（环境工程专业论文）生活垃圾焚烧厂贮坑沥滤液负压蒸发处理技术特性研究.pdf

摘要 摘要 生活垃圾焚烧处理由于其显著的减量化、资源化和无害化特性在我国大中 城市开始得到应用和推广，但由于我国生活垃圾普遍热值较低、含水量高，为 了保证焚烧炉的正常运行，通常采用延长堆存时间的方法沥出水分，提高进炉 垃圾热值，在这个过程中产生了占进厂垃圾量5 - - - 2 8 的沥滤液，其污染负荷高、 水量波动大，常规方法处理困难，处理成本高。随着多座生活垃圾焚烧厂的建 设，沥滤液的处理问题也成为目前研究的热点及难点。 本文主要研究了蒸发法处理沥滤液时的技术特性，通过控制绝对压强研究 了蒸发温度对蒸发产物的影响及蒸发产物的性质；并通过初始p h 值调控和产物 分析，研究了蒸发产物在冷凝液中的分布随p h 值的变化情况。结果表明，蒸发 过程可以将沥滤液分离为无色透明的蒸发冷凝液和有机物浓度极高的蒸发浓缩 液两股物流；不同的蒸发温度对于蒸发冷凝液的组成没有明显影响，但随着温 度升高，蒸发器内壁的结垢现象明显，建议采用较小的操作绝对压强以减少结 垢及腐蚀问题；采用负压蒸发技术直接处理沥滤液( p h 值为5 2 3 ) 时，冷凝液中有 机碳( t o c ) 浓度为沥滤液原液的2 l 左右，主要以挥发性有机酸和低碳醇类 为主，氨氮含量极低，冷凝液的生物可处理性大大提高；通过调节初始p h 值直 至1 2 ，可有效控制有机酸向冷凝液中转移，使t o c 去除率达至l j 9 1 ，但会导致 冷凝液中氨氮含量大大提高。对沥滤液进行二级负压蒸发处理时发现，氨氮去 除率可以达到1 0 0 ，沥滤液中的有机酸也可全部被固定在浓缩液中，t o c 去除 率可以达到9 4 ，其蒸发冷凝液所含主要污染物为乙醇。 蒸发处理可以明显改善沥滤液的可处理性，通过能耗分析发现过程需热可 以完全由焚烧厂发电机组副产的低温低压蒸气供给，可以实现过程的能量自给， 是一种经济有效的沥滤液预处理方法。 最后论文还对进一步实验提出了建议。 关键词：生活垃圾焚烧厂，贮坑沥滤液，负压蒸发，p h 值，能量核算 a b s t r a c t a b s t r a c t t h em u n i c i p a ls o l i dw a s t ei n c i n e r a t i o np r o c e s s w h i c hh a sl o t so fb e n e f i t s i n c l u d i n gm a s sr e a u c t i o n ，e n e r g yr e c o v e r ya n dd e t o x i c i f i c a t i o no fm u n i c i p a ls o l i d w a s t e ( m s w ) ，h a sb e e na p p l i e da n dp r o m o t e di nt h em s wm a n a g e m e n ti n m e t r o p o l i si nc h i n a d u et ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fh i g hm o i s t u r ec o n t e n ta n dl o wh e a t v a l u el e v e lf o rm sw a na d d i t i o n a lf e r m e n t a t i o np r o c e s sf o rm o i s t u r er e d u c t i o na n d h e a tv a l u ei n c r e m e n ti sr e q u i r e di no r d e rt om a i n t a i nt h eo p e r a t i o n so ft h ei n c i n e r a t o r w a s t e w a t e rf r o mt h ef e r m e n t a t i o np r o c e s s ，n a m e d “l e a c h a t ef r o mr e f u s e s t o r a g e p i t ( l r s p ) ，w i l lb eg e n e r a t e di np r o p o r t i o nt o5 - 2 8 w e i g h to ft h er a wm sw l r s p i sc h a r a c t e r i z e da sh i g ho r g a n i cl o a d i n ga n dv o l u m ev a r i a n c e ，a n di sh a r dt ob e t r e a t e db yt r a d i t i t ；_ ：1w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s e s a l o n gw i t hs e v e r a lm u n i c i p a