几种蒸发浓缩渗沥液膜浓缩液的工艺对比分析

2018-01-10丁兆勇尹水娥蒲志红

环境卫生工程 2017年6期

丁兆勇，宋薇，尹水娥，蒲志红

（中国城市建设研究院有限公司，北京 100120）

目前对填埋场和焚烧厂渗沥液［1］采用综合处理的方式比较多，一般都采用前期预处理后先厌氧后好氧处理，然后再超滤、纳滤和反渗透。然而在反渗透和纳滤设备达标排放清液的同时，纳滤和反渗透等膜分离工艺会产生浓缩液，称为膜浓缩液，如果对膜浓缩液处置不当会产生二次污染。膜浓缩液有机物浓度高、可生化性差。垃圾渗沥液是经过生物处理之后再进行深度处理，因此进行纳滤或者反渗透之前，其中易降解的物质已被生物降解，剩下的皆为难降解的污染物质，因此膜浓缩液十分难处理。

1 膜浓缩液典型的处理技术

当前国内外对膜浓缩液处置的典型方法有回灌、膜蒸馏、蒸发、高级氧化等。虽然回灌可以有效去除膜浓缩液中的COD和NH3-N，但是由于膜浓缩液中含盐量极高，盐类物质进入渗沥液中无法得到消纳而会富集于渗沥液中，高盐度的渗沥液又进入处理站内使其水质发生较大变化，并且会对处理系统产生冲击，从而影响膜处理系统的净化效率和出水回收率，降低膜处理系统的寿命。膜蒸馏法成本高，蒸馏通量小，由于温度极化和浓度极化的影响，运行状态不稳定。另外，膜蒸馏是一个有相变的过程，热量主要通过热传导的形式传递，因而效率较低。

高级氧化技术是处理垃圾渗沥液、膜浓缩液比较好的选择，主要表现在高效、产物无害、很容易加以控制满足处理需要。但是，高级氧化法处理成本相当高，而且对运行管理要求极其严格，需要人工加药，运营单位难以负担，且管理水平难以跟上。

蒸发处理技术［1-2］是利用加热蒸发膜浓缩液中的水分，从而使膜浓缩液的体积得到明显的缩小。在实际蒸发过程中，只有小部分挥发性有机酸、氨、挥发性烃会随着蒸汽进入冷凝液，而全部无机物、重金属和大部分有机物则会残存在剩余浓缩液中。蒸发处理工艺可把渗沥液浓缩到原体积2%～10%，并且浓缩液蒸发处置运行成本通过低耗能的能源循环利用技术可以降到最低，因此采用低能耗蒸发处理垃圾渗沥液膜浓缩液具有一定的可行性和经济合理性。

2 几种余热蒸发工艺

垃圾焚烧厂通过焚烧，将城市生活垃圾减量化，同时对垃圾产生的热量加以利用，又实现了垃圾的资源化。在垃圾焚烧发电厂，冷凝损失是整个发电机组的主要损失，其次是排烟热损失，如果能将这2部分热量加以利用，来加热处理渗沥液膜浓缩液，节能减排，无论从经济效益还是社会效益考虑，都是很值得研究的。另外，采用做功能力相对较低的汽轮机抽汽或锅炉给水或汽包饱和水加热蒸发渗沥液膜浓缩液也都是可行方法。

通过研究分析，归纳出可以利用以上热源的3种蒸发浓缩膜浓缩液的工艺：一级加热、降膜蒸发和强制循环蒸发相结合、烟气余热直接蒸发浓缩渗沥液膜浓缩液。

2.1 一级加热

采用该工艺的热源可以是烟气、汽轮机抽汽和汽包饱和水，甚至是汽轮机排汽，只是如果采用汽轮机排汽作为热源，工艺系统需要在负压下运行。

本工艺的膜浓缩液的热蒸发浓缩处理装置（见图1）采用一级换热器和汽水分离串联的方式。膜浓缩液和热源分别从其入口进入一级加热器，膜浓缩液被加热成饱和或过饱和溶液，然后进入汽水分离器，在汽水分离器内容积扩大压力下降，水蒸气分离排出后冷却回收，被浓缩后的膜浓缩液通过其出口排出。

图1 一级加热器蒸发浓缩膜浓缩液工艺装置

采用该工艺对热源的适应性较强，可以应用任何热源；该种方式工艺简单，可操作性强；通过控制热源和膜浓缩液的流量可以轻易控制膜浓缩液的浓缩倍率。但是当浓缩倍率过大时，析出的结晶物和浓缩液的黏稠性很容易粘附在换热器内表面，所以浓缩倍率不宜过大，更适用于蒸发浓缩黏稠度更低的反渗透产生的膜浓缩液。

