CN111547937A - 一种存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的水盐平衡方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于废水处理领域，涉及一种存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的水盐平衡方法及系统。所述方法包括以下步骤：1)利用第一清洗槽和第二清洗槽依次对废塑料进行清洗；2)将所述第一清洗槽中产生的清洗水导入至循环水处理单元处理，处理后的出水一部分经过支管排出，其余出水回流至所述第二清洗槽，同时向第二清洗槽补充部分新水，所述第二清洗槽的出水进入第一清洗槽循序使用。本发明利用水盐平衡通过在循环水处理单元增加支管将一部分水体外排，同时在清洗槽补充清洗水的方式，实现整个系统的水盐平衡，始终将水体的盐分控制在较低的程度，能够维持系统的稳定运行，不仅节约清洗水水量，而且降低了清洗水处理的负担，显著节约成本。

Description

一种存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的水盐平衡方法及 系统

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的水盐平衡方法及系统。

背景技术

生活垃圾填埋场存余垃圾分选后三大类产物分别为陈腐有机物(腐殖土)、废弃高分子材料以及惰性无机物(建筑砖石等)，其中废弃高分子材料占比超过10％，主要成分为PE、PP、 PVC、PS等。利用焚烧技术处理废塑料虽能够回收部分能量，但产生大量有毒有害烟气和造成大量碳排放，而废塑料再生利用则能消除相关负面影响并实现资源化。废塑料资源化利用面临诸多挑战，主要表现在种类混杂，粘污严重，不利于进行高附加值的资源化利用。目前国内传统塑料再生利用行业利用存量垃圾中废塑料再生利用资源化存在较大的难度。

废塑料清洗技术通常包括干法洁净和湿法洁净。干法洁净技术利用砂石和空气作为清洗介质，不需要用水，但是清洗效果却不如湿法洁净。湿法洁净不仅对废塑料表面粘附物有更好的去除效果，而且还可利用比重差分离不同密度特性的废塑料，因此湿法洁净是实现废塑料的高附加值资源化利用的必要手段。但现有技术中湿法洁净清洗废塑料同样存在一些缺陷： 1)耗水量很大，每清洗1吨废塑料消耗水量超过10吨，绝大部分中小企业清洗废水不经任何处理直排环境，造成严重污染；2)存量垃圾废塑料通常裹携大量粘附物，导致清洗水多次循环使用后无机盐和难降解有机物的快速积累，影响清洗水的水质、循环水生物处理系统正常运行以及清洗后物料的品质。若利用传统离子交换或者膜分离技术进行除盐处理，增加除盐设备，投资大且处理费用高。

基于现有技术的缺陷，亟需发明一种将废塑料清洗水循环利用的方法。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中湿法洁净清洗废塑料的过程中由于废塑料多次循环使用后无机盐和难降解有机物的快速积累，影响清洗水的水质，因此完成塑料清洗工艺需要耗费大量的清洗水，且大量的清洗水同样需要进入处理系统进行处理，进一步增加了投入成本，本发明提供一种利用存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的方法和系统，利用水盐平衡原理将清洗工艺和循环水处理单元有机结合，通过在循环水处理单元增加支管将一部分水体外排，同时在清洗槽补充清洗水的方式，实现整个系统的水盐平衡，始终将水体的盐分控制在较低的程度，能够维持系统的稳定运行，不仅节约了清洗水水量，而且降低了清洗水处理的负担，显著的节约成本。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供了一种存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的水盐平衡方法，所述方法包括以下步骤：

1)利用第一清洗槽和第二清洗槽依次对废塑料进行清洗，得到清洗后的塑料；

2)将所述第一清洗槽中产生的清洗水导入至循环水处理单元处理，处理后的出水一部分经过支管排出，其余出水回流至所述第二清洗槽，同时向第二清洗槽补充部分新水，所述第二清洗槽的出水循序进入第一清洗槽形成循环处理。

作为本发明更进一步的改进，向第二清洗槽补充水分的比率W的计算公式如下：

W＝(1-bη)a 公式1

所述经过支管排出的水量Q_排的计算公式如下：

Q_排＝(1-η)abQ 公式2

其中，b为循环水处理系统的产水率，η为循环水的循环回用率，a为第一清洗槽的产水率，Q为初始状态下第一清洗槽用于清洗废塑料的水流量设定值，单位L/h；

当清洗水循环次数n≤100次时，所述的η依据以下公式计算：

式中，ΔC为废塑料进入到第一清洗槽中所带入的含盐量(g/L)，n为次数，C_(n+1)为清洗水循环次数n≤100时系统的水体中的理论含盐量g/L。

当清洗水循环次数n＞100次时，所述η依据以下公式计算：

式中，ΔC为废塑料进入到第一清洗槽中所带入的含盐量g/L，C_∞为清洗水循环次数n ＞100次时系统的水体中的理论含盐量g/L。

作为本发明更进一步的改进，所述循环水处理系统的处理过程如下：

(a)所述第一清洗槽的清洗水首先进入调节池，在调节池中停留，以去除废水中的固体物沉淀物；

(b)调节池出水进入到自清洗过滤器，截留过滤废水中的轻质杂质；

(c)经过步骤(b)处理后的废水进入生物滤池内进行生物处理，出水进入沉淀池实现泥水分离，沉淀池的出水一部分经过支管排出，其余出水回流至所述第二清洗槽，并重复(a) (b)(c)工艺过程。

