【word】 MVR處理垃圾填埋滲濾液的合理途徑

1、mvr處理垃圾填埋滲濾液的合理途徑第26卷第1期2011年3月廣州環(huán)境科學(xué)cuangzhouenvironmentalsciencevol-26.no.1mar.201117mvr處理垃圾填埋滲濾液的合理途徑區(qū)藏器李穗中(t廣州市環(huán)境保護(hù)局,廣州510091;.廣州市固體廢物管理中心,廣州510091)摘要本文通過mvr和蒸發(fā)器的原理特點(diǎn)討論,對以該法處理垃圾填埋滲濾液至達(dá)標(biāo)排放的可行性進(jìn)行分析,提出合理的mvr工藝組合和適用設(shè)備方案.關(guān)鍵詞垃圾滲濾液mvr離心式蒸汽壓縮機(jī)羅茨式蒸汽壓縮機(jī)熱虹吸再沸器根據(jù)環(huán)保部關(guān)于加強(qiáng)生活垃圾處理和污染綜合治理工作的意見要求,到2015年底,全國城市生活垃圾無

2、害化處理率達(dá)到80%,其中36個(gè)大城市(省會(huì)城市和計(jì)劃單列市)達(dá)到95%.全國所有縣城建成1座以上生活垃圾無害化處理設(shè)施.現(xiàn)廣東省大多縣市均已建成1座以上生活垃圾填埋場,普遍面臨滲濾液處理難題.國家生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)(gb168892008)對垃圾填埋場滲濾液的排放標(biāo)準(zhǔn),從cod,總氮,重金屬及外運(yùn)處理等方面提出了更為嚴(yán)格的要求,使得一些老工藝遭到淘汰,滿足新標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)工藝如uasb+mbr+ro(上流式厭氧流化床+膜生物反應(yīng)+反滲透),mbr+nf(納濾)+ro,mvr+di(陽離子交換)等,逐步走進(jìn)人們的視原廢液線.本文從節(jié)能減排的角度,對其中mvr合理的工藝組合與設(shè)備進(jìn)行探討.1m

3、vr技術(shù)原理及特點(diǎn)mvr屬蒸發(fā)工藝,是用機(jī)械方法將二次蒸汽再壓縮到較高壓力,使其內(nèi)能得以提高,重返原蒸發(fā)器取代新鮮蒸汽為熱源,實(shí)現(xiàn)這股能量的持續(xù)循環(huán),即只要蒸發(fā)啟動(dòng)產(chǎn)生二次蒸汽,可不再用外加蒸汽而使蒸發(fā)連續(xù)進(jìn)行.該蒸發(fā)系統(tǒng)被簡稱為mvr(mechanicalvaporreeompression),有的稱mvc(mechanicalvaporcompression),本文認(rèn)為稱mvr較確切.mvr過程示意見圖1.圖1mvr過程示意20世紀(jì)60年代,德國和法國成功地將該技術(shù)應(yīng)用于化工,制藥,造紙,污水處理,海水淡化等行業(yè);噸水蒸發(fā)電耗約2370kwh(由物料特性決定)il_,相當(dāng)于0.0370.1

4、1t蒸汽.這種技術(shù)我國近30a才開始在石化和鹽化工行業(yè)得到應(yīng)用,主要原因是mvr設(shè)備都是歐美進(jìn)口的,價(jià)格較高,但近年能源價(jià)格上漲和可持續(xù)發(fā)展的要求,該技術(shù)受到重視,先后被列為2007和2010年國家鼓勵(lì)發(fā)展的節(jié)能環(huán)保設(shè)備囝.該技術(shù)用于高濃度廢水處理的原因則是該節(jié)能工藝與其他工收稿日期:2011-0304,修改稿收到13期:20110519電能藝組合,能解決滲濾液氨氮和難降解污染物濃度高的難題,滿足愈來愈嚴(yán)格的水環(huán)境保護(hù)要求.清華大學(xué)許玉東等人對垃圾填埋滲濾液間接蒸發(fā)工藝的運(yùn)行費(fèi)作比較網(wǎng),由低至高排行依次是:負(fù)壓熱泵蒸發(fā),常壓熱泵蒸發(fā),二段反滲透,閃蒸蒸發(fā),強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā).可見mvr在蒸發(fā)工藝中節(jié)

