滲濾液處理系統(tǒng)作為生活垃圾處理的配套設(shè)施，主要采用膜生物反應(yīng)器+膜深度處理工藝，而膜深度處理將產(chǎn)生相當(dāng)于處理量20%~30%的膜濾濃縮液。該部分膜濾濃縮液的含鹽量及不可生物降解有機(jī)物含量均較高，污染物成分復(fù)雜，處理難度較大，環(huán)境危害性較強(qiáng)。蒸發(fā)是膜濾濃縮液的主要處理工藝之一，其中蒸汽機(jī)械再壓縮技術(shù)（MVR）因?qū)ν饨鐭嵩葱枨笮。瑥V泛應(yīng)用于各類溶液的蒸發(fā)濃縮及物料結(jié)晶過(guò)程。物料沸點(diǎn)溫升及釜底液特性對(duì)該技術(shù)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行影響較大。目前對(duì)于MVR處理膜濾濃縮液的研究主要集中于預(yù)處理效果、蒸發(fā)過(guò)程中不同污染物的轉(zhuǎn)移特性及蒸發(fā)運(yùn)行穩(wěn)定性等方面，而對(duì)膜濾濃縮液在不同壓力及預(yù)處理后的沸點(diǎn)溫升變化特性研究相對(duì)較少。筆者以膜濾濃縮液為研究對(duì)象，分析不同預(yù)處理方式及蒸發(fā)壓力下的沸點(diǎn)溫升變化及高倍濃縮后的釜底液成分，揭示不同條件下膜濾濃縮液的蒸發(fā)特性，旨在為相關(guān)處理工藝的設(shè)計(jì)及運(yùn)行提供參考。

1、材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，由真空泵、電熱套、燒瓶、冷凝管、溫度計(jì)及其他輔助配件搭建而成。常壓蒸發(fā)壓力為101kPa，負(fù)壓蒸發(fā)壓力為（26±2）kPa，每次實(shí)驗(yàn)后更換新的燒瓶用于下一組實(shí)驗(yàn)。每批次實(shí)驗(yàn)水樣為2L，濃縮倍數(shù)以冷凝水量計(jì)算。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

膜濾濃縮液取自湖南某生活垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理系統(tǒng)濃縮液池，滲濾液處理工藝為MBR+RO。對(duì)濃縮液原液分別進(jìn)行預(yù)處理：濃縮液調(diào)酸組用鹽酸調(diào)節(jié)pH至5；除硬組為添加石灰及碳酸鈉并沉淀30min后的上清液；除有機(jī)物組為經(jīng)NF270-400納濾膜（截留分子質(zhì)量為200~400u）分離后的產(chǎn)水；碟管式反滲透組（DT組）為除硬組經(jīng)PFGRO4碟管膜進(jìn)一步濃縮50%后的濃液。

1.3 檢測(cè)項(xiàng)目及方法

pH與電導(dǎo)率采用pH計(jì)及電導(dǎo)率儀測(cè)定；溶解性總固體（TDS）、COD、鈣離子、鎂離子和二氧化硅分別采用重量法、重鉻酸鉀法、乙二胺四乙酸二鈉滴定法、差減法和鉬酸銨分光光度法測(cè)定；鈉、鉀、氯、氟化物及硫酸鹽等離子濃度參照HJ84—2016及HJ812—2016測(cè)定。三維熒光光譜分析采用熒光光譜儀，激發(fā)光源為氙燈，固定激發(fā)波長(zhǎng)狹縫為5nm，掃描速度為2400nm/min，激發(fā)波長(zhǎng)（λEx）為200~400nm，發(fā)射波長(zhǎng)（λEm）為250~600nm。

2、結(jié)果與討論

2.1 不同預(yù)處理方式對(duì)水質(zhì)的影響

不同預(yù)處理方式下膜濾濃縮液水質(zhì)見表1。

在各類預(yù)處理方式中，除硬組的鈣、鎂、硅濃度均大幅下降，而電導(dǎo)率與TDS濃度小幅上升；除有機(jī)物組受納濾分離過(guò)程中道南效應(yīng)、離子水合半徑及膜表面電荷的影響，COD及硫酸根濃度大幅下降，鈣、鎂及一價(jià)離子小幅下降；DT組指標(biāo)除pH外，其他指標(biāo)基本為除硬組的2倍。