作为本发明更进一步的改进，所述步骤(a)废水停留的时间为8～12h，废水停留期间将定期对调节池内无机污泥进行清除。

作为本发明更进一步的改进，废塑料在进入第一清洗槽清洗之前先经过固体介质清洗装置进行干洗，脱除废塑料表面的松散粘附物。

作为本发明更进一步的改进，所述生物滤池包括交替曝气生物滤池。

作为本发明更进一步的改进，所述沉淀池包括竖流沉淀池。

作为本发明更进一步的改进，所述步骤(c)处理过程中，通过计量泵向所述交替曝气生物滤池投加盐酸，将进水pH值自动调节至7～9。

作为本发明更进一步的改进，本发明提供了使用存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的方法的系统，所述系统包括第一清洗槽、第二清洗槽和循环水处理单元，所述第一清洗槽分别与第二清洗槽和循环水处理单元相连通，所述第二清洗槽和循环水处理单元相连通，所述循环水处理单元设有用于处理后出水部分排出的支管；所述第二清洗槽设有用于补充水体的管路。

作为本发明更进一步的改进，所述循环水处理单元包括依次连通的调节池、自清洗过滤器、交替曝气生物滤池和竖流沉淀池，所述竖流沉淀池的部分出水回流进入第二清洗槽，所述调节池出水通过水泵泵入到自清洗过滤器。

作为本发明更进一步的改进，所述补充水以雨水作为主要水源。

作为本发明更进一步的改进，所述C_∞和/或C_(n+1)不超过30g/L。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的水盐平衡方法，利用水盐平衡将清洗工艺和循环水处理单元有机结合，通过在循环水处理单元增加支管将一部分水体外排，同时在清洗槽补充清洗水的方式，实现整个系统的水盐平衡，始终将水体的盐分控制在较低的程度，能够维持系统的稳定运行，不仅节约了清洗水水量，而且降低了清洗水处理的负担，显著的节约运行成本。

(2)本发明的存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的水盐平衡方法，可以通过设计理论盐积累含量决定外排水量和补充水量，始终控制循环清洗水中的盐累积含量不超过一定的限度，而现有技术的处理工艺中，由于塑料本身携带一定的盐分，因此在利用循环水不断清洗塑料过程中无机盐快速富集超过限度，清洗过后的废塑料品质难以保证，且盐分的超标也会导致后续生物处理系统的稳定运行，因此不可避免的需要增加额外的离子交换或者膜分离技术等除盐设备，投入成本较高；如不进行循环处理又导致水量耗费较大，利用本发明的方法可以利用较少的水量完成清洗过程，而且针对清洗水也进行了相应的处理，整个系统有机配合，将整体的盐分控制在设计限度，不需要增加额外的除盐设备，保证了整个循环水处理系统的稳定，尤其是生物处理系统的稳定运行。

(3)本发明的存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的水盐平衡方法，利用循环水处理单元处理清洗槽排出的污水，通过物理过滤和生物处理相结合的方式削减废塑料上携带的难降解有机物，且通过支管外排部分出水的方式调节系统中的难降解有机物的含量，避免了难降解有机物在水中的过度积累，使系统中的盐分和有机物含量均控制在一定的限度。

(4)本发明的存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的水盐平衡方法，在循环水处理单元中，利用交替曝气滤池作为生物处理设备，在低碳氮比下也可保持较好的水处理效果，且污泥产量小，运行控制简单。同时交替曝气生物滤池对难降解有机物也具有截留与去除效果，在盐含量不超过30g/L的限度下，实现难降解有机物最终积累浓度控制为初始浓度的1.5～3 倍。

附图说明

图1为第一次水量平衡图；

图2为第一次盐平衡图；

图3为整套废塑料清洗及循环水处理工艺流程图；

图中：1、第一清洗槽；2、第二清洗槽；3、调节池；4、水泵；5、自清洗过滤器；6、计量泵；7、交替曝气生物滤池；8、竖流沉淀池。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

