垃圾滲濾液具有高COD、高氨氮、高含鹽量、高氯離子、生化性差等特點。焚燒廠滲濾液的典型處理工藝為預處理系統+生化系統+膜系統，該工藝在實際工程中會產生大量膜濃縮液。目前常用的處置手段為石灰漿制備和入爐回噴，但均會對煙氣指標和焚燒爐運行產生一定的影響，且存在污染物轉移的風險，隨著環保要求越來越嚴格，未來可能將不能通過上述兩種手段對濃縮液進行處置。針對膜濃縮液消納困難的問題，傳統蒸發技術可以實現垃圾滲濾液膜濃縮液的高倍濃縮減量化處理，但存在蒸發器容易結垢污堵、運行穩定性差、需要頻繁清洗、處理成本過高等一系列問題。
基于增濕減濕原理的低溫蒸發技術在焦化廢水、高鹽廢水、海水淡化、垃圾滲濾液處理等領域已有應用研究。該技術蒸發溫度低、流程簡單，可緩解蒸發器結垢污堵的情況，同時還可廣泛使用低品位熱源，有望大幅降低蒸發處理成本，是解決垃圾滲濾液膜濃縮液問題的新思路。
筆者以低溫蒸發技術處理某垃圾焚燒廠滲濾液反滲透膜濃縮液的實際工程為例，重點考察了低溫蒸發系統在處理水質復雜的膜濃縮液時的穩定性、處理效果和經濟性，并初步評估了系統的污染情況和控制措施，旨在為高鹽、高COD、高硬度的復雜工業廢水處理提供參考。
1、材料與方法
1.1 進水水質及水量
江蘇某垃圾焚燒發電廠滲濾液處理工藝為預處理+厭氧+AO+超濾+納濾+反滲透。因系統膜元件老化，導致反滲透濃水中污染物濃度比常規系統更高，屬于復雜水質。其中COD為900~1800mg/L、總硬度（以CaCO3計）為4000~5000mg/L、硫酸根為70~1100mg/L、電導率為39~41mS/cm。構建低溫蒸發系統用于處理滲濾液站反滲透系統的濃水，設計處理規模為24m3/d，濃縮倍率為2倍，產水水質滿足《城市污水再生利用工業用水水質》（GB/T19923—2005）中再生水用作工業用水水源的水質標準。
1.2 工藝流程
圖1為低溫蒸發工藝流程，包括增濕器和減濕器兩部分。進水進入濃水循環管路與循環濃水混合后，首先在預熱器內與減濕器的循環清水進行換熱，回收一部分熱量并升溫后，進入加熱器與熱源蒸汽換熱，升溫至設定溫度后自增濕器頂部進入，在增濕器內部與風機從增濕器底部送入的冷空氣進行逆流接觸，進行傳質和傳熱，完成鹽水分離的蒸發過程。與空氣傳質換熱后的濃水自增濕器底部排出后繼續進行循環濃縮，當增濕器內循環物料濃度達到設定值時，則由循環管路旁路排出，中試產生的濃水與滲濾液站濃水合并以后統一送至主廠房用于石灰制漿。濃水中的成分主要為有機物、鈉鹽和鉀鹽等，需要對其進行進一步處理，考慮到鈉鹽和鉀鹽具有資源回收的價值，可以進一步探究低溫蒸發濃縮液的資源化處理路徑，例如鹽的分離回收等。
與熱水接觸后的濕熱空氣自增濕器頂部排出后自減濕器底部進入，在減濕器內部與循環清水進行逆流接觸，以實現水蒸氣冷凝回收。減濕器頂部出口尾氣可能含有夾帶的污染物，因此需進一步處理，主要包括噴淋和吸附。減濕器清水自底部排出后進行循環，與循環的濃水進行換熱，當減濕器內清水達到設定液位時，則由循環管路旁路排出。
系統操作壓力為常壓，采用該廠的低壓乏汽為熱源，濃水進水溫度為70~80℃，產水出水溫度為40~45℃。系統配置2臺循環泵，規格為Q=15m³/h、H=30m；風機1臺，規格為Q=3000m³/h、P=2000Pa。主體設備采用非金屬耐熱材質制作，抗腐蝕性強，可有效處理高鹽、高氯、酸性的復雜工業廢水。