2.2 不同條件下沸點(diǎn)溫升的變化

將原液組、調(diào)酸組、除有機(jī)物組分別在常壓及負(fù)壓下進(jìn)行10倍蒸發(fā)濃縮，DT組則在常壓及負(fù)壓下進(jìn)行超倍蒸發(fā)，不同蒸發(fā)壓力下相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)對(duì)蒸發(fā)特性的影響存在顯著差異。不同蒸發(fā)壓力下，初始pH對(duì)沸點(diǎn)溫升的影響如圖2所示。

由圖2可知，初始pH對(duì)相應(yīng)組別初始沸點(diǎn)及常壓下終點(diǎn)沸點(diǎn)無(wú)顯著影響，但對(duì)負(fù)壓下終點(diǎn)沸點(diǎn)具有顯著影響。常壓蒸發(fā)時(shí)兩個(gè)組別初始沸點(diǎn)溫升均約為2℃，終點(diǎn)沸點(diǎn)溫升均為8℃；在負(fù)壓蒸發(fā)時(shí)兩個(gè)組別初始沸點(diǎn)溫升均小于1℃，但調(diào)酸組終點(diǎn)沸點(diǎn)溫升為10℃，而原液組終點(diǎn)沸點(diǎn)溫升為15℃，接近單級(jí)MVR濃縮極限。該現(xiàn)象說(shuō)明膜濾濃縮液在蒸發(fā)時(shí)，沸點(diǎn)溫升同時(shí)受到蒸發(fā)壓力與pH的雙重影響。在蒸發(fā)壓力部分呈現(xiàn)壓力越小沸點(diǎn)溫升數(shù)值越大的變化趨勢(shì)，與梁林獲得的結(jié)果類似。在pH影響方面，推測(cè)降低初始pH后改變了溶液中的離子組合及有機(jī)物與金屬離子的絡(luò)合反應(yīng)形式，使得溶液內(nèi)離子間配對(duì)變化所致。

不同蒸發(fā)壓力下，硬度對(duì)沸點(diǎn)的影響見圖3。可知，硬度對(duì)相應(yīng)組別的初始沸點(diǎn)與終點(diǎn)沸點(diǎn)均無(wú)顯著影響。常壓蒸發(fā)時(shí)，初始沸點(diǎn)溫升均為2℃，終點(diǎn)沸點(diǎn)溫升均為7~8℃；負(fù)壓蒸發(fā)時(shí)，初始沸點(diǎn)溫升均小于1℃，終點(diǎn)沸點(diǎn)溫升均為15℃。說(shuō)明采用“石灰+碳酸鈉”除硬時(shí)，硬度的變化對(duì)溶液沸點(diǎn)溫升均無(wú)顯著影響。

不同蒸發(fā)壓力下，有機(jī)物對(duì)沸點(diǎn)的影響如圖4所示。可知，有機(jī)物濃度對(duì)相應(yīng)組別初始沸點(diǎn)及常壓下終點(diǎn)沸點(diǎn)無(wú)顯著影響，但對(duì)負(fù)壓下終點(diǎn)沸點(diǎn)則存在顯著影響。常壓蒸發(fā)時(shí)，兩個(gè)組別的初始沸點(diǎn)溫升為1~2℃，終點(diǎn)沸點(diǎn)溫升為7~8℃；負(fù)壓蒸發(fā)時(shí)，兩個(gè)組別的初始沸點(diǎn)溫升均小于1℃，但除有機(jī)物組終點(diǎn)沸點(diǎn)溫升為8℃，低于其他負(fù)壓組別，而原液組終點(diǎn)沸點(diǎn)溫升則仍為15℃。造成該現(xiàn)象的原因推測(cè)為除有機(jī)物組的剩余有機(jī)物以小分子物質(zhì)為主，而原液組中的有機(jī)物則以大分子腐殖酸類為主，常壓蒸發(fā)時(shí)，因沸點(diǎn)溫度較高，導(dǎo)致大分子腐殖酸中的氫鍵在蒸發(fā)初始階段即發(fā)生斷鏈，是否去除有機(jī)物對(duì)沸點(diǎn)溫升影響不顯著；而在負(fù)壓蒸發(fā)時(shí)，濃縮過(guò)程中離子濃度的增加促進(jìn)了腐殖酸間進(jìn)一步形成氫鍵，而負(fù)壓蒸發(fā)的沸點(diǎn)溫度又不足以斷開氫鍵，導(dǎo)致原液組沸點(diǎn)溫升持續(xù)高于除有機(jī)物組。