l s o l i dw a s t ei n c i n e r a t o r s o p e r a t i o n ，t h et r e a t m e n to fl r s pb e c a m eas e r i o u sp r o b l e m o nw h i c ha d v a n c e dr e s e a r c hw o r k sw e r en e e d e dt ob ef o c u s e d i nt h i sp a p e r ，t e c h n i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fe v a p o r a t i o np r o c e s s e sf o rt h et r e a t m e n t o fl r s pw e r es t u d i e d f i r s t l y ，t h ei n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r eo nt h ec o m p o s i t i o no f c o n d e n s a t ew a ss t u d i e di nt h ep r e s s u r e c o n t r o lc o n d i t i o n s ；t h e n ，as t u d yw a sc a r r i e d o u tt of i n do u td i s t r i b u t i o nr u l e so fc e r t a i nc o m p o u n d si nt h el r s pd u r i n gt h e e v a p o r a t i o np r o c e s s e sb yc o n d i t i o n i n gt h ei n i t i a lp hv a l u eo ft h el e a c h a t e t h er e s u l t s s h o w e dt h a tl r s pw a ss e p a r a t e dt ot w os e c t i o n s ，t h et r a n s p a r e n ta n dc o l o r l e s s c o n d e n s a t e sa n dt h eh i g ho r g a n i cp o l l u t e dc o n c e n t r a t e ；e v a p o r a t i o nt e m p e r a t u r eh a d n oe v i d e n ti n f l u e n c eo nt h ec o n d e n s a t e sc h a r a c t e r i s t i c s ，w h e r e a sal o w e ro p e r a t i o n p r e s s u r ew a sp r o p o s e df o ra v o i d i n ge q u i p m e n ts c a l i n ga n dc o r r u p t i o ni nh i g h e r t e m p e r a t u r e t o t a lo r g a n i cc a r b o n ( t o c ) c o n c e n t r a t i o ni nt h ec o n d e n s a t e sw a s21 o ft h a ti nt h el r s pw h e nt h el e a c h a t ep h ( 5 2 3 ) w a s n tc o n t r o l l e d t h ec o n d e n s a t e w a se a s i l yb i o d e g r a d a b l et h a tm a i n l yc o n t a i n e dt h ev o l a t i l eo r g a n i ca c i d sa n dl o w m o l e c u l a rw e i g h ta l c o h o l sa n dn e a r l yn oa m m o n i an i t r o g e n a u g m e n t i n gt h ei n i t i a l p hv a l u eo fl r s pu n t i l12c a nr e d u c et h ec o n c e n t r a t i o n so fo r g a n i ca c i d si n c o n d e n s a t e ，r e s u l t i n gi nah i g ht o cr e m o v a le f f i c i e n c y ( 91 ) ，w h e r e a st h ea m m o n i a 咖g e nc o n c e n t r a t i 。