CN113087253A - 一种垃圾渗滤液的处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种垃圾渗滤液的处理系统及方法。该处理系统包括：依次连接的原水罐、废水换热器、废水加热器、氧化反应器，所述废水换热器上设置有物料进口、物料出口、热源进口以及热源出口；所述氧化反应器出来的氧化水从所述热源进口进入所述废水换热器中，所述热源出口连接有成品罐，所述成品罐连接膜过滤设备以实现垃圾渗滤液的浓缩处理，所述物料进口与所述原水罐连接，所述物料出口连接所述废水加热器；所述氧化反应器的外侧设置有用于分散破碎气体成气泡的微界面发生系统。本发明的处理系统通过布设了微界面发生系统后，提高反应相界面的接触，不需要使用催化剂也得到了良好的废水处理效果。

Description

一种垃圾渗滤液的处理系统及方法

技术领域

本发明涉及垃圾渗滤液处理领域，具体而言，涉及一种垃圾渗滤液的处理系统及方法。

背景技术

随着经济的飞速发展和人民生活水平的大幅度提高，随之产生的垃圾也成倍增多。我国的固体垃圾多采用填埋或焚烧的方法进行处理。垃圾在填埋过程中由于压实、发酵等物理、生物、化学作用，同时在降水和其它外部来水的渗流作用下产生的含有机或无机成分的液体称为垃圾渗滤液。垃圾渗滤液通常具有水质变化大(水质不稳定)、水质复杂(含有多种重金属离子和氨氮)、有机浓度高、可生化性差等特点，对周边土层及地下水极易造成严重污染。因此，对垃圾渗滤液进行有效的收集及处理已引起广泛关注并亟待解决，而垃圾渗滤液的处理技术也随之成为国际上的研究热点。

目前，国内外垃圾渗滤液处理方法主要有物化法、臭氧或双氧水氧化、光化学催化氧化、膜分离法和生物法等。其中物化法不仅运行成本高，处理工艺复杂，易产生二次污染，且难以达标排放，不适于大量垃圾渗滤液的处理；单独臭氧或双氧水氧化和光化学催化氧化法处理成本高且难于使废水达标排放；膜分离法可使废水达标排放但存在浓缩液无法处理的问题；生物法虽然节能高效，能同时去除垃圾渗滤液中的有机物和氨氮，但不能处理高浓度有机物、高含盐量的垃圾渗滤液，且难以达到排放标准。

催化湿式氧化技术(Catalytic Wet Air Oxidation，简称CWAO)是从20世纪70年代发展起来的，是向传统湿式氧化反应体系中加入催化剂，不仅可以降低反应温度和压力，而且提高了反应效率。由于催化湿式氧化法具有反应条件相对温和、处理效率高、反应速度快、装置小、适用范围广、可回收资源以及二次污染低等优点，因此具有良好的应用前景。

可是在湿式氧化处理过程中，通过采用催化剂后，虽然会一定程度的缩短反应时间，且降低操作温度和压力，使得反应条件更加温和，但是采用了催化剂后本身成本比较高，后续反应结束后，还要考虑催化剂的后续回收、处理的问题，操作非常不便，无形之中多增加了很多后续工作。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种垃圾渗滤液的处理系统，该处理系统通过布设微界面发生系统后，提高了两相之间的传质效果，该微界面发生系统可以将气泡打碎成微米级别的气泡，从而增加气相与液相之间的相界面积，使得氧气可以与垃圾渗滤液更好的融合形成气液乳化物，提高氧化反应效率。

同时，通过采用了微界面发生系统后，整个处理系统不需要采用催化剂，就可以实现操作，不采用催化剂不仅节约了成本，还免去了催化剂需要后续回收、处理，造成二次污染的问题的出现，整个处理方法操作更为简便快捷，操作流程也相应的简化许多。

本发明的第二目的在于提供一种采用上述处理系统进行垃圾渗滤液的处理方法，该处理方法操作简便、操作条件更加温和，能耗低，处理后的垃圾渗滤液中，有害物去除率可达99％左右，值得广泛推广应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种用于处理垃圾渗滤液的废水处理系统，包括：依次连接的原水罐、废水换热器、废水加热器、氧化反应器，所述废水换热器上设置有物料进口、物料出口、热源进口以及热源出口；

所述氧化反应器出来的氧化水从所述热源进口进入所述废水换热器中，所述热源出口连接有成品罐，所述成品罐连接膜过滤设备以实现垃圾渗滤液的浓缩处理，所述物料进口与所述原水罐连接，所述物料出口连接所述废水加热器；