2.2 降膜蒸发与强制循环蒸发相结合

图2为该工艺处理装置，膜浓缩液首先进入降膜蒸发器1，经过蒸汽或烟气等热源加热后，生成饱和或过饱和的降膜蒸发器膜浓缩液进入汽水分离器2，分离出的水蒸气通过汽水分离器蒸汽出口14进入冷凝系统，被回收利用。汽水分离器膜浓缩液从汽水分离器膜浓缩液出口15排出，通过强制循环泵16加压后进入强制循环蒸发器3，在3内被进一步加热，然后进入闪蒸器4。膜浓缩液进入闪蒸器后，存在一个容积突然增加、压力下降的过程，膜浓缩液在闪蒸器内闪蒸，产生的蒸汽从闪蒸器蒸汽出口26排出，冷却后回收利用；浓缩液从闪蒸器膜浓缩液出口27排出，或自然风干，或填埋场填埋。强制循环蒸发器内膜浓缩液压力可以远远高于降膜蒸发器内膜浓缩液压力，所以膜浓缩液一旦从强制循环蒸发器进入闪蒸器，可以析出更多的水蒸气，也就是可以实现更高的浓缩倍率。

图2 降膜蒸发和强制循环蒸发相结合工艺装置

降膜蒸发和强制循环蒸发相结合，降膜蒸发对膜浓缩液初步浓缩，如果将膜浓缩液设计浓缩倍数过高，容易导致换热管内表面结晶或浓缩液粘附。所以采用降膜蒸发与强制循环蒸发串联的方式，既可以降低强制循环蒸发的出力，又可以防止降膜蒸发换热管内结晶。降膜蒸发器和强制循环蒸发器采用的热源可以不同，与强制循环泵给出的压力相结合，实现浓缩倍率的可调。另外，膜浓缩液和热源的相对流速也是一个重要的浓缩倍率调节手段。但是，该工艺的缺点是系统较复杂。

2.3 烟气余热直接蒸发

布袋除尘器后的烟气较清洁，虽然烟气品质相对较低，但是如果用来直接加热浓缩膜浓缩液（见图3），对产生的蒸汽冷凝液污染较小，也不失为一个加热蒸发浓缩膜浓缩液的可行方法。

图3 烟气余热直接加热浓缩膜浓缩液工艺装置

净烟气通过管道水平进入蒸发池中上部，管道数量依据干燥蒸发出力而定。烟气管道从池一个侧面直接通入对侧面，进入池内的管道底部和侧下面开有小孔，作为烟气出口，孔的大小和间距依据烟气流速、流量和蒸发出力来定。烟气管道浸没在浓缩液液面下，烟气经过直接换热将热转递给浓缩液后，携带蒸发的水蒸气进入冷凝装置。为了防止烟气对池内浓缩液扰动，在烟气出口下方设置有防扰动孔板，在防止烟气对下部浓缩液扰动的同时又可以保证下部清液可以到达板的上方。设置多个渗沥液管道直接伸入到池内不同位置，管口下方设置有防止扰动的防扰动分布板。膜浓缩液通过管道进入蒸发池后，在防扰动分布板的作用下缓慢融入池内膜浓缩液。膜浓缩液在蒸发池内由于重力作用分层，浓液下沉，清液在蒸发池上部。随着膜浓缩液被蒸发，池内膜浓缩液浓度逐渐增加，浓缩后的浓缩液从池子底端的排出管道排出，为了防止池子底端淤积导致浓缩液不能顺利排出，浓缩液排出管道在池子底端设置多个，有的安装在池子侧壁，有的深入到池子底端中部，并且采用泵抽排方式。

以上仅介绍了采取一级加热浓缩的工艺，也可以采用多级的方式。即浓缩后的浓缩液从上级蒸发池的排出管道排出后，进入下一级蒸发池继续被蒸发浓缩。采用多级的优点是可以完全避免新进入蒸发池的膜浓缩液对蒸发池内膜浓缩液造成扰动后，以实现更高的浓缩倍率。

采用烟气余热间接蒸发浓缩膜浓缩液工艺简便、操作简单易行。蒸发产生的水蒸汽冷凝后回收利用；浓缩后的膜浓缩液由于体积大大减小，可以采取自然风干或填埋方式，浓缩倍率可以通过调整浓缩后的膜浓缩液量来自由调整；烟气在进入换热器前比较清洁，换热后携带少量原膜浓缩液中的小分子有机质蒸汽和水蒸气，冷凝后小分子有机质和水蒸气进入冷凝液，仅有极少量以烟气中饱和水蒸气的方式随烟气排出，所以对烟气的污染较小。但是由于烟气品质相对较低，烟气体积相对较大，系统庞大但是蒸发出力较小。