1.3 分析項目及方法
COD采用微波消解法測定；pH、電導率采用哈希HQ11D便攜式多參數分析儀測定；總硬度采用EDTA滴定法測定；硫酸根離子和氯離子采用毛細管電泳儀測定。
2、結果與討論
2.1 運行情況概述
系統進水COD濃度偏高，調試初期增濕器內存在起沫現象，造成增濕器壓力出現波動的情況。通過連續添加消泡劑，增濕器內部氣體壓力基本穩定，未再出現明顯波動，這說明增濕器內部起泡現象得到了有效緩解。經過長時間的運行，增濕器不同位置的壓力保持穩定，壓力波動范圍均小于0.2kPa，這說明增濕器內部的氣液流道未出現明顯的結垢堵塞現象。
增濕器上部氣體溫度隨進料溫度而波動，最大波動范圍為2℃。這是由于高溫物料與溫度較低的空氣接觸后，液體既給氣體以顯熱，又給汽化的水以潛熱，傳熱過程較為劇烈。而中部與下部氣體溫度基本保持穩定，溫度波動范圍均小于0.5℃，說明增濕器內部成功建立了熱量平衡。
2.2 處理效果分析
系統進水電導率為39~41mS/cm，平均為40mS/cm。經過低溫蒸發系統濃縮處理后，濃水電導率為75~90mS/cm，平均為81mS/cm，平均濃縮倍率約為2倍，滿足設計要求。
圖2為產水電導率和氯離子濃度的變化。可知，最大產水電導率為31μS/cm，平均產水電導率為26μS/cm，脫鹽率高達99.9%。產水氯離子濃度均小于7mg/L，遠低于敞開式循環冷卻水系統補充水水質要求的250mg/L，蒸發產水可直接達標回用。同時系統出水水質不低于傳統蒸發工藝的，且相比于滲濾液處理站反滲透系統的產水，出水水質更優，無需再進入反滲透系統進行進一步處理。
圖3為進水、濃水和產水COD的變化。可知，進水COD濃度較高，最高能達到1800mg/L，高于常規工況下反滲透膜濃縮液，這與前端納濾系統的膜元件老化和運行波動有關。進水經過濃縮后，濃水COD最高能達到3100mg/L，出現了嚴重的氣泡，需連續添加消泡劑。長時間運行后有機物會附著在換熱壁面和增濕器內構件的表面，因此在運行過程中需要嚴格監測系統的污堵情況。
滲濾液膜濃縮液中的有機物主要為分子質量小于1500u的水溶性腐殖質，以烷烴類為主，還有部分苯系物、醇類和酯類物質。膜濃縮液中的有機物分子質量大、揮發性小，在蒸發過程中大部分會殘留在濃水中，其中少量沸點相對較低的有機物，主要為烷烴類和醇類，會隨濕空氣夾帶至產水中，冷凝液的UV254幾乎完全被去除也說明腐殖質類大分子有機物及含C=C雙鍵和C=O雙鍵的芳香族化合物沒有揮發到產水中。因系統進水pH為酸性，濃縮液中殘留的微量有機酸在酸性條件下揮發性大，也會通過傳質作用揮發到濕空氣中，通過對尾氣的檢測發現，微量污染成分主要為硫化氫、甲硫醇、二甲二硫等，均是常見的異味因子，需排入廠區除臭系統進行進一步處理。系統最終產水COD均值小于20mg/L，滿足冷卻塔補水標準，進一步說明只有極少部分有機物被夾帶至產水中。
圖4為進水和濃水硬度、硫酸根的變化。可知，進水硬度為4900mg/L，硫酸根為780mg/L，水質惡劣，經蒸發器濃縮后，濃縮液硬度高達11400mg/L，硫酸根濃度達到1950mg/L，料液中硫酸鈣處于較高的過飽和狀態，在換熱界面上結垢傾向更加明顯。為防止無機結垢，需要嚴格控制進水為酸性，同時控制合理的在線清洗頻率以保證系統穩定運行。