所述氧化反应器的外侧设置有用于分散破碎气体成气泡的微界面发生系统，所述微界面发生系统包括多个由上至下并排设置的微界面发生器，所述微界面发生器上设置有进气口以及废水进口，所述废水进口进来的为从氧化反应器内循环回来的废水，所述进气口进来的为新鲜补充的空气或氧气。

本发明所需处理的垃圾渗滤液，通常具有水质变化大(水质不稳定)、水质复杂(含有多种重金属离子和氨氮)、有机浓度高、可生化性差等特点，对周边土层及地下水极易造成严重污染。因此，对垃圾渗滤液进行有效的收集及处理已引起广泛关注并亟待解决，而垃圾渗滤液的处理技术也随之成为国际上的研究热点。

现有技术中主要采用的是物化法、臭氧或双氧水氧化、光化学催化氧化、膜分离法和生物法等，其中催化氧化法应用最为广泛，但是在湿式氧化处理过程中，采用了催化剂后，虽然操作温度和压力不高，但是采用了催化剂后本身成本比较高，后续反应结束后，还要考虑催化剂的后续回收、处理的问题，操作非常不便，无形之中多增加了很多后续工作。

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种专门针对垃圾渗滤液处理的处理系统，该处理系统通过在氧化反应器的外侧设置有微界面发生系统，将进入氧化反应器的空气或氧气打碎分散成气泡，使得气泡与废水形成气液乳化物，从而增加了气体与废水之间的相界面积，进一步提高了反应效率，增加了反应相界面的传质效果后，使得氧气尽可能的多融入到废水中，这样在比较低的压力、温度条件下也能保证良好的处理效果，不需要采用催化剂，或者为了保证更优的处理效果，也可少添加一些催化剂，可充分降低传统工艺采用催化剂的量，根据实际操作工况可自由选择添加或不添加催化剂。

对于本发明的微界面发生系统，包括多个由上至下并排设置的微界面发生器，上述多个微界面发生器由于采用外置的方式，需要将液相与气相同时接入微界面发生器中，因此每个微界面发生器上设置有通入气相的进气口以及通入液相的废水进口，氧化反应内循环回来的垃圾渗滤液从废水进口进入微界面发生器，新鲜补充的空气或氧气从进气口进入微界面发生器，气液两相在微界面发生器中发生接触，破碎成微气泡后以强化反应操作。

优选地，微界面发生系统包括两个微界面发生器，两个微界面发生器之间相互并联。两个微界面发生器同时进行强化操作，更能提升湿式氧化的反应效率。

微界面发生器优选为气动式微界面发生器，通过将压缩后的空气或氧气通入微界面发生器后，与废水接触后破碎形成微气泡的形式，以提高传质效果。

本领域所属技术人员可以理解的是，微界面发生器(Micro InterfacialGenerator，简称MIG)，可实现在多相反应介质进入反应器之前，将多相反应介质中的气相和/或液相在微界面发生器中通过机械微结构和/或湍流微结构，以预设作用方式破碎成直径为微米级别的微气泡和/或微液滴，以增大反应过程中气相和/或液相与液相和/或固相之间的相界传质面积，提高各反应相之间的传质效率，在预设温度和/或预设压强范围内强化多相反应。

所谓的预设作用方式可选自微通道作用方式、场力作用方式以及机械能作用方式中的一种或几种；

上述微通道作用方式是通过构造流道的微结构，使通过微流道的气相和/或液相破碎成微气泡和/或微液滴；上述场力作用方式是利用外场力作用以非接触的方式为流体输入能量，使其破碎成所述微气泡或微液滴；上述机械能作用方式是利用流体的机械能，将其转换成气泡或液滴的表面能，使气泡或液滴破碎成所述微气泡或微液滴。

该微界面发生器可用于气-液、液-液、液-固、气-液-液、气-液-固以及液-液-固等多相反应介质进行的反应，其具体结构可根据流经介质的不同进行自由选择，关于其具体结构以及具体功能作用之前的专利、文献中也有相应的记载，在此不做额外赘述。同时，也可以根据实际工程需要，对本系统中的氧化反应装置的高度、长度、直径、废水流速等因素对进气口的数量和位置进行调整，以达到更好地供气效果，提高湿式氧化对废水处理的降解率。

