喬建明

（中環(huán)水務(wù)建設(shè)有限公司，北京 100022）

垃圾滲瀝液具有有機(jī)濃度高、成分復(fù)雜、金屬含量低、含有大量病毒及致病細(xì)菌等特點(diǎn)[1]，而有機(jī)污染物多達(dá)60余種，其中有20多種被列入我國(guó)和美國(guó)EPA優(yōu)先控制污染物黑名單中[2]。而其中所含的有毒有機(jī)污染物包括揮發(fā)性有機(jī)化合物和半揮發(fā)性有機(jī)化合物濃度都較高，并且半揮發(fā)性有機(jī)化合物多數(shù)是難降解毒性大的化合物[3]。例如：COD高達(dá)數(shù)千至數(shù)萬(wàn)mg/L，NH3－N和重金屬的含量也高達(dá)數(shù)百到數(shù)千mg/L。垃圾填埋場(chǎng)滲瀝液污染物濃度不僅與填埋工藝、垃圾組分有關(guān)，而且隨著填埋時(shí)間的降解作用而有很大變化[4]，這又給傳統(tǒng)工藝處理帶來(lái)難度。具體污染物濃度見(jiàn)表 1～2。

表1 垃圾填埋場(chǎng)滲瀝液特點(diǎn)

表2 垃圾焚燒廠滲瀝液特點(diǎn)

1 低能耗機(jī)械蒸發(fā)（MVC）系統(tǒng)原理及處理垃圾滲瀝液工藝流程

MVC技術(shù)最早是為了美國(guó)海軍艦船上的海水淡化研發(fā)而成。從工藝的研發(fā)到目前的應(yīng)用已經(jīng)歷了40 a的時(shí)間。目前在全世界不同的行業(yè)和領(lǐng)域有上千套的系統(tǒng)在運(yùn)行，這些行業(yè)包括海水淡化、化工濃縮、高濃度有機(jī)/無(wú)機(jī)廢水處理、純凈水生產(chǎn)、藥用級(jí)注射用水生產(chǎn)等[5]。MVC技術(shù)之所以在這么多的行業(yè)和領(lǐng)域中廣泛地應(yīng)用，是因?yàn)镸VC是所有蒸發(fā)技術(shù)中，能源利用最好，能耗最低，蒸餾出水最佳的工藝。其原理如圖1所示。

當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)之前，滲瀝液從調(diào)節(jié)池被泵入熱井，打開(kāi)蒸汽發(fā)生器為系統(tǒng)提供蒸汽，通過(guò)熱井循環(huán)泵將熱井里的滲瀝液與蒸汽在蒸發(fā)釜中混合，通過(guò)蒸汽給滲瀝液加溫，當(dāng)溫度升高到100～101°C時(shí)，滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求，開(kāi)啟蒸汽壓縮機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行。

當(dāng)經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的滲瀝液在進(jìn)入系統(tǒng)之前首先通過(guò)能量回收裝置，在這里和排出去的蒸餾水與不能蒸發(fā)的濃縮液進(jìn)行多級(jí)熱交換，使?jié)B瀝液的溫度升高，滲瀝液通過(guò)能量回收裝置進(jìn)行熱交換后進(jìn)入熱井，通過(guò)熱井循環(huán)泵，抽至蒸發(fā)釜中，通過(guò)蒸發(fā)釜噴淋裝置噴淋到蒸發(fā)管外表面，變成蒸汽，蒸汽經(jīng)收集后通過(guò)壓縮機(jī)抽至加熱管束內(nèi)部，從而產(chǎn)生持續(xù)的蒸發(fā)循環(huán)。高溫管束內(nèi)壁的蒸汽在對(duì)管外滲瀝液進(jìn)行加熱的同時(shí)又被滲瀝液冷凝，經(jīng)冷凝后變?yōu)檎麴s水，通過(guò)蒸餾水泵，泵入能量回收裝置，在這里回收蒸餾水熱能，后蒸餾水排除MVC蒸發(fā)器，進(jìn)入離子交換系統(tǒng)。產(chǎn)生的濃縮液，儲(chǔ)存到裝置中的熱井，一部分用于與滲瀝液混合，提高滲瀝液溫度，另一部分通過(guò)濃縮液泵，泵入能量回收裝置，進(jìn)行熱量回收之后，排除系統(tǒng)之外。