5、能效果好,運(yùn)行費(fèi)較低.mvr和ro都屬于物理分離法,使?jié)B濾液分離成大小2股液體:大股的清液和小股的濁液,滲濾液所含污染物絕大部分被濃縮于濁液中.據(jù)筆者實(shí)際18廣州環(huán)境科學(xué)26卷1期調(diào)查,ro直接用于垃圾滲濾液處理已被廣州李坑試驗(yàn)證明是不可行的.而垃圾滲濾液傳統(tǒng)使用生化處理,目前尚無達(dá)到生活垃圾填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)(gb168892008)排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)例.使生化與ro組合,污染物去除率可達(dá)95%以上,清液可達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn),但ro濃縮液(約占處理量10%20%)仍須回灌處理,組合電耗高達(dá)55-62kwh,t滲濾液.潮州使用的mvr+di組合嗍,可直接用于垃圾滲濾液處理,但廢液(約占處理量14%一21%)也

6、須回灌處理,清液不完全達(dá)標(biāo),但電耗降到27kwh/t滲濾液以下.2種方法的投資以mvr較低(工程概算約6.85萬元/t滲濾液圈),且mvr系統(tǒng)緊湊密閉,自動(dòng)化程度高,不受氣候和水質(zhì)變化影響,生產(chǎn)環(huán)境干凈無異味,占地少,有市場前景,但它不能減排污染物,設(shè)計(jì)上也還存在若干問題,以致維修維護(hù)工作量大,只能間歇生產(chǎn),有待改進(jìn)完善.2mvr+di處理垃圾填埋滲濾液的現(xiàn)況筆者曾對潮州錫崗垃圾滲濾液處理廠現(xiàn)場調(diào)查,該廠設(shè)計(jì)規(guī)模200t/d,配置2臺(tái)美國j&y公司產(chǎn)單級離心壓縮機(jī)(90kw/臺(tái)),一臺(tái)強(qiáng)制循環(huán)噴灑廢液的臥式列管蒸發(fā)器和一套陽離子交換系統(tǒng),另有一套144kw的電鍋爐為mvr啟動(dòng)和維持生產(chǎn)

7、供應(yīng)新鮮蒸汽,若干配套泵及槽罐設(shè)備.滲濾液抽樣送檢結(jié)果是di出水cod=190mg/l(標(biāo)準(zhǔn):100mg/l),ni-l-n=4.37mg/l(標(biāo)準(zhǔn):25mg/l),tn=8i31mg/l(標(biāo)準(zhǔn):40mg/l)和ph值=3.45(標(biāo)準(zhǔn):69),di出水帶黃色(色度未做,標(biāo)準(zhǔn):40).嚴(yán)格來說,mvr+di的排水是不達(dá)標(biāo)的,應(yīng)進(jìn)一步處理才能確保達(dá)標(biāo)排放.回灌的廢液除蒸發(fā)濃縮液外,還有di再生排放的含氯化銨鹽酸廢液和蒸發(fā)器氨基磺酸除垢廢液,所含污染物和無機(jī)鹽將累積于填埋場新生的滲濾液內(nèi),對填埋體的厭氧消化功能和滲濾液處理設(shè)備管道必將產(chǎn)生極不利的影響.潮州在投入運(yùn)行至調(diào)查的一年內(nèi),更換過滲濾液循環(huán)泵

8、,發(fā)生過管道破裂,蒸發(fā)器結(jié)垢嚴(yán)重等,有記錄的最大日處理量116t,達(dá)不到設(shè)計(jì)能力.原設(shè)計(jì)除垢23d/次,實(shí)際要每天停機(jī)除垢,以致間歇生產(chǎn).據(jù)統(tǒng)計(jì),我國滲濾液成分ci一=1893262mg/l,總硬度300010000mg/l61.材料防腐要求,c1一>300mg/l,80clc以上蒸發(fā)時(shí),需用鈦設(shè)備和管道,不用316l以下的不銹鋼材料f7】.潮州mvr接觸滲濾液的部分采用316l不銹鋼材料,101105蒸發(fā),所以,設(shè)備管道腐蝕損壞是難免的.結(jié)垢清洗難則與蒸發(fā)器選型有關(guān).現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)運(yùn)行每噸滲濾液成本為:電耗27kwh/t;氨基磺酸0.6kg/t,燒堿0.16kg/t,消泡劑0.15let,3

9、0%hc15kg/t.尚未計(jì)人工,設(shè)備維修,管理,回灌,折舊等.原設(shè)計(jì)對di再生排放的含銨鹽酸廢液(5%hc1)再進(jìn)行mvr蒸發(fā)濃縮,實(shí)際上沒有實(shí)施.本文認(rèn)為mvr與di組合技術(shù)上不合理,di再生含銨鹽酸廢液二次濃縮運(yùn)行費(fèi)用較高.3mvr處理垃圾填埋滲濾液的合理途徑本文認(rèn)為,mvr處理滲濾液合理的工藝組合和條件是:mvr+濃縮液焚燒+冷凝液生化處理.其中,蒸發(fā)條件為ph值=5,壓力0.02mpa(約60),配用mvr壓縮比2.4,出口壓力0.048mpa,飽和蒸汽約80oc;濃縮液噴人填埋氣火炬850oc以上焚燒或回灌(火炬塔啟動(dòng)前);蒸汽冷凝液進(jìn)入sbr生化處理.此外,各單元應(yīng)選用高效耐用的