ni n c r e a s e d g r e a t l yi n c 。n d e n s a t e a 一s t e p se v 印o r a t i o n ：竺嘲i n v e s t i g a t e d c o n s e q u e n t l y ，i nw h i c hac 。n d e n s a t e c 。n t a i n i n g im a i n i y a j c 。h 0 1w a s c o l l e c t e d ，a n dt h et o c a n da t o m 。n i af e m 。v 砌e 衔c i e n c yw e r e a t 。t a i n e dt o。9 4 a n d10 0 ，r e s p e c t i v e l v i nt h ef i n a l i t y , f u r t h e rr e s e a r c hw o r k s ，n e e d e d f o rt h ef u l l s c a l e e v a p o r a t l o np r o c e s s e sf o rt h et r e a t m e n to f l r s ew e r ea j s o k e yw o r d s ： i i i p r a c t i c e so ft h e p o i n t e do u ta n dd i s c u s s e d y m 饼 m b u 玎 a o 骶 陀 d c n 咖兰= i i = 兰一 西妙帱如 诅 明 跚巳1l一姐三怎蛔恙= 一一叫洲一 鬻= 一一一 昭 殴 s 桃河 椭删 嘲 e 胁 嘣 衍拖芸 e 甜 嘲 唧 谄 m 讲 眦 s 啷耽 姗从 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 本论文不愿意加入任何数据库。 学位论文作者签名：宦蘸 。加p ，年了月f 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在2 0 0 8 年解密后适用 本授权书。 指导教师签名： 蹈罗。日 学位论文作者签名： 豪镬 矽f 年了月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：废罐 沙吟年尸月1 日 第1 章引言 1 1 生活垃圾焚烧处理 第1 章引言 至1 8 7 4 年英国诺丁汉首先采用焚烧方法处理生活垃圾以来，生活垃圾焚烧 技术已经有1 0 0 多年的发展历史。随着社会的进步，生活垃圾焚烧技术不断完善， 已从最初的简单燃烧逐步发展成为一种生活垃圾资源化的成熟技术 2 j 。 焚烧技术具有显著的减量化、资源化和无害化的优点，特别适用于土地资 源紧缺的大城市，目前已成为许多发达国家处理生活垃圾的主要方式之一。德 国和法国采用焚烧法处理的生活垃圾占总量的3 0 - - 4 0 t 3 1 ，在台湾这一比例也达 到了2 0 f 4 1 ，在日本更是达到了7 6 【5 1 以上，预计今后垃圾焚烧技术仍会继续得 到发展。我国自二十世纪八十年代在深圳建设第一个生活垃圾焚烧厂以来，先 后在多个城市开始使用焚烧法处理生活垃圾。2 0 0 1 年在上海建成首个千吨级现 代化生活垃圾焚烧发电厂并稳定运行。之后，北京、广州、深圳等国内大中型 城市也丌始投资建设大型生活垃圾焚烧发电厂，焚烧法在我国生活垃圾处理中 所占比例逐年提耐引。 生活垃圾的焚烧实际是垃圾中可燃性固体物质的燃烧过程，它通常由热分 解、熔融、蒸发等传热、传质和热化学反应过程所组成。生活垃圾在进入焚烧 炉后一般依次经过干燥、热分解和燃烧三个过程，完成其减量化处理过程。 生活垃圾的干燥主要是指利用热能，使生活垃圾中的水分汽化并排出生成 水蒸气的过程。生活垃圾的含水率愈大，干燥阶段也就愈长，从而使炉内温度 降低，影响焚烧阶段，最后影响垃圾的整个焚烧过程。如果生活垃圾的水分过 高，会导致炉温大幅度降低，燃烧困难，此时需添加辅助燃料，以提高炉温， 改善干燥着火条件。 生活垃圾的热分解是垃圾中多种有机可燃物在高温作用下的分解或聚合化 学反应过程，反应的产物包括各种烃类、固定碳及不完全燃烧物等。生活垃圾 中的可燃固体物质通常由c 、h 、o 、c l 、n 、s 等元素组成。这些物质的热分解 过程包括多种反应，这些反应可能是吸热的，也可能是放热的。 第l 章引言 生活垃圾的燃烧是在氧气存在条件下有机物质的快速、高温氧化。生活垃 圾的实际焚烧过程是十分复杂的，生活垃圾经过干燥和热分解后，产生许多不 同种类的气、固态可燃物，这些物质和空气混合，达到着火所需的必要条件时 就会形成火焰而燃烧。因此，生活垃圾的焚烧是气相燃烧和非均相燃烧的混合 过程，它比气态燃料和液态燃料的燃烧过程更复杂。同时，生活垃圾的燃烧还 可以分为完全燃烧和不完全燃烧。最终产物为c 0 2 和h 2 0 的燃烧过程为完全燃 烧；当反应产物为c o 或其他可燃有机物( 由氧气不足、温度较低等引起) 时， 则称之为不完全燃烧。燃烧过程中要尽量避免不完全燃烧现象，尽可能使垃圾 燃烧完全。 