CN201882952U - 一种用于处理垃圾渗滤液的离子交换反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器，包括壳体，壳体下端设有废水进水口、再生液进水口和废液放空口，壳体上端设有出水口和气体放空口，离子交换柱反应器内设有间歇式搅拌器和多孔挡板，离子交换柱反应器内填充有离子交换剂。本实用新型反应器采用稳定性好、可重复使用的NanoChem分子筛作为离子交换介质，在反应器内设置多孔挡板和间歇式搅拌器，解决了分子筛的阶段性堵塞问题，同时提高了垃圾渗滤液的处理效率和离子交换剂的再生效果，降低装置能耗，具有一定的社会和经济效益。

Description

一种用于处理垃圾渗滤液的离子交换反应器

技术领域

本实用新型涉及离子交换反应器，尤其涉及一种用于处理垃圾渗滤液的离子交换反应器。

背景技术

目前，我国垃圾处理主要采用卫生填埋的方法。垃圾在填埋和堆放过程中，由于压实、降雨、微生物对有机物质的分解作用及垃圾中的游离水，通过淋溶渗透形成一定量的高浓度有机废水，即垃圾渗滤液。垃圾填埋场渗滤液中含有大量有机物、高浓度氨氮和重金属离子等污染物，COD及BOD值都非常高。其中，酸性发酵阶段：COD质量浓度可达45000mg·L^-1封场阶段：氨氮质量浓度高达1000mg·L^-1以上。渗滤液中还含有相当多的高浓度有毒物质，对环境造成巨大威胁的同时，渗滤液不经处理完全排入江河湖泊，其中的有机污染物、无机污染物会使水生生物和农作物受到污染，并通过食物链和生态环境对人体健康产生危害。因此，对垃圾渗滤液进行有效的处理显得尤为重要。

近年来，垃圾渗滤液处理技术有了很大的发展，主要采用物理化学方法与生物处理方法，如氨吹脱、吸附、光催化及电化学技术，厌氧处理，好氧处理等。Feton试剂法为均相催化湿式氧化剂，效果理想，但成本相对较高，也容易造成二次污染；生物处理方法如常用的SBR工艺，运行费用相对较低，简单有效，但渗滤液中高浓度氨氮导致C/N过低，磷元素缺乏，不能满足BOD∶N∶P＝100∶5∶1的微生物营养需求，这些水质条件的约束使其应用受到一定限制；电化学氧化法降解难生化有机废水，效果不错，国外研究较多但还处于探索阶段；另外传统的吸附法设备简单，维护操作易于掌控，间歇或连续运行都可以，但存在运行成本较高，吸附剂再生能力不强等问题。孙培德等采用新型的离子吸附交换材料NanoChem分子筛，针对不同高浓度氨氮废水的去除展开研究(孙培德等，环境科学，2010，31(1)：112-117)，结果表明，NanoChem分子筛能有选择性吸附氨氮，对高浓度氨氮废水的吸附能力比天然沸石高50-400倍，比微孔分子筛强3-30倍，通过动态连续流研究发现，NanoChem分子筛能 高效去除垃圾渗滤液中的氨氮，去除率可达到100％。此外NanoChem分子筛再生能力强，再生前后氨氮去除效果变化不大，重复性好，是处理垃圾渗滤液的理想材料。但在实际应用过程中NanoChem分子筛会产生一定的堵塞现象，如果反应器增设小型搅拌器，可以大大提高离子交换效率。

发明内容

本实用新型提供了一种处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器，在常见的离子交换柱反应器基础上进一步改进，能高效吸附氨氮，可以重复循环使用，有效解决了分子筛的粘结、堵塞问题。

一种处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器，包括壳体，所述的壳体上端设有出水口和气体放空口，壳体下端设有废水进水口、再生液进水口和废液放空口，离子交换柱内设有间歇式搅拌器和多孔挡板，间歇式搅拌器与多孔挡板间隔安装，间歇式搅拌器的搅拌时间与周期可以根据需要自行设定。离子交换柱内装填有离子交换剂。所述的间歇式搅拌器的搅拌桨叶外直径为离子交换柱反应器的横向直径的1/3～1/4。

