垃圾滲濾液超濃母液真空低溫蒸發系統設計研發
內容摘要：隨著經濟技術的發展和城市規模不斷擴大，傳統的城市生活垃圾滲濾液處理已無法滿足新形勢下的環保要求。根據城市生活垃圾處理無害化、減量化和資源化的基本原則，“零排放”是解決城市垃圾滲濾液的最佳方法。然而垃圾滲濾液是一種成分復雜的高濃度有機廢水，此水特點：具有高COD、高氨氮、高金屬含量、微生物營養元素比例失調、水質復雜、具有強烈惡臭、危害性大的特點。處理起來特別復雜。經過多道工序最終超濃母液仍然無法處理。現提出一種真空低溫蒸發處理技術解決超濃母液。徹底解決垃圾滲濾液零排放的問題。
01 垃圾滲濾液形成原因與危害
隨著我國經濟的快速發展、城市的急劇擴張和人民生活水平的不斷提高，城市垃圾數量逐年增加，目前，國內城市垃圾的主要處理為衛生填埋法，我國超過90%以上的城市垃圾是用填埋法處理的。在城市垃圾填埋過程中由于壓實和微生物的分解作用以及厭氧發酵等多種代謝作用，垃圾所含的污染物將隨水分溶出，并與降水、徑流等一起形成高濃度有機廢液，即垃圾滲濾液，滲濾液是垃圾填埋過程中產生的二次污染，可使地面水體缺氧、水質惡化、富營養化，威脅飲用水和工農業用水水源，使地下水喪失利用價值；經濟有效處理垃圾滲濾液，是城市環境中亟待解決的難題。國內從2003年到2020年垃圾滲液的產量見表1。
02 垃圾滲濾液目前處理的方法
目前國內處理垃圾滲濾液主要方法包括生物法和物理化學法。
生物法分為好氧生物處理、厭氧生物處理以及二者的結合。好氧處理包括活性污泥法、曝氣氧化池、好氧穩定塘、生物轉盤和滴濾池等。厭氧處理包括上向流污泥床、厭氧固定化生物反應器、混合反應器及厭氧穩定塘。生物法適合水質穩定的現場。一般新的垃圾填埋場適合生物法處理。
物理化學法主要有活性炭吸附、化學沉淀、密度分離、化學氧化、化學還原、離子交換、膜滲析、氣提及濕式氧化法等多種方法。物化法不易受水質水量變動的影響，出水水質穩定。尤其對BOD5/COD比值較低(0.07-0.20)難以生物降解的垃圾滲濾液有較好的處理效果，一般老齡化的垃圾填埋場滲濾液多采用以物化法為主的處理技術，現階段垃圾滲濾液物化處理技術以膜過濾和蒸發技術為主，采用膜法為主的滲濾液處理技術運行過程中會產量大量的膜后濃縮液（一般占進液總量的30-50之間），因此該技術在垃圾滲濾液治理上的應用逐漸受到限制。蒸發處理技術因其可以實現垃圾滲濾液的全量化處理，所以其逐漸被用戶接受和認可，并有發展成主流處理工藝技術的趨勢，發展前景廣泛。
但無論采用什么形式的蒸發系統，運行過程中都會產生一定量的超濃濃縮液，由于這部分超濃母液含鹽量高（一般TDS含量大于30%）、有機污染物質濃度高，氨氮濃度高以及其他各類污染物質濃度均比較高，處理及其困難，這個問題一直是制約垃圾滲濾液全量化處理的重要因素。部分項目采取將超濃母液回灌質垃圾填埋區的方式進行處理，但是回灌會帶來新的問題（1）大氣污染。超濃母液回灌處理不當會造成惡臭氣體揮發，從而導致周圍大氣環境質量下降，造成二次污染；（2）高鹽、高濃母液回灌會嚴重破壞垃圾堆體生化系統，導致堆體逐漸失去生物降解功能，對垃圾填埋場安全穩定運行帶來不可估量的惡劣影響；（3）出水水質惡化。由于垃圾填埋堆體失去了原本的生化降解功能，逐漸導致堆體產生的垃圾滲濾液中有機物濃度和含鹽量等污染物濃度大幅度上升，造成垃圾填埋場滲濾液處理系統運行困難。