10、設(shè)備,確保實(shí)現(xiàn)工藝目標(biāo).3.1蒸發(fā)工藝條件和設(shè)備的選擇3.1.1蒸發(fā)溫度和酸堿度清華大學(xué)岳東北等人的研究表明8】,滲濾液的ph值影響二次蒸汽冷凝液氨氮和cod濃度,ph值:45時(shí),98下常壓蒸發(fā)時(shí),冷凝液氨氮低而cod高;ph值=6時(shí),冷凝液氨氮高而cod低.同濟(jì)大學(xué)康瑾等人對垃圾焚燒廠貯坑滲瀝液(原液ph值5.23,nh4-n917mg/l)在0.016mpa,55下進(jìn)行蒸發(fā)9,得到的冷凝液(占比85.6%)ph值=3.46,ni-i4一n=0,有21.58%有機(jī)物揮發(fā)進(jìn)入蒸汽冷凝液;分析表明,揮發(fā)物基本上由碳原子數(shù)小于7的有機(jī)酸組成.這意味著ph值=5和60下蒸發(fā)的話,蒸發(fā)過程只有水和少量

11、低分子量脂肪酸蒸出而所含氨留在濃縮液內(nèi),冷凝液氨氮可低至0,不再需要di裝置和處理含銨廢鹽酸;雖冷凝液cod比偏堿蒸發(fā)高,但容易生化處理.偏酸條件蒸發(fā)的防腐問題也不大,可用硫酸調(diào)ph值,316不銹鋼可耐濃度高至15%h2s04.按材料防腐要求【l0l,5080oc下,ci一=5002000mg/l時(shí),可用254不銹鋼材;60下,cl一300mg/l時(shí),可用316不銹鋼材.這樣,合理的工藝條件應(yīng)選用ph值=5和60的真空蒸發(fā),最后選材則按現(xiàn)場滲濾液cl一的高低確定.滲濾液濃縮倍26卷1期mvr處理垃圾填埋滲濾液的合理途徑l9數(shù)則按所含鹽至接近飽和取值(估計(jì)1520倍).3.1.2蒸發(fā)傳熱溫差蒸發(fā)

12、器設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù)是傳熱溫差,傳熱系數(shù)和傳熱面積.按傳熱公式,溫差與蒸發(fā)器傳熱面積大小成反比,溫差大則傳熱面積小,蒸發(fā)器造價(jià)低.在傳熱學(xué)上,飽和蒸汽溫度高于進(jìn)料沸騰溫度,這個(gè)溫差被稱為過熱度;當(dāng)這個(gè)溫差很小時(shí),沸騰還沒有發(fā)生,傳熱主要依靠對流給熱來達(dá)到,傳熱系數(shù)小;隨著溫差增大,在管壁表面產(chǎn)生汽泡,溫差愈大則汽泡擾動(dòng)愈劇烈,這時(shí)稱為泡核沸騰,傳熱系數(shù)會(huì)急劇升高,一般工程上都選擇這個(gè)階段進(jìn)行蒸發(fā)器設(shè)計(jì).如果溫差再加大就容易發(fā)生過度沸騰,這時(shí)傳熱系數(shù)會(huì)很快下降,甚至發(fā)生料液通道堵塞,無法操作.因此,蒸發(fā)器傳熱溫差的選擇十分重要.生產(chǎn)實(shí)踐顯示,兩側(cè)流體的溫差不應(yīng)超過80cc,超過會(huì)發(fā)生過度沸騰,合理

13、的經(jīng)驗(yàn)值為l420cc.本文考慮到包括沸點(diǎn)上升的各種傳熱損失,推薦溫差20.潮州選用溫升僅4,傳熱效率較低,按此設(shè)計(jì)的蒸發(fā)器將比溫升20cic的大5倍以上.3.1-3蒸發(fā)器選型在國內(nèi)數(shù)10a成功的工程實(shí)踐中,對高硬度,高濁度廢液進(jìn)行蒸發(fā)時(shí),為了減輕結(jié)垢和便于清洗,在化工,醫(yī)藥等行業(yè)廣泛應(yīng)用加熱管較短和結(jié)構(gòu)簡單的熱虹吸再沸器(加熱室可打開清刷).本文推薦采用國產(chǎn)帶兩個(gè)加熱室(1用1備)的熱虹吸再沸器.其運(yùn)作如下:廢液自下端進(jìn)加熱管內(nèi),蒸汽走管間,廢液在管內(nèi)自下而上運(yùn)動(dòng)中受熱沸騰汽化,隨著沿程汽化率上升,至加熱管內(nèi)上部時(shí),形成汽液兩相密度差為推動(dòng)力,汽帶液的高速湍流,進(jìn)入蒸發(fā)室汽液分離,濃縮液部分