所述的多孔挡板采用塑钢材料，所述的间歇式搅拌器采用四氟乙烯材料。

所述的多孔挡板上的小孔孔径小于离子交换剂的粒径，相邻两块多孔挡板之间的间距为0.5～2m。

所述的废水出水口、气体放空口、废水进水口、再生液进水口和废液放空口内均设有可替换、重复使用的尼龙滤网，有效防止分子筛粉末随水流进出。

本实用新型的离子交换柱优选NanoChem分子筛作为离子交换剂，分子筛在吸附铵离子的同时释放同等数量的钠离子作为离子交换，当铵离子吸附饱和后可使用氢氧化钠溶液反冲洗再生，同时实现铵离子的回收利用。清洗后的NanoChem分子筛可以重复使用，稳定性好。考虑到NanoChem分子筛多次吸附后，会出现阶段性的堵塞现象，本实用新型特别增加了微型的间歇式搅拌器与多孔挡板单元，间歇式搅拌器进行间歇搅拌，使得NanoChem分子筛能有效避免堵塞柱体，挡板的添加使得水流更加均匀，与NanoChem分子筛接触更为密切。

对于垃圾渗滤液离子吸附反应器设计，不仅要注重简易的操作性，还要考虑离子交换柱与交换剂的重复使用性能。故本实用新型在离子交换柱底部设置废液进水口、再生液进水口和废液放空口，这种废水和再生液由 底部到顶部的设计，使得NanoChem分子筛与废水充分接触，并可以通过流量计控制流量大小；而吸附后的净水从顶端流出，废液则可通过底部的放空阀排出，这种设计使得操作更加简单方便。

本实用新型的离子交换柱反应器内部设有若干块多孔挡板，其设计特点在于多孔挡板的孔径小于NanoChem分子筛的粒径，这样NanoChem分子筛不会从小孔中穿过，而水流与多孔挡板相互作用后，通过挡板上的小孔，均匀地进入交换柱分子筛段，这种设计使得废水或再生液能与NanoChem分子筛均匀接触，避免了圆柱形交换柱存在的水流分布不均的弱点，一定程度上提高分子筛的利用率，同时也提升了处理效率。

除了多孔挡板的设置，本实用新型的最大特点为离子交换柱内的间歇式搅拌器的设置。每个间歇式搅拌器上下均有多孔挡板隔开，相互独立的搅拌设置使分子筛在反应器运行过程中，处于悬浮疏散状态，保证水流通畅，同时还可提升离子交换剂与垃圾渗滤液的接触面积，提高氨氮去除效率，防止因离子交换剂堵塞柱体而影响垃圾渗滤液氨氮的去除效果。操作人员同时可以根据具体情况，通过控制面板设定搅拌速度和搅拌时间。同时间歇的搅拌方式有利于降低能耗，并能根据垃圾渗滤液中氨氮含量的高低，自行设定搅拌时间与周期达到处理要求。间歇式搅拌器的设计，可确保水流顺畅，没有NanoChem分子筛堵塞柱体的后顾之忧，充分发挥了NanoChem分子筛的吸附能力及多次重复使用等特点，避开了NanoChem分子筛使用过程中出现堵塞的短处，同时搅拌使得整个装置的实际应用性得到提高。

本实用新型反应器具有以下优点：

1.离子交换柱中装入NanoChem分子筛用做离子交换介质，具有铵离子高选择性、反应快、吸附容量大、可重复使用等特点。

2.采用底部进废水和再生液，底部放空废液的设计，离子交换柱反应器内设置间歇式搅拌器和多孔档板，使离子交换剂能与废水或再生清洗液充分接触，提高了垃圾渗滤液的处理效率和离子交换剂的再生效果。

3.间歇的搅拌方式，可以解决利用NanoChem分子筛时的阶段性堵塞问题。

4.离子交换柱上废水进出水口、再生液进水口、废液放空口、气体放空口相搭配的尼龙滤网设计，有效阻拦分子筛微粒随水流进出，而且容易清洗可重复使用，还可以根据需求变换，简单易行。