圖1 MVC原理

排出系統(tǒng)外的蒸餾水通過(guò)陰陽(yáng)離子交換系統(tǒng)，可以去除蒸餾水中含有的氨離子和其他有機(jī)陰離子，從而水質(zhì)滿足排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行達(dá)標(biāo)排放，工藝流程見(jiàn)圖2。

圖2 MVC處理垃圾滲瀝液流程

1.1 MVC蒸發(fā)系統(tǒng)處理滲瀝液的能耗

從整個(gè)工藝流程來(lái)看，系統(tǒng)內(nèi)的損耗主要來(lái)源于蒸汽壓縮機(jī)和系統(tǒng)內(nèi)部水泵電損耗。而占主要能損耗的蒸汽壓縮機(jī)在運(yùn)行中采用變頻調(diào)速，進(jìn)一步提高馬達(dá)效率，減少能耗。與多效蒸發(fā)相比低能耗機(jī)械蒸發(fā)傳熱系數(shù)大能耗低[6]，整個(gè)MVC蒸發(fā)系統(tǒng)處理垃圾滲瀝液的能損耗并不高，相反它是一種非常高效節(jié)能處理滲瀝液的方法。根據(jù)潮州垃圾填埋場(chǎng)垃圾滲瀝液處理廠電耗可知，MVC系統(tǒng)處理垃圾滲瀝液能耗噸水電費(fèi)基本在20 kW·h/t左右。由于每個(gè)地方的填埋施工質(zhì)量、滲瀝液的含固量不盡相同，所以一般而言噸水耗電為 20～25 kW·h/t。

1.2 MVC蒸發(fā)系統(tǒng)處理系統(tǒng)材質(zhì)選擇

MVC裝置的材質(zhì)全部采用特種不銹鋼材質(zhì)，所以滲瀝液對(duì)整個(gè)裝置的腐蝕性根本夠不上任何威脅。但是在海水淡化處理如果用到MVC系統(tǒng)，因?yàn)楹Ｋ泻写罅康穆入x子，那么應(yīng)慎重考慮材質(zhì)，建議選擇鈦金屬或鈦合金材質(zhì)[7]。

2 傳統(tǒng)生物處理垃圾滲瀝液方法的缺陷

目前生物法進(jìn)行垃圾滲瀝液的處理，如UASB厭氧工藝、ASBR厭氧工藝、SBR好氧工藝以及A2O工藝等厭氧－好氧組合工藝等。但是由于垃圾滲瀝液中氨氮濃度較高，C/N較低，導(dǎo)致C、N、P等營(yíng)養(yǎng)平衡的失調(diào)，嚴(yán)重影響了垃圾滲瀝液的生化降解性能，很難達(dá)到理想的處理效果。例如在厭氧處理過(guò)程中甲烷菌受到溫度、p H、有毒及重金屬物質(zhì)影響很大，一旦控制參數(shù)沒(méi)有精確掌控好，厭氧處理系統(tǒng)很容易崩潰[8]。厭氧濾池法處理滲瀝液時(shí)，其負(fù)荷必須保持較低的水平才能達(dá)到理想的處理效果[9]。目前常用的好氧處理方式為微孔爆氣，但是滲瀝液污染物復(fù)雜，很容易造成曝氣盤橡膠膜片的硬化[10]，另外微孔曝氣盤的膜片脫落，曝氣孔的撕裂，維修麻煩都是困擾微孔曝氣好氧處理的問(wèn)題。

在膜法處理垃圾滲瀝液過(guò)程中，由于垃圾滲瀝液成分復(fù)雜，運(yùn)行一段時(shí)間后在膜的濃水側(cè)會(huì)積累水垢、有機(jī)物、膠體、金屬氧化物和細(xì)菌等物質(zhì)造成膜污染，影響膜通量[10]，嚴(yán)重的膜清水得水率只有30%～50%。