不同蒸發(fā)壓力下，超高倍蒸發(fā)對(duì)沸點(diǎn)溫升的影響如圖5所示。在常壓蒸發(fā)濃縮7倍時(shí)（等同于原液濃縮14倍）沸點(diǎn)溫升為12℃（溶液爆沸無(wú)法獲取穩(wěn)定數(shù)值，實(shí)驗(yàn)停止），負(fù)壓蒸發(fā)濃縮6倍時(shí)（等同于原液濃縮12倍）沸點(diǎn)溫升為14℃，濃縮10倍時(shí)（等同于原液濃縮20倍）沸點(diǎn)溫升為22℃。兩個(gè)壓力下溶液終點(diǎn)沸點(diǎn)仍呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)，說(shuō)明其中部分鹽分與有機(jī)物未達(dá)到完全飽和或沸點(diǎn)（分解）溫度，溶液成分仍未完全趨于穩(wěn)定。

2.3 釜底液分析

DT組負(fù)壓超高倍濃縮后的釜底液中，主要成分為無(wú)機(jī)鹽和腐殖酸類有機(jī)物。溶解性總固體約為3.3×105~4×105mg/L，鈉離子約為1.2×105~1.5×105mg/L，鉀離子約為4.5×104~6.0×104mg/L，氯離子約為1.1×105~1.4×105mg/L，硫酸根約為1.5×104~2.0×104mg/L。在持續(xù)蒸發(fā)過(guò)程中或后續(xù)排料冷卻時(shí)，將以氯化鈉、硫酸鈉、氯化鉀的形式析出。對(duì)釜底液中的有機(jī)物進(jìn)行熒光分析，結(jié)果見圖6。

有機(jī)物激發(fā)波長(zhǎng)區(qū)間為200~220nm，發(fā)射波長(zhǎng)為500~550nm，說(shuō)明有機(jī)物的主要成分為富里酸，進(jìn)一步證明了上述對(duì)原液組有機(jī)物成分的推測(cè)。高倍濃縮后，有機(jī)物導(dǎo)致釜底液的整體黏性變大，若裹附析出的無(wú)機(jī)鹽附著于換熱面或管道壁面時(shí)，將影響蒸發(fā)的持續(xù)穩(wěn)定性。

建議后續(xù)類似工程項(xiàng)目在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)著重優(yōu)化蒸發(fā)器或增稠器的鹽腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，便于高黏度析出物的富集與排放。若整體工藝前端設(shè)有除有機(jī)物及硬度的工藝單元，后端蒸發(fā)及釜底液的處理可進(jìn)一步考慮采用分鹽設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)釜底液中無(wú)機(jī)鹽的二次回收利用。

3、結(jié)論

①滲濾液膜濾濃縮液進(jìn)行常壓蒸發(fā)時(shí)，各種預(yù)處理方式對(duì)沸點(diǎn)溫升無(wú)顯著影響，各組別初始沸點(diǎn)溫升為1~2℃，終點(diǎn)沸點(diǎn)溫升為7~8℃，且均低于同等條件下負(fù)壓蒸發(fā)數(shù)值。

②滲濾液膜濾濃縮液進(jìn)行負(fù)壓蒸發(fā)時(shí)，各種預(yù)處理方式對(duì)初始沸點(diǎn)無(wú)顯著影響。前置調(diào)酸與除有機(jī)物可降低終點(diǎn)沸點(diǎn)溫升約5~7℃，前置除硬則對(duì)終點(diǎn)沸點(diǎn)溫升無(wú)影響。

③滲濾液膜濾濃縮液進(jìn)行12~20倍濃縮后，釜底液主要成分為鈉/鉀鹽與富里酸。在持續(xù)蒸發(fā)過(guò)程中或后續(xù)排料冷卻時(shí)，無(wú)機(jī)成分將以氯化鈉、硫酸鈉、氯化鉀的形式析出。

④后續(xù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合蒸發(fā)壓力與前置預(yù)處理方式，優(yōu)化末端反應(yīng)器排放結(jié)構(gòu)或增設(shè)分鹽單元，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性。（來(lái)源：湖南軍信環(huán)保股份有限公司）