混合式蒸發(fā)在垃圾滲濾液零排放中的應(yīng)用

崔劍杰

關(guān)鍵詞：垃圾滲濾液；零排放處理；混合式蒸發(fā)技術(shù)

在城市化進(jìn)程中，人們生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的垃圾數(shù)量、種類都在不斷增加。目前，我國應(yīng)用最廣泛的垃圾處理方式是填埋處理。但是在此種處理模式下，垃圾填埋場中會有越來越多的垃圾滲濾液產(chǎn)生，這些滲濾液中含有高濃度的化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）、氨氮、重金屬離子、鹽分、難降解有機物等物質(zhì)，若得不到有效處理，會對土壤、地表水以及地下水等造成嚴(yán)重污染，從而對生態(tài)環(huán)境造成破壞。為實現(xiàn)垃圾滲濾液的良好處理，達(dá)到零排放處理目標(biāo)，混合式蒸發(fā)技術(shù)開始在垃圾滲濾液處理中得到廣泛應(yīng)用，且其應(yīng)用效果十分突出?；诖?，在垃圾滲濾液的處理過程中，相關(guān)單位和工作人員一定要明確混合式蒸發(fā)技術(shù)的應(yīng)用策略，結(jié)合具體的處理項目及其實際處理需求對此項技術(shù)加以合理應(yīng)用，充分發(fā)揮混合式蒸發(fā)技術(shù)的優(yōu)勢，滿足垃圾滲濾液的零排放處理需求。

1 垃圾滲濾液及其主要處理技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 垃圾滲濾液

垃圾滲濾液就是在垃圾填埋處理中經(jīng)微生物分解而產(chǎn)生的污染物流出后，和地下水、雨水等混合形成的一種惡臭液體，污染性和毒性都很強，如果得不到及時有效的處理，會對生態(tài)環(huán)境造成很大程度的不利影響。垃圾滲濾液的治理難度極大，一旦產(chǎn)生污染，就要花費大量人力、物力和財力進(jìn)行治理，但治理效果通常都不理想。因此，對垃圾滲濾液的最好處理方法就是減少其產(chǎn)出。

1.2 垃圾滲濾液處理技術(shù)

目前，垃圾滲濾液的主要處理技術(shù)有物理化學(xué)技術(shù)和生物技術(shù)。其中，物理化學(xué)處理技術(shù)就是將垃圾滲濾液與化學(xué)試劑混合到一起，通過活性炭吸附以及氧化等方式降低垃圾滲濾液內(nèi)重金屬顆粒、難溶解物質(zhì)以及有毒物質(zhì)等的產(chǎn)生量。用化學(xué)試劑使垃圾濾液內(nèi)的有毒有害物質(zhì)沉積，可提高其中氧化物的分解能力，并進(jìn)一步改善其水質(zhì)。改良垃圾滲濾液的生化性可以有效解決其中的重金屬離子以及有機物含量過高等問題，從而減少其二次污染，降低其生物處理難度，實現(xiàn)垃圾滲濾液的快速降解[1]。生物處理技術(shù)是通過好氧活性污泥降解垃圾滲濾液中的氨氮等化學(xué)成分，使其中的有機物轉(zhuǎn)變成無毒、穩(wěn)定的無機物，從而達(dá)到良好的污染減排效果。將好氧和厭氧處理相結(jié)合，可進(jìn)一步提升垃圾滲濾液的處理效率，縮短其處理時間，有效阻止大面積垃圾滲濾液形成過程中產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)，從而有效降低垃圾滲濾液的形成量[2]。

1.3 蒸發(fā)技術(shù)在垃圾滲濾液處理中的主要應(yīng)用目標(biāo)

