CN101979337A - 一种利用超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的系统和方法，一种利用超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的系统，包括水泵、高压柱塞泵、换热器、预热器、超临界反应器、高压旋液分离器和氧化剂压力泵，水泵、高压柱塞泵、换热器、预热器、超临界反应器、高压旋液分离器通过输送管道依次连接，高压旋液分离器的蒸汽出口和换热器热介质入口连接，氧化剂压力泵通过管道和超临界反应器连接；所述超临界反应器为耐高压的反应器，内装有加热器。

Description

一种利用超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的系统和方法

技术领域

本发明涉及到一种垃圾渗滤液的处理系统和方法，更具体地说是一种含有多种有机化合物、COD_Cr和BOD₅质量分数高、金属离子含量高、氨氮含量高、含盐量高的高浓度有机垃圾渗滤液的处理系统和方法。

背景技术

随着我国工业化程度的深入和人民生活水平的提高，城市垃圾总量平均每年都在以10%的速度增长。目前大多数城市主要采用卫生填埋或焚烧方式处理垃圾，由此产生了大量垃圾渗滤液。垃圾渗滤液主要来源于降水和垃圾本身的内含水和分解产生的水，是一种典型的高浓度难降解有机废水。其主要特点有：水质复杂、COD_Cr和BOD₅质量分数高、金属离子含量高、氨氮含量高、含盐量高、色度深且有恶臭等。

垃圾渗滤液对地下水和地表水、土壤、空气、生物等多方面均会造成严重的二次环境污染，并会通过食物链直接或间接地进入人体，危害人类健康。垃圾中大量挥发性酸的存在可能会产生高的COD_Cr和BOD₅，COD_Cr最高可达80000 mg/L，BOD₅最高可达35000 mg/L。高质量分数的COD_Cr和BOD₅会使地面水体缺氧，水质恶化。如果缺乏必要的防渗措施而使垃圾渗滤液渗入地下水富集区，则会使地下水丧失利用价值。和城市污水相比，垃圾渗滤液的质量分数极高，因此大大增加了其处理难度。

目前垃圾填埋场渗滤液的处理方法有：垃圾填埋场内回灌处理；排入城市污水处理厂合并处理；在填埋场边建污水处理厂进行现场处理等。

回灌法在国外垃圾填埋场比较常用，通过回灌可以提高垃圾层中的水分含量，使垃圾渗滤液中微生物的营养成分回到填埋场中，增强微生物的活性，降低垃圾渗滤液中有害物质的浓度，加速产甲烷的速率，缩短垃圾渗滤液水量及水质的稳定化进程。回灌法主要存在以下几个问题：回灌会加速恶臭气体的挥发，导致周围大气环境质量下降；填埋气的产气速率加快，可能引发安全问题；不能完全消除渗滤液，受填埋场的限制，有大量的渗滤液仍需外排；在降雨量大的地区或季节不宜使用。

将垃圾渗滤液直接排入城市污水处理厂与城市污水进行合并处理，利用城市污水对渗滤液的缓冲稀释作用实现渗滤液和城市污水的同时处理是最为简单的处理方案，可以节省单独建设渗滤液处理系统的大额费用，降低成本。但此法要求填埋场与城市污水处理厂相距不能太远，这在我国大多数大中城市都难以办到，否则渗滤液的输送将造成较大的经济负担；此外，由于垃圾渗滤液含有较高浓度的COD_Cr、BOD₅、NH₃-N，易造成对城市污水处理厂的冲击负荷，如不加控制会影响甚至破坏城市污水处理厂的正常运行。

目前更多的垃圾渗滤液采用现场处理方案。现场处理方法包括：物理化学法、生物法以及土地法。物理化学法和生物法都存在处理效率低、成本高、渗滤液处理不完全的缺点，且由于垃圾渗滤液的水质变化较大，难以用单一的一种物化法或生物法进行处理；而土地法占地面积大，对土壤和地下水存在长期污染，这也限制了其应用。

