生活垃圾填埋場滲濾液一般具有污染物濃度高、成分復雜、水質不穩定等特點，屬于高濃度有機廢水。我國在2008年修訂出臺了《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889—2008），促使國內垃圾填埋場滲濾液處理設施進行提標改造，一些較先進的技術得到快速發展和應用，如納濾（NF）、反滲透（RO）、兩級碟管式反滲透（DTRO）、高壓反滲透（HPRO）、離子交換系統（DI）等。
MBR+NF/RO是我國目前最常用的滲濾液處理工藝之一，通常會產生20%~30%的膜濃縮液，需要進一步處理。近年來，機械蒸汽壓縮（MVR）技術依靠較低的成本優勢和節能效果逐漸被國內外垃圾滲濾液膜濃縮液處理工程采用，已有不少成功應用實例。垃圾滲濾液膜濃縮液經蒸發處理后減量化效果顯著，蒸發濃縮液通常進行無害化處置，處置量遠小于未經處理的原膜濃縮液，很大程度上減輕了生活垃圾填埋場后續的處置壓力，蒸發冷凝水經過簡單處理可作為雜用水。
以廣東省某垃圾填埋場滲濾液膜濃縮液的MVR蒸發處理工程為例，介紹了系統設計、運行效果和運行成本，可為類似工程應用提供借鑒。
1、工程背景
該生活垃圾填埋場已配套建有滲濾液處理工程，處理規模為1100m3/d，主體工藝采用調節池+兩級A/O+MBR+化學軟化+兩級DTRO+RO+DI（見圖1），可實現達標排放清水約750m3/d。
其中，一級DTRO產生的濃水（505m3/d）需經過HPRO系統處理，處理后的清水（155m3/d）進入二級DTRO系統。HPRO系統產生的350m3/d膜濃縮液原為外運處理，委外處置費用為263元/m3，每年因此產生開支近3000萬元。為實現垃圾填埋場滲濾液膜濃縮液進一步減量化，降低外運處置成本，該填埋場新增了一套MVR蒸發系統對滲濾液膜濃縮液進行深度處理。
2、工藝流程與設計參數
2.1 滲濾液膜濃縮液蒸發系統工藝
滲濾液膜濃縮液蒸發系統采用“預處理+MVR強制循環蒸發+單效釜蒸發+深度處理”工藝（見圖2）。
首先膜濃縮液依次經過除硬系統和物料膜系統進行預處理，分別降低硬度和COD，將產生的鈣鎂沉淀物進行脫水后收集；預處理后的膜濃縮液進入MVR蒸發器，蒸發母液和預處理產生的一級濃液進入單效蒸發釜進行二次濃縮，過程中濃縮液所含鹽分結晶析出，收集后委外處置；預處理產生的鈣鎂沉淀物與蒸發后剩余的二級濃液混合收集后進行固化填埋；蒸發冷凝水經RO膜和DI系統深度處理后達標排放，DI反沖洗水送填埋場廢水車間統一處理。除硬系統、物料膜系統和MVR產生的廢氣統一抽送至綜合廢氣處理系統，設計處理風量為5000m3/h，采用“酸堿洗+活性炭”組合工藝處理后達標排放。
2.2 系統設計參數
2.2.1 總體設計參數
垃圾滲濾液膜濃縮液處理在工藝設計時需著重考慮膜濃縮液的高濃度溶解性總固體物質（TDS）、高濃度氨氮、高濃度氯化物和難降解COD等特性。滲濾液原液與MVR蒸發系統處理前的膜濃縮液關鍵參數如表1所示。
滲濾液膜濃縮液MVR蒸發系統有效處理水量350m3/d，設計富余系數取1.1，第一級濃液約32m3/d，第二級濃液約19m3/d，回收結晶鹽38.5t/d，設計膜濃縮液減量化率達85%以上，出水水質滿足GB16889—2008表3規定的水污染物特別排放限值要求。
2.2.2 預處理過程
