CN114477585B - 一种渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及垃圾压滤液处理技术领域，具体为一种渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置及工作方法。该装置包括依次相连的储水罐、预冷套管、冷冻浓缩装置和融冰装置；冷冻浓缩装置顶部设有蒸发器，蒸发器底部与若干个蒸发管相连，蒸发管下方设有朝向融冰装置方向倾斜的隔网，隔网下方设有蓄水槽；蓄水槽升起时，隔网收起，蒸发管落入至蓄水槽内；蓄水槽落下时，蒸发管离开蓄水槽，隔网打开；融冰装置包括内部设有振荡器隔网的振荡器，隔网的下端与振荡器之间设有朝向振荡器隔网倾斜的传送板，传送板的上方设有碎冰机，传送板的下端位于振荡器隔网的上方，振荡器隔网的下部设有振荡器排水口，振荡器的顶部设有冷凝管，蒸发器和冷凝管均与压缩机相连。

Description

一种渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置及工作方法

技术领域

本发明涉及垃圾压滤液处理技术领域，特别是涉及一种垃圾压滤液装置及工作方法。

背景技术

随着我国垃圾分类体系的完善，垃圾转运站在全国各城市环卫管理的作用越来越关键，混合收集的生活垃圾在转运过程中为了缩减体积经过转运压实操作，会不可避免的产生大量的压滤液。生活垃圾压滤液属于高浓缩难降解废水，其中的有机物、金属浓度高，成分复杂。

生活垃圾转运站产生的压滤液属于垃圾渗滤液的一种，现在我国对压滤液的处理采用与渗滤液一样的处理方法，主流处理工艺为“预处理+生物处理+深度处理”组合工艺，典型代表为膜生物反应器(MBR)+双膜法(NF/RO)的组合工艺。膜法产生的浓缩液还需进行蒸发结晶或焚烧处理。这种传统的处理工艺普遍存在着能耗较大、运行稳定性差、设备易被腐蚀等缺点，并且针对垃圾中转站压滤液这种产水量较小的渗滤液，传统的大规模处理工艺必然会带来高成本处理的问题。

目前，虽然有在传统的反渗透处理工艺基础上，增加冷冻浓缩法进行浓缩液减量化处理的方式，但是这种处理工艺仍然存在着能耗大、膜污染、成本高等缺点。

因此，如何开发一种全新的处理装置及处理工艺成为了本领域亟需解决的技术难题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置及工作方法。

为了解决上述技术问题，本申请提供了如下技术方案：

一种渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置，包括依次相连的储水罐、预冷套管、冷冻浓缩装置和融冰装置；

所述冷冻浓缩装置的顶部设有蒸发器，所述蒸发器的底部与若干个蒸发管相连，所述蒸发管的下方设有朝向融冰装置方向倾斜的隔网，所述隔网的下方设有可以升降的蓄水槽，所述蓄水槽的上部设有进水口，进水口与所述预冷套管相连，所述蓄水槽通过底部的排水口与第一浓水排水管相连，所述第一浓水排水管的另一端与浓水储水箱相连通；当蓄水槽升起时，隔网收起，蒸发管落入至蓄水槽内；当蓄水槽落下时，蒸发管离开蓄水槽，隔网打开；

所述融冰装置包括内部设有振荡器隔网的振荡器，所述隔网的下端与所述振荡器之间设有朝向振荡器隔网倾斜的传送板，所述传送板的上方设有碎冰机，所述传送板的下端位于振荡器隔网的上方，所述振荡器隔网的下部设有振荡器排水口，所述振荡器的底部分别与第二浓水排水管、净水排水管相连通，所述第二浓水排水管的另一端与浓水储水箱相连通；所述净水排水管的另一端与出水沉淀罐相连通；

所述振荡器的顶部设有冷凝管，所述蒸发器和所述冷凝管均与压缩机相连。

进一步的，所述蒸发器和所述冷凝管相连，且二者相连通的管路上装有膨胀阀，所述压缩机、蒸发器、冷凝管、膨胀阀及相连的管路共同组成制冷系统。

进一步的，所述储水罐与预冷套管之间装有水泵。

进一步的，所述出水沉淀罐的上部侧壁与上部出水管相连通，所述上部出水管上装有上部出水管阀门；所述出水沉淀罐的底部装有底部排水管，所述底部排水管上装有底部排水管阀门。

