MVC蒸发工艺在处理垃圾渗滤液方面的应用

摘要：对MVC蒸发工艺处理垃圾渗滤液的工作原理、工艺特点进行了详细介绍，并进行工程设计。结合实际工程的应用，简单介绍了工程投资及运行效果。
　　关键词：MVC蒸发工艺、垃圾渗滤液、工程应用
　　一、工艺概述
　　MVC工艺，即（低能耗）机械蒸汽压缩蒸发（MechanicalVaporCompression）工艺，其原理在一个世纪以前就已经有了研究，基于控制水平和机械加工水平的限制，直到20世纪70年代才开始在美国海军舰艇中用作从海水中分离出淡水，为远洋舰艇提供淡水补给。
　　由于该工艺具有能耗低、出水水质优良、运行管理方便等特点，所以在过去的四十年中，不断被应用到其他的行业，如用于高浓度无机盐废水处理、高浓度有机废水处理，也应用于纯水制备和高浓度化工废液的浓缩，近年来在国内外经常用于垃圾渗滤液的处理等，目前MVC装置在全世界不同行业有上千套系统在运行。
　　MVC低能耗蒸发工艺是目前现有蒸发工艺中能耗效率最高的、具有去除有机物功能的蒸发工艺，其主要构成包括热交换组件和蒸汽压缩机。它应用薄膜蒸发原理，在自动控制系统的控制下，可实现连续稳定的蒸发与分离。
　　MVC低能耗蒸发工艺主要是运用蒸汽的特性，当蒸汽被压缩机压缩时，其压力和温度得到逐步提升，当较高温度的蒸汽进入蒸发器的换热管束里，而冷水在管外喷淋时，蒸汽在管里面冷凝形成冷凝水，蒸汽的热函传给管外的喷淋水，这样连续进行蒸发。在整个系统中能量的输入只有压缩机的马达和很小的保持系统稳定操作的浸入式加热器。
　　MVC蒸发工艺处理垃圾渗滤液的工作原理（如下图所示）：

MVC蒸发工艺处理垃圾渗滤液的工作原理
　　渗滤液来水被泵入2个热交换器，即浓液冷却器和蒸馏水冷却器（即上图中的能量回收集置），这样来水被排出系统的浓液和蒸馏水进行预热，与此同时，排除系统的浓液和蒸馏水的温度也得到降低。经预热后的渗滤液来水与已浓缩的、储存于装置底部热井中的浓液，通过循环泵混合后，泵入蒸发室上部设置的均匀布水喷嘴系统，渗滤液被均匀喷淋于热交换管束外表面上并形成液膜，液膜在从热交换管束向下流动的过程中，渗滤液被加热沸腾蒸发，残余部分即浓缩液收集于蒸发器下部热井中。蒸发发生在管束外表面，形成的再生蒸汽，通过高效的蒸汽压缩机将蒸汽的压力和温度提高，形成饱和蒸汽进入热交换管束的内部，一方面将热能传递给管束外表面的渗滤液薄膜以形成蒸发，另一方面，该饱和蒸汽在管束内被冷却，形成的蒸馏水被收集到储水腔后闪蒸到一个脱气塔，闪蒸可以非常有效的消除可能重新冷凝到蒸馏水中的有机气体，除气器可以使得蒸馏水的水质更好。经脱气后的蒸馏水通过蒸馏水泵进入能量回收集置内进行再次热交换，冷却后的蒸馏水出水进入DI系统。
　　MVC系统启动时采用全电热方式，从冷机到正常运行一般在60分钟以内。一旦系统进入正常运行，浸入式的加热器自动保持蒸发器的压力稳定，每小时的运行时间约10分钟。正常工作时，除了压缩机和泵的动力消耗外，不再需要外部热量，蒸馏水的热量可回收用于预热原液，冷却后作为MVC蒸馏水出水。
　　根据设计的回收率，浓缩液自动阀在自控系统的控制下连续用泵排出，其排放前先进入能量回收装置，经热交换器换热将渗滤液原液预热到接近沸点温度。产生的浓缩液类似于反渗透工艺，不同之处是体积仅为渗滤液原液的5%～10%。
　　MVC蒸发产生的蒸馏水中除含有200～300mg/L的氨氮外，其他水质指标均远低于国家现行的排放标准。为解决水中的氨氮问题，后续采用DI离子交换系统，将蒸馏水中溶解的氨氮和总氮吸附，使其达标排放。当离子交换树脂饱和以后，采用4～5%的盐酸将树脂再生，循环往复。
　　二、工艺特点
　　⑴采用MVC+DI工艺处理垃圾渗滤液，其出水可连续稳定满足《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）的排放要求，国内多个工程实践证明，该工艺具有投资适中、运行费用低、管理方便，出水优良的特点。
　　⑵工艺单元包括过滤、MVC蒸发和DI，均为物化处理单元，不含生化处理过程，工艺流程相对简单，可随时开停，便于调试和运行管理。
　　⑶MVC是目前已知蒸发系统中耗能最低的蒸发工艺，虽为蒸发工艺，但却不用蒸汽输入作为热源，只需要少量的电力供应即可，系统亦不需要冷却水供应，通过能量回收系统尽量回收排出系统的蒸馏水和浓缩水的热量。一直以来，困扰蒸发系统应用的主要问题就是能耗高，而对于MVC而言，吨水的电耗可低至15～20度，不同的应用场合会稍有变化。