03 超濃母液處理辦法與技術研究
超濃濃縮液是一種高鹽、高COD、高氨氮復雜的廢水（如下表2），此種廢水是垃圾滲濾液多步物化法和生物法提濃得到的，已經難以再繼續處理下去了，本文將針對此種超濃濃縮液提出處理技術和研發方向，徹底解決垃圾滲濾液處理問題。列舉國內幾個經典垃圾填埋場中的超濃濃縮液指標見表2。
通過觀察表2數據，發現超濃濃縮液中含有大量的鹽、有機物等污染物質，僅能通過穩定化固化或者繼續蒸發的處理辦法達到處理目的。穩定化固化是通過攪拌的方式向母液中加入大量的固化劑、穩定劑、螯合劑等成分，攪拌后混合后進行長時間的氧化以使其達到穩定化固化的目的，但是該方法需要投加的固化劑、穩定劑和螯合劑較多，終端產物增容比較大（一般高達1.5以上），運行成本較高，裝備水平差，工作環境惡劣，因此不適合推廣使用。而我司設計研發的真空低溫蒸發系統具有裝備水平高，自動化程度高，運行過程中不需要投加其他成分，終端固體產品含水率低等優點。
下圖（圖1）為超濃濃縮液處理工藝，該工藝由預熱設備、固化設備和負壓系統三部分組成。超濃濃縮液經由預熱系統流入固化設備，濃縮液在固化設備內完成固液分離（液體以二次蒸汽形式逃逸固化設備，固體留在設備中），二次蒸汽經過換熱冷凝成水儲存在水罐中。真空泵維持系統負壓。
3.1 預熱設備
超濃濃縮液經過預熱設備與固化設備內的生蒸汽冷凝水進行熱交換，使系統更加節省能源。
3.2 固化設備
固化設備是我公司自主研發的一種高效干燥熱備。它能很好的解決能很粘黏、堵管等問題。超濃濃縮液經過真空低溫蒸發系統處理后得到的固化產物含水率可達5-25%，符合城市垃圾填埋場填埋要求。
3.3 負壓系統
負壓系統由板片式換熱器和真空泵組成，固化設備產生的二次蒸汽經過板片換熱器進行換熱，冷凝成液體。最終流到水罐中，真空泵維持系統負壓。
從表2可以看出，超濃濃縮液中有約60%左右的水。根據鹽的沸點比水沸點高的特性，選用不同溫度對超濃濃縮液進行蒸發：85℃、75℃、65℃55℃。因為壓力與溫度度是一一對應的，在控制系統中控制壓力遠遠要比控制溫度方便。所以我們選出對應壓力-0.043MPa、-0.062MPa、-0.076MPa，-0.085MPa。在此時實驗中我們通過控制閥門進行實驗，得到以下數據：
從上面的數據可以看出，隨著蒸發溫度降低，曲線都成下降趨勢，尤其是在75-85攝氏度之間下降較為明顯。后期溫度下降至最低點。經過計算，在溫度為85℃（對應壓力-0.043MPa）蒸發時，湖北、安徽等地COD、氨氮、鹽分去除率在都在約90%左右，而在55℃（對應壓力-0.085MPa）蒸發時去除率COD去除率基本在99%左右，氨氮去除率基本在96%-99%左右，鹽分去除率也在99%左右，所以溫度越低COD、氨氮等的去除率越低去除率越高。但在工程生產中，蒸發溫度過低會給工廠冷卻系統帶來很大壓力。所以一般最低溫度在55攝氏度左右。
04 結論
4.1蒸發溫度越低、去除率越高。
4.2采用負壓蒸發可以完全解決零排放問題。
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