进一步的，所述上部出水管与第一换热器相连，所述第一换热器与预冷套管相连。

进一步的，所述浓水储水箱的下部装有浓水储水箱排水管；所述浓水储水箱排水管与第二换热器相连，所述第二换热器与预冷套管相连。

进一步的，所述蓄水槽的下方均布有若干个升降杆，所述升降杆的顶部与所述蓄水槽的下底面相连。

进一步的，所述蓄水槽的底部均匀分布有若干个搅拌器；所述排水口上装有排水口阀门。

进一步的，所述第二浓水排水管上设有第二浓水排水管阀门，所述净水排水管上设有净水排水管阀门。

本发明所述的渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置的工作方法，包括以下步骤：

1)系统净化：将垃圾压缩后的压滤液收集于储水罐，通过启停水泵控制进水，压滤液经过水泵后进入预冷套管，预冷套管通过第一换热器、第二换热器利用浓缩液和冰融水的冷能将压滤液预冷至0℃，然后进入冷冻浓缩装置，达到一定的冰厚后，进行分离冰水；干净的冰晶进入融冰装置，浓缩液排入到浓水储水箱；

干净的冰晶经碎冰机粉碎后，冰晶内部的污染物暴露出来，随后进入振荡器，在振荡器的作用下，污染物随着初融水排出至浓水储水箱，余下干净的冰晶待融化后进入出水沉淀罐，出水沉淀罐将冰体中残留的少量杂质沉淀至罐底，通过上部出水管进行排放干净的水，浓水储水箱中的水进行焚烧处理；

2)结冰过程：经预冷套管预冷后的压滤液从冷冻浓缩装置的进水口进水至蓄水槽，达到一定水位后停止进水；随后制冷系统开始工作，蒸发器开始制冷，压滤液逐渐在蒸发管表面凝结成冰层，冷冻温度可调；

同时搅拌器搅拌未结冰的压滤液，充分混合压滤液，避免冰水界面污染物浓度高，搅拌器转速可调；

当冰层达到一定厚度的时候，蓄水槽在升降杆的作用下降低，伸出隔网收集冰晶，压缩机排出的热气重新引回蒸发管的夹壁内，取代低温液态制冷剂；在冰和蒸发管的管壁之间形成一层水的薄膜，冰靠重力的作用自由地落进下面倾斜的隔网，冰被收集至碎冰机中进行粉碎；

蓄水槽中未结冰的水从排水口排至浓水储水箱；然后蓄水槽上升，水泵运行进水，水满后开始冷冻，如此循环；

3)融冰过程：从隔网滑落的冰晶进入碎冰机中进行碎冰处理，产生的冰沙进入振荡器中，冰沙在振荡器隔网上振荡，振荡频率可调；

一段时间后停止振荡，等待融化；在振荡器顶部四周围绕有一圈冷凝管，充分利用制冷时产生的热量进行剩余冰体的融化；

冰融水透过振荡器隔网，从振荡器排水口排出，初期的冰融化的浓水从第二浓水排水管排至浓水储水箱，剩余的冰融水从净水排水管排至出水沉淀罐，经沉淀后，上清液从上部出水管排放。

本发明装置的工作原理具体为：以物理化学中的固液相平衡原理为理论依据，将压滤液冷冻再进行融化，两个阶段都是对污染物重新分配。利用溶液中多种溶质的冰点低于水的冰点这一物理特性，在冷冻过程中，随着溶液降温，先达到水的冰点，溶液中一部分水开始凝固形成冰晶并将污染物排除在外，从而形成冰晶和剩余浓缩液，将二者分离后，融化后的冰晶即为较“干净”的出水。在融化过程中冰体中所含污染物熔点低于冰的熔点，污染物先融化出来形成浓缩液，剩余的冰体融化后得到干净的出水。

与现有技术相比，本发明的渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置及工作方法至少具有以下有益效果：

本发明方法通过渐进冷冻得到的冰体首先进行碎冰，冰沙在振荡作用下融冰一段时间，得到初期浓水。剩余冰沙在制冷机组的产热下快速融化得到冰融水，冰融水经沉淀后排放。该装置具有能耗低、占地面积小、运行可靠性高、维护成本低、设备耐腐蚀等优点。

下面结合附图对本发明的渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置及工作方法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置的系统关系图；

图2为冷冻浓缩装置的主视图；

图3为冷冻浓缩装置及融冰装置的侧视图；

图4为冷冻浓缩装置及融冰装置的主视图；

图5为单冷冻过程各指标的去除效果；

图6为冷冻+振荡融冰过程COD的去除效果。

其中，1-储水罐，2-预冷套管，3-冷冻浓缩装置，6-浓水储水箱，7-第一换热器，8-第二换热器，9-水泵；

301-蓄水槽，302-蒸发管，303-搅拌器，304-升降杆，305-进水口，306-排水口，307-排水口阀门，308-第一浓水排水管，309-隔网；

40-制冷系统，41-压缩机，42-蒸发器，43-冷凝管，44-膨胀阀；

50-融冰装置，51-碎冰机，52-振荡器，521-振荡器隔网，523-振荡器排水口，524-第二浓水排水管，5241-第二浓水排水管阀门，525-净水排水管，5251-净水排水管阀门，53-出水沉淀罐，531-上部出水管，5311-上部出水管阀门，532-底部排水管，5321-底部排水管阀门；