　　⑷系统清水产水率高，浓缩液产量少，仅占原水体积的5～10%。
　　⑸MVC+DI工艺具有较高的脱氮能力。由于MVC出水中含有200～300mg/L的氨氮，采用DI离子交换技术可将其高效去除，相比生物脱氮的效率大大提高，总氮的排放浓度可控制在7mg/L以内。
　　⑹MVC+DI工艺具有较强的抗冲击负荷能力及运行的灵活性。由于蒸发工艺的性质属于应用纯粹物理原理进行分离的过程，对于渗滤液的水质水量的变化适应能力很强，并且具有随时开机、停机的特点，保证水量变化时的运行灵活性。
　　⑺工艺配套设备技术先进、质量可靠、系统使用寿命长。蒸发工艺采用的全部设备均为成熟可靠的常用机械，易损件主要是轴承和机械密封等零部件，更换成本低，维修工期短，蒸发器主体设备的使用寿命可达20年以上，正常运行时只需进行日常的清洗，不存在更换问题。
　　⑻系统操作简单、管理方便，自动化程度高。整个系统以PLC实现全自动控制，运行过程中通过视镜观察发现管束外表面有结垢现象时，系统不需要专门停机，也无需移开蒸发器内部的任何元件，实现在线清洗。
　　三、工程应用
　　以处理规模为100吨/天的工程为例，主要工艺单元设计如下。
　　3.1工艺流程
　　MVC+DI工艺流程框图如下所示。
　　气体吸收←再生系统
　　↑↑↓
　　集液调节池→暂存池→过滤→MVC蒸发→DI离子交换→达标排放
　　↓
　　浓缩液→回灌场区
　　3.2工艺单元设计
　　3.2.1预处理——过滤单元
　　采用DS-01L型全自动在线清洗快速精密过滤器，2台，互为备用，过滤精度为100µ，单台过滤能力2.27～13.6m3/h。
　　3.2.2MVC蒸发系统
　　采用高效自动控制JY/MVC100型蒸发装置1套，外形尺寸：9.0m×5.0m×6.5m（H）。设计进水流量100m3/d，出水流量90m3/d，浓缩液水量10m3/d。
　　3.2.3DI离子交换系统
　　设JY/DI150A和JY/DI150B离子交换塔各1套，直径1.5米，高3.2米，玻璃钢材质。每塔工作时间为12小时，交替使用，保证24小时可连续工作。
　　DI离子交换系统设计参数如下：
　　设计进、出水流量90m3/d，设计进、出水温度10～35℃，出水NH3-N浓度≤5mg/L，系统工作压力0.2～0.4Mpa，树脂总交换容量2eq/L，树脂交换率60～80％，再生盐酸消耗量（平均）0.2吨/天，再生时间1小时/塔•次，再生液量2m3/次。
　　3.2.4中间水池
　　中间水池包括渗滤液原液池、浓缩液储存池、出水暂存池和再生废液暂存池，数量各1座，钢筋混凝土结构。其中渗滤液原液池和出水暂存池平面尺寸为6.0m×4.0m×2.9m；浓缩液储存池和再生废液暂存池平面尺寸为4.6m×4.0m×2.7m。
　　3.2.5配套设施
　　设JY/T-3201-2.0×2.5型浓盐酸储罐、JY/T-3202-2.0×2.5型稀盐酸储罐、JY/T-4201-1.5×1.8型自来水罐、JY/T-2401-1.5×1.8型氢氧化钠溶解罐和JY/T-4202-1.5×1.8型氢氧化钠溶解罐各1套。
　　设水处理车间1座，轴线尺寸19.5m×21.9m。
　　四、工程投资及运行效果
　　目前，采用MVC+DI工艺处理垃圾填埋场渗滤液，在广东省和安徽省均有许多工程应用。以广东省某市垃圾渗滤液处理工程为例，设计处理规模为200吨/天，据当地环保监测部门2009年3月至6月的各项监测报告显示，处理后的出水水质指标为：CODcr：13.3mg/L；BOD5：6.0mg/L；NH3-N：1.96mg/L；TN：6.32mg/L；SS：5.5mg/L；粪大肠菌群：＜2个/L。由此可见上述各项指标均远低于GB16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》中表2的最高允许排放浓度限值。
　　根据对已建工程的现场调查，以处理规模为100吨/天的工程为例，工程投资890万元，占地面积约600m2，运行费用22.75元/吨水，劳动定员3～5人。
　　实际工程运行表明，采用MVC蒸发工艺处理垃圾渗滤液，与其他处理工艺相比具有较大的优势，值得推广和应用。