CN109928442A - 一种渗滤液浓缩液蒸发装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种渗滤液浓缩液蒸发装置，包括：包括长方体框架，在框架底部的长方形框的四个角上各固定有塑料杆，构成框架的四根竖直支撑杆，在每根塑料杆上各滑动套设有一个塑料球，框架内还设有一张编织网，编织网的四个角分别与四个塑料球套接，编织网由紧密贴合的三层构成，其中，下层为亲水高分子材料编织物，其内部设置有若干毛细孔道；中间层为亲水高分子材料包覆的发热碳纤维编织物，所述中间层与电源连接；上层为黑色亲水碳纤维编织物。本发明装置能够低能耗、高效率地处理渗滤液浓缩液。

Description

一种渗滤液浓缩液蒸发装置

技术领域

本发明属于环境保护的污水处理技术领域，具体涉及对垃圾渗滤液处理过程中产生的浓缩液的处理装置。

背景技术

城市垃圾渗滤液的污染控制是城市垃圾填埋技术中的一大难题。2008年我国发布实施了新修订的GB16889-2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》，对现有和新建生活垃圾填埋场渗滤液污染物排放浓度限值作了规定，其中对垃圾渗滤液中BOD5、COD、氨氮、总氮、重金属等指标提出了更严格的排放标准，这对于有效防治垃圾渗滤液对环境的危害起到十分重要的作用。而随着标准的提高，垃圾渗滤液的处理更多的采用了生化和膜滤的组合工艺。NF、RO膜越来越多的被用于垃圾渗滤液处理中，膜的运用具有很多优点，如出水效果好，占地面积小，然而在达标排放上清液的同时，也不可避免地产生了一批浓缩液。

垃圾渗滤液浓缩液的主要成份为腐殖质类物质、二级处理出水中残留的未降解有机物和溶解性微生物产物(SMP)等物质，一般不具有可生化性，通常B/C<0.1，大都呈棕黑色，色度大，浊度、电导率及COD高，并且含有大量的金属离子，TDS在20000mg/L～60000mg/L之间。其中纳滤和反渗透工艺产生的浓缩液，COD通常在5000mg/L以上，氨氮浓度约为50～200mg/L，电导率约为40000～50000us/cm。若不妥善处理这些垃圾渗滤液及其浓缩液，会严重污染水体、土壤、大气等，甚至直接威胁生态环境和人类健康。

目前我国城市生活垃圾填埋处理设施中每日约产生6.4万吨的垃圾渗滤液，而在处理垃圾渗滤液的过程中产生的浓缩液体积约占垃圾渗滤液原液体积的20％～25％，流量大，转运费用较高，处理难度大，一旦浓缩液处置不当很容易造成严重的二次污染。

垃圾渗滤液浓缩液的处理方法采用较广泛的主要有：回灌、无害化处理以及浓缩。

(1)回灌是目前国内广泛应用的渗滤液浓缩液处理方法之一。与渗滤液回灌类似，渗滤液浓缩液回灌技术能促进可降解有机物的降解，但同时会导致出水COD、电导率以及NH₄ ⁺、Cl^-等的富集，增加了垃圾填埋层的含水率和含盐量；当回灌进行到接近或达到吸附容量时，出水的电导率将高于回灌进水。这一现象将对后续的反渗透等渗滤液处理过程产生明显的负面效应，而且，回灌还存在对地下水的污染风险。从长远考虑，回灌增大了垃圾渗滤液的处理难度和成本。

(2)无害化处理，根据处理原理的不同，无害化处理技术可分为物理法和化学法两种。前者包括混凝、电絮凝以及吸附等；后者主要涵盖高级氧化技术。混凝能够有效去除浓缩液中的可溶性有机物：其对TOC、COD和色度的去除效率分别可达81％,、82％,和97％，同时还能提升出水的可生化性。但是，混凝的效果依赖于凝聚剂及操作条件。而且，混凝不能完全有效地去除浓液中的有机物。相较于混凝，电絮凝泥量小、停留时间短、操作便捷且无需化学试剂。但是，电絮凝对污染物的去除同样不够彻底。电絮凝对自然水体中腐殖酸的去除效率仅为68.8％左右。此外，渗滤液浓液中富集的Cl^-和腐殖酸在电絮凝的过程中可能会生成各种有毒卤代烃。而高级氧化法对浓缩液中总有机物含量的降解速度较慢，且对浓缩液中的离子物质作用不大，大量氧化试剂的投加也增加了浓缩液的处理成本。