61-浓水储水箱排水管。

具体实施方式

如图1-4所示所示，一种渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置，包括依次相连的储水罐1、预冷套管2、冷冻浓缩装置3和融冰装置50；储水罐1与预冷套管2之间装有水泵9。

冷冻浓缩装置3的顶部设有蒸发器42，所述蒸发器42的底部与若干个蒸发管302相连，所述蒸发管302的下方设有朝向融冰装置50方向倾斜的隔网309，所述隔网309的下方设有可以升降的蓄水槽301，所述蓄水槽301的上部设有进水口305，进水口305与所述预冷套管2相连，所述蓄水槽301通过底部的排水口306与第一浓水排水管308相连，所述第一浓水排水管308的另一端与浓水储水箱6相连通；

蓄水槽301的下方均布有若干个升降杆304，所述升降杆304的顶部与所述蓄水槽301的下底面相连。当升降杆304推动蓄水槽301升起时，隔网309收起，蒸发管302落入至蓄水槽301内；当升降杆304带动蓄水槽301落下时，蒸发管302离开蓄水槽301，隔网309打开。

蓄水槽301的底部均匀分布有若干个搅拌器303；所述排水口306上装有排水口阀门307。

融冰装置50包括内部设有振荡器隔网521的振荡器52，所述隔网309的下端与所述振荡器52之间设有朝向振荡器隔网521倾斜的传送板，所述传送板的上方设有碎冰机51，所述传送板的下端位于振荡器隔网521的上方，所述振荡器隔网521的下部设有振荡器排水口523，所述振荡器52的底部分别与第二浓水排水管524、净水排水管525相连通，所述第二浓水排水管524的另一端与浓水储水箱6相连通；所述净水排水管525的另一端与出水沉淀罐53相连通；第二浓水排水管524上设有第二浓水排水管阀门5241，所述净水排水管525上设有净水排水管阀门5251。

振荡器52的顶部设有冷凝管43，所述蒸发器42和所述冷凝管43均与压缩机41相连。蒸发器42和所述冷凝管43相连，且二者相连通的管路上装有膨胀阀44，所述压缩机41、蒸发器42、冷凝管43、膨胀阀44及相连的管路共同组成制冷系统40。

出水沉淀罐53的上部侧壁与上部出水管531相连通，所述上部出水管531上装有上部出水管阀门5311；所述出水沉淀罐53的底部装有底部排水管532，所述底部排水管532上装有底部排水管阀门5321。

上部出水管531与第一换热器7相连，所述第一换热器7与预冷套管2相连。

浓水储水箱6的下部装有浓水储水箱排水管61；所述浓水储水箱排水管61与第二换热器8相连，所述第二换热器8与预冷套管2相连。

该渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置的工作方法，包括以下步骤：

(1)系统净化：将垃圾压缩后的压滤液收集于储水罐1，通过启停水泵9控制进水，压滤液经过水泵9后进入预冷套管2，预冷套管2通过第一换热器7、第二换热器8利用浓缩液和冰融水的冷能将压滤液预冷至0℃，然后进入冷冻浓缩装置3，达到一定的冰厚后，进行分离冰水；干净的冰晶进入融冰装置50，浓缩液排入到浓水储水箱6；

干净的冰晶经碎冰机51粉碎后，冰晶内部的污染物暴露出来，随后进入振荡器52，在振荡器52的作用下，污染物随着初融水排出至浓水储水箱6，余下干净的冰晶待融化后进入出水沉淀罐53，出水沉淀罐53将冰体中残留的少量杂质沉淀至罐底，通过上部出水管进行排放干净的水，浓水储水箱6中的水进行焚烧处理；

(2)结冰过程：经预冷套管2预冷后的压滤液从冷冻浓缩装置3的进水口305进水至蓄水槽301，达到一定水位后停止进水；随后制冷系统40开始工作，蒸发器42开始制冷，压滤液逐渐在蒸发管302表面凝结成冰层，冷冻温度可调；