蒸發(fā)技術(shù)就是通過高溫使有機雜質(zhì)蒸發(fā)，減少垃圾滲濾液內(nèi)的水蒸發(fā)量，從而降低此過程中的有害物產(chǎn)生量。就本質(zhì)而言，蒸發(fā)屬于分離揮發(fā)組分以及非揮發(fā)組分的物理處理過程。經(jīng)過蒸發(fā)處理后，垃圾滲濾液內(nèi)的水分會以水蒸氣的形式排出，而其中的殘渣會得到進(jìn)一步的濃縮，顯著縮小垃圾滲濾液的體積，為后續(xù)的垃圾濾渣處理提供足夠的便利。同時，合理應(yīng)用蒸發(fā)技術(shù)也可以有效解決垃圾滲濾液和滲濾氣體導(dǎo)致的污染問題，保護(hù)生態(tài)環(huán)境?；诖?，蒸發(fā)技術(shù)成為垃圾滲濾液處理中實現(xiàn)零排放的一個主要技術(shù)手段。

2 垃圾滲濾液零排放處理中的混合式蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用策略

目前，在垃圾滲濾液處理過程中，主要采用以水平和豎直管為基礎(chǔ)的混合式蒸發(fā)技術(shù)。此項技術(shù)不僅可讓垃圾滲濾液達(dá)到零排放的處理效果，還可以合理節(jié)約其處理成本，下面分析該技術(shù)的主要應(yīng)用策略。

2.1 設(shè)備組合與處理方法

本研究所述混合式蒸發(fā)技術(shù)是以水平管和豎直管蒸發(fā)器為基礎(chǔ)的多效混合式蒸發(fā)處理系統(tǒng)，有3個主要組成部分，一是水平管低溫降膜多效蒸發(fā)器，二是機械蒸汽壓縮型壓縮熱泵，三是豎直管多效降膜蒸發(fā)器[3]，其處理方法包括以下3個方面。

2.1.1 水平管低溫降膜多效蒸發(fā)器處理方法

首先，通過冷凝器對垃圾滲濾液進(jìn)行預(yù)熱處理，并送入蒸發(fā)器，通過布液器使其在蒸發(fā)器內(nèi)的管束上均勻分布。其次，加熱管內(nèi)蒸汽，使部分滲濾液蒸發(fā)。對于產(chǎn)生的二次蒸汽主要通過氣液分離器進(jìn)行處理，使其進(jìn)入下一效蒸發(fā)管中用作加熱蒸汽，同時將剩余部分的滲濾液送至下一個蒸發(fā)器內(nèi)實施閃蒸處理。末效蒸發(fā)器內(nèi)的溫度最低，經(jīng)上述處理之后的濃縮滲濾液會由此離開裝置。

2.1.2 機械蒸汽壓縮型壓縮熱泵處理方法

機械蒸汽壓縮型壓縮熱泵主要對末效水平管蒸發(fā)器中產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)行升溫和升壓處理，使其進(jìn)入一效蒸發(fā)器中的傳熱管用作加熱蒸汽，再冷凝成管內(nèi)的水排放出蒸發(fā)器。在管外，蒸發(fā)的滲濾液會形成二次蒸汽并進(jìn)入下一效傳熱管。在整個處理過程中，每一效蒸發(fā)器都在重復(fù)蒸發(fā)以及冷凝過程，二次蒸汽會在末效蒸發(fā)器內(nèi)形成，然后進(jìn)入機械蒸汽壓縮型壓縮泵中得到循環(huán)重復(fù)利用。

2.1.3 豎直管多效降膜蒸發(fā)器處理方法

在水平管蒸發(fā)器內(nèi)，垃圾滲濾液經(jīng)濃縮后會平行進(jìn)入豎直管蒸發(fā)器，在此蒸發(fā)器中得到進(jìn)一步的濃縮和結(jié)晶處理，而高壓蒸汽會進(jìn)入第一效加熱室進(jìn)行加熱處理。經(jīng)加熱處理之后，滲濾液會將大量飽和水蒸氣蒸發(fā)到蒸發(fā)室內(nèi)，然后進(jìn)入下一效蒸發(fā)罐中的加熱室，該加熱室可對上一效的蒸汽進(jìn)行冷凝處理，使蒸汽轉(zhuǎn)變成冷凝水[4]。閃蒸器可以將每一效冷凝水閃蒸為二次蒸汽，使其進(jìn)入二效蒸發(fā)器中，最終進(jìn)入冷凝管，用作水平管蒸發(fā)器入口位置的預(yù)熱蒸汽。