滲濾液膜濃縮液MVR蒸發系統的預處理過程包括除硬系統和物料膜系統兩部分。設置除硬系統的目的是防止預熱器、換熱器、管道等設備結垢堵塞。首先向進入系統的膜濃縮液投加燒堿和純堿，充分攪拌，將膜濃縮液pH調至10.5~11，使鈣鎂離子反應生成鈣鎂沉淀物，絮凝沉淀后進入板框壓濾機，再經壓濾分別得到濾液和鈣鎂沉淀物，濾液總硬度（以CaCO3計）降至100mg/L以下進入物料膜系統，鈣鎂沉淀物則與后端產生的濃縮液一起固化后填埋處置。物料膜系統的主要作用是降低進水COD（COD去除率可達65%），并防止MVR蒸發濃縮過程中溶液沸點溫升過高，設計產水率90%，操作壓力為0.5~0.6MPa，進水最高溫度為40℃，單支物料膜面積26.4m2。一段物料膜設計處理規模24m3/h，膜元件數量為60支；二段物料膜設計處理規模12m3/h，膜元件數量為30支。膜濃縮液中的大分子有機物經物料膜系統截留后進入一級濃液，一級濃液產量約32m3/d，再接入單效蒸發器進行蒸發、濃縮、結晶。
2.2.3 蒸發過程
滲濾液膜濃縮液經預處理后進入MVR主系統蒸發，本項目共設置2臺MVR蒸發器，設計濃液處理量約350m3/d，蒸發產水率83%，單臺設計蒸發量10m3/h，裝機總功率198kW/臺，單位能耗16.5kW·h/臺，主換熱面積1000m2/臺，MVR分離器直徑2400mm。本項目單臺MVR蒸發器的設計進液溫度為25℃，進液總量12m3/h，壓縮機設計進、出口溫度分別為85℃和105℃，蒸汽溫度為（85±2）℃，料液溫度（97±2）℃，料液沸點最大溫升12℃。
MVR的工作原理是將原液蒸發產生的蒸汽經壓縮機提高品位后作為熱源，從而實現蒸發循環，冷凝水先對濃液進行預熱后再排出，使余熱得到充分利用。本項目采取了多種措施減緩MVR蒸發系統發生結垢現象。蒸汽進入壓縮機前，首先經過氣液分離器，避免氣液夾帶，分離器中設計了鹽腿結構并配置兩級除霧。將濃液pH調節至3~4，同時采用列管式強制循環蒸發可提高料液流速，降低蒸發管內停留時間，并且保證管內滿液循環，提升抗垢性能。
MVR蒸發所得濃液首先打入稠厚器析出晶體，當晶體增多到一定程度時打入壓濾機進行固液分離，濾液返回MVR蒸發器繼續循環。MVR蒸發器后端配備2m3/h單效蒸發器，當濾液循環造成沸點升高超過12℃時，將濃液排入單效蒸發器，與一級濃縮液同時蒸發濃縮，得到結晶鹽和二級濃縮液。二級濃縮液與預處理產生的鈣鎂沉淀物混合收集后固化填埋，結晶鹽委外處置。
2.2.4 深度處理過程
本項目蒸發冷凝水依次經過RO和DI兩個系統深度處理后最終外排，設計出水水質指標執行GB16889—2008表3規定的水污染物特別排放限值。
RO膜系統設計處理水量為20m3/h，產水量18m3/h，設計回收率90%，膜通量20.3L/（m2·h），設計操作壓力0.8~1.0MPa，最大操作壓力1.5MPa。RO膜系統采用連續運行的錯流過濾形式，2路循環，采用3段6支膜殼并聯設置，每支膜殼內串4支共計24支膜組件，單支膜組件面積37m2，膜組件總面積887m2。
DI系統采用DN1800×3000mm吸附塔裝填除氨氮吸附交換樹脂，2套（1用1備），設計進水氨氮為150mg/L，設計出水氨氮為4.5mg/L，設計處理水量為20m3/h，工作溫度為10~35℃，工作壓力為0.1~0.2MPa，離子交換樹脂體積為15m3，樹脂交換率為60%~80%，再生鹽酸濃度為8%~10%，再生時間為20h。
3、測試指標與分析方法
本項目于2020年11月18日完成安裝和調試，調試完成后進行為期10d的連續試運行（2020年11月19日—28日），試運行期間對MVR蒸發系統進出水分別進行計量和水質采樣檢測。水質測試指標為COD和NH3-N，分別采用快速消解分光光度法和氣相分子吸收光譜法進行檢測分析。