超临界水氧化法（SCWO）主要利用超临界水（T=374 ℃，P=22.1 MPa）为介质对有机物进行氧化分解，这是一种能彻底破坏有机物结构的深度氧化法。其对垃圾渗滤液中有机物的去除率可达99.9%以上。

现有的超临界水氧化法处理污染水的系统如图1所示，一种印染废水的处理系统，包括高压柱塞泵1、输送管道14、反应器4和第一气液分离器7，高压柱塞泵1、反应器4和第一气液分离器7通过输送管道14依次连接，高压贮罐通过输送管道连接于高压柱塞泵1和反应器4之间，在高压贮罐3和反应器4之间的管道14上设有阀门15，高压贮罐3还设有加热器31。反应器4采用管式反应器，因为反应器具有一定的长度，混合液在其内流动，产生一段的停留时间。在反应器4和第一气液分离器7之间连接有高压旋液分离器5和第一换热器6，高压旋液分离器的输入口51接反应器的输出口，高压旋液分离器的输出口52接第一换热器的输入口61，第一换热器的输出口62接第一气液分离器7的输入口。处理的方法包括下列步骤： （1）印染废水加入氧化剂，充分混合后，通过高压柱塞泵注入到高压贮罐中；（2）使高压贮罐内充满废水和氧化剂混合液体或废水，关闭高压柱塞泵，关闭高压贮罐与反应器之间的阀门；用加热器对高压贮罐内的液体进行静态加热；（3）当高压贮罐内的压力至22~35Mpa，温度至 380~700℃时，开启高压贮罐与反应器之间的阀门；（4）启动高压柱塞泵，高压柱塞泵将泵内废水或废水和氧化剂混合液加压至22~35Mpa，持续注入高压贮罐，调节高压柱塞泵的流量，使之缓慢上升至额定流量；（5）进入反应器的废水和氧化剂，停留一定的时间，使其中的有机物、氨氮和总磷与氧化剂进行充分的反应，废水中的有机物、氨氮及总磷有害物质被降解成二氧化碳、氮氧化物及磷酸盐；（6）对处理后的水进行冷却，排出达到国家规定的相应排放标准的水。

上述现有的废水处理系统中，设置了高压储罐和反应器，通过在高压储罐中加热和加压后，再将废水输入反应器进行氧化反应，反应器只能为管式反应器。该废水处理系统的结构复杂，成本也高。

发明内容

本发明的目的是，针对高浓度垃圾渗滤液处理难的问题，提供一种对大量垃圾渗滤液进行处理的系统和方法，该系统和方法工艺简单、成本较低、处理效果好。

实现上述发明目的的技术方案是：

一种利用超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的系统，包括水泵、高压柱塞泵、换热器、预热器、超临界反应器、高压旋液分离器和氧化剂压力泵，水泵、高压柱塞泵、换热器、预热器、超临界反应器、高压旋液分离器通过输送管道依次连接，高压旋液分离器的蒸汽出口和换热器热介质入口连接，氧化剂压力泵通过管道和超临界反应器连接；所述超临界反应器为耐高压的反应器，内装有加热器。

所述氧化剂高压泵为高压氧化剂柱塞泵（对于液态氧化剂）或 压缩机（对于气态氧化剂）。所述的超临界反应器既可以是釜式反应器，也可以是管式反应器。

作为本发明的进一步改进，可以在水泵与高压柱塞泵之间增加蒸发器。对于COD较低的垃圾渗滤液，可用蒸发器将渗滤液中的部分水分蒸发掉，提高COD浓度，同时还可以进一步利用蒸发器中产生的高温蒸汽的热量，减少能量的流失。

作为本发明的进一步改进，所述换热器热介质输出口可以和蒸发器连接，对蒸发器进一步加热。

实现本发明另一目的的技术方案是： 

一种利用超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的方法，包含以下步骤。

（1）用水泵将垃圾渗滤液抽入处理系统中，用高压柱塞泵对垃圾渗滤加压，垃圾渗滤再经过预加热后，注入超临界反应器中；

（2）待超临界反应器内充入部分垃圾渗滤液后，关闭高压柱塞泵和超临界反应器的出口阀门，停止注入垃圾渗滤液，同时启动超临界反应器内的加热器，将其内的水静态加热至400℃；

