垃圾渗滤液膜浓缩液蒸发实验研究

张瑞洁，王 超，平义超

（深高蓝德环保科技集团股份有限公司，山东 德州 253000）

城市化发展使得城市人口和城市规模迅速增长，生活垃圾产量也在迅速增加，随之导致填埋场渗滤液和焚烧厂渗滤液也在不断增长[1]。目前渗滤液的处理一般采用厌氧+硝化反硝化+超滤、纳滤、反渗透等膜分离的综合处理方式。其中深度处理过程中会产生一定量的膜浓缩液，膜浓缩液因含有大量难降解的有机物、无机盐和少量金属离子等对人和环境的危害非常大[2]。其中的有毒有害物质不仅会污染环境，还会通过食物链影响人体健康。因此对垃圾渗滤液膜浓缩液处理技术进行研究意义重大。

膜分离深度处理垃圾渗滤液，利用压力差和膜的选择透过性截留垃圾渗滤液中的溶质而形成膜浓缩液[3]。垃圾渗滤液膜浓缩液有机物浓度高、含盐量高、可生化性差、含有重金属等特点而难处理。传统处理方法主要是回灌和焚烧，但是回灌会引起渗滤液可生化性变差导致出水不稳定，焚烧成本高且高温下会腐蚀管壁缩短设备使用寿命。高级氧化技术和蒸发技术近年来在垃圾渗滤液膜浓缩液处理中发展迅速，但高级氧化技术因处理成本高，处理难达标而在实际应用中受到一定限制。蒸发技术因对高盐、高浓度可生化性差的浓缩液处理后可达标排放，又因换热器、压缩机及能源循环利用技术等发展，低能耗蒸发技术在处理浓缩液中具有极大的可行性[4]。

1 实验部分

1.1 实验原理

蒸发泡沫夹带导致出水超标、蒸发效率随浓缩比升高而降低、结垢导致蒸发效率降低和管路堵塞等问题，是制约其在污水处理中发展的主要原因。因此，本实验在蒸发处理垃圾膜浓缩液降低以上各问题发生为出发点，设计在负压真空环境下进行蒸发实验。低温蒸发可使挥发性有机质最大限度地留在母液中，利于出水达标。蒸发前进行预处理可降低污水在系统中结垢概率，提高浓缩比利于提高蒸发效率和延长设备使用寿命。浓缩比=浓缩前物料总质量/浓缩后剩余母液总质量。

1.2 主要实验器材和检测仪器

主要实验器材：恒温磁力搅拌加热套、三口烧瓶、蒸馏头、球形冷凝管、真空接收管、单口圆底烧瓶、铁架台、分析天平、循环水式真空泵等。pH和电导率测定分别为上海雷磁PHS-25的pH计和DDB-303A的电导率仪。COD和氨氮测定采用连华科技5B-6C多参数水质测定仪。

1.3 实验方法

取德州蓝德再生资源有限公司垃圾渗滤液反渗透膜浓缩液（简称浓缩液）为样本，实验分浓缩液直接蒸发和浓缩液加入0.4%碳酸钠和0.1%片碱充分搅拌沉淀取上清液用硫酸调pH预处理后在蒸发两组。蒸发液在三口烧瓶中通过电加热套加热蒸发，蒸发尾气出三口烧瓶后通过蒸馏头分离夹带液滴后，尾气进入球形冷凝管冷凝为液体馏分。每次取样700 g在真空度0.06 Mpa下对其蒸发浓缩至一定程度后放出馏分，剩余母液补加蒸发液700 g继续蒸发，若母液有结晶将进行固液分离液体在回蒸发实验中周而复始得到不同馏分。测定各馏分指标并观察蒸发温升和烧瓶内壁结垢情况。

2 结果与讨论

2.1 实验步骤

（1）以浓缩液为蒸发样品，水质：pH 8.01，电导率21.6ms/cm，COD1 610 mg/L，NH3-N107.5 mg/L。按1.3实验方法对浓缩液直接蒸发得馏分1-3。测定不同浓缩比下冷凝馏分的各项指标见表1，观察蒸发温升和烧瓶内壁结垢情况。

表1 冷凝馏分1-3各污染物指标测定值

（2）浓缩液经预处理后作为蒸发样品，样品水质：pH值为8.14，电导率为28.7 ms/cm，COD为1 535 mg/L，NH3-N为68.4 mg/ L。按1.3实验方法对预处理后浓缩液蒸发得馏分2’～9’。测定馏分的各指标见表2，观察蒸发温升和烧瓶内壁结垢情况。

表2 冷凝馏分1’-9’各污染物指标测定值

2.2 蒸发馏分指标对比

本实验各冷凝液馏分水质情况如上表1和表2：随蒸发浓缩比升高，各馏分电导率、COD和氨氮均有升高趋势。尤其是未预处理浓缩液的蒸发馏分各指标上升迅速见表1。表2虽有上升趋势但是幅度不大，但各馏分COD和氨氮均可满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）表2排放浓度限值。

2.3 蒸发稳定性

通过实验可以得出，未预处理浓缩液蒸发中有泡沫产生且有增多趋势，在蒸发馏分3的最后阶段物料膨胀产生大量泡沫，为防止蒸发尾气夹带实验被迫停止。预处理后浓缩液蒸发过程中泡沫较少且无明显增多趋势，蒸发过程始终较稳定。部分有机质或杂质经过预处理和母液结晶固液分离排出系统是稳定蒸发的主要原因，还有可能是预处理酸碱环境破坏了部分起泡物质的结构。

2.4 温升变化

随着蒸发浓缩比升高杂质会增多，造成在相同大气压下蒸发沸点会升高的现象被称为沸点升高也称为温升。不经预处理的浓缩液蒸发浓缩比达15.67倍时，蒸发温升约5 ℃。预处理后蒸发浓缩比达61.76倍时蒸发温升约7 ℃。探讨不同浓缩比下的温升情况，可为生产中提供合适的压缩机参数提供依据。

2.5 蒸发器结垢情况

未预处理浓缩液蒸发停止观察母液未见结晶盐析出，烧瓶中有少量黑色结垢固体挂壁，特别难清洗须用硬物摩擦或酸液清洗。预处理浓缩液蒸发到馏分3’、5’、7’、9’母液时均有晶体析出甚至会有块状盐层挂壁，摇晃进入母液固液分离液体继续进行循环蒸发，烧瓶未见难清洗结垢。可见通过预处理可降低系统结垢概率。

3 结论

通过浓缩液预处理前后物料蒸发实验，探究馏分水质、蒸发温升、泡沫夹带、母液结晶及物料结垢等情况，结果表明：

（1）蒸发浓缩比升高，各馏分电导率、COD和氨氮均有升高的趋势。尤其是未预处理浓缩液的蒸发馏分各指标上升迅速。预处理后的蒸发馏分随蒸发浓缩比升高有上升趋势，但幅度不大明显小于未预处理的蒸发馏分且馏分指标仍可达标排放。

（2）浓缩液随蒸发浓缩比升高温升会升高。预处理后浓缩液蒸发浓缩比达61.76倍时温升约7 ℃，探讨不同浓缩比下的温升可为生产提供合适的压缩机参数提供依据。

（3）预处理物料蒸发会因部分有机质或杂质经预处理或母液结晶固液分离排出系统，酸碱环境还可能改变物料中起泡物料性质，而浓缩蒸发不易引起夹带影响馏分指标。还可降低系统结垢概率，防止因频繁停机清洗设备造成蒸发效率降低或设备寿命的缩短，还可增加浓缩比甚至可达废水零排放。