2.2 混合式蒸發(fā)主要技術(shù)原理

在混合式蒸發(fā)器中，水平管降膜蒸發(fā)是最關(guān)鍵的一項處理技術(shù)。在具體處理過程中，膜狀垃圾滲濾液會從一個水平管滴落至下一個與之并連的水平管內(nèi)，水平管內(nèi)的介質(zhì)會對其進(jìn)行加熱處理。在加熱過程中，垃圾滲濾液中的水分會不斷蒸發(fā)。水平管降膜蒸發(fā)器就是將此種技術(shù)作為基礎(chǔ)而設(shè)計的一種蒸發(fā)器裝置，該裝置的主要組成部分是若干排水平管。在處理過程中，上一層水管外壁的蒸發(fā)余液會滴落到下一層水管繼續(xù)蒸發(fā)[5]。在持續(xù)蒸發(fā)的過程中，垃圾滲濾液膜也會越來越薄。隨著膜厚度的減小，垃圾滲濾液膜將獲得越來越高的傳熱系數(shù)。因此，相較于其他類型的蒸發(fā)管而言，水平降膜蒸發(fā)管的應(yīng)用可使蒸發(fā)器具有更高的傳熱系數(shù)以及傳熱性能。尤其是在管面光滑的情況下，水平管中的降膜傳熱系數(shù)可以達(dá)到豎直管的兩倍甚至更高。合理控制噴淋密度不僅可以有效消除水平降膜蒸發(fā)過程中的過熱區(qū)以及液體靜壓柱等影響，還可以有效降低其蒸發(fā)過程中的驅(qū)動溫度，讓蒸發(fā)器在溫差較小的情況下達(dá)到理想的處理效果，進(jìn)一步提升垃圾滲濾液混合式蒸發(fā)處理的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 混合式蒸發(fā)主要技術(shù)特征

在通過混合式蒸發(fā)處理技術(shù)處理垃圾滲濾液的過程中，主要技術(shù)特征包括以下3個方面。第一，通過水平管蒸發(fā)器的多次蒸發(fā)處理，不僅可讓垃圾滲濾液得到有效濃縮，還可以顯著降低其中的溶解性固體（Total DissolvedSolids，TDS）濃度。濃縮后的垃圾滲濾液又可以在豎直管蒸發(fā)器內(nèi)用作進(jìn)料水，顯著降低豎直管蒸發(fā)器內(nèi)的高壓蒸汽消耗量。另外，豎直管蒸發(fā)器內(nèi)的垃圾滲透液會達(dá)到結(jié)晶效果，最終實現(xiàn)零排放處理目標(biāo)。第二，通過多效水平管蒸發(fā)器和機械蒸汽壓縮型壓縮熱泵的聯(lián)合應(yīng)用，可在較小的溫差條件下實現(xiàn)垃圾滲透液的降膜蒸發(fā)處理工藝。通常情況下，每一效蒸發(fā)器中的傳熱溫差僅為1.6～3.5 ℃，可重復(fù)、循環(huán)利用蒸發(fā)器中的熱量，達(dá)到更好的節(jié)能效果，且能顯著降低機械蒸汽壓縮型壓縮熱泵運行中的電能消耗，顯著節(jié)約整體處理成本[6]。第三，在具體處理過程中，通過控制垃圾滲濾液pH，可有效控制其中的氨氮等易揮發(fā)物質(zhì)對冷凝水質(zhì)量的不良影響，達(dá)到垃圾滲濾液處理的零排放目標(biāo)。

