混合式蒸发在垃圾渗滤液零排放中的应用

崔剑杰

关键词：垃圾渗滤液；零排放处理；混合式蒸发技术

在城市化进程中，人们生产生活中产生的垃圾数量、种类都在不断增加。目前，我国应用最广泛的垃圾处理方式是填埋处理。但是在此种处理模式下，垃圾填埋场中会有越来越多的垃圾渗滤液产生，这些渗滤液中含有高浓度的化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）、氨氮、重金属离子、盐分、难降解有机物等物质，若得不到有效处理，会对土壤、地表水以及地下水等造成严重污染，从而对生态环境造成破坏。为实现垃圾渗滤液的良好处理，达到零排放处理目标，混合式蒸发技术开始在垃圾渗滤液处理中得到广泛应用，且其应用效果十分突出。基于此，在垃圾渗滤液的处理过程中，相关单位和工作人员一定要明确混合式蒸发技术的应用策略，结合具体的处理项目及其实际处理需求对此项技术加以合理应用，充分发挥混合式蒸发技术的优势，满足垃圾渗滤液的零排放处理需求。

1 垃圾渗滤液及其主要处理技术现状

1.1 垃圾渗滤液

垃圾渗滤液就是在垃圾填埋处理中经微生物分解而产生的污染物流出后，和地下水、雨水等混合形成的一种恶臭液体，污染性和毒性都很强，如果得不到及时有效的处理，会对生态环境造成很大程度的不利影响。垃圾渗滤液的治理难度极大，一旦产生污染，就要花费大量人力、物力和财力进行治理，但治理效果通常都不理想。因此，对垃圾渗滤液的最好处理方法就是减少其产出。

1.2 垃圾渗滤液处理技术

目前，垃圾渗滤液的主要处理技术有物理化学技术和生物技术。其中，物理化学处理技术就是将垃圾渗滤液与化学试剂混合到一起，通过活性炭吸附以及氧化等方式降低垃圾渗滤液内重金属颗粒、难溶解物质以及有毒物质等的产生量。用化学试剂使垃圾滤液内的有毒有害物质沉积，可提高其中氧化物的分解能力，并进一步改善其水质。改良垃圾渗滤液的生化性可以有效解决其中的重金属离子以及有机物含量过高等问题，从而减少其二次污染，降低其生物处理难度，实现垃圾渗滤液的快速降解[1]。生物处理技术是通过好氧活性污泥降解垃圾渗滤液中的氨氮等化学成分，使其中的有机物转变成无毒、稳定的无机物，从而达到良好的污染减排效果。将好氧和厌氧处理相结合，可进一步提升垃圾渗滤液的处理效率，缩短其处理时间，有效阻止大面积垃圾渗滤液形成过程中产生的化学反应，从而有效降低垃圾渗滤液的形成量[2]。

1.3 蒸发技术在垃圾渗滤液处理中的主要应用目标

蒸发技术就是通过高温使有机杂质蒸发，减少垃圾渗滤液内的水蒸发量，从而降低此过程中的有害物产生量。就本质而言，蒸发属于分离挥发组分以及非挥发组分的物理处理过程。经过蒸发处理后，垃圾渗滤液内的水分会以水蒸气的形式排出，而其中的残渣会得到进一步的浓缩，显著缩小垃圾渗滤液的体积，为后续的垃圾滤渣处理提供足够的便利。同时，合理应用蒸发技术也可以有效解决垃圾渗滤液和渗滤气体导致的污染问题，保护生态环境。基于此，蒸发技术成为垃圾渗滤液处理中实现零排放的一个主要技术手段。

2 垃圾渗滤液零排放处理中的混合式蒸发技术应用策略

目前，在垃圾渗滤液处理过程中，主要采用以水平和竖直管为基础的混合式蒸发技术。此项技术不仅可让垃圾渗滤液达到零排放的处理效果，还可以合理节约其处理成本，下面分析该技术的主要应用策略。