從圖3可以看出傳統(tǒng)處理主工藝流程有7個(gè)單元，3個(gè)配套單元：需外加碳源，污泥處理系統(tǒng)和濃液處理系統(tǒng)，另還有3個(gè)回流單元，最終的NF系統(tǒng)有時(shí)設(shè)計(jì)為2級(jí)[11]；UASB反應(yīng)器的出水進(jìn)入兩級(jí)硝化、反硝化處理。

圖3 傳統(tǒng)生物法處理垃圾滲瀝液流程

在本系統(tǒng)中厭氧、好氧微生物對(duì)水中的有機(jī)物進(jìn)行分解利用，合成細(xì)胞組織，生成水和二氧化碳。滲瀝液中的氨氮一部分用于除碳反應(yīng)中細(xì)胞合成，一部分被硝化細(xì)菌利用，生成硝酸鹽、亞硝酸鹽。硝酸鹽、亞硝酸鹽隨硝化液回流至反硝化池，在缺氧環(huán)境下發(fā)生反硝化，硝酸鹽和亞硝酸鹽被還原，生成氮?dú)庖莩觯罱K實(shí)現(xiàn)脫氮。但由于滲瀝液后期的水質(zhì)C/N嚴(yán)重失調(diào)，因此生化系統(tǒng)在處理封場(chǎng)后滲瀝液時(shí)必須外加碳源（如甲醇）以補(bǔ)充原水處理所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而甲醇容易揮發(fā)、易燃易爆，所以操作過(guò)程中容易造成安全隱患[12]，同時(shí)所需費(fèi)用也會(huì)增加。

超濾后清液進(jìn)入反滲透處理系統(tǒng)（NF+RO系統(tǒng)）進(jìn)行處理，可以通過(guò)反滲透膜的清水即為達(dá)標(biāo)后排放水，產(chǎn)水率約占進(jìn)水水量的70%；不能通過(guò)反滲透膜而被截留的含有污染物的污水即為濃縮液，產(chǎn)生率約占進(jìn)水水量的30%，采用回灌處理，不足2 a，原液的TDS上升較高，嚴(yán)重影響UF或RO的運(yùn)行，如濃液要達(dá)到GB 16889—2008表2排放要求，目前還沒(méi)有成熟的技術(shù)，另外關(guān)鍵是該技術(shù)工藝的運(yùn)行必須由高素質(zhì)的管理人員進(jìn)行管理，這也是目前很多滲瀝液生化+膜處理廠癱瘓的原因。

通過(guò)以上分析可以看出，傳統(tǒng)生物處理垃圾滲瀝液工藝在運(yùn)行的連續(xù)性和銜接性上存在很大風(fēng)險(xiǎn)[13]產(chǎn)水率低下，TN達(dá)標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)大，由于目前尚無(wú)成功業(yè)績(jī)運(yùn)行，難以準(zhǔn)確評(píng)估；濃液30%需另處理；超濾膜每1～2 a需更換。過(guò)長(zhǎng)工藝流程使得傳統(tǒng)工藝占地面積大，投資成本高，管理人員需要掌握較高的專業(yè)技術(shù)能力。

3 2種工藝的綜合性比較

2種工藝的綜合性比較見(jiàn)表3。

表3 2種工藝的綜合性比較

4 結(jié)論

垃圾滲瀝液的處理難度大，一直是困擾著填埋場(chǎng)和垃圾焚燒廠運(yùn)營(yíng)的問(wèn)題，由于人們對(duì)環(huán)境的要求越來(lái)越高，相應(yīng)地在2008年4月國(guó)家環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了垃圾滲瀝液的新標(biāo)準(zhǔn)GB 16889—2008代替了GB 16889—1997。明確增加了總氮、總磷和6個(gè)重金屬指標(biāo)的排放要求。低能耗蒸發(fā)系統(tǒng)處理垃圾滲瀝液的技術(shù)的出現(xiàn)，提出了一種新的處理思路，在多個(gè)項(xiàng)目上的應(yīng)用證實(shí)了這種技術(shù)的成熟性與穩(wěn)定性。雖然蒸發(fā)管結(jié)垢問(wèn)題目前可以用酸堿交換清洗的方式很好地得到解決，但是在以后的項(xiàng)目中可以嘗試在清洗過(guò)程中添加阻垢劑以達(dá)到更好的清洗效果。

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