14、外排,大部分經(jīng)循環(huán)管靠自然熱虹吸與進(jìn)料混合返回加熱室再受熱汽化,實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)液和排液.由于循環(huán)速度大,可減輕加熱管內(nèi)表面的結(jié)晶和結(jié)垢,允許處理濁度較高的廢液.原理相近的實(shí)例有深圳市某垃圾焚燒發(fā)電廠滲瀝液濃縮焚燒_121.當(dāng)結(jié)垢累積到影響蒸發(fā)時(shí),可即時(shí)切換另一加熱室,對這加熱室進(jìn)行清洗,不影響生產(chǎn).潮州選用的是管內(nèi)加熱,管外強(qiáng)制循環(huán)噴灑廢液的臥式列管蒸發(fā)器,滲濾液在管外受熱汽化,流速慢,污垢容易粘結(jié)積聚在管的外表面,蒸發(fā)器內(nèi)臥放數(shù)以百計(jì)的加熱管,由于管徑和間距小(一般只有幾厘米),容易堵塞,結(jié)垢極難清洗,而熱虹吸再沸器加熱管內(nèi)表面一般用堿液浸泡即可清洗.臥式列管蒸發(fā)器用于低濁度海水蒸發(fā)制淡水也許是

15、可行的,用于垃圾滲濾液效果不理想.此外,臥式列管蒸發(fā)器外殼也接觸滲濾液,耗用高級不銹鋼材多,熱虹吸再沸器外殼只需普通不銹鋼或碳鋼,不需設(shè)置和使用強(qiáng)制循環(huán)泵和濃液中間罐,流程更簡化緊湊,省錢節(jié)能.3.1.4mvr技術(shù)參數(shù)和選型mvr技術(shù)參數(shù)有流量,進(jìn)出口溫度和壓力,壓縮機(jī)(離心式500020000rpm)和電機(jī)轉(zhuǎn)速,軸和電機(jī)功率等.mvr進(jìn)出口溫度與蒸發(fā)傳熱溫差密切相關(guān),流量大小與mvr機(jī)型有關(guān).據(jù)西安德西羅茨鼓風(fēng)機(jī)技術(shù)有限公司介紹,飽和蒸汽入口質(zhì)量流量小于10,升壓小于100kpa,可選羅茨式mvr;流量大于1ot/h,升壓大于100kpa,可選離心式mvr.一般單級離心式mvr的溫升最大8,

16、2臺(tái)串連可達(dá)l6cc;羅茨式mvr可達(dá)30cjc.潮州采用大約8t/h的單級離心壓縮機(jī),2臺(tái)串連,溫升僅4cic.離心式mvr要求在蒸汽流量穩(wěn)定工況下工作,對氣體的壓力,流量,溫度變化較敏感,易發(fā)生喘振.喘振是離心壓縮機(jī)固有的一種現(xiàn)象,具有較大的危害性,是壓縮機(jī)損壞的主要誘因之一.羅茨式mvr則比較容易適應(yīng)蒸汽流量波動(dòng),但流量較小.按本文推薦的傳熱溫差20,mvr要么選羅茨式一臺(tái),要么選高性能離心式2臺(tái)串連.從投資和維護(hù)管理成本分析,本文推薦羅茨式蒸汽壓縮機(jī).當(dāng)滲濾液處理規(guī)模大于250t/d時(shí),可設(shè)2條以上羅茨式mvr生產(chǎn)線,便于靈活應(yīng)付各種情況變化.在蒸發(fā)工藝條件確定之后,由于mvr價(jià)格高昂