本实施例提供了一种存量垃圾中的废塑料清洗废水循环利用过程中的水盐平衡系统，如图3所示，所述系统包括第一清洗槽1、第二清洗槽2和循环水处理单元，所述第一清洗槽1 分别与第二清洗槽2和循环水处理单元相连通，所述第二清洗槽2和循环水处理单元相连通，所述循环水处理单元设有用于处理后出水部分排出的支管；所述第二清洗槽2设有用于补充水体的管路。

所述循环水处理单元包括依次连通的调节池3、自清洗过滤器5、交替曝气生物滤池7和竖流沉淀池8，所述竖流沉淀池的部分出水回流进入第二清洗槽2，所述调节池3出水通过水泵4泵入到自清洗过滤器5。

利用上述系统进行的存量垃圾中的废塑料清洗废水循环利用的方法，其工艺步骤如下：

1)将从填埋场开采、分选出来的废塑料混合物破碎至10～30mm，倾倒至固体介质清洗机中，清洗3～5min，利用物料之间相互摩擦作用剥落废塑料上的松散的粘污物，使筛上废塑料得以与灰渣泥土分离，从而完成废塑料的摩擦干洗工序。

2)将干洗过后的废塑料送入到清洗槽中进行清洗，所述清洗槽为两道槽串联，包括第一清洗槽1和第二清洗槽2。废塑料依次经过第一清洗槽1和第二清洗槽2进行清洗，清洗过程中会使废塑料分成两部分，比水轻的PP、PE浮于水面，PS、PVC等在水面之下。经过两道清洗洁净之后的塑料将通过离心脱水程序送去资源化利用。而第二清洗槽1的清洗水将循序进入第一清洗槽1中，所述第一清洗槽1的清洗出水将流至循环水处理单元进行处理。

所述循环水处理单元的处理过程如下：从第一清洗槽1流出的废水首先进入调节池3实现无机污泥与水的分离，停留时间8～12h；然后通过水泵4将调节池3的出水泵入到自清洗过滤器5中，过滤掉废水中的细小轻质悬浮物。所述的自清洗过滤器5的出水直接进入交替曝气生物滤池7的进水槽，并且通过计量泵6投加1：1盐酸将进水pH值自动调节至7～9。

所述交替曝气生物滤池7的污水处理装置为申请号为2015104038322，发明专利名称为“一种交替内循环生物滤池污水处理装置及其使用方法”的专利中实施例1所使用的装置，该装置可实现低碳氮比下去除废水中的COD与氨氮等物质，同时所述交替曝气生物滤池对于难降解有机物也具有截留与去除效果。

所述的交替曝气生物滤池7的出水进入到竖流沉淀池8内进一步的分离泥水，沉淀时间 2h。竖流沉淀池8的污泥从底部排出统一处理，沉淀池上清液出水的小部分将作为排污水从支管排出(以下简称排污水)，大部分作为循环水回流至第二清洗槽2进行循环利用，并向第二清洗槽2补充一定量的水(补水的比率记为W)，维持系统的水盐平衡。

图1为第一次水量平衡图；设定初始状态下第一清洗槽1用于清洗废塑料的水流量恒定为Q，单位L/h；第一清洗槽1的产水率设为a、循环水处理系统的产水率设为b，其中，第一次清洗出料的塑料中所带出的水量设定为：(1-a)Q(L/h)，从竖流沉淀池8底部排出的污泥携带的水量设定为(1-b)aQ(L/h)，图2为第一次盐平衡图。其中，从竖流沉淀池8中的污泥水中带出的盐分设定为(1-b)ΔCaQ(g/h)，第一次清洗出料的塑料中所带出的盐分设定为Δ CaQ(g/h)。

排污水的量Q_排将由第一清洗槽1的产水率a、循环水处理系统的产水率b以及废塑料经过干洗后进入到清洗机中所带入的含盐量ΔC等参数决定。

由于有水的排出，为了保证整个系统的水量平衡，需要利用管路向第二清洗槽2中补充损失的水，补充水主要以雨水收集池中的雨水作为主要水源。向第二清洗槽2补充水分的比率W的计算公式如下：

W＝(1-bη)a 公式1

所述经过支管排出的水量Q_排的计算公式如下：

Q_排＝(1-η)abQ 公式2

其中，b为循环水处理系统的产水率，η为循环水的循环回用率，a为第一清洗槽1的产水率。设定初始状态下第一清洗槽1用于清洗废塑料的水流量恒定为Q，单位L/h(L/小时)；

当清洗水循环次数n≤100次时，所述的η依据以下公式计算：

式中，ΔC为废塑料进入到第一清洗槽中所带入的含盐量，单位g/L，n为次数，C_(n+1)为清洗水循环次数n≤100时系统的水体中的理论含盐量，单位g/L。

本实施例中，分别设定循环次数为1，2，5，10，20时的理论含盐量(见表1)，并设定第一道清洗槽的产水率a为95％，循环水处理系统的产水率b为97％，每一次废塑料带入到循环水中无机盐含盐量ΔC为5g/L。