另外，在本发明的方案中，为了回收垃圾渗滤液中的资源、降低垃圾渗滤液的湿式氧化难度、提高废水的COD去除率，最好在湿式氧化之前先对垃圾渗滤液进行预处理，所述预处理包括除油、吹脱等预处理手段。

优选地，所述处理系统还包括用于截留悬浮杂物的格栅池，所述原水罐与所述格栅池连接。格栅池可以对垃圾渗滤液中的悬浮物和漂浮物实现截留，从而达到初步的除杂过滤的效果。

优选地，为了便于输送，所述原水罐与所述格栅池之间设置有原水泵。

优选地，所述处理系统还包括气浮除油装置以及氨吹脱装置，经过所述格栅池处理过的垃圾渗滤液依次经过所述气浮除油装置以及所述氨吹脱装置处理。气浮除油装置可以采用加压溶气气浮、涡凹气浮、诱导气浮中的任意一种方法，采用气浮除油的方式不仅除油效率高，而且处理效果也比较稳定。

氨吹脱装置利用了氨氮具备挥发性的特点，采用溶液中氨氮的实际浓度与确定条件下平衡浓度间存在差异的办法，在碱性条件下使用空气进行吹脱，以去除垃圾渗滤液中的挥发性的氨氮。

优选地，所述处理系统还包括缓冲罐，所述缓冲罐设置在所述氨吹脱装置与所述废水换热器之间。缓冲罐可以将预处理后的垃圾渗滤液缓存。

优选地，同样为了输送方便，在所述缓冲罐与所述废水换热器之间设置有输送泵。

优选地，为了提高安全性，氧化反应器的顶部设置有放空口。

优选地，所述氧化反应器的侧上部设置有氧化水出口，所述氧化水出口通过管道与热源进口连接，由于从氧化水出口出来的产物中含有一部分气相，因此最好先在气液分离罐中实现气液分离后，再通入热源进口进行换热。

优选地，所述处理系统还包括空压装置，所述空压装置与所述进气口连通，经过空压装置压缩的空气或压缩的氧气通过进气口进入微界面发生器进行分散打碎。从空压装置来的压缩空气或氧气最好先在气体加热装置中加热，再进入到微界面发生器中，气体加热装置优选为换热器。

最后，湿式氧化反应后的净水储存在成品罐中，后续将其通入膜过滤设备进行进一步的处理，膜过滤设备优选包括超滤膜、纳滤膜以及RO反渗透设备中的任意一种或几种，更优选地为超滤膜、纳滤膜以及RO反渗透三种过滤设备结合的方式，膜过滤后的浓液继续蒸发除盐，除盐后的浓缩液可以重新返回原水罐中重复处理以提高生化性。

本发明的处理系统中可根据实际需要在相应的连接管道上设置泵体。

本发明的垃圾渗滤液的处理系统处理能力高，经过该处理系统处理后，能保证在比较低的能耗条件下，拥有比较高的处理效果，有害物去除率可达99％左右。

除此之外，本发明还提供了一种垃圾渗滤液的处理方法，包括如下步骤：

垃圾渗滤液经过加热后进入氧化反应器中，同时在氧化反应器中通入压缩空气或压缩氧气，发生湿式氧化反应；

进入所述氧化反应器的压缩空气或压缩氧气先通过微界面发生器分散破碎；

优选地，所述湿式氧化的反应温度控制在90-120℃之间，反应压力控制在1-2MPa之间，反应时间控制在1-2h。

本发明的垃圾渗滤液的处理方法操作简便、操作条件更加温和，能耗低，处理后的垃圾渗滤液中，有害物、COD去除率可达99％，减少了工业废物的排放，更加环保，值得广泛推广应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明垃圾渗滤液的处理系统通过布设了微界面发生器后，提高了两相之间的传质效果，该微界面发生器可以将气泡打碎成微米级别的气泡，从而增加气相与液相之间的相界面积，使得氧气可以与垃圾渗滤液更好的融合形成气液乳化物，提高催化湿式氧化反应效率；

(2)本发明的废水处理系统采用了双微界面发生器并联的结构，提高了废水的处理效果，也通过合理的布置微界面发生器的位置，使得检修、拆卸更为便捷；

(3)本发明的废水处理系统，结构简单，三废少，实现了氧气的充分回收利用，占地面积较小，运行平稳；

(4)本发明的处理系统不需要采用催化剂，就可以实现在比较低温度、压力条件下进行湿式氧化反应，不采用催化剂不仅节约了成本，还免去了催化剂需要后续回收、处理，造成二次污染的问题的出现，整个处理方法操作更为简便快捷，操作流程也相应的简化许多。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的垃圾渗滤液的处理方法流程图；