生活垃圾性质( 特别是垃圾热值) 、停留时间、温度、湍流度、空气过量 系数及其他因素将影响生活垃圾的焚烧过程，由于焚烧炉内的环境条件并不能 达到理想的状况，可能致使燃烧不完全，严重的情况下将会产生大量的黑烟， 并且从焚烧炉排出的残渣中还含有有机可燃物。 生活垃圾焚烧发电厂一般由垃圾卸料及贮藏、垃圾进料装置、焚烧炉系统、 热量回收利用系统、烟气处理及灰渣收集系统等部分组成【_ 7 1 ，整个过程可以图1 1 表示。过程中将主要产生沥滤液、炉渣冷却水及烟气净化系统废水( 采用湿式 除尘法) 等废水，底灰、热回收系统及烟气净化系统飞灰等固体废物。 图1 1 生活垃圾焚烧流程图 f i g u r el - 1s c h e m eo fm u n i c i p a ls o l i dw a s t ei n c i n e r a t i o n 1 2 生活垃圾焚烧厂垃圾贮坑沥滤液的产生及性质 1 2 1 沥滤液的产生及产生量 采用焚烧法处理生活垃圾时，一般设计一个容积为2 到3 天焚烧处理能力的 2 第l 章引言 垃圾贮存仓( 贮坑) ，以保证入炉垃圾流量和组成的稳定性，进厂生活垃圾应 贮存在此贮坑内后由垃圾抓斗运入焚烧炉1 8 j 。生活垃圾在贮坑内平均停留2 3 天， 在此过程中，垃圾中的水分在重力及挤压作用下失水，同时有机质在微生物作 用下的降解过程也会产生水分，当贮坑内垃圾的含水率大于其田间含水率时， 就有可能产生沥滤液，通常在贮坑下部设置污水收集管，定期将沥滤液排出。 沥滤液的产生量与生活垃圾本身的含水率有密切联系。国外生活垃圾含水 率较低，沥滤液产生量很少，一般很少作专门讨论【2 】；而我国生活垃圾含水率相 对较高( 燃煤区2 0 3 5 ，燃气区5 5 6 5 t 9 j ) ，且季节性差异明显，沥滤液的产 生量远高于国外，且变化幅度大，通常约占进厂垃圾量的5 2 8 【1 0 l 。 此外，我国生活垃圾低位热值接近自持燃烧限值，为提高燃烧的稳定性， 目前多采用延长垃圾在贮坑内贮留时间( 通常为3 5 天) ，使垃圾水分充分沥出， 以提高入炉垃圾的热值的方法。垃圾在贮坑内的停留时问也会影响沥滤液的产 生量，停留时间越长，产生的沥滤液越岁】。 生活垃圾焚烧技术在发达国家应用时，由于其产生的沥滤液量很少，可以 回喷至炉膛焚烧实现完全处理，因此不存在沥滤液处理的问题，相应的研究也 很少见；而我国受目前生活垃圾性质的限制，焚烧技术在应用时产生的沥滤液 不可能通过回喷方法处理，其处理方法的研究在我国也是刚刚起步，尚没有成 熟的处理工艺。 1 2 2 沥滤液的性质 1 宏观污染物 沥滤液是一种黄褐色或黑褐色，有强烈恶臭气味的高浓度有机废水，由于 是垃圾堆存阶段酸性发酵的产物，多呈酸性，有机负荷高，氨氮含量也很高。 表1 1 比较了部分文献报道的沥滤液及生活垃圾填埋初期产生的渗滤液的性质。 可以看出生活垃圾焚烧厂贮坑沥滤液是一种污染强度很高的废水，其氨氮 和有机物含量都很高，远超出污染排放标准【l2 1 。其产生机理及主要水质指标均 与生活垃圾填埋初期产生的渗滤液相似。何品晶等【1 3 】对上海市某生活垃圾焚烧 厂贮坑沥滤液的研究表明：沥滤液中有机物以悬浮性( 约2 3 ) 和分子量 4 k 的 溶解态( 超过d o m 总量的8 8 ) 为主，低碳有机酸和醇的总量占沥滤液中分子 3 第1 章引言 量小于4 k 的d o m 的5 0 。这主要是由于生活垃圾堆存时有机组分在好氧或兼氧 条件下发生了快速的水解和生物降解过程【1 4 】，释放出大量溶解性有机物，同时 部分颗粒状污染物随贮坑水分排出，使沥滤液有很高的有机污染负荷。 表1 1 部分生活垃圾焚烧厂贮坑沥滤液与垃圾填埋初期渗滤液性质的比较 t a b l el - ic o m p a r i s o no nt h ec h a r a c t e r i s t i c sb e t w e e nl r s pa n df r e s hl a n d f i l ll e a c h a t e 2 重金属 由于进入焚烧厂的生活垃圾中含有重金属，在贮坑内储存阶段重金属发生 溶解浸出、悬浮性颗粒对重金属的吸附1 8 】、酸性条件下重金属与阴离子及螯合 剂等结合等反应【1 9 】，随着水分的沥出和悬浮性颗粒的排出，使得原来固定在垃 圾中的重金属部分转移至沥滤液中。同时，由于缺少生活垃圾填埋时填埋层对 重金属的吸附和沉淀作用【2 0 l ，沥滤液重金属浓度通常高于生活垃圾填埋渗滤液 ( 见表1 2 ) 。 