不同pH 对危废填埋场渗滤液单效蒸发工艺影响的研究

2023-02-05李玉东

环境保护与循环经济 2023年12期

李玉东

（上海市固体废物处置有限公司，上海 201185）

1 引言

随着工业化进程的加快，工业生产带动了经济大发展，同时危险废物产量也随之增加。危险废物来源广泛，具有产量大、种类多、毒性高、成分复杂等特性，对其进行安全处置是一项具有挑战性的工作。填埋是我国现行的一种常见危险废物处置方式，在填埋过程中，因为危险废物自身含水率以及外环境汇入的雨水影响，填埋场将产生大量的渗滤液，这些渗滤液的盐度和有机物浓度高、毒性强、生化性差［1］。因此，如何高效、安全、经济地处理危废填埋渗滤液，是危险废物填埋处置过程中亟须解决的关键问题。

目前，国内外对此类废水的处理方法有生化法、物理法、化学法或以上方法的结合。化学法处理废水能快速有效地去除水中多种剧毒和高毒污染物，且具有易操作、易实现自动监测等优点，但大多化学法成本高、易产生二次污染，难以直接应用于实际场景［2］。生化法被认为是去除渗滤液中有机污染物最为经济、有效的处理方法［3］，但由于渗滤液中有毒物质的存在阻碍微生物的生长繁殖［4］，因此，在进入生化反应之前，必须先进行预处理。物理法处理是指通过吸附［5-6］、萃取、膜分离［7］及蒸发［2］等将水中污染物分离出的方法，该方法工艺简单、便于管理，因此在实际工业企业中得到广泛应用。

针对危险废物填埋场渗滤液高盐、高COD 等特性，本文主要根据某危险废物填埋场渗滤液处置项目，采用单效蒸发工艺处理方法，根据实际生产数据分析不同pH 条件下该工艺对危险废物填埋场渗滤液中氯离子、COD 和氨氮的去除效果。

2 研究概况

2.1 渗滤液水质分析

渗滤液采用某危废填埋场原始渗滤液，其水质情况见表1。

表1 实验废水水质 mg/L

危险废物填埋场填埋物料主要为固废焚烧飞灰、炉渣、污泥等。高盐高氨氮废水由于可生化性差、处理费用高等因素一直是污水处理行业公认的高难度处理废水，且有研究表明，水中含有的还原性离子（如氯离子等）对于COD 的测定干扰尤为显著，随着盐度的增大，CODCr先缓慢增大而后快速增大，所以渗滤液中高浓度盐对COD 测定会产生较大的影响［8］。随着GB 18598—2019《危险废物填埋污染控制标准》的实施，填埋场渗滤液排放的污染物各项指标要求更加严格，为保证渗滤液处理后出水各污染物指标满足高质量排放标准要求，多采取单效蒸发装置对渗滤液进水进行预处理。

2.2 工艺流程

单效蒸发废水工艺流程如图1 所示，其主要由加热器、结晶分离器、冷凝器、冷凝水罐、离心机、母液罐等组成。主要过程为危险废物填埋场渗滤液首先进入原液池，通过进料泵将原液打入分离器（气液分离器），生蒸汽对加热器（60～70 ℃）列管里的原液进行加热，通过强制循环泵进入分离器进行循环，分离器进行加热浓缩气液分离，气体冷凝后排至后端系统进一步处理，高浓度盐水通过出料泵进入结晶分离器，后进入离心机进行分离，分离出的固体盐进行人工打包处置，高浓度盐水（母液）通过泵再一次进入蒸发系统。

图1 渗滤液单效蒸发设备工艺流程

单效蒸发工艺是直接用蒸发浓缩设备将渗滤液加热，渗滤液中易挥发部分和其他介质在其沸点温度时不断地由液态变为气态，并将汽化时所产生的二次蒸汽排入冷凝室，被冷却水冷凝后排出，在加热室中的溶液随着溶剂的汽化，溶液浓度得到提高，浓缩后的晶体从蒸发器的底部出料口排出。该系统加热温度低于110 ℃，不需要加压或真空，系统内部蒸发吸热和冷凝放热的能量循环利用，从而可以降低系统电耗。并且低温设备不易结垢，能耗不会随运行时间延长而增加，不需要长时间停机清洗和修理。

2.3 检测方法

本试验氯离子分析采用硝酸银滴定法，分析设备为全自动电位滴定仪ZDJ－4A；CODCr分析设备为哈希DR3900 DR200 测定仪，采用快速消解分光光度法测定；pH 分析设备为雷磁PHSJ－3F，采用玻璃电极法；氨氮分析设备为美国的哈希DR3900 测定仪，用纳氏试剂分光光度法测定。

