太阳能技术在膜浓缩液处理中的应用探讨

文_宋晓晓 任滨侨 金玉 赵路阳 欧阳凤菊

黑龙江省科学院高技术研究院

近年来，太阳能技术应用于水处理产业的研究逐步兴起，其中太阳能保温技术、太阳能光催化氧化技术、太阳能蒸发浓缩技术以及太阳能驱动地表水修复技术均取得良好的研究成果。但将太阳能技术引入膜浓缩液处理中的研究鲜有报道。

本文对现有的膜浓缩液处理技术进行分析对比，对太阳能浓缩干燥技术引入的可行性进行初步探讨。

1 膜浓缩液的产生与特性

以膜技术为核心的“生化处理+膜法深度处理”组合工艺逐步成为实现“零排放”的主流工艺，已经广泛应用于电镀、制革、制药、炼油、电力以及垃圾处理等行业。然而在膜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，相比原废水，膜浓缩液呈现出成分复杂、高有机污染物浓度、高无机盐组分、高毒性、可生化性差等特点。

2 膜浓缩液的处理方法

当前国内外对膜浓缩液处置的典型方法有回灌法、高级氧化法、回喷焚烧、蒸发法等。

2.1 回灌法

回灌法是近年来应用最普遍的膜浓缩液处理方法，是从渗滤液回灌发展而来的，其原理与渗滤液回灌相同。

回灌法是把垃圾填埋场当作一个以垃圾为填料的生物反应器，回灌液自上而下地流经垃圾填埋层时，利用微生物对其降解，达到降低污染物浓度的目的。回灌法能够有效去除膜浓缩液中的COD 和NH3-N，但是长期使用，过高的盐类物质富集，导致系统瘫痪。

2.2 高级氧化法

高级氧化法是在高温高压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下，产生具有强氧化能力的羟基自由基（·OH），使高毒性高浓度难降解的有机物降解成CO2和H2O。

目前，高级氧化法在膜浓缩液处理中的研究日益增多，主要包括Fenton 氧化、臭氧氧化、电化学氧化，对膜浓缩液中的TOC 和TN 均有较好的去除效果。高级氧化技术是一种高效、产物无害、易于控制的处理方法，但是其处理成本相当高，而且对运行管理要求极其严格。

2.3 回喷焚烧法

回喷焚烧法是将浓缩液统一收集，经高压泵升压后由带有雾化头的喷枪回喷到焚烧炉内，与高温烟气混合后被高温氧化，进而使污染物得到高效去除，回喷焚烧技术可彻底实现膜浓缩液无害化处理。

回喷浓缩液可用于飞灰固化用水和炉渣冷却补水，可有效减缓炉内结焦速度。在实际运行中，浓缩液对炉膛及相关设备的腐蚀问题严重，工艺流程和参数有待进一步研究。

2.4 蒸发法

蒸发法是膜浓缩液处理的主要方法，通过外加热源把挥发性组分与非挥发性组分分离的物理过程，可把浓缩液体积减量90%以上。目前，在膜浓缩液处理行业应用较多的蒸发技术包括浸没燃烧蒸发技术（SCE）、机械压缩蒸发技术(MVR)。

SCE 技术是将燃气与空气充分混合，采用浸没式燃烧的方式对浓缩液进行传热蒸发，其传热效率可达95%以上，浓缩液残留量可降到2%。但是在实际运行中，由于膜浓缩液中氯离子浓度较高，在高温条件会对金属材料产生强腐蚀作用，从而大大限制了该技术的应用。

MVR 技术是利用蒸汽的特性，压缩蒸汽和蒸发器换热管外表面上浓缩液进行热焓传递，实现连续蒸发。膜浓缩液经MVR 处理后，产出的蒸馏水COD 一般小于50mg/L，可以实现稳定达标排放。该技术蒸发过程中会产生10%的蒸发残液，这部分残液处理费用高昂，而且设备的腐蚀以及结垢情况相当严重，导致蒸发装置需不定期进行清洗，难于稳定运行。

2.5 膜浓缩液处理技术存在问题

目前， 膜浓缩液处理技术大多处于试验研究阶段，实际长期稳定运行的工程案例较少。

回灌法主要应用于垃圾渗滤液浓缩液，由于存在过高的盐类积累，造成该工艺系统难以长期运行。高级氧化技术存在处理成本很高，运行条件苛刻等问题难以工程化应用。蒸发技术中的MVR 存在设备造价高，设备结垢问题严重，残液处理成本高昂，难于长期稳定运行，这些限制了蒸发工艺的应用前景。

3 太阳能技术引入到膜浓缩液处理技术的探讨

太阳能蒸发浓缩技术，是利用集热装置吸收太阳能辐射热能，使固液物料中的水分汽化，从而使物料逐步被浓缩干燥。太阳能蒸发浓缩技术很早就应用于工农业生产，但是在污水处理产业使用较少。

太阳能蒸发浓缩技术主要是由太阳能集热装置和蒸发干燥装置组成。太阳能集热器是一种将太阳的辐射能转换为热能的设备，是太阳能集热装置的核心部件。

目前国内外常见的太阳能集热器有平板型和真空管型太阳能集热器，其中真空管型太阳能集热器，其热性能远好于平板型集热器，占国内主流市场份额95%以上。以一家真空管型太阳能集热器为例，每组集热器集热面积8.6m2，每2 组集热器加热1t 热媒介质，升温速度约5.3℃/h，热媒介质可加热到120 ～180℃，完全能够满足一般污水蒸发所需温度。将太阳能浓缩干燥技术引入污水处理工程，以太阳能集热系统作为蒸发工艺的热源，根据污水的蒸发特性，研发针对性的太阳能蒸发浓缩工艺具有一定可行性。

由于膜浓缩液较一般污水成分更加复杂，含有更高的有机物浓度和无机盐浓度，对处理设备要求更高， 针对膜浓缩液处理的太阳能蒸发浓缩干燥装置的研究较少。

处理膜浓缩液对设备的蒸发温度和蒸发装置的耐腐蚀程度都有较高的要求。如果将太阳能技术引入膜浓缩液处理工艺，一方面确保太阳能集热器提供稳定的热源，降低处理能耗和成本；一方面研发新型的蒸法器，克服以往蒸发技术存在结垢易腐蚀等问题。

如果该工艺技术研制成功，因其低成本，无污染的特点，将具有广阔的市场前景和良好的社会生态效益。

4 结语

利用太阳能蒸发浓缩干燥技术处理膜浓缩液，是膜浓缩液处理发展的一个新方向，该技术将太阳能集热技术与浓缩液蒸发技术结合，降低了膜浓缩液处理的能耗和运行成本，为膜浓缩液处理产业提供全新的思路。

但该技术尚处于起步阶段，仍存在一些问题：①太阳能集热系统，热源不稳定，影响浓缩效率；②蒸发技术存在易结垢，频繁清洗等问题；③该技术大部分处于实验研究阶段，距离工程应用还有一段距离。针对目前膜浓缩液的处理现状， 其未来的研究方向趋势为：①改进太阳能集热技术，使其可作为中高温热源恒温输出，突破传统太阳能温度有限、热源不稳定等问题，极大提高了能量转化效率；②改善蒸发方式，优化蒸发系统结构和材料，克服易结垢难清洗等问答题；③优化工艺流程，开发出易于运行管理的新型环保膜浓缩液处理技术。