表1 2 沥滤液及渗滤液中重金属浓度的比较1 t a b l e1 - 2c o n c e n t r a t i o no fh e a v ym e t a l si nl r s pa n dl a n d f i l ll e a c h a t e 水质指标a sc dc rc u h g n i p bz n 排放标准2 10 50 11 50 50 0 5 1 01 02 0 生活垃圾焚烧厂 0 0 7 ：t - - 0 0 20 1 3 + 0 0 5 0 6 1 i 0 1 40 6 8 士0 3 70 0 1 4 z - 0 0 1 71 2 i - 0 1 1 5 ：l - o 81 2 4 4 - 3 4 贮坑沥滤液【9 】 上海老港填埋场1 9 10 0 50 o l0 1 80 10 o o l0 40 o l0 6 杭州天了岭填埋场【扪1 0 0 2 士0 0 2 0 0 4 + 0 0 1 0 1 1 + 0 0 6o 2 1 - 0 0 9 1 ) 浓度单位：m e , a 2 ) 参见污水综合排放标准，其中c u 、z n 为第二类污染物三级标准限值，其余为第一类污 染物不分级标准限值。 4 第1 章引言 3 微量有机污染物 日常生活用品在使用及处置时可能释放出多种有机物，如酞酸酯、多环芳 烃( p a i l s ) 等被列为优先控制污染物的有机物【2 2 1 ，关于沥滤液中微量有机污染 物的研究还未见报道，但通过对生活垃圾填埋场渗滤液的大量研究发现【2 3 2 4 l ，渗 滤液中含有多种微量有机污染物，其中有多种危害性强大的有机污染物如酞酸 酯、p a h s 、内分泌干扰物质等等，如不经过专门的无害化处理，将污染水体和 土壤，并有经过食物链进入人体的风险。 1 3 沥滤液的处理工艺 现代化生活垃圾焚烧技术在我国应用的时间还不长，沥滤液的处理问题也 是针对我国国情出现的新问题，目前国内尚没有成熟应用的沥滤液处理工艺， 通常采用将其接管城市污水厂的方法进行处理。需要注意的是，虽然需要处理 的沥滤液体积与生活污水处理厂的处理容量相比是很小的，但是其污染物浓度 高，实际的污染物总量负荷很高。假设一个同处理1 0 0 0 吨生活垃圾的焚烧厂每 天产生2 0 0 吨沥滤液，需要处理的c o d 总量可以达到l o 吨，氨氮总量可达0 1 2 f l 屯， 相当于一个1 0 万吨的生活污水处理厂c o d 总负荷的1 0 ，氨氮总负荷的2 4 ( 以 生活污水平均c o d 浓度为1 0 0 0 m g l ，氨氮浓度为5 0 m g l , t 算【2 5 j ) ，且由于沥滤 液产生量波动较大，在合并处理时如不加控制，易造成对城市污水厂的冲击负 荷，影响甚至破坏污水厂的正常运行。同时，存在于沥滤液中的重金属及持久 性有机污染物在常规生活污水处理工艺中不能得到有效处理，因此沥滤液合并 至城市污水厂处理这一方法，既受现有污水处理容量的限制，也可能因对其水 质缺乏透彻了解而可能存在不可知的环境风险。 鉴于目前对沥滤液性质的认识，其处理方法多借鉴高浓度有机废水的处理 工艺，或生活垃圾填埋场渗滤液的处理方法，常见的有生物处理方法、物理化 学处理方法及膜处理方法等，但由于沥滤液性质复杂，单一的处理方法难以满 足要求，一般需选择几种处理方法联合使用的工艺流程。 1 3 1 生物处理方法 生物处理方法利用和强化了微生物对有机物的代谢作用，通过微生物的增 5 第1 章引言 殖达到降解有机污染物的目的，是目前处理有机废水的主流方法。一般来说， 当废水的b o d c o d 值大于0 3 时，即可选用生物方法进行处理。生物处理方法主 要包括好氧生物法、厌氧生物法及它们的各种组合工艺。 生活垃圾焚烧厂贮坑沥滤液b o d c o d 大于o 5 ，含有大量易于生物降解的低 碳酸和醇，这对于好氧生物处理是非常有利的。在好氧生物处理系统中，微生 物在有氧的条件下分解有机质，为维持微生物活性，必须向系统中供应充足的 氧气，特别是对于沥滤液这种高浓度有机废水，其动力消耗相当可观；同时， 沥滤液中含有高浓度的氨氮，难以在好氧条件下得到完全去除。曹占峰等【1 2 】用 s b r 法处理新鲜填埋渗滤液时发现，渗滤液中的有机质对好氧微生物存在基质抑 制作用，处理器的有机质容积负荷最大值为5 0 k g c o d m 3 d ，处理效率为9 5 。 由于沥滤液c o d 高达数万m g l ，可以考虑先以厌氧生物法降低其有机负荷， 再以好氧生物法处理厌氧消化液中的有机物，充分利用厌氧法有机负荷高，污 泥产率低，能耗低，及可部分回收能量( 产甲烷) 的优点。胡焰宁【l2 j 采用升流 式厌氧污泥床( u a s b ) 对宁波市垃圾焚烧厂沥滤液进行厌氧消化生成沼气，消 化液以c a ( o h ) 2 调节p h 值后进入具有脱氮除磷功能的c a s s 反应器进行深度处 理，最佳操作条件下c o d 去除率可以达到9 8 1 ，n h 4 + - n 去除率达至1 j 9 6 3 ，达 到了排放标准。但是，两反应器的总停留时f 、日j 达至u 9 0 d 时，所需的设备占地面 积较大，在厂区设计紧凑的生活垃圾焚烧发电厂应用可能会受到场地限制。 生物法在处理有机废水中有广泛的应用，但在沥滤液处理中应用可能存在 有机质抑制及处理设备体积庞大等问题，其高效低能耗的应用优势表现得并不 明显。 1 3 2 物理化学处理方法 与生物法相比，物理化学法处理费用较高，且针对性强，一般用于污水的 预处理或者深度处理。但是，物理化学法对于生物法难以处理的重金属离子和 难以生物降解的有机物有很好的处理效果。物理化学法主要有混凝沉淀法、吸 附法、化学氧化还原法、膜分离法及吹脱法等。 