2.1 设备组合与处理方法

本研究所述混合式蒸发技术是以水平管和竖直管蒸发器为基础的多效混合式蒸发处理系统，有3个主要组成部分，一是水平管低温降膜多效蒸发器，二是机械蒸汽压缩型压缩热泵，三是竖直管多效降膜蒸发器[3]，其处理方法包括以下3个方面。

2.1.1 水平管低温降膜多效蒸发器处理方法

首先，通过冷凝器对垃圾渗滤液进行预热处理，并送入蒸发器，通过布液器使其在蒸发器内的管束上均匀分布。其次，加热管内蒸汽，使部分渗滤液蒸发。对于产生的二次蒸汽主要通过气液分离器进行处理，使其进入下一效蒸发管中用作加热蒸汽，同时将剩余部分的渗滤液送至下一个蒸发器内实施闪蒸处理。末效蒸发器内的温度最低，经上述处理之后的浓缩渗滤液会由此离开装置。

2.1.2 机械蒸汽压缩型压缩热泵处理方法

机械蒸汽压缩型压缩热泵主要对末效水平管蒸发器中产生的二次蒸汽进行升温和升压处理，使其进入一效蒸发器中的传热管用作加热蒸汽，再冷凝成管内的水排放出蒸发器。在管外，蒸发的渗滤液会形成二次蒸汽并进入下一效传热管。在整个处理过程中，每一效蒸发器都在重复蒸发以及冷凝过程，二次蒸汽会在末效蒸发器内形成，然后进入机械蒸汽压缩型压缩泵中得到循环重复利用。

2.1.3 竖直管多效降膜蒸发器处理方法

在水平管蒸发器内，垃圾渗滤液经浓缩后会平行进入竖直管蒸发器，在此蒸发器中得到进一步的浓缩和结晶处理，而高压蒸汽会进入第一效加热室进行加热处理。经加热处理之后，渗滤液会将大量饱和水蒸气蒸发到蒸发室内，然后进入下一效蒸发罐中的加热室，该加热室可对上一效的蒸汽进行冷凝处理，使蒸汽转变成冷凝水[4]。闪蒸器可以将每一效冷凝水闪蒸为二次蒸汽，使其进入二效蒸发器中，最终进入冷凝管，用作水平管蒸发器入口位置的预热蒸汽。

2.2 混合式蒸发主要技术原理

在混合式蒸发器中，水平管降膜蒸发是最关键的一项处理技术。在具体处理过程中，膜状垃圾渗滤液会从一个水平管滴落至下一个与之并连的水平管内，水平管内的介质会对其进行加热处理。在加热过程中，垃圾渗滤液中的水分会不断蒸发。水平管降膜蒸发器就是将此种技术作为基础而设计的一种蒸发器装置，该装置的主要组成部分是若干排水平管。在处理过程中，上一层水管外壁的蒸发余液会滴落到下一层水管继续蒸发[5]。在持续蒸发的过程中，垃圾渗滤液膜也会越来越薄。随着膜厚度的减小，垃圾渗滤液膜将获得越来越高的传热系数。因此，相较于其他类型的蒸发管而言，水平降膜蒸发管的应用可使蒸发器具有更高的传热系数以及传热性能。尤其是在管面光滑的情况下，水平管中的降膜传热系数可以达到竖直管的两倍甚至更高。合理控制喷淋密度不仅可以有效消除水平降膜蒸发过程中的过热区以及液体静压柱等影响，还可以有效降低其蒸发过程中的驱动温度，让蒸发器在温差较小的情况下达到理想的處理效果，进一步提升垃圾渗滤液混合式蒸发处理的经济效益。