(3)浓缩，基于操作原理，常见的浓缩技术可分为膜技术和蒸发技术两大类。膜技术，可分为压力驱动与电势驱动两种。其中压力驱动膜技术已经广泛应用于垃圾渗滤液的处理过程中。但是，浓缩液中的高浓度腐殖酸与黄腐酸会导致不可逆的膜污染。此外，浓缩液的高硬度极易在膜滤过程中引起结垢。尽管阻垢剂可以降低结垢风险，但阻垢剂的种类、剂量及其使用效果在很大程度上取决于浓缩液的组成及其理化特性，同时也会对后续的操作造成一定的影响。蒸发技术包括浸没燃烧蒸发、热泵蒸发、(多效)闪蒸以及多效强制循环蒸发等。此外，膜蒸馏技术在垃圾渗滤液浓缩液处理中也得到了一定的应用。但在上述技术的运行温度下，浓缩液中富集的Cl^-会对设备带来严重腐蚀。而且，浓缩液中的高浓度腐殖质与无机离子将导致严重的结垢，降低换热效率与蒸发能效比。而对膜蒸馏技术而言，浓缩液中的有机物与盐分还会造成严重的膜污染。膜蒸馏法膜成本高，蒸馏通量小，由于温度极化和浓度极化的影响，运行状态不稳定，且膜蒸馏是一个有相变的过程，热量主要通过热传导的形势传递因而效率较低(一般只有30％左右)。

综上所述，蒸发法是最为彻底的处理方法，但所需的能耗高，且蒸发设施容易结垢，现有的多效蒸发以及热泵技术还存在投资大、维护贵的实际问题。这些因素均制约了蒸发技术在渗滤液浓液处理上的应用。因此，迫切需要设计一种低功耗的渗滤液浓缩液蒸发装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种渗滤液浓缩液蒸发装置，能够低功耗、高效率地处理渗滤液浓缩液。

一种渗滤液浓缩液蒸发装置，包括：

长方体框架，所述长方体框架包括：竖直方向上的四根塑料支撑杆以及水平方向上的一对横杆和一对纵杆，所述横杆和纵杆连接围成长方形形状，构成所述长方体框架底部的长方形框，所述四根塑料支撑杆固定在所述长方形框的四个角上；

四个塑料球，所述四个塑料球分别滑动套设在每根所述塑料支撑杆上，所述塑料球能够沿着所述塑料支撑杆上下滑动；以及

编织网，所述编织网设在所述长方体框架内，所述编织网的四个角分别与所述四个塑料球套接，由所述四个塑料球在四个角撑着所述编织网；

所述编织网由紧密贴合的三层构成，其中，下层为亲水高分子编织物，其内部设置有若干毛细孔道；中间层为表面包覆有亲水高分子纤维的发热碳纤维编织物，所述中间层与电源连接；上层为黑色亲水碳纤维编织物。

优选的技术方案中，所述塑料球为中间设有通孔的实心塑料球，其通孔由塑料支撑杆从中穿过，塑料球质轻，可以漂浮在水面上。

优选的技术方案中，所述下层采用的亲水高分子材料为市售含亲水基团(如磺酸基、氨基和伯胺基)的腈纶或碳纤维。

优选的技术方案中，所述下层为致密的编织物，例如编织密度为90.5％，编织角度为54.4°，从而可以在内部形成很多毛细孔道。

优选的技术方案中，所述中间层是在市售的发热碳纤维表面包覆亲水高分子纤维后，编织得到的编织物。亲水高分子纤维可以是市售的含亲水基团(如磺酸基、氨基和伯胺基)的腈纶或碳纤维

优选的技术方案中，所述中间层所用的线较粗，例如，线的直径为2～5mm，从而在编织物中形成较大的孔道。

优选的技术方案中，所述上层采用的黑色亲水碳纤维编织物时对市售的碳纤维编织后进行亲水处理得到的。亲水处理过程可以是：将碳纤维织物在阳离子表面活性剂(三甲基八烷基溴化铵)溶液中煮沸3～4小时，对其表面进行改性，然后取出应用。

优选的技术方案中，所述上层为致密的编织物，例如编织密度为90.5％，编织角度为54.4°，从而可以在内部形成很多毛细孔道。

优选的技术方案中，所述编织网通过以下方式得到：先将所述上层、中间层和下层上下叠放，再用亲水高分子材料将上中下层致密地缝合在一起，形成上下毛细通道。

优选的技术方案中，在所述中间层与电源连接的电路上，还设置有光感应开关，在有光照时，电路不开启，没有感应到光照时，电路接通。

在使用本发明渗滤液浓缩液蒸发装置时，将整个渗滤液浓缩液蒸发装置放置在待处理的渗滤液浓缩液中，编织网随着塑料球浮起，漂浮在渗滤液浓缩液的表面，渗滤液浓缩液在毛细作用下被吸到下层的表面，由于中间层中存在的较大孔道有利于空气对流，渗滤液浓缩液经由中间层迅速到达上层，在太阳光的照射下，上层的黑色亲水碳纤维表面因吸收太阳光而温度升高，毛细作用吸上来的水在上层表面被迅速蒸发，同时，上层表面温度升高后，自然会形成对流，空气可以从中间层的缝隙中补入，形成持续的对流，更有利于蒸发，随着水的蒸发，渗滤液浓缩液的液位会下降，塑料球向下滑动，使编织网始终漂浮在液面上，持续毛细吸收并蒸发水。