1 混凝沉淀法 废水中常有一些以胶体形式存在的悬浮物，它们的悬浮稳定性很高，难以 6 第1 章引言 自然沉淀，且易吸附重金属及农药等有毒物质【2 6 1 。处理时常通过加入某些化学 药剂以破坏其化学稳定性，使分散的小颗粒聚集成为大颗粒，再通过沉淀或过 滤的方法将其去除。混凝包括了凝聚和絮凝两个过程，在过程中添加的化学药 剂称为混凝剂，常见的有硫酸铝、明矾、氯化铁、聚合铝盐和聚合铁盐等无机 混凝剂和聚丙烯酰胺及其衍生物等有机高分子絮凝剂。有时除混凝剂外，还加 入某些可以促进大絮体生长，能增强混凝作用的药剂，称为助凝剂，常见的有 石灰等用以调整溶液的p h 值，活化硅胶酸等絮体核心用以增强和改善絮体结构， 氯等氧化剂用以破坏对凝聚作用有干扰的物质【2 7 j 。实践证明，混凝沉淀法对废 水中有机物质和色度有较好的去除效果，同时废水中的重金属离子可能通过沉 淀或被絮体吸附得到部分去除【2 引。 许多学者进行了混凝沉淀法处理城市生活垃圾填埋渗滤液的研究。王宗平【2 9 】 等选用氯化铁处理武汉市青山垃圾填埋场渗滤液，可以去除2 4 的c o d 。郭玉华 等【3 0 1 利用聚铁混凝和h 2 0 2 - - f e 2 + 催化氧化二级串联法对某危险废物安全填埋场 渗滤液进行了处理试验，使其c o d 和色度的去除率可分别达n 8 8 3 和9 8 ，砷 可以达到检不出水平。张兰英等【3 1 】用改性铝土矿对垃圾沥滤液进行混凝处理， c o d 去除率达9 2 ，b o d 去除率为8 9 5 ，浊度去除率为8 6 5 。 但是混凝沉淀法更适合于处理填埋龄长的后期渗滤液【3 2 1 ，新鲜渗滤液在采 用混凝法处理时，c o d 去除率仅为2 4 左右【3 3 】，远低于对后期渗滤液的处理效 果。混凝法处理与新鲜渗滤液性质相似的沥滤液的研究还未见报道，但可以预 见混凝法处理沥滤液时处理效率应该也在较低的范围。 2 吸附法 吸附法主要是利用多孔性固体物质，使废水中的一种或多种物质被吸附在 固体表面而去除的方法。在水处理领域，吸附法常用于微量污染物的去除，常 用的吸附剂有活性炭、沸石、焦炭、矾土、焚烧炉底灰等，应用较广泛的是颗 粒状和粉末状的活性炭。r o d r i g u e z l 3 4 】等人用吸附法处理渗滤液厌氧回灌及生物 处理出水，发现颗粒活性炭可以达至i j 5 9 的c o d 去除率。k a r g i 3 5 】等人将粉末活 性炭( p a c ) 投入间歇式活性污泥法反应器，处理效率明显优于两者单独作用， 他们还认为p a c s b r 法的处理费用比传统的粒状活性炭吸附技术或者生物降解 与活性炭联合处理法要低。f e t t i n g 等人【3 6 】也对活性炭吸附预处理渗滤液作了研 究。蒋建国【3 7 】等人则研究了沸石对渗滤液中氨氮的吸附性能，发现每克沸石具 7 第1 章引言 有吸附1 5 5 m g n h 3 n 的极限吸附能力，氨氮去除率最大可达到7 8 5 。 由于吸附剂般价格昂贵，损耗率高，以吸附法直接处理高浓度有机废水 的研究较少，通常可作为深度处理手段，以提高处理效率，保证出水水质。 3 化学氧化法 化学氧化一般是指使用氧化剂将有机物氧化为c 0 2 和h 2 0 等的反应过程，它 可以彻底分解有机污染物，且不产生污泥。但由于其处理成本昂贵，一般用于 饮用水的消毒及废水中难降解有机物的处理，很少用于高浓度有机物的直接氧 化。目i j 常用的化学氧化剂主要有氯气、次氯酸钙、高锰酸钾和臭氧等。王鹏【3 8 】 等采用电化学氧化与u a s b 相结合的方法处理渗滤液，结果表明，入水初始p h 为9 0 ，流速为0 0 1 0 1 0 c m s ，c 1 2 加入量2 0 0 0 m g l ，电流密度3 2 3 m a c m 2 时，经 过6 h 电解后，n h 4 + 一n 和c o d 的去除率分别达到1 0 0 和8 7 ，此工艺在降低处 理成本方面具有优势。张跃升等【3 9 】采用活性炭一h 2 0 2 来处理渗滤液，研究结果 显示，以活性炭一h 2 0 2 催化氧化处理渗滤液可获得比较高的c o d 和色度的去除 率，在h 2 0 2 c o d = i 5 、活性炭h 2 0 2 = o 6 、p h 值为2 的反应条件下，对c o d 和色 度的去除率分别可达8 2 8 和8 5 5 ，同时可去除渗滤液的臭味。多相光催化法 是近年来发展起来的污染治理新技术，波长为2 9 0 4 0 0 n m 的光线极易被有机物所 吸收，发生光化学反应，使有机物降解。因此也有学者尝试着用光催化法来处 理渗滤液。黄本生【4 0 1 等采用光催化技术处理渗滤液，取得了良好的效果，其出 水可以达标排放。 4 膜分离法 膜分离方法一开始是应用于给水领域，近年来，随着膜分离方法研究的深 入以及膜的制作工艺的改进，膜分离方法也开始应用于废水处理领域。近年来， 反渗透和超滤技术也开始被应用于渗滤液的处理领域。袁维芳等【4 l j 利用反渗透 技术处理垃圾填埋场渗滤液，结果表明，进水压力为3 5 m p a ，p h 值为5 8 的条件 下，当进水c o d 浓度为2 5 0 6 2 0 m g l 时，出水浓度几乎为0 ，去除效率达1 0 0 ， 平均透水量为3 0 4 2 l ( m 2 h ) 。