系統通過試運行測試并連續穩定運行后，委托具備中國計量認證（CMA）資質的檢測機構，根據相關標準要求進行采樣檢測，各項測試指標及對應分析方法見《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889—2008）的表4。
4、運行效果分析
4.1 MVR蒸發穩定性及減量化程度
2020年11月19日—28日，試運行期間進水量為201~268m3/d，出水量為133~175m3/d，產水率為66.17%~67.77%。在此期間滲濾液膜濃縮液進水量控制在設計進水量的50%~70%，MVR蒸發系統平均產水率67%，系統運行表現穩定。
實際運行中產生的剩余物質包括二級濃縮液、鈣鎂氧化物和結晶鹽，其中二級濃液和鈣鎂氧化物產生比例約15%~17%，經混合固化后填埋（固液比為1.3∶1），無需委外處置；結晶鹽產率約12%~15%，目前仍需委外處置。采用“預處理+MVR強制循環蒸發+單效釜蒸發+深度處理”工藝對滲濾液膜濃縮液進行處理后，末端處置減量化率達67%，委外處置減量化率達到85%~88%，可大幅節約委外處置費用。
4.2 COD和NH3-N去除效果
2020年11月19日—28日，試運行期間進水COD和NH3-N分別為10119~13293mg/L和6360~7837mg/L，經MVR蒸發和深度處理后，出水COD降至10~25mg/L，NH3-N降至4.5mg/L以下，均大幅低于出水水質控制標準限值，對COD和NH3-N平均去除率分別達到99.86%和99.95%，符合項目設計預期。
4.3 穩定出水水質達標情況
滲濾液膜濃縮液MVR蒸發系統穩定運行1個月后，出水COD為22mg/L，BOD5為3.8mg/L，懸浮物為4mg/L，氨氮為1.13mg/L，總氮為1.25mg/L，總磷為0.03mg/L，總汞、總鎘、總鉻、六價鉻、總砷、總鉛等重金屬均未檢出，既滿足《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889—2008）表3規定的水污染物特別排放限值要求，又可穩定達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）的一級A標準。
5、經濟成本分析
本項目的剛性運行成本主要包括藥劑費、蒸汽費、電費和水費等，其他成本還包括人工費、委外處置費、運行維護費等。不計設備折舊，經過實際核算，總運行成本為201.16元/m3，其中包含結晶鹽的委外處置費114.29元/t，扣除該部分費用后，滲濾液膜濃縮液MVR蒸發系統運行成本為86.87元/m3，與文獻報道的類似工藝處理成本接近。本項目實施后可節省運行費用61.84元/m3，可為垃圾填埋場節省約790萬元/a，經濟效益相當可觀。
6、結論與展望
①采用“預處理+MVR強制循環蒸發+單效釜蒸發+深度處理”工藝處理垃圾滲濾液膜濃縮液，實現膜濃縮液減量85%以上，對COD和NH3-N平均去除率分別達到99.86%和99.95%，出水各項指標均大幅優于《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889—2008）表3規定的水污染物特別排放限值。
②本項目運行成本為201.16元/m3，其中MVR蒸發系統運行成本為86.87元/m3，與類似應用案例接近，實施后為垃圾填埋場節省790萬元/a，經濟效益可觀。
③本項目產生的MVR結晶鹽仍需委外處置，產生了較高的處置費用，一旦解決結晶鹽資源化利用出路問題，基于MVR蒸發技術處理垃圾滲濾液膜濃縮液可產生更大經濟效益。（來源：廣東省環境科學研究院，粵港澳環境質量協同創新聯合實驗室）