3 垃圾滲濾液零排放處理中混合式蒸發(fā)技術(shù)的應(yīng)用實例

為實現(xiàn)混合式蒸發(fā)技術(shù)的良好應(yīng)用，滿足當(dāng)前垃圾滲濾液的零排放處理需求，以下特針對某垃圾滲濾液處理項目中的混合式蒸發(fā)技術(shù)實際應(yīng)用進(jìn)行分析。

3.1 項目概況

在某垃圾填埋場垃圾滲濾液處理項目中，每天需要處理的垃圾滲濾液總量為100 t。為達(dá)到零排放處理目標(biāo)，本項目采用上述混合式蒸發(fā)技術(shù)，垃圾滲濾液主要水質(zhì)情況如表1所示。

3.2 混合式蒸發(fā)處理方法

在本次垃圾填埋場項目中，垃圾滲濾液的處理主要應(yīng)用混合式蒸發(fā)處理技術(shù)。在通過降膜蒸發(fā)模式處理垃圾滲濾液時，根據(jù)實際處理需求，將2效水平管蒸發(fā)器以及一臺機械蒸汽壓縮型壓縮熱泵增設(shè)到原來的3效豎直管蒸發(fā)器系統(tǒng)中，組成了一個混合式蒸發(fā)處理系統(tǒng)。在水平管多效低溫蒸發(fā)系統(tǒng)中，蒸汽溫度設(shè)置為60.0 ℃；在末效水平管中，蒸發(fā)溫度設(shè)置為55.0 ℃。實踐發(fā)現(xiàn)，該混合式蒸發(fā)處理裝置的應(yīng)用完全滿足本項目中的垃圾滲濾液實際處理需求，達(dá)到垃圾滲濾液的零排放處理目標(biāo)。

3.3 混合式蒸發(fā)能耗與成本投入情況

本次混合式蒸發(fā)系統(tǒng)的成本投入及其運行耗能情況如表2所示。

根據(jù)該項目所在地的高溫高壓蒸汽定價標(biāo)準(zhǔn)，蒸汽價格定為200元/t，電價標(biāo)準(zhǔn)定為0.7元/（kW·h）。實踐分析發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)的3效豎直管蒸發(fā)系統(tǒng)，該混合式蒸發(fā)處理系統(tǒng)的應(yīng)用可以讓垃圾滲濾液處理成本從原來的88.0元/t降至11.5元/t。結(jié)合該項目中每天的垃圾滲濾液處理量以及水平管蒸發(fā)器和機械蒸汽壓縮型壓縮熱泵的購置成本，在該項目運行0.73年后，所有投資都可以收回。由此可見，本次垃圾滲濾液零排放處理項目中的混合式蒸發(fā)系統(tǒng)不僅具有十分顯著的節(jié)能效果，在經(jīng)濟(jì)效益方面也具有更加突出的優(yōu)勢。

4 結(jié)語

在當(dāng)前的垃圾填埋場中，垃圾滲濾液處理的主要目標(biāo)是實現(xiàn)零排放。在對垃圾滲濾液進(jìn)行零排放處理的過程中，降膜處理是一項關(guān)鍵的蒸發(fā)處理技術(shù)。但是經(jīng)實踐應(yīng)用和相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的豎直管蒸發(fā)系統(tǒng)在節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性等方面都存在較大弊端。基于此，在垃圾滲濾液蒸發(fā)處理中，可通過混合式蒸發(fā)系統(tǒng)來實施降膜蒸發(fā)處理。此項處理技術(shù)不僅可以充分滿足垃圾滲濾液的零排放處理需求，在運行過程中也可以達(dá)到更好的節(jié)能效果，盡量減小對環(huán)境的負(fù)面影響，并進(jìn)一步節(jié)約整體運行成本，促進(jìn)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)、能源與環(huán)境之間的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。