17、,其選型除了技術(shù)先進(jìn)實(shí)用,還應(yīng)貨比三家.目前已有幾家公司報(bào)導(dǎo)開發(fā)出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的mvr蒸發(fā)器系統(tǒng).例如,沈陽科龍實(shí)業(yè)有限公司承諾可按同型號(hào)mvr進(jìn)口工藝設(shè)備價(jià)格的55%供應(yīng)國產(chǎn)化蒸發(fā)成套設(shè)備.這對于國內(nèi)推廣mvr節(jié)能技術(shù)是有利的.3_2濃縮液焚燒衛(wèi)生填埋場均設(shè)填埋氣焚燒火炬.填埋氣焚燒火炬由輸氣系統(tǒng),塔體,燃燒器和自動(dòng)控制系統(tǒng)組成1l】.本文建議該燃燒器出口增設(shè)二次燃燒室,借助填埋氣焚燒產(chǎn)生的高溫,讓蒸發(fā)所產(chǎn)濃縮液霧化噴入,在850qc以上焚燒.濃縮液富集了具有相當(dāng)熱值的有機(jī)污染物,焚燒過程可能維持自熱平衡(或稍加填埋氣助燃).殘?jiān)亓Τ两捣蛛x后固化填埋.填埋初期填(下轉(zhuǎn)第22頁)廣州

18、環(huán)境科學(xué)26卷1期improvementofsplit-flowsystemforthecollection&utilitationofroofrainwaterlianqingtangguoxiuzhongwangzhichaoabstractthecollection-utilizationsystemofroofrainwaterwasdiscussed.accordingtothewaterqualityofrainwater,asystemwasde-si1edtodiscardautomaticallytheinitialrainwater.thepurificationp

19、mcessesofrainwater,andthecalculationofstoragecapacitywerediscussed.keywordswaterresourceroofrainwatersplit-flowequipmentcollectionutilization(上接第19頁)埋氣少,焚燒火炬啟動(dòng)前濃縮液可暫回灌填埋場.以潮州處理滲濾液200rid(含氨氮1330mg/l)計(jì),焚燒火炬啟動(dòng)后,濃縮液帶入焚燒系統(tǒng)的硫按中和氨當(dāng)量計(jì)為304kg/d,按垃圾產(chǎn)氣量0.1ms/kgt12,日填埋垃圾500t,火炬焚燒產(chǎn)氣量的10%約200mvh計(jì),廢氣含so約125mg/m3,低于

20、生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)(gb184852001)260mg/m的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定.3.3冷凝液生化處理蒸發(fā)所產(chǎn)偏酸蒸發(fā)的冷凝液cod較高(預(yù)計(jì)1000mg/l),但生化性能良好,本文推薦常用的sbr工藝可處理至達(dá)標(biāo)排放,技術(shù)十分成熟,這里不贅述.4結(jié)語本文認(rèn)為,在有填埋氣或蒸汽供應(yīng)或環(huán)境要求嚴(yán)格的場合,mvr+焚燒+sbr應(yīng)是目前垃圾滲濾液處理各法中較佳的組合工藝.本文推薦的mvr組合由如下構(gòu)成:(1)滲濾液宜采用帶2個(gè)加熱室(1用1備)的熱虹吸再沸器與羅茨式mvr組成的蒸發(fā)系統(tǒng)濃縮;蒸發(fā)條件為ph值=5,壓力0.02mpa(約60),mvr出口蒸汽約80.滲濾液宜采用蒸濃約1520倍(以不高于所含

21、鹽的結(jié)晶濃度為宜);(2)濃縮液宜借助填埋氣焚燒火炬產(chǎn)生的高溫,增設(shè)二次燃燒室,在850以上焚燒;(3)二次蒸汽冷凝液宜設(shè)sbr生化處理.在沒有填埋氣或沒有蒸汽供應(yīng)或環(huán)境要求不高的場合,該組合工藝與現(xiàn)流行生化處理工藝相比,優(yōu)勢不明顯.mvr+焚燒+sbr還適用于垃圾焚燒發(fā)電廠瀝濾液處理.5參考文獻(xiàn)1】百度文庫.mvrdb/ol.2ol1o21o.http:/balke.baidu.corn/view/3188923.htm.2國家發(fā)展改革委.渦輪式蒸汽壓縮機(jī)當(dāng)前國家鼓勵(lì)發(fā)展的環(huán)保產(chǎn)業(yè)設(shè)備(產(chǎn)品)目錄(2010年版)eb/ol.http:/345480.htm.【3】許玉東,聶永豐,岳東北.垃圾填埋場滲濾液的蒸發(fā)處理工藝j】_環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2005,6(1):6872.4廣州盛寶龍環(huán)保技術(shù)有限公司.機(jī)械蒸汽壓縮節(jié)能蒸發(fā)系統(tǒng)eb/ol.http:/www.sbt【5】江門京環(huán)環(huán)?？萍加邢薰?滲濾液處理成套設(shè)備招標(biāo)公告eb/ol.2010-08-06.http:/www.chinabidding.corn/zbzx-detail一197947349.htm1.6】張艮林,