渗滤液处理系统作为生活垃圾处理的配套设施，主要采用膜生物反应器+膜深度处理工艺，而膜深度处理将产生相当于处理量20%~30%的膜滤浓缩液。该部分膜滤浓缩液的含盐量及不可生物降解有机物含量均较高，污染物成分复杂，处理难度较大，环境危害性较强。蒸发是膜滤浓缩液的主要处理工艺之一，其中蒸汽机械再压缩技术（MVR）因对外界热源需求小，广泛应用于各类溶液的蒸发浓缩及物料结晶过程。物料沸点温升及釜底液特性对该技术的设计及运行影响较大。目前对于MVR处理膜滤浓缩液的研究主要集中于预处理效果、蒸发过程中不同污染物的转移特性及蒸发运行稳定性等方面，而对膜滤浓缩液在不同压力及预处理后的沸点温升变化特性研究相对较少。笔者以膜滤浓缩液为研究对象，分析不同预处理方式及蒸发压力下的沸点温升变化及高倍浓缩后的釜底液成分，揭示不同条件下膜滤浓缩液的蒸发特性，旨在为相关处理工艺的设计及运行提供参考。
1、材料与方法
1.1 实验装置
实验装置如图1所示，由真空泵、电热套、烧瓶、冷凝管、温度计及其他辅助配件搭建而成。常压蒸发压力为101kPa，负压蒸发压力为（26±2）kPa，每次实验后更换新的烧瓶用于下一组实验。每批次实验水样为2L，浓缩倍数以冷凝水量计算。
1.2 实验材料
膜滤浓缩液取自湖南某生活垃圾填埋场渗滤液处理系统浓缩液池，渗滤液处理工艺为MBR+RO。对浓缩液原液分别进行预处理：浓缩液调酸组用盐酸调节pH至5；除硬组为添加石灰及碳酸钠并沉淀30min后的上清液；除有机物组为经NF270-400纳滤膜（截留分子质量为200~400u）分离后的产水；碟管式反渗透组（DT组）为除硬组经PFGRO4碟管膜进一步浓缩50%后的浓液。
1.3 检测项目及方法
pH与电导率采用pH计及电导率仪测定；溶解性总固体（TDS）、COD、钙离子、镁离子和二氧化硅分别采用重量法、重铬酸钾法、乙二胺四乙酸二钠滴定法、差减法和钼酸铵分光光度法测定；钠、钾、氯、氟化物及硫酸盐等离子浓度参照HJ84—2016及HJ812—2016测定。三维荧光光谱分析采用荧光光谱仪，激发光源为氙灯，固定激发波长狭缝为5nm，扫描速度为2400nm/min，激发波长（λEx）为200~400nm，发射波长（λEm）为250~600nm。
2、结果与讨论
2.1 不同预处理方式对水质的影响
不同预处理方式下膜滤浓缩液水质见表1。
在各类预处理方式中，除硬组的钙、镁、硅浓度均大幅下降，而电导率与TDS浓度小幅上升；除有机物组受纳滤分离过程中道南效应、离子水合半径及膜表面电荷的影响，COD及硫酸根浓度大幅下降，钙、镁及一价离子小幅下降；DT组指标除pH外，其他指标基本为除硬组的2倍。
2.2 不同条件下沸点温升的变化
将原液组、调酸组、除有机物组分别在常压及负压下进行10倍蒸发浓缩，DT组则在常压及负压下进行超倍蒸发，不同蒸发压力下相关水质指标对蒸发特性的影响存在显著差异。不同蒸发压力下，初始pH对沸点温升的影响如图2所示。
由图2可知，初始pH对相应组别初始沸点及常压下终点沸点无显著影响，但对负压下终点沸点具有显著影响。常压蒸发时两个组别初始沸点温升均约为2℃，终点沸点温升均为8℃；在负压蒸发时两个组别初始沸点温升均小于1℃，但调酸组终点沸点温升为10℃，而原液组终点沸点温升为15℃，接近单级MVR浓缩极限。该现象说明膜滤浓缩液在蒸发时，沸点温升同时受到蒸发压力与pH的双重影响。在蒸发压力部分呈现压力越小沸点温升数值越大的变化趋势，与梁林获得的结果类似。在pH影响方面，推测降低初始pH后改变了溶液中的离子组合及有机物与金属离子的络合反应形式，使得溶液内离子间配对变化所致。