在阴天和夜里，可以接通中间层的电源，碳纤维发热，将温度恒定在50～70℃，水分持续蒸发，由于该蒸发过程所需要的温度很低，远低于水的沸点，因此能耗较低。在加热的情况下，中间层中较大孔道也可以促进空气对流，促进热量的持续传递。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1)本发明装置中设置了亲水发热碳纤维织物的中间层，在不能利用太阳光对毛细作用吸上来的水进行蒸发的时候，可以通过给碳纤维通电发热来进行水的蒸发，从而可以全天候处理污染物，不受白天或夜晚的时间限制。

2)本发明装置利用毛细作用将水吸到编织网中并蒸发，由于毛细作用吸上来的水只会在编织网表面形成薄薄的水层，极容易被蒸发，有太阳光的时候只需要利用太阳能能源，而没有太阳光的时候也只需要极低的能源接通发热碳纤维即可，该装置以太阳能为主，电能为辅，低温蒸发，自然对流，效果显著。该装置能耗低、效率高，无人值守，可以获得较好经济效益。

本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现，并可通过所附权利要求中特地指出的手段、装置和它们的组合得以实现。

附图说明

图1是本发明的渗滤液浓缩液蒸发装置的一具体实施例的结构示意图。

图2是图1中编织物的局部放大示意图

具体实施方式

以下，结合附图和实施例，对本发明的实施方式进行详细说明，以更清楚地理解本发明的技术内容。

如图1所示，本发明的渗滤液浓缩液蒸发装置的一具体实施例中，一种渗滤液浓缩液蒸发装置，包括长方体框架5、塑料球3和编织网4。

长方体框架5包括：竖直方向上的四根塑料支撑杆1以及水平方向上的一对横杆和一对纵杆，水平方向上的横杆对和纵杆对连接围成长方形形状，构成长方体框架5底部的长方形框2，四根塑料支撑杆1固定在长方形框2的四个角上。

四个塑料球3分别滑动套设在每根塑料支撑杆1上，塑料球3能够沿着塑料支撑杆1上下滑动。

编织网4设在长方体框架5内，编织网4的四个角分别与四个塑料球3套接，由四个塑料球3在四个角撑着编织网4；

编织网4由紧密贴合的三层构成，其中，下层4-1为亲水高分子材料编织物，其内部设置有若干毛细孔道；中间层4-2为表面包覆有亲水高分子纤维的具有电加热功能的发热碳纤维编织物，中间层4-2与电源连接；上层4-3为黑色亲水碳纤维编织物。

上述渗滤液浓缩液蒸发装置的具体实施例中，塑料球3为中间设有通孔的实心塑料球，其通孔由塑料支撑杆1从中穿过，塑料球质轻，可以漂浮在水面上。

上述渗滤液浓缩液蒸发装置的具体实施例中，下层4-1所采用的亲水高分子材料可以为市售含亲水基团(如磺酸基、氨基和伯胺基)的腈纶或碳纤维。

上述渗滤液浓缩液蒸发装置的具体实施例中，下层4-1为致密的编织物，例如，编织密度为90.5％，编织角度α＝54.4°，从而可以在内部形成很多毛细孔道。

上述渗滤液浓缩液蒸发装置的具体实施例中，中间层4-2所用的碳纤维编织物是在市售的可通电发热的碳纤维表面包覆亲水高分子纤维后编织得到的编织物。亲水高分子纤维可以是市售的含亲水基团(如磺酸基、氨基和伯胺基)的腈纶或碳纤维

上述渗滤液浓缩液蒸发装置的具体实施例中，中间层4-2所用的编织物的线较粗，例如，线的直径为2～5mm，从而在编织物中形成较大的孔道。

上述渗滤液浓缩液蒸发装置的具体实施例中，上层4-3所采用的黑色亲水碳纤维编织物可以是对市售的碳纤维编织后进行亲水处理得到的。亲水处理过程可以是：将碳纤维织物在阳离子表面活性剂(三甲基八烷基溴化铵)溶液中煮沸3～4h，对其表面进行改性，然后取出应用。

