垃圾渗滤液双效机械蒸汽再压缩蒸发系统分析 我国城市生活垃圾处理主要有堆肥法、焚烧发电和填埋法等几种方法。其中填埋法具有成本低、技术成熟等优势, 处理量占80%以上[1]。但填埋过程中产生大量的渗滤液, 具有高氨氮, 高化学需氧量 (COD) 和氯离子超标的特点[2]。渗滤液的处理方法包括生物法、物理化学法以及组合工艺等。生物法运行简单、成本低, 缺点是处理周期长, 可生化性要求高。物理化学法包括混凝、吸附、膜法和化学氧化法等, 其处理工艺复杂, 成本高[3]。林峪如等[4]采用蒸发法处理垃圾渗滤液, 发现冷凝液中的COD和NH3-N去除率达到65%~75%。机械蒸汽再压缩 (MVR) 是近年来发展迅速的废水处理技术之一, MVR技术具有低能耗、占地面积小等优点林[5]。本文提出了MVR和A/O联合工艺处理垃圾渗滤液, 冷凝液采用A/O工艺处理。 01实验室部分 1.1 实验仪器和材料 实验仪器:V-1600PC型可见分光光度计, 上海美谱达仪器有限公司;5B-3 (B) 型COD多元速测仪, 连华科技;NDJ-5S/8S型数显粘度计, 邦西仪器科技 (上海) 有限公司;pHS-25型酸度计, 成都世纪方舟科技有限公司。 实验材料:浓硫酸 (98%) ;重铬酸钾, AR;, AR;氯化铵, AR;, AR;, AR;氢氧化钠, AR;垃圾渗滤液A、B。 1.2 实验方法 通过预处理过滤掉渗滤液中的大颗粒悬浮物, 然后测量渗滤液的TSS, TDS含量, 动力粘度和pH等。取一定量的渗滤液, 采用旋蒸法 (t=75℃, p=0.01 MPa) 将其浓缩至原来的1/10, 收集蒸发冷凝液, 测量冷凝液中氨氮、COD含量以及浓缩液粘度等。 TSS含量依据SY/T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质指标及分析方法》进行测定;COD含量检测标准采用GB11914-89《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》;氨氮含量采用纳氏试剂法检测。 02工艺流程和数学模型 基于垃圾渗滤液蒸发实验, 本文提出了双效MVR蒸发+生物法的联合处理技术方案, 工艺流程如图1所示。垃圾渗滤液处理工艺分为预处理、蒸发浓缩和蒸发冷凝液的后处理三部分。该系统主要由离心机、预热器、双效降膜蒸发器、蒸汽压缩机、生化池等组成。 2.1 数学模型 为方便计算进行模型简化:以1%的盐水为研究对象, 处理量为1000 kg/h。基于系统的质量守恒、能量守恒和热量传递方程建立系统数学模型。 2.1.1 总的质量守恒和溶质守恒方程 则浓缩比r定义为:r=Xe/Xf (3) 2.1.2 预热过程 预热器设计为水平管式换热器, 预热过程中的能量守恒方程为: 2.1.3 双效降膜蒸发器 降膜蒸发器由于其成膜机理, 可蒸发浓度较高、黏度较大 (0.05~0.7 Pa·s) 的料液。一效和二效蒸发温差分配按照等温差分配。以二效蒸发器为例, 则二效降膜蒸发器的能量守恒方程: 温差分配按照等温差分配。以二效蒸发器为例, 则二效降膜蒸发器的能量守恒方程: 其中QL=5%Q, 下标1和2代表一效蒸发器和二效蒸发器, eva、con、v、c、e、b、f和A分别代表蒸发、冷凝、蒸汽、浓缩液、结晶、回流、进料和传热面积。 2.1.4 蒸汽压缩过程 二次蒸汽压缩过程按绝热过程计算, 则压缩机理论绝热功为压缩机进出口蒸汽的焓值差, 即: 03结果与讨论 3.1 实验结果讨论 如表1所示, 渗滤液呈碱性, TDS含量在2000 mg/L左右。冷凝液中的COD含量只有274 mg/L, 但氨氮含量高达4432 mg/L, 总的来说蒸发浓缩降低了渗滤液的后处理难度。两种渗滤液浓缩液的黏度分别为27.3 mPa·s和17.7 mPa·s, 浓缩液流动性降。 3.2 计算结果讨论 通过理论计算, 压缩机的比功耗随浓缩倍数的增大而减小, 当浓缩比由4增加到12, 压缩机的比功耗降低了10%左右。压缩机的比耗功与蒸发温差近似呈线性增加关系, 蒸发温差从4℃增加到10℃, 压缩机比功耗增加了39%, 蒸发温度对压缩机对功耗影响不显著。如图3所示。 图4表明总的蒸发面积随浓缩比的增加而增加, 浓缩比从6增加到12, 蒸发面积增加了10%左右。总的蒸发面积随蒸发温差的增加逐渐降低, 蒸发温差从4℃到10℃, 总的蒸发面积减少了58%。蒸发温差是影响系统蒸发面积和压缩机耗功的主要因素, 决定了设备投资费用和运行费用。 04 结语 通过蒸发浓缩实验确定渗滤液中的氨氮和COD含量, 浓缩液黏度达到了27.4 mPa·s, 浓缩液有机物富集导致黏度增大和流动性下降。蒸发法处理渗滤液提高了冷凝液的可生化性。模型计算表明蒸发温差和浓缩比对蒸发系统具有重要的影响, 蒸发温差从4℃增加到10℃, 压缩机比功耗增加了39%, 总的蒸发面积降低了58%。浓缩比从6倍到12倍, 压缩机比功耗降低了10%, 总的蒸发面积增加了10%。