（3）启动高压柱塞泵，控制泵入超临界反应器的垃圾渗滤液的流量，当反应器的压力至25~45 MPa，温度至 400~700 ℃时，启动氧化剂压力泵，将氧化剂输入到反应器内；

（4）根据超临界反应器内的压力与温度，调节泵入超临界反应器的垃圾渗滤液以及氧化剂的流量，使垃圾渗滤液与氧化剂在反应器内的停留时间为1000~300 s，使其中的有机物与氧化剂进行充分的反应，生成为无机盐、水和CO₂等；

（5）该反应为放热反应，从超临界反应器出来的高温高压状态的汽液混合物以及无机盐流入高压旋液分离器，高压旋液分离器可将无机盐分离出来并从底部排出；

（6）对高压旋液分离器排出的高温高压蒸汽进行冷却，排出达到国家规定的相应排放标准的水。

上述步骤（3）中的氧化剂可以是液氧、空气、KClO₃溶液、NaClO、KMnO₄溶液或H₂O₂。

作为本发明的进一步改进，在上述步骤（1）还进一步包括下列步骤：

对步骤（1）抽入处理系统中的垃圾渗滤液，可在用高压柱塞泵注入超临界反应器前，由蒸发器将其中含有的大量水分去除，提高其COD浓度，从而减小后续处理的难度和成本。

作为本发明的进一步改进，在上述步骤（6）中进一步包括下列步骤：

（6.1）将高压旋液分离器排出的高温高压汽液混合物与垃圾渗滤液进行热交换，使垃圾渗滤液的温度尽量上升，减少后续加热器所消耗的能量，同时降低汽液混合物的温度，使其达到排放或回用的要求。

由于超临界水氧化处理的反应过程放出大量的热，而反应前的垃圾渗滤液需要加热到必须的温度，所以通过此步骤可以减少过程的能耗。如果垃圾渗滤液中的COD达到35000mg/L以上，反应放出的热足以使冷液体的温度上升至反应温度，此时就可以停止加热器加热。

上述步骤（6.1）中还可以进一步包括下列步骤： 

将高压旋液分离器排出的高温高压汽液混合物通过蒸发器，提高垃圾渗滤液的COD浓度，以减少加热器的加热功率。

本发明通过采用耐高压的超临界反应器，垃圾渗滤液的加热、加压和氧化反应在超临界反应器中完成，省却了现有技术中的高压储罐，使处理系统和工艺更简单，降低了成本。

附图说明：

图1为现有技术超临界水氧化法处理废水的系统流程示意图；

图2为本发明实施例1超临界水氧化处理垃圾渗滤液流程示意图；

图3为本发明实施例2超临界水氧化处理垃圾渗滤液流程示意图。

图2-3中：1-水泵；2-高压柱塞泵；3-换热器；4-预热器；5-超临界反应器；6-高压旋液分离器；7-加热器；8-输送管道；9-氧化剂压力泵；10-蒸发器；11-低压旋液分离器；12-过滤器；A-垃圾渗滤液池；B-氧化剂。

具体实施方式

下面结合实施例做进一步说明。

实施例1

如图2示，一种超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的系统，包括水泵1、高压柱塞泵2、换热器3、预热器4、超临界反应器5和高压旋液分离器6，各部分通过输送管道8依次连接。超临界反应器为耐高压容器，内装有加热器7。在高压柱塞泵2、预热器4之间的输送管道上还设有换热器3。高压柱塞泵2的输出口接换热器3的入口，高压柱塞泵2输出的垃圾渗滤液作为冷介质输入换热器3，换热后的冷介质输入预热器4，然后再进入超临界反应器5；超临界反应器5的输出口接高压旋液分离器6的入口，高压旋液分离器6的出口接换热器3的热介质通道，氧化剂压力泵9的输出口接入超临界反应器5。