同时搅拌器303搅拌未结冰的压滤液，充分混合压滤液，避免冰水界面污染物浓度高，搅拌器转速可调；

当冰层达到一定厚度的时候，蓄水槽301在升降杆304的作用下降低，伸出隔网309收集冰晶，压缩机41排出的热气重新引回蒸发管302的夹壁内，取代低温液态制冷剂；在冰和蒸发管302的管壁之间形成一层水的薄膜，冰靠重力的作用自由地落进下面倾斜的隔网309，冰被收集至碎冰机51中进行粉碎；

蓄水槽301中未结冰的水从排水口306排至浓水储水箱6；然后蓄水槽301上升，水泵9运行进水，水满后开始冷冻，如此循环；

(3)融冰过程：从隔网309滑落的冰晶进入碎冰机51中进行碎冰处理，产生的冰沙进入振荡器52中，冰沙在振荡器隔网521上振荡，振荡频率可调；

一段时间后停止振荡，等待融化；在振荡器52顶部四周围绕有一圈冷凝管43，充分利用制冷时产生的热量进行剩余冰体的融化；

冰融水透过振荡器隔网521，从振荡器排水口523排出，初期的冰融化的浓水从第二浓水排水管524排至浓水储水箱6，剩余的冰融水从净水排水管525排至出水沉淀罐53，经沉淀后，上清液从上部出水管531排放。

运用本装置对烟台市某垃圾中转站压滤液进行了中试实验，处理的相关技术指标中，单冷冻过程各指标的去除效果如图5所示；冷冻+振荡融冰过程COD的去除效果如图6所示。

通过上述数据对比可以看出，本发明装置对COD、TOC、NH₃-N和TP均具有良好的去除效果，结合融冰过程并去除少量初融水污染物的去除效果还会有较大的提升。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置，其特征在于：包括依次相连的储水罐（1）、预冷套管（2）、冷冻浓缩装置（3）和融冰装置（50）；

所述冷冻浓缩装置（3）的顶部设有蒸发器（42），所述蒸发器（42）的底部与若干个蒸发管（302）相连，所述蒸发管（302）的下方设有朝向融冰装置（50）方向倾斜的隔网（309），所述隔网（309）的下方设有可以升降的蓄水槽（301），所述蓄水槽（301）的上部设有进水口（305），进水口（305）与所述预冷套管（2）相连，所述蓄水槽（301）通过底部的排水口（306）与第一浓水排水管（308）相连，所述第一浓水排水管（308）的另一端与浓水储水箱（6）相连通；当蓄水槽（301）升起时，隔网（309）收起，蒸发管（302）落入至蓄水槽（301）内；当蓄水槽（301）落下时，蒸发管（302）离开蓄水槽（301），隔网（309）打开；

所述融冰装置（50）包括内部设有振荡器隔网（521）的振荡器（52），所述隔网（309）的下端与所述振荡器（52）之间设有朝向振荡器隔网（521）倾斜的传送板，所述传送板的上方设有碎冰机（51），所述传送板的下端位于振荡器隔网（521）的上方，所述振荡器隔网（521）的下部设有振荡器排水口（523），所述振荡器（52）的底部分别与第二浓水排水管（524）、净水排水管（525）相连通，所述第二浓水排水管（524）的另一端与浓水储水箱（6）相连通；所述净水排水管（525）的另一端与出水沉淀罐（53）相连通；

所述振荡器（52）的顶部设有冷凝管（43），所述蒸发器（42）和所述冷凝管（43）均与压缩机（41）相连；

所述蒸发器（42）和所述冷凝管（43）相连，且二者相连通的管路上装有膨胀阀（44），所述压缩机（41）、蒸发器（42）、冷凝管（43）、膨胀阀（44）及相连的管路共同组成制冷系统（40）；

所述蓄水槽（301）的下方均布有若干个升降杆（304），所述升降杆（304）的顶部与所述蓄水槽（301）的下底面相连；

所述蓄水槽（301）的底部均匀分布有若干个搅拌器（303）；所述排水口（306）上装有排水口阀门（307）；

所述渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置的工作方法包括以下步骤：

1）系统净化；

2）结冰过程：经预冷套管（2）预冷后的压滤液从冷冻浓缩装置（3）的进水口（305）进水至蓄水槽（301），达到一定水位后停止进水；随后制冷系统（40）开始工作，蒸发器（42）开始制冷，压滤液逐渐在蒸发管（302）表面凝结成冰层，冷冻温度可调；

同时搅拌器（303）搅拌未结冰的压滤液，充分混合压滤液，避免冰水界面污染物浓度高，搅拌器转速可调；

当冰层达到一定厚度的时候，蓄水槽（301）在升降杆（304）的作用下降低，伸出隔网（309）收集冰晶，压缩机（41）排出的热气重新引回蒸发管（302）的夹壁内, 取代低温液态制冷剂；在冰和蒸发管（302）的管壁之间形成一层水的薄膜，冰靠重力的作用自由地落进下面倾斜的隔网（309），冰被收集至碎冰机（51）中进行粉碎；