图2为本发明实施例提供的垃圾渗滤液的处理系统的结构示意图。

附图说明：

10-原水罐； 20-原水泵；

30-格栅池； 40-气浮除油装置；

50-氨吹脱装置； 60-缓冲罐；

70-废水换热器； 71-物料进口；

72-物料出口； 73-热源进口；

74-热源出口； 80-废水加热器；

90-氧化反应器； 91-氧化水出口；

92-微界面发生器； 93-气体加热装置；

94-空压装置； 95-放空口；

96-废水进口； 97-进气口；

100-气液分离罐； 110-输送泵；

120-成品罐； 130-膜过滤设备。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了更加清晰的对本发明中的技术方案进行阐述，下面以具体实施例的形式进行说明。

实施例

参阅图2所示，为本发明实施例的垃圾渗滤液的处理系统，其包括了依次连接的原水罐10、废水换热器70、废水加热器80、氧化反应器90以及空压装置94。

其中，废水换热器70上分别有物料进口71、物料出口72、热源进口73以及热源出口74，氧化反应器90出来的氧化水从所述热源进口73进入废水换热器70中，所述热源出口74连接有成品罐120，所述物料进口71与原水罐10连接，物料出口72连接废水加热器80，在废水换热器70中，通过将氧化反应器90反应后的氧化水与待处理的垃圾渗滤液换热，从而达到充分利用能源的效果。

氧化反应器90的外侧壁上设置有微界面发生系统，微界面发生系统用于分散破碎气体成气泡，微界面发生系统包括由上至下设置相互并联的两个微界面发生器92，在每一个微界面发生器92上分别设置有进气口97与废水进口96，废水进口进来的为从氧化反应器90循环回来的废水，进气口97进来的为新鲜补充的空气或者氧气。

在该实施例中，空压装置94与进气口97连通，通过空压装置94压缩后的空气或氧气通过进气口97进入到微界面发生器92中，实现气体的粉碎分散，以加强两相之间的传质效果。该实施例的空压装置94优选为空气压缩机。空压装置压缩后的空气或氧气先经过气体加热装置93预加热后，再进入每个微界面发生器92，以提高反应的效率。空气压缩机的类型可以选择为离心式空气压缩机，该种类型的压缩机造价低，使用方便。

微界面发生器92的类型为气动式微界面发生器，微界面发生器92可采用管道加固的方式。

氧化反应器90的侧上部设置有氧化水出口91，氧化水出口91出来的氧化水先经过气液分离罐100进行气液分离，然后从气液分离罐100的底部出来通过管道与热源进口73连接，以实现将氧化水输送到废水换热器70进行换热，换热后冷却下来输送到成品罐120中储存。成品罐120出来的水可以继续进行后续的除盐处理。除盐浓缩采用膜过滤设备130，该实施例采用超滤膜、纳滤膜以及RO反渗透设备三种设备结合的方式进行浓缩处理，当然也可以根据实际情况对处理方式进行调整。

该处理系统还包括了格栅池30、气浮除油装置40以及氨吹脱装置50的预处理系统，经过预处理系统脱离杂质后的废水暂存到缓冲罐60中，然后从缓冲罐60经过输送泵110进入到废水换热器70中。

为了方便输送，在原水罐10与格栅池30之间还设置有原水泵20，缓冲罐60与废水换热器70之间设置有输送泵110。

在上述实施例中，微界面发生系统中的微界面发生器并不局限于个数，为了增加分散、传质效果，也可以多增设额外的微界面发生器，尤其是微界面发生器的安装位置不限，可外置也可内置，内置时还可以采用安装在釜内的侧壁上相对设置的方式，以实现从微界面发生器的出口出来的微气泡发生对冲。外置时各个微界面发生器之间最好采用并联的方式设置。

在上述两个实施例中，泵体的个数并没有具体要求，可根据需要在相应的位置上设置。

以下简要说明本发明的垃圾渗滤液的处理系统的工作过程和原理，具体工作流程参阅图1：

首先，氮气吹扫原水罐10、废水换热器70、废水加热器80、氧化反应器90的管线以及氧化反应器90内部后，原水罐10内的垃圾渗滤液先送到格栅池30中去除悬浮杂质，然后依次经过气浮除油装置40进行除油以实现油资源化的回收，氨吹脱装置50将挥发性的氨氮去除，以实现分子态的NH₃吹脱排放，处理后的废水暂时储存在缓冲罐60中。

