羅茨蒸汽壓縮機(FTBZ/FMFZ)

一、工藝概述

　　MVC工藝，即（低能耗）機械蒸汽壓縮蒸發(fā)（MechanicalVaporCompression）工藝，其原理在一個世紀(jì)以前就已經(jīng)有了研究，基于控制水平和機械加工水平的限制，直到20世紀(jì)70年代才開始在美國海軍艦艇中用作從海水中分離出淡水，為遠(yuǎn)洋艦艇提供淡水補給。

　　由于該工藝具有能耗低、出水水質(zhì)優(yōu)良、運行管理方便等特點，所以在過去的四十年中，不斷被應(yīng)用到其他的行業(yè)，如用于高濃度無機鹽廢水處理、高濃度有機廢水處理，也應(yīng)用于純水制備和高濃度化工廢液的濃縮，近年來在國內(nèi)外經(jīng)常用于垃圾滲濾液的處理等，目前MVC裝置在全世界不同行業(yè)有上千套系統(tǒng)在運行。

　　MVC低能耗蒸發(fā)工藝是目前現(xiàn)有蒸發(fā)工藝中能耗效率***高的、具有去除有機物功能的蒸發(fā)工藝，其主要構(gòu)成包括熱交換組件和蒸汽壓縮機。它應(yīng)用薄膜蒸發(fā)原理，在自動控制系統(tǒng)的控制下，可實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的蒸發(fā)與分離。

　　MVC低能耗蒸發(fā)工藝主要是運用蒸汽的特性，當(dāng)蒸汽被壓縮機壓縮時，其壓力和溫度得到逐步提升，當(dāng)較高溫度的蒸汽進(jìn)入蒸發(fā)器的換熱管束里，而冷水在管外噴淋時，蒸汽在管里面冷凝形成冷凝水，蒸汽的熱函傳給管外的噴淋水，這樣連續(xù)進(jìn)行蒸發(fā)。在整個系統(tǒng)中能量的輸入只有壓縮機的馬達(dá)和很小的保持系統(tǒng)穩(wěn)定操作的浸入式加熱器。

　　MVC蒸發(fā)工藝處理垃圾滲濾液的工作原理：

　　滲濾液來水被泵入2個熱交換器，即濃液冷卻器和蒸餾水冷卻器，這樣來水被排出系統(tǒng)的濃液和蒸餾水進(jìn)行預(yù)熱，與此同時，排除系統(tǒng)的濃液和蒸餾水的溫度也得到降低。經(jīng)預(yù)熱后的滲濾液來水與已濃縮的、儲存于裝置底部熱井中的濃液，通過循環(huán)泵混合后，泵入蒸發(fā)室上部設(shè)置的均勻布水噴嘴系統(tǒng)，滲濾液被均勻噴淋于熱交換管束外表面上并形成液膜，液膜在從熱交換管束向下流動的過程中，滲濾液被加熱沸騰蒸發(fā)，殘余部分即濃縮液收集于蒸發(fā)器下部熱井中。蒸發(fā)發(fā)生在管束外表面，形成的再生蒸汽，通過高效的蒸汽壓縮機將蒸汽的壓力和溫度提高，形成飽和蒸汽進(jìn)入熱交換管束的內(nèi)部，一方面將熱能傳遞給管束外表面的滲濾液薄膜以形成蒸發(fā)，另一方面，該飽和蒸汽在管束內(nèi)被冷卻，形成的蒸餾水被收集到儲水腔后閃蒸到一個脫氣塔，閃蒸可以非常有效的消除可能重新冷凝到蒸餾水中的有機氣體，除氣器可以使得蒸餾水的水質(zhì)更好。經(jīng)脫氣后的蒸餾水通過蒸餾水泵進(jìn)入能量回收集置內(nèi)進(jìn)行再次熱交換，冷卻后的蒸餾水出水進(jìn)入DI系統(tǒng)。

　　MVC系統(tǒng)啟動時采用全電熱方式，從冷機到正常運行一般在60分鐘以內(nèi)。一旦系統(tǒng)進(jìn)入正常運行，浸入式的加熱器自動保持蒸發(fā)器的壓力穩(wěn)定，每小時的運行時間約10分鐘。正常工作時，除了壓縮機和泵的動力消耗外，不再需要外部熱量，蒸餾水的熱量可回收用于預(yù)熱原液，冷卻后作為MVC蒸餾水出水。

　　根據(jù)設(shè)計的回收率，濃縮液自動閥在自控系統(tǒng)的控制下連續(xù)用泵排出，其排放前先進(jìn)入能量回收裝置，經(jīng)熱交換器換熱將滲濾液原液預(yù)熱到接近沸點溫度。產(chǎn)生的濃縮液類似于反滲透工藝，不同之處是體積僅為滲濾液原液的5%～10%。

　　MVC蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸餾水中除含有200～300mg/L的氨氮外，其他水質(zhì)指標(biāo)均遠(yuǎn)低于國家現(xiàn)行的排放標(biāo)準(zhǔn)。為解決水中的氨氮問題，后續(xù)采用DI離子交換系統(tǒng)，將蒸餾水中溶解的氨氮和總氮吸附，使其達(dá)標(biāo)排放。當(dāng)離子交換樹脂飽和以后，采用4～5%的鹽酸將樹脂再生，循環(huán)往復(fù)。