2.3 混合式蒸发主要技术特征

在通过混合式蒸发处理技术处理垃圾渗滤液的过程中，主要技术特征包括以下3个方面。第一，通过水平管蒸发器的多次蒸发处理，不仅可让垃圾渗滤液得到有效浓缩，还可以显著降低其中的溶解性固体（Total DissolvedSolids，TDS）浓度。浓缩后的垃圾渗滤液又可以在竖直管蒸发器内用作进料水，显著降低竖直管蒸发器内的高压蒸汽消耗量。另外，竖直管蒸发器内的垃圾渗透液会达到结晶效果，最终实现零排放处理目标。第二，通过多效水平管蒸发器和机械蒸汽压缩型压缩热泵的联合应用，可在较小的温差条件下实现垃圾渗透液的降膜蒸发处理工艺。通常情况下，每一效蒸发器中的传热温差仅为1.6～3.5 ℃，可重复、循环利用蒸发器中的热量，达到更好的节能效果，且能显著降低机械蒸汽压缩型压缩热泵运行中的电能消耗，显著节约整体处理成本[6]。第三，在具体处理过程中，通过控制垃圾渗滤液pH，可有效控制其中的氨氮等易挥发物质对冷凝水质量的不良影响，达到垃圾渗滤液处理的零排放目标。

3 垃圾渗滤液零排放处理中混合式蒸发技术的应用实例

为实现混合式蒸发技术的良好应用，满足当前垃圾渗滤液的零排放处理需求，以下特针对某垃圾渗滤液处理项目中的混合式蒸发技术实际应用进行分析。

3.1 项目概况

在某垃圾填埋场垃圾渗滤液处理项目中，每天需要处理的垃圾渗滤液总量为100 t。为达到零排放处理目标，本项目采用上述混合式蒸发技术，垃圾渗滤液主要水质情况如表1所示。

3.2 混合式蒸发处理方法

在本次垃圾填埋场项目中，垃圾渗滤液的处理主要应用混合式蒸发处理技术。在通过降膜蒸发模式处理垃圾渗滤液时，根据实际处理需求，将2效水平管蒸发器以及一台机械蒸汽压缩型压缩热泵增设到原来的3效竖直管蒸发器系统中，组成了一个混合式蒸发处理系统。在水平管多效低温蒸发系统中，蒸汽温度设置为60.0 ℃；在末效水平管中，蒸发温度设置为55.0 ℃。实践发现，该混合式蒸发处理装置的应用完全满足本项目中的垃圾渗滤液实际处理需求，达到垃圾渗滤液的零排放处理目标。

3.3 混合式蒸发能耗与成本投入情况

本次混合式蒸发系统的成本投入及其运行耗能情况如表2所示。

根据该项目所在地的高温高压蒸汽定价标准，蒸汽价格定为200元/t，电价标准定为0.7元/（kW·h）。实践分析发现，相较于传统的3效竖直管蒸发系统，该混合式蒸发处理系统的应用可以让垃圾渗滤液处理成本从原来的88.0元/t降至11.5元/t。结合该项目中每天的垃圾渗滤液处理量以及水平管蒸发器和机械蒸汽压缩型压缩热泵的购置成本，在该项目运行0.73年后，所有投资都可以收回。由此可见，本次垃圾渗滤液零排放处理项目中的混合式蒸发系统不仅具有十分显著的节能效果，在经济效益方面也具有更加突出的优势。

4 结语

在当前的垃圾填埋场中，垃圾渗滤液处理的主要目标是实现零排放。在对垃圾渗滤液进行零排放处理的过程中，降膜处理是一项关键的蒸发处理技术。但是经实践应用和相关研究发现，传统的竖直管蒸发系统在节能性和经济性等方面都存在较大弊端。基于此，在垃圾渗滤液蒸发处理中，可通过混合式蒸发系统来实施降膜蒸发处理。此项处理技术不仅可以充分满足垃圾渗滤液的零排放处理需求，在运行过程中也可以达到更好的节能效果，尽量减小对环境的负面影响，并进一步节约整体运行成本，促进现代经济、能源與环境之间的协调可持续发展。