附图说明

图1是本实用新型反应器的结构示意图。

图2是本实用新型反应器的应用装置示意图。

图中各附图标记说明

1-出水口           2-气体放空口       3-多孔挡板

4-间歇式搅拌器     5-再生液进水口     6-废水进水口

7-离子交换柱       8-NanoChem分子筛   9-废液放空口

10-垃圾渗滤液贮罐  11-流量计          12-水泵

13-再生清洗液贮罐

具体实施方式

如图1所示，一种处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器7，具有圆柱形壳体，壳体顶端设有出水口1和气体放空口2，壳体底端设有废水进水口6、再生液进水口5和废液放空口9，反应器内部用三块塑钢材料的多孔挡板3分为四层，相邻两块多孔挡板间设有四氟乙烯材料的间歇式搅拌器4，离子交换柱反应器7内三块多孔挡板3之间填放NanoChem分子筛。多孔挡板3上的小孔孔径为1.5mm，小于NanoChem分子筛的粒径(3mm)。

如图2所示，采用上述离子交换柱反应器的处理垃圾渗滤液的装置，包括离子交换柱反应器7、垃圾渗滤液贮罐10、流量计11、水泵12和再生清洗液贮罐13。

废水和再生液分别由底部废水进水口6和再生液进水口5进入离子交换柱7内部，通过流量计11控制其流量大小。由于多孔挡板3上的小孔孔径小于NanoChem分子筛的粒径，这样NanoChem分子筛不会从小孔中穿过，而废水通过多孔挡板3上的小孔，能均匀地进入离子交换柱内的NanoChem分子筛段。多个多孔挡板之间相互独立的间歇式搅拌器4使分子筛在反应器运行过程中，处于悬浮疏散状态，避免NanoChem分子筛堵塞柱体，保证水流通畅。间歇式搅拌器4的搅拌桨叶外直径为交换柱横向直径的1/3，操作人员同时可以根据具体情况，通过控制面板设定搅拌速度和搅拌时间。这样，废水或再生液能与NanoChem分子筛均匀接触，避免了圆柱形交换柱存在的水流分布不均的弱点，一定程度上提高分子筛的利用率，同时也提升了处理效率。吸附后的净水从顶端的出水口1流出，废液则可通过底部的废液放空口9排出，操作简单方便。清洗后，洗出氨氮可进一步回收利用，NanoChem分子筛可以重复使用，稳定性能好。

采用上述装置对实际垃圾渗滤液中高浓度的氨氮、COD等进行处理，其中垃圾渗滤液的水质特征如下表1所示。

表1垃圾渗滤液的水质特征

先对垃圾渗滤液进行预处理，加絮凝剂PAC去除悬浮物，取上清液，再使用垃圾渗滤液处理的离子交换柱进行处理。结果发现，反应前后垃圾渗滤液中pH基本保持稳定，高浓度的氨氮去除效果颇佳，COD也得到了部分去除。

离子交换柱中溶液流速分别为5，6，7.5，10，15和30L·h^-1，相应的停留时间为60，50，40，30，20和10min。研究结果表明在10～60min的停留时间下进水氨氮去除率可达100％，说明分子筛具有很强的吸附容量，本实用新型处理垃圾渗滤液的离子交换柱能对高浓度氨氮进行高效去除，与普通的离子交换装置相比去除率提高30％～40％。

Claims (6)

1.一种用于处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器，包括壳体，其特征在于：所述的壳体下端设有废水进水口(6)、再生液进水口(5)和废液放空口(9)；壳体的上端设有出水口(1)和气体放空口(2)；壳体中部设有离子交换柱反应器(7)，离子交换柱反应器(7)的内部设有间歇式搅拌器(4)和多孔挡板(3)，离子交换柱反应器(7)内部装填有离子交换剂。

2.根据权利要求1所述的用于处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器，其特征在于：所述的离子交换剂为NanoChem分子筛(8)。

3.根据权利要求1所述的用于处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器，其特征在于：所述的间歇式搅拌器(4)设置在相邻两块多孔档板(3)之间。

4.根据权利要求1所述的用于处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器，其特征在于：所述的多孔挡板(3)上的小孔孔径为1.5mm，相邻两块多孔挡板(3)之间的间距为0.5～2m。

5.根据权利要求1所述的用于处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器，其特征在于：所述的废水进水口(6)、再生液进水口(5)、废液放空口(9)、出水口(1)和气体放空口(2)内均设有尼龙滤网。

6.根据权利要求1所述的用于处理垃圾渗滤液的离子交换柱反应器，其特征在于：所述的间歇式搅拌器(4)的搅拌桨叶外直径为离子交换柱反应器(7)的横向直径的1/3～1/4。

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