上述渗滤液浓缩液蒸发装置的具体实施例中，上层4-3为致密的编织物，例如，编织密度为90.5％，编织角度α＝54.4°，从而可以在内部形成很多毛细孔道。

上述渗滤液浓缩液蒸发装置的具体实施例中，编织网4可以通过以下方式得到：先将上层4-3、中间层4-2和下层4-1上下叠放，再用亲水高分子材料将上中下层致密地缝合在一起，形成上下毛细通道。

上述渗滤液浓缩液蒸发装置的具体实施例中，在中间层4-2与电源连接的电路上，还可以设置光感应开关，在有光照时，电路不开启，没有感应到光照时，电路接通。

上述实施例中的渗滤液浓缩液蒸发装置的使用方法和工作原理如下：

使用时，将整个渗滤液浓缩液蒸发装置放置在待处理的渗滤液浓缩液中，编织网4随着塑料球3浮起，漂浮在渗滤液浓缩液的表面，渗滤液浓缩液在毛细作用下被吸到下层4-1的表面，由于中间层4-2中存在的较大孔道有利于空气对流，渗滤液浓缩液经由中间层4-2迅速到达上层4-3，在太阳光的照射下，上层4-3的黑色亲水碳纤维表面因吸收太阳光而温度升高，毛细作用吸上来的水在上层4-3表面被迅速蒸发，同时，上层4-3表面温度升高后，自然会形成对流，空气可以从中间层4-2的缝隙中补入，形成持续的对流，更有利于蒸发，随着水的蒸发，渗滤液浓缩液的液位会下降，塑料球3向下滑动，使编织网4始终漂浮在液面上，持续毛细吸收并蒸发水。

在阴天和夜里，可以接通中间层4-2的电源，碳纤维发热，将温度恒定在50～70℃，水分持续蒸发，由于该蒸发过程所需要的温度很低，远低于水的沸点，因此能耗较低。在加热的情况下，中间层4-2中较大孔道也可以促进空气对流，促进热量的持续传递。

上述装置中，设置了亲水发热碳纤维织物的中间层，在不能利用太阳光对毛细作用吸上来的水进行蒸发的时候，可以通过给碳纤维通电发热来进行水的蒸发，从而可以全天候处理污染物，不受白天或夜晚的时间限制；同时，还利用毛细作用将水吸到编织网中并蒸发，由于毛细作用吸上来的水只会在编织网表面形成薄薄的水层，极容易被蒸发，有太阳光的时候只需要利用太阳能能源，而没有太阳光的时候也只需要极低的能源接通发热碳纤维即可，该装置以太阳能为主，电能为辅，低温蒸发，自然对流，效果显著。该装置能耗低、效率高，无人值守，可以获得较好的经济效益。

由此可见，本发明的目的已经完整并有效的予以实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中予以展示和说明，在不背离所述原理的情况下，实施方式可作任意修改。所以，本发明包括了基于权利要求精神及权利要求范围的所有变形实施方式。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种渗滤液浓缩液蒸发装置，其特征在于，包括：

长方体框架，所述长方体框架包括：竖直方向上的四根塑料支撑杆以及水平方向上的一对横杆和一对纵杆，所述横杆和纵杆连接围成长方形形状，构成所述长方体框架底部的长方形框，所述四根塑料支撑杆固定在所述长方形框的四个角上；

四个塑料球，所述四个塑料球分别滑动套设在每根所述塑料支撑杆上；以及

编织网，所述编织网设在所述长方体框架内，所述编织网的四个角分别与所述四个塑料球套接；

所述编织网由紧密贴合的三层构成，其中，下层为亲水高分子编织物，其内部设置有若干毛细孔道；中间层为表面包覆有亲水高分子纤维的发热碳纤维编织物，所述中间层与电源连接；上层为黑色亲水碳纤维编织物。

2.如权利要求1所述的渗滤液浓缩液蒸发装置，其特征在于，所述塑料球为中间设有通孔的实心塑料球。

3.如权利要求1所述的渗滤液浓缩液蒸发装置，其特征在于，所述下层采用的亲水高分子材料为含亲水基团的腈纶或碳纤维。

4.如权利要求1所述的渗滤液浓缩液蒸发装置，其特征在于，所述下层的编织密度为90.5％，编织角度为54.4°。

5.如权利要求1所述的渗滤液浓缩液蒸发装置，其特征在于，编织所述中间层所用的线的直径为2～5mm。

6.如权利要求1所述的渗滤液浓缩液蒸发装置，其特征在于，所述上层的编织密度为90.5％，编织角度为54.4°。

7.如权利要求1所述的渗滤液浓缩液蒸发装置，其特征在于，在所述中间层与电源连接的电路上，还设置有光感应开关。