3 结果与讨论

3.1 pH 对氯离子蒸发效果分析

氯离子是单效蒸发出水水质的一个重要指标，装置运行正常后进行水质分析及性能测试，测定不同pH 下单效蒸发出水中的氯离子浓度，分析情况如图2 所示。由图2 可知，出水中氯离子浓度具有随着pH 的增加而升高的规律，在pH 分别为3.85，7.11，11.23 时，出水中氯离子平均浓度分别为23，54，106 mg/L，结果显示不同pH 条件下单效蒸发装置的氯离子去除效率均高达99.8%及以上。由于单效蒸发装置运行过程中存在起泡反应，泡沫过多意味着有机物含量过高，使得高浓度的盐浆具有一定的黏稠度，会造成浓盐浆无法形成水与复合盐的分层，严重影响杂盐的分离和成型［9］，故蒸发出水中偶有氯离子含量偏高的情况，为使渗滤液单效蒸发装置运行更加稳定，减少出水指标的波动，向蒸发装置中加入消泡剂可明显缓解此现象。

图2 不同pH 条件下单效蒸发出水中氯离子浓度变化

3.2 pH 对COD 蒸发效果分析

考察了渗滤液在酸性（pH＝3.85）、中性（pH＝7.11）、碱性（pH＝11.23）条件下COD 的蒸发效果，如图3 所示。pH 对渗滤液中COD 的蒸发效果有一定的影响，随着pH 的升高，蒸发后COD 的去除率也逐渐升高。当pH＝3.85 时，出水中的COD 浓度为319～478 mg/L；当pH＝7.11 时，出水中的COD 浓度为90～140 mg/L；当pH＝11.23 时，出水中COD 浓度为18～86 mg/L。这与向杰鹏［10］研究的pH 对渗滤液蒸发馏出液COD 的浓度有影响，整体呈现pH 升高COD 降低的趋势结论一致。经单效蒸发设备处理后，不同pH 条件下渗滤液中COD 去除率均高达90%以上，当渗滤液为中性和碱性条件下，COD 的去除率更高，均为96%以上。在碱性条件下，渗滤液中易挥发的小分子有机酸主要以离子态存在［11］，不易汽化，并且会和碱发生反应，生成不易挥发的盐类物质，同时由于有机物可以和金属离子发生络合反应，而配位体与金属离子的络合能力受介质pH 影响［10］，研究表明，金属—有机物质络合物的稳定性会随pH 的增加而增加［12］，因此碱性条件下更有利于渗滤液中有机物与金属离子发生络合反应，生成难挥发的络合物，这就使得经过单效蒸发设备处理后的出水中COD 含量大大降低。

图3 不同pH 条件下单效蒸发出水COD 浓度变化

3.3 pH 对氨氮蒸发效果分析

氨氮是以游离氨或铵盐形式存在于水体中，两者的组成比取决于水中的pH，当pH 偏高时，游离氨的比例较高，反之则铵盐的比例较高［13］。pH 可以通过改变渗滤液中氨氮的存在形式来改变其蒸发效果，对氨氮的蒸发去除效果有很大的影响。分别对不同pH 条件下渗滤液原液中的氨氮含量进行考察，在pH 分别为3.85，7.11，11.23 时，渗滤液原液中氨氮的浓度分别为208，283，317 mg/L，渗滤液原液氨氮浓度随pH 增高而增大，这与肖秀春［14］的研究结果一致。

图4 给出了不同pH 下单效蒸发出水中的氨氮浓度。由图4 可以看出，随着pH 的增大，单效蒸发出水中的氨氮浓度明显升高。

图4 不同pH 条件下单效蒸发出水氨氮浓度变化

渗滤液pH 对氨氮去除率的影响见图5。如图5所示，随着pH 的升高，氨氮的去除率逐渐降低，当pH＝3.85 时，出水中的氨氮浓度为12～24 mg/L，基本可满足GB 18598—2019《危险废物填埋污染控制标准》中30 mg/L 的排放限值要求，氨氮的去除率较高，为86%～94%；当pH＝7.11 时，出水中的氨氮浓度为52～100 mg/L，去除率明显下降，为63%～80%；当pH＝11.23 时，出水中氨氮浓度为110～430 mg/L，去除率迅速下降甚至下降为负值。这是由于在碱性条件下，渗滤液中的氨氮主要以游离氨的形态存在，NH4＋离子容易和OH－反应生成NH3·H2O，而NH3·H2O 随着蒸发温度的升高生成NH3，NH3·H2O 和NH3均为分子态且极易溶于水，很容易汽化进入蒸发后的冷凝液［2］，造成冷凝水中氨氮浓度增大。而当pH＝11.23 时，运行过程中偶有单效蒸发出水中氨氮浓度略高于渗滤液原液中氨氮浓度的现象，这说明在碱性条件下，蒸发处理不仅使渗滤液中原有的氨氮挥发进入冷凝液，还会使渗滤液中部分含氮有机物发生分解，生成新的氨氮进入冷凝液中，导致蒸发冷凝液中氨氮浓度增加［11］，此现象易增大后端处理系统的氨氮负荷。