然后，垃圾渗滤液经过输送泵110送入到废水换热器70中进行换热后，再经过废水加热器80进行进一步的加热，加热后的垃圾渗滤液进入到氧化反应器90中进行催化湿式氧化处理，催化剂为可溶性过渡金属盐或负载型贵金属催化剂，根据实际工况也可以选择不采用催化剂的方式。

压缩空气或压缩氧气从氧化反应器90的侧方底部通入微界面发生器92中，氧化反应器90内的废水循环进入到微界面发生器92中，气液两相同时经过并联设置的微界面发生器92实现分散破碎成微气泡后，从而达到强化氧化反应进行的效果，提为了提高安全性，在氧化反应器90的顶部还设置有放空口95。氧化反应器90内进行湿式氧化的反应温度控制在90-120℃之间，反应压力控制在1-2MPa之间，反应时间控制在1-2h。

最后，氧化反应器90中氧化反应后的氧化水从氧化反应器90的顶部返回废水换热器70中换热冷却处理后，输送到成品罐120中储存，从成品罐出来的物质继续进行后续的浓缩处理，浓缩处理设备选用膜过滤设备130，膜过滤后就可以实现达标排放。

以上各个工艺步骤循环往复，以使整个处理系统平稳的运行。

本发明的处理系统通过铺设微界面发生系统，保证了湿式氧化在比较温和的压力与温度条件下进行，且不需要采用催化剂或者大大降低催化剂的使用量。

与现有技术垃圾渗滤液的处理系统相比，本发明的处理系统设备组件少、占地面积小、能耗低、成本低、安全性高。

总之，本发明的垃圾渗滤液的处理系统处理能力高，经过该处理系统处理后，能保证在比较低的能耗条件下，拥有比较高的处理效果，有害物、COD去除率可达99％，对高盐高COD废水的处理效果最佳。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种垃圾渗滤液的处理系统，其特征在于，包括：依次连接的原水罐、废水换热器、废水加热器、氧化反应器，所述废水换热器上设置有物料进口、物料出口、热源进口以及热源出口；

所述氧化反应器出来的氧化水从所述热源进口进入所述废水换热器中，所述热源出口连接有成品罐，所述成品罐连接膜过滤设备以实现垃圾渗滤液的浓缩处理，所述物料进口与所述原水罐连接，所述物料出口连接所述废水加热器；

所述氧化反应器的外侧设置有用于分散破碎气体成气泡的微界面发生系统，所述微界面发生系统包括多个由上至下并排设置的微界面发生器，所述微界面发生器上设置有进气口以及废水进口，所述废水进口进来的为从氧化反应器内循环回来的废水，所述进气口进来的为新鲜补充的空气或氧气。

2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述膜过滤设备包括超滤膜、纳滤膜以及RO反渗透设备中的任意一种或几种。

3.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述微界面发生系统包括两个微界面发生器，两个微界面发生器之间相互并联。

4.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括用于截留悬浮杂物的格栅池，所述原水罐与所述格栅池连接。

5.根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于，所述原水罐与所述格栅池之间设置有原水泵。

6.根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括气浮除油装置以及氨吹脱装置，经过所述格栅池处理过的垃圾渗滤液依次经过所述气浮除油装置以及所述氨吹脱装置处理。

7.根据权利要求6所述的处理系统，其特征在于，所述处理系统还包括缓冲罐，所述缓冲罐设置在所述氨吹脱装置与所述废水换热器之间。

8.根据权利要求7所述的处理系统，其特征在于，所述缓冲罐与所述废水换热器之间设置有输送泵。

9.根据权利要求1-8任一项所述的处理系统，其特征在于，所述氧化反应器的顶部设置有放空口。

10.采用权利要求1-9任一项所述处理系统的垃圾渗滤液的处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

垃圾渗滤液经过加热后进入氧化反应器中，同时在氧化反应器中通入压缩空气或压缩氧气，发生湿式氧化反应；

进入所述氧化反应器的压缩空气或压缩氧气先通过微界面发生器分散破碎；

优选地，所述湿式氧化的反应温度控制在90-120℃之间，反应压力控制在1-2MPa之间，反应时间控制在1-2h。

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