2.3 污染分析與控制
圖5為預熱器平均對數傳熱溫差的變化。定義系統的污染速率為預熱器平均對數傳熱溫差隨時間的變化速率，單位為℃/d。以預熱器為研究對象，圖5分為3個運行階段。在第一階段，設置4倍濃縮倍率，連續運行4d，預熱器污染程度增加，出現換熱效率明顯下降的情況，污染速率為2℃/d。此階段一直采取在線化學酸洗，頻率為12h清洗1次，每次持續2h，但換熱效率的下降速率未得到有效控制，說明酸洗對換熱器污染無明顯控制效果。化學清洗水箱的pH也未發生明顯上升，經過16個周期的運行，pH從2.9上升至3.1，說明酸洗液與污染物未發生劇烈反應，pH的緩慢上升可能是預熱器內殘留的廢水中和清洗液后造成的。
在第二階段，降低濃縮倍率，嚴格控制在2倍，中間未進行在線化學清洗，連續運行2d后，預熱器污染得到有效控制，換熱效率基本維持不變，污染速率為0。這說明預熱器污染速率與濃縮倍率呈正相關，過高的濃縮倍率會造成預熱器的嚴重污染。另外，第一階段的酸洗對換熱器污染無明顯的控制作用，與第二階段未投入化學酸洗只控制濃縮倍率換熱器效率基本不變，推測更有可能是膠體與有機物黏附換熱器造成的污堵，即有機污染占主導地位，無機污染占次要地位。
在第三階段，為了驗證有機污染占主導地位的可能性，維持2倍濃縮倍率不變，將化學酸洗改為化學堿洗。由圖5可知，連續在線化學堿洗后換熱效率逐漸恢復，說明污染成分主要為膠體和有機物。因此系統運行時，需嚴格監測水質的變化情況并控制系統的濃縮倍率，設置在線堿洗，以保證系統的穩定運行。
2.4經濟成本分析
以垃圾滲濾液反滲透膜濃縮液為處理對象，蒸發濃縮倍率控制在2倍，不考慮處理蒸發母液的成本。低溫蒸發系統的平均運行電耗為19.8kW∙h/m3，單價按0.65元（/kW∙h）計算，成本為12.87元/m3；HCl用于調節進水pH，用量為1.39kg/m3，單價按0.35元/kg計算，成本為0.49元/m3；消泡劑用量為0.056kg/m3，單價按25元/kg計算，成本為1.40元/m3；氫氧化鈉用于化學清洗，用量為0.04kg/m3，單價按3元/kg計算，成本為0.12元/m3。不考慮低品位廢蒸汽的費用，總運行成本為14.88元/m3。在實現同樣處理效果的前提下，低溫蒸發系統相較于機械蒸汽再壓縮蒸發系統運行成本可節省約15元/m3，相較于浸沒式蒸發系統可節省約60元/m3。可知，相比于傳統蒸發工藝，低溫蒸發系統具有明顯的經濟優勢。
3、結論 ①低溫蒸發技術處理滲濾液反滲透膜濃縮液的減量化效果明顯，產水電導率均值小于26μS/cm，脫鹽率高達99.9%，產水COD均值小于20mg/L，Cl濃度小于7mg/L，pH接近中性，系統產水水質可直接達到冷卻塔補水標準。
②基于增濕減濕原理的低溫蒸發系統能夠實現廢熱、余熱等低品位熱源的有效利用，綜合運行成本為14.88元/m3，相比于傳統蒸發工藝具有一定的優勢。
③該系統運行溫度較低，主體采用非金屬材質，抗腐蝕性較強，在處理滲濾液等高鹽、高氯、高有機物的工業廢水過程中可以保證運行的穩定性。（來源：光大環境科技<中國>有限公司）