二、工藝特點

⑴采用MVC+DI工藝處理垃圾滲濾液，其出水可連續(xù)穩(wěn)定滿足《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB16889-2008）的排放要求，國內(nèi)多個工程實踐證明，該工藝具有投資適中、運行費用低、管理方便，出水優(yōu)良的特點。

⑵工藝單元包括過濾、MVC蒸發(fā)和DI，均為物化處理單元，不含生化處理過程，工藝流程相對簡單，可隨時開停，便于調(diào)試和運行管理。

⑶MVC是目前已知蒸發(fā)系統(tǒng)中耗能***低的蒸發(fā)工藝，雖為蒸發(fā)工藝，但卻不用蒸汽輸入作為熱源，只需要少量的電力供應(yīng)即可，系統(tǒng)亦不需要冷卻水供應(yīng)，通過能量回收系統(tǒng)盡量回收排出系統(tǒng)的蒸餾水和濃縮水的熱量。一直以來，困擾蒸發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用的主要問題就是能耗高，而對于MVC而言，噸水的電耗可低至15～20度，不同的應(yīng)用場合會稍有變化。

⑷系統(tǒng)清水產(chǎn)水率高，濃縮液產(chǎn)量少，僅占原水體積的5～10%。

⑸MVC+DI工藝具有較高的脫氮能力。由于MVC出水中含有200～300mg/L的氨氮，采用DI離子交換技術(shù)可將其高效去除，相比生物脫氮的效率大大提高，總氮的排放濃度可控制在7mg/L以內(nèi)。

⑹MVC+DI工藝具有較強的抗沖擊負(fù)荷能力及運行的靈活性。由于蒸發(fā)工藝的性質(zhì)屬于應(yīng)用純粹物理原理進(jìn)行分離的過程，對于滲濾液的水質(zhì)水量的變化適應(yīng)能力很強，并且具有隨時開機、停機的特點，保證水量變化時的運行靈活性。

⑺工藝配套設(shè)備技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠、系統(tǒng)使用壽命長。蒸發(fā)工藝采用的全部設(shè)備均為成熟可靠的常用機械，易損件主要是軸承和機械密封等零部件，更換成本低，維修工期短，蒸發(fā)器主體設(shè)備的使用壽命可達(dá)20年以上，正常運行時只需進(jìn)行日常的清洗，不存在更換問題。

⑻系統(tǒng)操作簡單、管理方便，自動化程度高。整個系統(tǒng)以PLC實現(xiàn)全自動控制，運行過程中通過視鏡觀察發(fā)現(xiàn)管束外表面有結(jié)垢現(xiàn)象時，系統(tǒng)不需要專門停機，也無需移開蒸發(fā)器內(nèi)部的任何元件，實現(xiàn)在線清洗。

三、工程應(yīng)用

以處理規(guī)模為100噸/天的工程為例，主要工藝單元設(shè)計如下。

3.1工藝流程

MVC+DI工藝流程框圖如下所示。

氣體吸收←再生系統(tǒng)

↑↑↓

集液調(diào)節(jié)池→暫存池→過濾→MVC蒸發(fā)→DI離子交換→達(dá)標(biāo)排放

　　↓

濃縮液→回灌場區(qū)

3.2工藝單元設(shè)計

3.2.1預(yù)處理——過濾單元

采用DS-01L型全自動在線清洗快速精密過濾器，2臺，互為備用，過濾精度為100µ，單臺過濾能力2.27～13.6m3/h。

3.2.2MVC蒸發(fā)系統(tǒng)

采用高效自動控制JY/MVC100型蒸發(fā)裝置1套，外形尺寸：9.0m×5.0m×6.5m（H）。設(shè)計進(jìn)水流量100m3/d，出水流量90m3/d，濃縮液水量10m3/d。

3.2.3DI離子交換系統(tǒng)

設(shè)JY/DI150A和JY/DI150B離子交換塔各1套，直徑1.5米，高3.2米，玻璃鋼材質(zhì)。每塔工作時間為12小時，交替使用，保證24小時可連續(xù)工作。

DI離子交換系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)如下：

設(shè)計進(jìn)、出水流量90m3/d，設(shè)計進(jìn)、出水溫度10～35℃，出水NH3-N濃度≤5mg/L，系統(tǒng)工作壓力0.2～0.4Mpa，樹脂總交換容量2eq/L，樹脂交換率60～80％，再生鹽酸消耗量（平均）0.2噸/天，再生時間1小時/塔•次，再生液量2m3/次。

3.2.4中間水池

中間水池包括滲濾液原液池、濃縮液儲存池、出水暫存池和再生廢液暫存池，數(shù)量各1座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。其中滲濾液原液池和出水暫存池平面尺寸為6.0m×4.0m×2.9m；濃縮液儲存池和再生廢液暫存池平面尺寸為4.6m×4.0m×2.7m。

3.2.5配套設(shè)施

設(shè)JY/T-3201-2.0×2.5型濃鹽酸儲罐、JY/T-3202-2.0×2.5型稀鹽酸儲罐、JY/T-4201-1.5×1.8型自來水罐、JY/T-2401-1.5×1.8型氫氧化鈉溶解罐和JY/T-4202-1.5×1.8型氫氧化鈉溶解罐各1套。

設(shè)水處理車間1座，軸線尺寸19.5m×21.9m。

四、工程投資及運行效果

　　目前，采用MVC+DI工藝處理垃圾填埋場滲濾液，在廣東省和安徽省均有許多工程應(yīng)用。以廣東省某市垃圾滲濾液處理工程為例，設(shè)計處理規(guī)模為200噸/天。