t r e b o u e t l 4 2 】等也报道了用纳滤膜处理渗滤液，他 们的研究显示，纳滤膜对于渗滤液中的有机物有很好的去除率，另外，对于里 面的二价离子也有很好的去除效率。c o d 的去除率达到8 0 以上，二价离子的 去除率也有6 0 左右。u s h i k o s h i t 5 】等使用以反渗透为核心技术的工艺处理危险废 8 第1 章引言 物填埋场渗滤液也取得了良好的处理效果，成功地将高盐度的渗滤液处理至饮 用水水质标准，对二恶英类物质也达到9 9 9 的去除率。但是，由于使用中膜容 易堵塞，膜清洗频繁，且渗滤液中的有机和无机成分易对膜造成污染，膜更换 频率高，运行费用高，因此虽然国外已有渗滤液处理的工程应用实例，但总体 来说实际应用相对较少。 5 吹脱法 吹脱法是用来脱出废水中的溶解性气体和某些易挥发溶质的，在有机废水 处理中占有重要地位。沥滤液中含有高浓度氨氮，在采用生物处理方法时会影 响微生物活性，并加重处理负荷，常采用吹脱的方式预先去除氨氮4 3 1 。胡勤海【4 4 j 调节渗滤液p h 值并对其进行了氨吹脱处理，以调整渗滤液的碳氮比，保证后续 生物处理的处理效果。吹脱法针对性强，对于氨氮有较理想的处理效率，国内 常见的氨氮吹脱法有曝气池吹脱和吹脱塔吹脱两种，但它们存在的共同问题是 吹脱尾气的收集及处理，否则将产生严重的二次污染。 1 3 3 蒸发处理技术 蒸发是利用外加能量使废水沸腾，汽化部分水分，使其体积大大缩小。蒸 发法是化工生产中的常用方法，用以浓缩产品，与结晶法连用制耿固体产物， 或对溶剂进行提纯。在废水处理中，蒸发法的主要应用是浓缩污染物质，如浓 缩放射性废水，将浓缩液密闭固封，使其自然衰减；浓缩高浓度有机废水并综 合利用浓缩液或将其焚化处理；浓缩和回收废酸废碱等【2 3 1 。蒸发法对有机废水 处理行之有效，但其能量消耗相当可观，其在经济成本上的劣势在一定程度上 影响了它的推广应用。 k a u l 4 5 】采用蒸发一焚烧方法处理印染行业中含h a c i d 的工业废水，并通过 蒸发结晶回收部分硫酸钠，实现污水排放量为零的目标。在渗滤液处理方面， l u c a 【4 6 l 采用负压蒸发加反渗透方法处理工业废物填埋场渗滤液，利用负压蒸发 浓缩氨、重金属及有机物，可以减少反渗透的处理水量和处理浓度，增加反渗 透的处理效率。d e b o 讪【4 7 】对填埋龄3 0 年和2 5 年的后期渗滤液及乙酸铵合成的模 拟渗滤液进行了蒸发处理，发现蒸发处理可以去除渗滤液中9 5 的污染物。岳东 北【4 8 】和许玉东【4 9 1 等人提出蒸发法在渗滤液处理中的应用优势，并就蒸发器形式 进行了一定的探讨，认为蒸发处理工艺可在安全处理填埋场渗滤液的同时，对 9 第1 章引言 填埋气进行有效控制和利用，既节省了能源，又为减少温室气体的排放做出贡 献。对于填埋气产量充裕的填埋场，蒸发工艺是渗滤液处理的最佳技术选择。 兰建伟【1 4 j 根据其工作经验，开发了沥滤液的低温多效蒸发处理工艺c t b ( c o a g u l a t i o n t h e r m o d y n a m i c a l b i o c h e m i c a lo x i d a t i o n ) ，采用混凝+ 低温多效蒸发+ 氨吹脱+ 生化处理法处理生活垃圾焚烧厂贮坑沥滤液，处理后达到国家二级排放 标准，为蒸发法在沥滤液处理方面做出了探索。 但是受限于目前对沥滤液性质的研究，蒸发法处理沥滤液时得到的产物及 其深度处理可能性未得到确认，对影响蒸发过程的因素及其影响机理均没有明 确的说明，蒸发法应用的广泛性也无法预见，应针对蒸发过程进行深入的研究， 以明确以上问题。 1 4 沥滤液处理中存在的问题 随着人们生活水平的提高，城市生活垃圾产生量逐年增加，快速的城市化 步伐对生活垃圾减量化处理的要求日益强烈，焚烧技术的应用和推广速度也不 断加快，如果不能找到合理的沥滤液出路，将会带来严重的二次污染。 1 对沥滤液性质认识不足 由于沥滤液是伴随生活垃圾焚烧技术的应用而产生的，目前对其性质的研 究还较少，一般套用渗滤液的处理方法。同时在污染控制标准中，生活垃圾焚 烧厂污水的排放标准与一般废水一样，而生活垃圾填埋场渗滤液的排放标准则 高于一般废水( 表1 3 ) ，这使得性质与渗滤液相似的沥滤液处理难度相应提高。 2 处理成本高 由于沥滤液有机物含量高，常规处理方法不能适应要求，通常需要多级生 物物化连用的处理工艺，这就使得处理成本相对昂贵，如采用f e n t o n + 氨吹脱+ 混 凝沉淀+ 厌氧+ s b r + c 1 0 2 + 活性炭吸附，正常时出水达到三级排放标准，运行费 用高达1 2 0 元吨以上，对于处理成本较高的焚烧厂来说是很难接受的。即使是使 用生物方法，常需使用设计复杂的高效处理器，如u a s b 等，设备投资高。因此 找到一种经济有效的处理方法是十分必要的。 