的费用为11.35元/m3NF浓缩液。

NaOH用量为0.1 kg/m3NF浓缩液，NaOH价格以3500元/t计算，则NaOH费用为0.35元/m3NF浓缩液。

2.3.2 电费

初步估算，NF浓缩液的电耗为3.5 kW·h/t，电价按照0.8元/kW·h计算，则电费为2.8元/m3NF浓缩液。

2.3.3 运行费用

药剂费和电费合计，预处理的直接运行成本为14.5元/m3NF浓缩液，MVC处理工艺在同类型的蒸发处理技术中较为经济。

3 结论

1)在MVC蒸发预处理工艺中应首选加酸预处理的方法。

2)控制好预处理系统的气水比至关重要，如果气水比过高，就应在吹脱槽和中和槽中设置泡沫提取器，或者采用其他混合方式(如机械搅拌)。

3)MVC蒸发处理的出水水质较好，但是在提高连续运行时间的问题上还需改进。

4)MVC可以简化处理流程，降低处理成本，实现出水稳定，达标排放。

［1］ D.R.BIRCHLER，M.W.MILKE，A.L.MARKS，et al.Landfill leachate treatment by evaporation［J］.Journal of Environmental Engineering，1994(120):1109 －1131.

［2］ M.ETTALA.Full－scale leachate treatment using new evaporation technology［J］.Water Res，2003(24):2236 － 2245.

［3］ XU Y D，YUE D B，YI ZHU，et al.Fractionation of dissolved organic matter in mature landfill leachate and its recycling by ultrafiltration and evaporation combined processes［J］.Chemosphere，2006(64):903－911.

［4］ 岳东北，许玉东，何亮，等.浸没燃烧蒸发工艺处理浓缩渗滤液［J］.中国给水排水，2005，21(7):71 －73.YUE Dongbei，XU Yudong，HE Liang，et al.Submerged combustion evaporation press for treatment of concentrated leachate［J］.China Water＆ Wastewater，2005，21(7):71 －73.

［5］ 岳东北，许玉东，诸毅，等.蒸发过程早期渗滤液有机酸挥发规律研究［J］.环境科学，2007，28(4):897 －901.YUE Dongbei，XU Yudong，CHU Yi，et al.Vaporzationg of organic acids from young landfill leachate during evaporation［J］.Environmental Science，2007，28(4):897 －901.

［6］ 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法(第四版)［M］.北京:中国环境科学出版社，2002.