经过上述公式1、公式2及公式3计算，循环水的回用率η为0.876。补水比率为 W＝(1-bη)a＝0.143；分别检测循环次数为1，2，5，10，20时实测的含盐量。

(二)当清洗水循环次数n＞100次时，所述η依据以下公式计算：

设整个系统废水多次循环后累计的含盐量不超过30g/L，经过上述公式1、公式2及公式 4的计算，得出循环水的回用率η为0.876。补水量为0.143Q；检测循环次数为120次时实测的含盐量。

表1为不同循环次数后清洗水中含盐量理论值与实测值对比。

表1不同循环次数后清洗水中含盐量理论值与实测值对比

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明的保护范围，所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的水盐平衡方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)利用第一清洗槽(1)和第二清洗槽(2)依次对废塑料进行清洗，得到清洗后的塑料；

2)将所述第一清洗槽(1)中产生的清洗水导入至循环水处理单元处理，处理后的出水一部分经过支管排出，其余出水回流至所述第二清洗槽(2)，同时向第二清洗槽(2)补充部分新水，所述第二清洗槽(2)的出水循序进入第一清洗槽(1)，形成循环处理。

2.根据权利要求1所述的存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的水盐平衡方法，其特征在于：向第二清洗槽(2)补充水分的比率W的计算公式如下：

W＝(1-bη)a 公式1；

所述经过支管排出的水量Q_排的计算公式如下：

Q_排＝(1-η)abQ 公式2；

式中，b为循环水处理系统的产水率，η为循环水的循环回用率，a为第一清洗槽的产水率，Q为初始状态下设定的第一清洗槽(1)用于清洗废塑料的水流量值，单位为L/h；

当清洗水循环次数n≤100次时，所述的η依据以下公式计算：

式中，△C为废塑料进入到第一清洗槽(1)中所带入的含盐量，单位g/L，n为次数，C_(n+1)为清洗水循环次数n≤100时系统的水体中的理论含盐量，单位g/L。

当清洗水循环次数n＞100次时，所述η依据以下公式计算：

式中，△C为废塑料进入到第一清洗槽(1)中所带入的含盐量，单位g/L，C_∞为清洗水循环次数n＞100次时系统的水体中的理论含盐量，单位g/L。

3.根据权利要求1或2所述的存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的水盐平衡方法，其特征在于：所述循环水处理系统的处理过程如下：

(a)所述第一清洗槽(1)产生的清洗水首先进入调节池(3)，在调节池(3)中停留，以去除废水中的固体物沉淀物；

(b)调节池(3)出水进入到自清洗过滤器(5)，截留过滤废水中的轻质杂质；

(c)经过步骤(b)处理后的废水进入生物滤池内进行生物处理，出水进入沉淀池实现泥水分离，沉淀池的出水一部分经过支管排出，其余出水回流至所述第二清洗槽(2)，并重复(a)(b)(c)工艺过程。

4.根据权利要求3所述的存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的水盐平衡方法，其特征在于：所述步骤(a)废水停留的时间为8～12h，废水停留期间将定期对调节池内无机污泥进行清除。

5.根据权利要求4所述的存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的水盐平衡方法，其特征在于：废塑料在进入第一清洗槽(1)清洗之前先经过固体介质清洗装置进行干洗，脱除废塑料表面的松散粘附物。

6.根据权利要求5所述的存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的水盐平衡方法，其特征在于：所述生物滤池包括交替曝气生物滤池(7)。

7.根据权利要求6所述的存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的水盐平衡方法，其特征在于：所述沉淀池包括竖流沉淀池(8)。

8.根据权利要求7所述的存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的水盐平衡方法，其特征在于：所述步骤(3)处理过程中，通过计量泵(6)向所述交替曝气生物滤池(7)投加盐酸，将进水pH值调节至7～9。

9.一种利用权利要求1～8所述的存量生活垃圾废塑料清洗水循环利用的水盐平衡方法的系统，其特征在于：包括第一清洗槽(1)、第二清洗槽(2)和循环水处理单元，所述第一清洗槽(1)分别与第二清洗槽(2)和循环水处理单元相连通，所述第二清洗槽(2)和循环水处理单元相连通，所述循环水处理单元设有用于处理后出水部分排出的支管；所述第二清洗槽(2)设有用于补充水体的管路。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：所述循环水处理单元包括依次连通的调节池(3)、自清洗过滤器(5)、交替曝气生物滤池(7)和竖流沉淀池(8)，所述竖流沉淀池的部分出水回流进入第二清洗槽(2)，所述调节池(3)出水通过水泵(4)泵入到自清洗过滤器(5)。

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