1 0 第1 章引言 表1 3 排放标准比较 t a b l e1 - 3c o m p a r i s o no f e m i s s i o ns t a n d a r d s 综上所述，生活垃圾焚烧厂贮坑沥滤液性质复杂，污染强度高，常规生物 处理方法处理效果不理想，而其他处理方法成本过高，很难在工业生产中实际 应用，目前尚未找到适宜的处理方法；蒸发法在高浓度有机废水处理中的成功 应用，特别是在填埋场渗滤液处理中的应用，提出了沥滤液处理的新思路，如 可利用焚烧厂生产中产生的废热，蒸发法可能成为一种经济有效的处理方法。 但是由于对沥滤液蒸发过程没有明确的认识，使得蒸发法在沥滤液处理中的广 泛应用缺乏理论支持，应针对蒸发过程进行进一步的理论性研究。 第2 章沥滤液蒸发过程 2 1 蒸发原理概述 2 1 1 定义及应用 第2 章沥滤液蒸发过程 蒸发是指采用加热方法将含有不挥发性溶质的溶液在沸腾状态下使部分溶 剂汽化的单元操作【5 l j 。蒸发操作广泛应用于化工、轻工、食品、医药等工业领 域，其主要的目的有以下几个方面： 浓缩稀溶液直接制取产品或将浓溶液再处理( 如冷却结晶) 制取固体产 品，如电解烧碱液的浓缩，制糖等； 同时浓缩溶液和回收溶剂，如有机磷农药苯溶液的浓缩脱苯等； 获取纯净的溶剂，如海水淡化等。 2 1 2 蒸发操作的特点 蒸发操作实质是溶液中溶剂与不挥发性溶质的分离过程，是个传热控制过 程。但是蒸发操作与一般传热过程比较有以下特点： 1 溶液沸点升高 由于溶液中含有不挥发性溶质，因此，在相同温度下，溶液的蒸气压比纯 溶剂的小，因此在相同的压力下，溶液的沸点比纯溶剂的高，溶液浓度越高， 这种影响越显著。 2 物料及工艺特性 物料在浓缩过程中，溶质或杂质常在加热表面沉积、析出结晶而形成垢层， 影响传热；有些溶质是热敏性的，在高温下停留时间过长易变质；有些物料具 有较大的腐蚀性或较高的粘度等，在设计和选用蒸发器时，必须认真考虑这些 特性。 3 能量回收 1 2 第2 章沥滤液蒸发过程 蒸发过程是溶剂汽化过程，由于溶剂汽化潜热很大，所以蒸发过程是一个 大能耗单元操作。因此，节能是蒸发操作应予以考虑的重要问题。 蒸发操作的另一特点是整个过程受物料的物理性质控制( 如溶剂汽化热、 溶质挥发性等) ，而对于物料流量及浓度变化不敏感，应用在废水处理中表现 出良好的抗冲击负荷性，可以适用于水质水量变化较大的废水。 2 1 3 蒸发操作的分类 按操作压力，蒸发操作可分为常压蒸发、加压蒸发和减压( 真空) 蒸发操 作。显然，对于热敏性物料，应在减压下进行；而对于高粘度物料则应考虑在 加压条件下高温蒸发。 按操作效数，可分为单效或多效蒸发，若蒸发产生的二次蒸气不再加以利 用，称为单效蒸发；若将二次蒸气作为下一效蒸发的加热热源，并将多个蒸发 器串联，则称为多效蒸发。 按操作模式，可分为间歇操作与连续蒸发，工业上大规模的生产过程一般 采用连续蒸发的形式。 2 1 4 蒸发设备的选型 在选择蒸发设备时，应主要考虑以下几个因素： 1 料液的性质：包括成份组成、温度变化范围、热稳定性、发泡性、腐蚀 性及是否易结垢、结晶，是否含有固体悬浮物等。 2 工程技术要求：包括处理量、蒸发量、料液进出口的浓度和温度、安装 现场的面积和高度、设备投资限额及要求连续或间歇生产等。 3 公用系统的情况：包括可以利用的热源、蒸汽供应量及压力、能利用的 冷却水之水量、水质和温度等。 蒸发设备应用广泛，通常可以根据蒸发设备选型表【5 2 】( 表2 1 ) 进行蒸发器 的初步选择。 1 3 第2 章 沥滤液蒸发过程 表2 1 蒸发设备选型基准表 t a b l e2 ib e n c h m a r k sf o rs e l e c t i n ge v a p o r a t i o ne q u i p m e n tt y p e 2 2 沥滤液蒸发过程预测 2 2 1 蒸发产物预测 根据目前已有的对生活垃圾焚烧厂贮坑沥滤液性质的研究可以发现，沥滤 液无机盐含量较高5 1 ，如对沥滤液进行蒸发操作，盐分作为不挥发性溶质将全 部被富集在浓缩液中，而冷凝液中重金属的浓度可以忽略不计【3 9 1 。沥滤液中的 难降解有机物通常沸点很高，挥发性很差，在冷凝液中的浓度也可以忽略。 但同时垃圾中有机质的生物降解产物，如乙酸、乙醇、氨氮等具有一定挥 发性的有机组分也溶解在沥滤液中，在沥滤液中水分受热气化时，这部分挥发 性组分的气液相分配情况将取决于它们的浓度及操作条件。 1 4 第2 章沥滤液蒸发过程 鱼速垩堑返理 气液平衡是指溶液与其上方蒸汽达到平衡时气液两相间各组分组成的关 系。对于理想溶液来说，可以由拉乌尔( r a o u l t ) 定律判断其气液相平衡关系， 即在一定温度下，气相中任一组分的平衡分压等于此组分纯物质在该温度下的 饱和蒸汽压与其在溶液中的摩尔分数之积；非理想溶液的气液平衡规律则可用 修正的拉乌尔定律或实验测定。由理论计算或实验测定得到的气相组成y 和与之 平衡的液相组成x ，一般以图形形式表示，称为气液平衡相图，在化工应用中经 常通过对这种相图的研究来进行蒸馏操作的计算。 以乙酸为例，常压下其沸点仅为1 1 8 1o c 【5 3 】，与水的相对挥发度仅为1 7 9 ， 特别是在低浓度范围内1 5 4 1 ，乙酸分配在气液两相中的浓度相差不大，因此在沥 滤