不同蒸发压力下，硬度对沸点的影响见图3。可知，硬度对相应组别的初始沸点与终点沸点均无显著影响。常压蒸发时，初始沸点温升均为2℃，终点沸点温升均为7~8℃；负压蒸发时，初始沸点温升均小于1℃，终点沸点温升均为15℃。说明采用“石灰+碳酸钠”除硬时，硬度的变化对溶液沸点温升均无显著影响。
不同蒸发压力下，有机物对沸点的影响如图4所示。可知，有机物浓度对相应组别初始沸点及常压下终点沸点无显著影响，但对负压下终点沸点则存在显著影响。常压蒸发时，两个组别的初始沸点温升为1~2℃，终点沸点温升为7~8℃；负压蒸发时，两个组别的初始沸点温升均小于1℃，但除有机物组终点沸点温升为8℃，低于其他负压组别，而原液组终点沸点温升则仍为15℃。造成该现象的原因推测为除有机物组的剩余有机物以小分子物质为主，而原液组中的有机物则以大分子腐殖酸类为主，常压蒸发时，因沸点温度较高，导致大分子腐殖酸中的氢键在蒸发初始阶段即发生断链，是否去除有机物对沸点温升影响不显著；而在负压蒸发时，浓缩过程中离子浓度的增加促进了腐殖酸间进一步形成氢键，而负压蒸发的沸点温度又不足以断开氢键，导致原液组沸点温升持续高于除有机物组。
不同蒸发压力下，超高倍蒸发对沸点温升的影响如图5所示。在常压蒸发浓缩7倍时（等同于原液浓缩14倍）沸点温升为12℃（溶液爆沸无法获取稳定数值，实验停止），负压蒸发浓缩6倍时（等同于原液浓缩12倍）沸点温升为14℃，浓缩10倍时（等同于原液浓缩20倍）沸点温升为22℃。两个压力下溶液终点沸点仍呈现缓慢上升的趋势，说明其中部分盐分与有机物未达到完全饱和或沸点（分解）温度，溶液成分仍未完全趋于稳定。
2.3 釜底液分析
DT组负压超高倍浓缩后的釜底液中，主要成分为无机盐和腐殖酸类有机物。溶解性总固体约为3.3×105~4×105mg/L，钠离子约为1.2×105~1.5×105mg/L，钾离子约为4.5×104~6.0×104mg/L，氯离子约为1.1×105~1.4×105mg/L，硫酸根约为1.5×104~2.0×104mg/L。在持续蒸发过程中或后续排料冷却时，将以氯化钠、硫酸钠、氯化钾的形式析出。对釜底液中的有机物进行荧光分析，结果见图6。
有机物激发波长区间为200~220nm，发射波长为500~550nm，说明有机物的主要成分为富里酸，进一步证明了上述对原液组有机物成分的推测。高倍浓缩后，有机物导致釜底液的整体黏性变大，若裹附析出的无机盐附着于换热面或管道壁面时，将影响蒸发的持续稳定性。
建议后续类似工程项目在进行设计时，应着重优化蒸发器或增稠器的盐腿结构设计，便于高黏度析出物的富集与排放。若整体工艺前端设有除有机物及硬度的工艺单元，后端蒸发及釜底液的处理可进一步考虑采用分盐设计，以实现釜底液中无机盐的二次回收利用。
3、结论
①渗滤液膜滤浓缩液进行常压蒸发时，各种预处理方式对沸点温升无显著影响，各组别初始沸点温升为1~2℃，终点沸点温升为7~8℃，且均低于同等条件下负压蒸发数值。
②渗滤液膜滤浓缩液进行负压蒸发时，各种预处理方式对初始沸点无显著影响。前置调酸与除有机物可降低终点沸点温升约5~7℃，前置除硬则对终点沸点温升无影响。
③渗滤液膜滤浓缩液进行12~20倍浓缩后，釜底液主要成分为钠/钾盐与富里酸。在持续蒸发过程中或后续排料冷却时，无机成分将以氯化钠、硫酸钠、氯化钾的形式析出。
④后续项目设计时应结合蒸发压力与前置预处理方式，优化末端反应器排放结构或增设分盐单元，以提高系统的稳定性与经济性。（来源：湖南军信环保股份有限公司）