一种超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的方法，包括以下步骤：

（1）将垃圾渗滤液用水泵1抽出后，经过高压柱塞泵2加压，通过换热器3、预热器4预热，进入超临界反应器5；

（2）待超临界反应器5内充入部分垃圾渗滤液后，关闭高压柱塞泵2和超临界反应器5的出口阀门，停止注入垃圾渗滤液，同时启动超临界反应器5内的加热器7，将超临界反应器5中的垃圾渗滤液静态加热至400 ℃； 

（3）启动高压柱塞泵2，控制泵入超临界反应器5的垃圾渗滤液的流量，当超临界反应器5的压力增至25~45 MPa，温度增至 400~700 ℃时，启动氧化剂压力泵9，将氧化剂输入到超临界反应器5内； 

（4）根据超临界反应器5的压力与温度，调节高压柱塞泵2和氧化剂压力泵9，控制泵入超临界反应器5中的垃圾渗滤液以及氧化剂的流量，使垃圾渗滤液与氧化剂在超临界反应器5中的停留时间为100~300s，使其中的有机物与氧化剂进行充分的反应，生成为无机盐、水和CO₂等；

（5）打开超临界反应器5的出口阀门，控制高压柱塞泵2和氧化剂压力泵9中的流量，将垃圾渗滤液以及氧化剂持续注入超临界反应器5，从超临界反应器5出来的高温高压状态的汽液混合物以及无机盐流入高压旋液分离器6，高压旋液分离器6可将无机盐分离出来并从底部排出；；

（6）高压旋液分离器6排出的高温高压汽液混合物进入换热器3的热介质通道，与作为冷介质的垃圾渗滤液进行热交换，使垃圾渗滤液的温度尽量上升，使高温高压汽液混合物的温度下降，从而减少预热器4和加热器7的功率，起到减少处理过程的能耗的作用。

实施例2

如图3所示，本例与实施例1基本相同，不同的是在水泵1与高压柱塞泵2之间增加了蒸发器10，换热器3的热介质出口和蒸发器10连接，换热后的热介质输入蒸发器10。用水泵1抽出的垃圾渗滤液通过蒸发器10分离出大部分水分，提高了垃圾渗滤液的COD浓度。

一种超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的方法，包括以下步骤：

（1）将垃圾渗滤液用水泵1抽出后，经过蒸发器10去除掉大部分水分后，经高压柱塞泵2加压，通过换热器3、预热器4预热，进入超临界反应器5；

（2）待超临界反应器5内充入部分垃圾渗滤液后，关闭高压柱塞泵2和超临界反应器5的出口阀门，停止注入垃圾渗滤液，同时启动超临界反应器5内的加热器7，将超临界反应器5中的垃圾渗滤液静态加热至400 ℃； 

（3）启动高压柱塞泵2，控制泵入超临界反应器5的垃圾渗滤液的流量，当超临界反应器5的压力增至25~45 MPa，温度增至 400~700 ℃时，启动氧化剂压力泵9，将氧化剂输入到超临界反应器5内； 

（4）根据超临界反应器5的压力与温度，调节高压柱塞泵2和氧化剂压力泵9，控制泵入超临界反应器5中的垃圾渗滤液以及氧化剂的流量，使垃圾渗滤液与氧化剂在超临界反应器5中的停留时间为100~300s，使其中的有机物、重金属离子等与氧化剂进行充分的反应，生成为无机盐、水和CO₂等；

（5）打开超临界反应器5的出口阀门，控制高压柱塞泵2和氧化剂压力泵9中的流量，将垃圾渗滤液以及氧化剂持续注入超临界反应器5，从超临界反应器5出来的高温高压状态的汽液混合物以及无机盐流入高压旋液分离器6，高压旋液分离器6可将无机盐分离出来并从底部排出；；