3）融冰过程：从隔网（309）滑落的冰晶进入碎冰机（51）中进行碎冰处理，产生的冰沙进入振荡器（52）中，冰沙在振荡器隔网（521）上振荡，振荡频率可调；

一段时间后停止振荡，等待融化；在振荡器（52）顶部四周围绕有一圈冷凝管（43），充分利用制冷时产生的热量进行剩余冰体的融化。

2.根据权利要求1所述的渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置，其特征在于：所述储水罐（1）与预冷套管（2）之间装有水泵（9）。

3.根据权利要求1所述的渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置，其特征在于：所述出水沉淀罐（53）的上部侧壁与上部出水管（531）相连通，所述上部出水管（531）上装有上部出水管阀门（5311）；所述出水沉淀罐（53）的底部装有底部排水管（532），所述底部排水管（532）上装有底部排水管阀门（5321）。

4.根据权利要求3所述的渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置，其特征在于：所述上部出水管（531）与第一换热器（7）相连，所述第一换热器（7）与预冷套管（2）相连。

5.根据权利要求1所述的渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置，其特征在于：所述浓水储水箱（6）的下部装有浓水储水箱排水管（61）；所述浓水储水箱排水管（61）与第二换热器（8）相连，所述第二换热器（8）与预冷套管（2）相连。

6.根据权利要求1所述的渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置，其特征在于：所述第二浓水排水管（524）上设有第二浓水排水管阀门（5241），所述净水排水管（525）上设有净水排水管阀门（5251）。

7.权利要求1-6任一所述的渐进冷冻联合融化处理垃圾压滤液装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）系统净化：将垃圾压缩后的压滤液收集于储水罐（1），通过启停水泵（9）控制进水，压滤液经过水泵（9）后进入预冷套管（2），预冷套管（2）通过第一换热器（7）、第二换热器（8）利用浓缩液和冰融水的冷能将压滤液预冷至0℃，然后进入冷冻浓缩装置（3），达到一定的冰厚后，进行分离冰水；干净的冰晶进入融冰装置（50），浓缩液排入到浓水储水箱（6）；

干净的冰晶经碎冰机（51）粉碎后，冰晶内部的污染物暴露出来，随后进入振荡器（52），在振荡器（52）的作用下，污染物随着初融水排出至浓水储水箱（6），余下干净的冰晶待融化后进入出水沉淀罐（53），出水沉淀罐（53）将冰体中残留的少量杂质沉淀至罐底，通过上部出水管进行排放干净的水，浓水储水箱（6）中的水进行焚烧处理；

2）结冰过程：经预冷套管（2）预冷后的压滤液从冷冻浓缩装置（3）的进水口（305）进水至蓄水槽（301），达到一定水位后停止进水；随后制冷系统（40）开始工作，蒸发器（42）开始制冷，压滤液逐渐在蒸发管（302）表面凝结成冰层，冷冻温度可调；

同时搅拌器（303）搅拌未结冰的压滤液，充分混合压滤液，避免冰水界面污染物浓度高，搅拌器转速可调；

当冰层达到一定厚度的时候，蓄水槽（301）在升降杆（304）的作用下降低，伸出隔网（309）收集冰晶，压缩机（41）排出的热气重新引回蒸发管（302）的夹壁内, 取代低温液态制冷剂；在冰和蒸发管（302）的管壁之间形成一层水的薄膜，冰靠重力的作用自由地落进下面倾斜的隔网（309），冰被收集至碎冰机（51）中进行粉碎；

蓄水槽（301）中未结冰的水从排水口（306）排至浓水储水箱（6）；然后蓄水槽（301）上升，水泵（9）运行进水，水满后开始冷冻，如此循环；

3）融冰过程：从隔网（309）滑落的冰晶进入碎冰机（51）中进行碎冰处理，产生的冰沙进入振荡器（52）中，冰沙在振荡器隔网（521）上振荡，振荡频率可调；

一段时间后停止振荡，等待融化；在振荡器（52）顶部四周围绕有一圈冷凝管（43），充分利用制冷时产生的热量进行剩余冰体的融化；

冰融水透过振荡器隔网（521），从振荡器排水口（523）排出，初期的冰融化的浓水从第二浓水排水管（524）排至浓水储水箱（6），剩余的冰融水从净水排水管（525）排至出水沉淀罐（53），经沉淀后，上清液从上部出水管（531）排放。

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