（6）高压旋液分离器6排出的高温高压汽液混合物进入换热器3的热介质通道，与作为冷介质的垃圾渗滤液进行热交换，使垃圾渗滤液的温度尽量上升，使高温高压汽液混合物的温度下降，从而减少预热器4和加热器7的功率，起到减少处理过程的能耗的作用。换热器3换热后的热介质输入蒸发器10。

Claims (10)

1.一种利用超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的系统，包括水泵、高压柱塞泵、换热器、预热器、超临界反应器、高压旋液分离器和氧化剂压力泵，水泵、高压柱塞泵、换热器、预热器、超临界反应器、高压旋液分离器通过输送管道依次连接，高压旋液分离器的蒸汽出口和换热器热介质入口连接，氧化剂压力泵通过管道和超临界反应器连接；所述超临界反应器为耐高压的反应器，内装有加热器。

2.根据权利要求1所述的利用超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的系统，其特征是，在所述水泵与高压柱塞泵之间还设有蒸发器。

3.根据权利要求1所述的利用超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的系统，其特征是，所述氧化剂压力泵为氧化剂柱塞泵或压缩机。

4.根据权利要求1所述的利用超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的系统，其特征是，所述的超临界反应器为釜式反应器或管式反应器。

5.一种利用超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的方法，包含以下步骤。

（1）用水泵将垃圾渗滤液抽入处理系统中，先用高压柱塞泵对垃圾渗滤加压，再经过预加热后，注入超临界反应器中；

（2）待超临界反应器内充入部分垃圾渗滤液后，关闭高压柱塞泵和超临界反应器的出口阀门，停止注入垃圾渗滤液，同时启动超临界反应器内的加热器，将其内的水静态加热至400 ℃；

（3）启动高压柱塞泵，控制泵入超临界反应器的垃圾渗滤液的流量，当反应器的压力至25~45 MPa，温度至 400~700 ℃时，启动氧化剂压力泵，将氧化剂输入到反应器内；

（4）根据超临界反应器内的压力与温度，调节泵入超临界反应器的垃圾渗滤液以及氧化剂的流量，使垃圾渗滤液与氧化剂在反应器内的停留时间为80~3000 s，使其中的有机物与氧化剂进行充分的反应，生成为无机盐、水和CO₂；

（5）将从超临界反应器出来的高温高压状态的汽液混合物以及无机盐用高压旋液分离器进行分离，将无机盐分离出来并排出；

（6）对高压旋液分离器排出的高温高压汽液混合物进行冷却，排出达到国家规定的相应排放标准的水。

6.根据权利要求5所述的利用超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的系统，其特征是，上述步骤（1）还进一步包括下列步骤：在用高压柱塞泵将垃圾渗滤液注入超临界反应器前，用蒸发器将其中含有的大量水分去除。

7.根据权利要求5所述的利用超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的系统，其特征是，上述步骤（4）中的氧化剂可以是液氧、空气、KClO₃溶液、NaClO、KMnO₄溶液或H₂O₂。

8.根据权利要求5所述的利用超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的系统，其特征是，上述步骤（6）中进一步包括下列步骤：将高压旋液分离器排出的高温高压汽液混合物与待处理垃圾渗滤液进行热交换。

9.根据权利要求6所述的利用超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的系统，其特征是，上述步骤（6）中进一步包括下列步骤：将高压旋液分离器排出的高温高压汽液混合物与待处理垃圾渗滤液进行热交换后，再将其输入蒸发器，对待处理的垃圾渗滤液进行加热蒸发，以提高待处理垃圾渗滤液中COD的浓度，降低过程的运行成本。

10.根据权利要求6所述的利用超临界水氧化法处理垃圾渗滤液的系统，其特征是，上述步骤（6）中进一步包括下列步骤：将高压旋液分离器排出的高温高压汽液混合物与待处理的垃圾渗滤液进行热交换后，再将其输入另一换热器，与冷水进行间歇换热，以充分利用其热能，同时生产蒸汽或热水。

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